一種用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機的製作方法

2023-05-03 20:38:31 2

本發明屬於雷射清創技術，具體是指用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機系統。

背景技術：

據美軍統計，現代戰爭中70％以上的傷員合併有不同程度的燒傷，國內也有類似的報導(王正國，《外科學與野戰外科學》，人民軍醫出版社，2007年)。在所有疾病中，創傷類疾病是發病率最高的，而且，創傷是導致青壯年死亡的第一位病因，而清創是治療燒傷等創傷類疾病的第一步。無論是地震等自然災害，還是交通事故、火災等，其造成的傷員絕大多數需要接受清創治療。清創術是一項外科基本手術操作，在外科領域中有相當重要的位置，當前對清創比較一致的認識是：清創為一種傷口處理技術，去除的是影響癒合的失活組織、腐肉和壞死組織、異物及癒合不良組織，原則是減少對組織的損傷，促進組織修復和癒合。清創的效果直接影響隨後治療的效果。

燒傷清創技術主要有手術清創、自溶清創、酶解清創、生物清創、超聲清創、水刀清創等。手術清創的優點是可快速清除大範圍的壞死組織，但其難以保證變性壞死組織清除程度，常在麻醉條件下進行，術中失血多，創傷大，術後組織大範圍缺損，年老體弱、存在心臟病、呼吸系統疾病等合併症者耐受力較差。難點就在於對壞死組織層次及範圍的判斷，對無血供創面以及營養條件差、貧血等患者而言，積極的手術是禁忌。自溶清創的優點在於對組織幾乎無創傷，無明顯副作用，特別適用於高齡、基礎疾病複雜患者，但其缺點是清創周期長，一般需要1～2周，感染是該法的禁忌症。酶解清創用於全身情況穩定的燒傷患者、壓瘡等，不損傷鄰近正常組織，一般無明顯毒副反應，但會對周圍組織產生刺激作用而出現紅斑，酶製劑價格高昂，一般用於難愈性創面的清創。也有文獻報導酶清創過程將免疫細胞功能抑制，從而導致細菌或病毒感染。生物清創主要適用於壞死組織已軟化或難以清除的慢性創面，優點是快速、有選擇性，但由於文化背景的差異，部分患者的依存性較差。超聲清創可以對坑、洞型創面進行良好的清創，其優點是操作簡便，成本低廉，可深層清創，改善局部微循環。但超聲波清創時，創面需浸泡於液體環境，對頭頸、會陰等部位不適用；水刀清創，最大優點是對感染創面較好，但不是精確清創，不符合精確清創的定義。

目前，燒傷臨床主要依靠醫生肉眼觀察及經驗進行創面清創，難以保證燒傷後變性壞死組織清除程度，或多或少均較大程度影響創面治療效果。雖然目前市面上也存在極少數的雷射清創設備，但是均因不能有效控制雷射清創時對正常組織的熱損傷而不能為醫院等客戶接受，故而，目前高精度的強雷射清創儀的市場佔有率幾乎為零，所以燒傷外科迫切需要一種高精度高效率的清創設備。

近年來，光學技術和雷射技術的發展以及在生物醫學中的成功應用為實現精確、快速的雷射清創提供了理論指導和實踐的可能性。用於醫學燒傷深度及面積診斷的高分辨多光譜成像儀研製成功對創面精確診斷，也為精確雷射清創奠定了堅實基礎。

雷射清創技術較普通清創技術的優勢已經受到了醫療產品研發領域的重視，其主要優點是手術創面出血少雷射刀切痂13％，出血僅30ml；而常規外科手術切痂6％，出血量可達100ml；對於無法上止血帶部位的切痂，雷射更具有突出優越性；節省手術時間，減少皮下異物由於雷射手術可邊切痂邊止血，從而減少出血創面處理及血管結紮後線頭殘留，有利傷口癒合及植皮；手術精度高可控制在皮下300μm深度，表面100μm焦斑大小。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機，利用高分辨多光譜成像儀對皮膚燒傷及清創程度即時診斷結果，控制皮膚不同燒傷程度部位的超短脈衝雷射清創參數，實現對燒傷後皮膚等變性壞死組織的精確、快速清除，克服傳統清創技術不徹底、速度慢、精度低等問題，實現對燒傷皮膚等變性壞死組織的精確檢測與快速清除。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機，包括光纖雷射器、多光譜成像儀、光束掃描器和移動床；其中，

所述光纖雷射器作為紅外光纖雷射光源，用於產生紅外波段超短脈衝雷射，光纖雷射器的輸出光纖連接光束掃描器；

所述光束掃描器通過轉動關節安裝在一體機機架上，並位於移動床上方，用於將光纖雷射器產生的超短脈衝雷射通過透鏡聚焦並掃描輸出；

所述多光譜成像儀固定在轉動關節上，與光束掃描器相對一體機機架同步運動，多光譜成像儀的輸出信號連接光纖雷射器，用於醫學燒傷深度及面積診斷，並將獲取的光譜燒傷數據傳遞給光纖雷射器，根據燒傷深度、面積和其等級確定光纖雷射器的工作模式及參數；

所述移動床包括床架和X、Y、Z三軸移動平臺，用於搭載傷者，使其能夠跟隨光束移動和轉動。

進一步，所述光纖雷射器選用光纖飛秒雷射器作為雷射光源，其輸出波長為800nm，單脈衝能量為10mJ，平均功率10W，脈衝寬度＜600fs，光束髮散度＜1mrAd，重複頻率1kHz，能量穩定性＜1.5％(rms，1min)，光束直徑＜12mm，光斑模式TEM00，光束質量因子M2＜1.2。

進一步，所述多光譜成像儀採用基於液晶調製器的高分辨多光譜成像儀，成像光譜波段：400nm～1700nm，掃描光譜寬度：4nm～20nm，視場角：≥15°，空間解析度≤7μm。

進一步，所述光束掃描器包括：機械臂，其與一體機機架通過所述轉動關節連接；光纖準直器，其固定在機械臂內；透鏡，其固定在轉動關節內，由透鏡夾持器夾持或鬆開，跟隨光纖準直器轉動，其轉動是由轉動關節來帶動，使得光束始終垂直入射透鏡中心；雷射位移傳感器，固定於光纖準直器的側面，並隨機光纖準直器移動，其用於實時測量燒傷皮膚表面三維高度。

進一步，所述轉動關節包括沿X、Y軸轉動的轉動關節組，所述轉動關節組的轉接處設有的旋轉電機，所述旋轉電機用於控制光束掃描器的轉動。

進一步，所述透鏡表面鍍800nm增透膜，焦距160mm，可沿Z軸移動±50mm。

進一步，所述雷射位移傳感器，波長632nm，功率50mW。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本發明所提出的用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機，提出了一種與光譜儀聯動，精度為百微米級的高效雷射清創儀。該裝置首先採用高分辨多光譜成像儀，對燒傷深度和面積可以進行精確檢測，具有非侵襲性、非接觸性、無明顯副作用等優點，為精確清創和燒傷深度分級的重新制定提供重要的檢測依據和基礎。

2、本發明所提出的用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機，採用紅外波段超短脈衝雷射，脈衝能量高、光束質量好、清創副損傷小、速度快、精度高。

3、本發明所提出的用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機，採用光纖耦合輸出的光纖雷射器，功率和電光轉換效率高，體積小，重量輕，光纖可以彎曲和偏折，可靠性強，使用靈活方便且壽命長；可以固定或手持便攜，將其準直輸出雷射束偏轉並對燒傷表面進行大角度自動掃描，清創效率高，可在多種模式和場合下得到應用，能夠在精準醫療與重症監護感染防治領域，為減少致死致殘率，儘快恢復健康作出重要貢獻。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明的結構原理示意圖；

圖2為圖1中轉動關節處的局部放大圖；

圖3為光束掃描器3的結構原理示意圖；

附圖中標記及相應的零部件名稱：

1-光纖雷射器，2-多光譜成像儀；3-光束掃描器，31-光纖準直器，32-透鏡，33-雷射位移傳感器，34-機械臂，35-透鏡夾持器；4-移動床，41-床架，42-移動平臺；5-一體機機架；6-轉動關節組，61-中轉部件，62-第一旋轉電機，63-第二旋轉電機。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

如圖1所示，一種用於燒傷診治的高精度光纖雷射診斷清創一體機包括光纖雷射器1、多光譜成像儀2、光束掃描器3、移動床4。光纖雷射器1的輸出光纖連接光束掃描器3，用於產生紅外波段超短脈衝雷射。光束掃描器3通過轉動關節安裝在一體機機架5上，並位於移動床4上方，用於將光纖雷射器1產生的超短脈衝雷射通過透鏡32聚焦並掃描輸出。多光譜成像儀2，固定在光束掃描器3上，隨光束掃描器3同步運動。多光譜成像儀2的輸出信號連接光纖雷射器1，用於醫學燒傷深度及面積診斷，並將獲取的光譜燒傷數據傳遞給光纖雷射器1，根據燒傷深度、面積和其等級確定光纖雷射器1的工作模式及參數。移動床4包括床架41和X、Y、Z三軸移動平臺42，用於搭載傷者，使其能夠跟隨光束移動和轉動。

本實施例中，各部分結構具體參見圖1、圖2和圖3：

其中光纖雷射器1：光纖雷射器1選用光纖飛秒雷射器作為雷射光源，其輸出波長為800nm，單脈衝能量為5mJ，平均功率10W，脈衝寬度＜600fs，光束髮散度＜1mrAd，重複頻率2kHz，能量穩定性＜1.5％(rms，1min)，光束直徑＜12mm，光斑模式TEM00，光束質量因子M2＜1.2，雷射束從光纖準直器31出射後輸出。

多光譜成像儀2：為燒傷深度及面積診斷的基於液晶調製器的高分辨多光譜成像儀2，成像光譜波段：400nm～1700nm，掃描光譜寬度：4nm～20nm，視場角：≥15°，空間解析度≤7μm，用於獲取燙傷皮膚模型的光譜數據，精確診斷其燙傷面積及深度，光譜成像儀獲取的光譜燒傷數據傳遞給光纖雷射器1，可以根據燒傷深度、面積和其等級確定光纖雷射器1的工作模式及參數。

光束掃描器3結構圖如圖3所示，包括：

光纖準直器31，將其固定在機械臂34內。透鏡32，表面鍍800nm增透膜，焦距160mm，可沿Z軸移動±50mm，將其也固定在機械臂34內，由透鏡夾持器35夾持或鬆開，跟隨光纖準直器31轉動，使得光束始終垂直入射透鏡32中心，以便定位後開展雷射治療。使其能夠對創面邊界內區域開展治療，先完成創面邊界治療，完成後快速移開透鏡32，使雷射取消聚焦，再完成內部區域治療。

雷射位移傳感器33固定在光纖準直器31的側面，其波長632nm，功率50mW，用於實時測量燒傷皮膚表面三維高度，以便移動透鏡32，使得光束焦點處於燒傷皮膚界面。

本實施例中，轉動關節結構如圖2所示，轉動關節包括沿X、Y軸轉動的轉動關節組6。轉動關節組6包括，兩個旋轉電機和中轉部件61。中轉部件61的上端與一體機機架5轉動連接，在其轉動連接處固定有第一旋轉電機62，在第一旋轉電機62的帶動下，中轉部件61相對一體機機架5沿X軸轉動。中轉部件61的下端與機械臂34轉動連接，在其轉動連接處固定有第二旋轉電機63，在第二旋轉電機63的帶動下，機械臂34相對一體機機架5沿Y軸轉動。

通過上述轉動關節組6，機械臂34沿Y方向：±75°，沿X方向：±30°，轉動精度：5』，掃描速度：0.1mm/s～1mm/s。

在本實施例中，移動床4包括床架41和用於安裝床架41的X、Y、Z三軸移動平臺42。X、Y、Z三軸移動平臺42通過絲槓傳動和/或液壓傳動來控制床架41在X、Y、Z三軸上的移動精度在0.05mm。

為了方便處理位置創面，床架41可以繞X、Y軸轉動，繞X、Y軸：±15°。其繞X、Y軸的轉動可以是通過床架41支撐高度的改變來實現，也可以是通過電機傳動床架41來實現。

本發明利用多光譜成像儀2對皮膚燒傷及清創程度即時診斷，控制皮膚不同燒傷程度部位的雷射清創參數，實現對燒傷後皮膚等變性壞死組織的精確、快速清除，具有精度高、速度快、可靠性強、自動掃描、清創效率高等優點，具有廣泛應用的潛力。

在上述實施例中，轉向關節採用的轉動關節組6，當然也可以是單個的轉向關節，其轉動方向是X或Y軸。轉向關節的數量增加能擴大創傷處理範圍，方便處理操作。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。