攜便式雷射節育儀的製作方法

2023-04-28 05:06:31

專利名稱：攜便式雷射節育儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種計劃生育用雷射節育裝置，確切說是一種專用於男性輸精管雷射凝堵、修復再通的節育裝置。
目前世界人口即將達到60億，人口聚增已成為許多發展中國家面臨的嚴重問題。我國人口已超過12億，國家已將計劃生育工作作為一項長期的基本國策列入了憲法。自八十年代以來，計劃生育工作在有效控制人口增長方面作出了重大貢獻，但面臨的任務還很艱巨，雖然自二十世紀六十年代以來，輸精管節育術已在國內外廣泛應用，但由於輸精管結紮需開放手術進行，存在有一定的手術併發症以及不易修復再通等實際問題，因此男性節育率不高。據國家計劃生育委員會統計，我國輸精管結紮及保險套節育僅佔15％。男性參加節育十分重要，然而可供男性選擇的避孕方法仍然不多，特別是非手術的可修復性男性節育方法是育齡男性迫切需要的。探索一種簡便、安全、非手術可修復性男性節育方法，一直是計劃生育工作中十分重要的研究課題。近年來，隨著雷射醫學的進展和可進入腔體內光纖的出現，在成都空軍醫院及協作單位的努力下，實現了國內雷射節育技術的形成。
本發明的目的在於針對計劃生育存在的上述問題，申請人為醫院提供一種簡便、安全、高效，具有可修復性的非手術攜便式雷射節育儀。
本發明目的是通過實施如下技術方案來實現的一種攜便式雷射節育儀，由手攜式機殼、裝在機殼內底部的冷卻水箱、裝於殼體中層水箱上面雷射器件箱架中的雷射器及光纖耦合系統、裝於殼體上層雷射器件箱架上面電器箱中的電源以及機殼面板上裝置的指示操作開關、顯示窗等部分構成；裝在雷射器件箱架中包括有雷射器及光纖耦合系統，箱中全部組件由光纖、光纖耦合器、透鏡、雷射傳感器、半反射平面鏡、聚光腔、聚光腔內的氪弧燈和雷射棒、聚光腔外後部的全反射平面鏡、半導體指引光發生器，依序排列固定在座架上；靠近光纖端的雷射器件箱端部開有光纖引出孔；底層水箱端面開有進水與出水口，通過管路連接聚光腔冷卻系統；電器箱中的電源包括有使氪弧燈點燃、預電離及弧光放電的觸發電路、輔助高壓電路、斬波開關降壓主電路及控制氪弧燈放電穩定的控制電路。雷射棒是產生雷射的核心，採用目前最具有實用價值的摻釹釔鋁石榴石(Nd∶YAG)晶體園柱棒。氪弧燈泵浦源的作用是將電能有效地轉換成輻射能，具有與Nd∶YAG雷射工作物質吸收帶相匹配的輻射光譜分布，為Nd∶YAG中粒子數反轉提供光能。Nd∶YAG雷射棒和氪弧燈泵浦源均安裝在聚光腔內，其作用是能將氪弧燈輻射的光能有效、均勻地會聚至雷射棒上，以獲得高的泵浦效率，由於它決定著雷射棒上泵浦光的密度分布，影響輸出光束的均勻性、發散性和光學畸變，因此本裝置採用側面泵浦系統設計，使照射雷射棒的氪弧燈泵浦光與發射的雷射束相垂直，採用的聚光腔是一種內表面具有高反射率的橢園柱體，將雷射棒和氪弧燈分別安裝在橢園柱的兩條焦線上，使橢園型聚光腔中能量的傳遞是從一條焦線上的泵浦氪弧燈光源傳輸到另一條焦線上的Nd∶YAG棒吸收體上。由於輸入泵浦氪弧燈的能量只有很小部分作為雷射輸出，其餘的絕大部分能量都轉化為熱及輻射，因此，為防止聚光腔及其內部的氪弧燈和雷射棒溫升過高，必須安裝冷卻系統，本裝置中採用聚光腔外表面水冷卻和腔內雷射棒與氪弧燈分離水冷卻的方式，保證裝置雷射輸出的正常運行。光學諧振腔是本裝置的重要組成部分，它是由雷射器中相對放置的半反射平面鏡與全反射平面鏡構成，作用是有效地控制腔內光場分布、形成放大與振蕩，由於不同類型的腔型結構對雷射輸出特性如功率、模式、光束髮散角有直接影響，本裝置選用具有穩定性好的平行平面腔型，全反射鏡和半反射鏡表面鍍有介質膜，受雷射輻射通過反饋在腔內形成放大與振蕩，並由半反射鏡輸出。光纖耦合系統由置於半反射鏡前的透鏡、光纖耦合器及引出光纖組成，作用是由半反鏡輸出的受雷射輻射經透鏡聚焦至光纖耦合器輸入口，再經耦合會聚引入光纖內，達到高效輸出的目的。雷射電源的作用是觸發與點燃氪弧燈產生弧光電放、照射與激發Nd∶YAG棒產生雷射發射，由於氪弧燈的點燃過程是先加觸發高壓，使燈內形成火花放電，燈兩端再加上比正常工作電壓稍高的輔助高壓，幫助火花絲迅速發展成充滿燈管的電弧，而後加上工作電壓使氪弧燈連續點燃，因此，其電源包括有觸發電路、輔助高壓電路、主電路和控制電路。主電路是直接供給氪弧燈放電的電路，為低電壓大電流連續供電，要求輸入燈的電流恆定，保證雷射輸出功率穩定。本裝置採用斬波式降壓開關電路，電網電壓經整流濾波產生Udc伏直流電壓給斬波迴路供電。斬波電路主要由開關元件Q組成，控制Q的開通與關斷便將直流電壓Udc變換成20—100KHz的方波脈衝，通過改變此方波脈衝的佔空比t/T，就可得到不同的平均電壓，在斬波電路後接有LC組成的平滑濾波器，可在輸出端上得到與方波平均電壓相等的直流輸出。這種電源具有整體體積小，電路效率高、紋波小等優點。輔助高壓電路又稱預電離電路，是為與連續氪弧燈的實際工作電壓相匹配，改善電源系統效率而設置。電源主電路輸出電壓通常較低，在觸發高壓使氪弧燈觸發電離起輝後，還不能使燈轉入大電流弧光放電狀態，必須經輔助高壓，幫助完成放電狀態的轉換，使燈進入弧光放電狀態，主電路放電隨之得以進行。觸發電路用以使氪弧燈點火，使燈管內氣體開始電離形成狹窄的花火絲放電通道。控制電路的工作原理是由脈衝脈寬調製器提供一個固定頻率的激勵源，通過調節其導通時間改變佔空比t/T來控制斬波電路輸出不同的平均電壓。調節脈衝脈寬調製器的導通時間，可通過兩種方式進行其一是設定工作時間，即控制脈衝脈寬調製器的運行時間；其二是通過裝在雷射器光學諧振腔前的雷射傳感器接收到的雷射信號，經放大輸出與設定的雷射功率在比較器中進行比較後，輸出大於或小於的信號來自動調節脈衝脈寬調製器的導通時間，使氪弧燈獲得一個恆定的工作電流，輸出穩定的雷射功率。時間控制器是實現控制脈衝脈寬調製器運行、實現氪弧燈獲得恆定工作電流、Nd∶YAG雷射棒輸出穩定雷射功率的關鍵部件，它由4個計數器，2個解碼器及相關數碼顯示器，1個時間脈衝產生器，或非門反相器，微分電路及輕觸開關組成，其結構為2個cd4510十進位計數器並聯，再與並聯的兩組(S1、S3)與(S2、S4)輕觸聯動開關串聯組成一個定時器；2個cd4510十進位計數器並聯組成一個計時器；定時器串聯計時器後再串聯cd4511解碼器及相應的數碼顯示器而組成顯示實時時間的監視器；帶有RC振蕩迴路的時間脈衝產生器cd4069串聯兩個並聯的(S1，S3)與(S2，S4)輕觸開關，其RST復位腳連接計時器U/D腳接地；在計時器的輸出端，兩個CO腳連接或非門cd4001，後者輸出端串接反相器cd4069；在監視器的RST腳裝置微分電路，即構成本裝置的時間控制器。時間控制器工作原理是預置開關(S1、S3)閉合，定時器預置計數，計時器跟隨計時，顯示器顯示時間數碼；預置開關(S2、S4)閉合，定時器減小預置計數，計時器及顯示器均減小顯示時間數碼。本發明的基本特徵在於具有通過時間控制器(圖5)控制脈衝脈寬調製器TL494導通時間的電路(圖6)，以及通過裝置在光學諧振腔前的雷射傳感器接收到的雷射信號，經功率放大輸出與設定的雷射功率在比較器中比較，輸出大於或小於的信號自動調節脈衝脈寬調製器導通時間(圖6)，使斬波電路(圖4)有穩定電壓輸出的控制電路。
本發明的優點在於，裝置總體結構緊湊，體積小，重量輕，便於攜帶，雷射束由光纖耦合器耦合至光纖，做腔內雷射輸精管凝堵或修復，所需功率及照射時間等醫用技術參數本裝置完全能夠滿意，所做動物試驗和臨床試驗證明其成功有效。
本發明有如下附圖

圖1為本發明雷射節育儀中雷射器及光纖耦合系統結構示意2為本發明雷射電源及控制組成框3為本發明控制電路原理框4為電源主電路、輔助高壓及觸發電路原理5為時間控制器電路原理6為實測與設定雷射功率比較自動調節脈衝脈寬調製器導通時間電路原理7為本發明立體結構示意8為本發明機殼面板結構中標記1為光纖，2為光纖耦合器，3為透鏡，4為雷射傳感器，5為半反射平面鏡，6為聚光腔，7為氪弧燈，8為Nd∶YAG雷射棒，9為全反射平面鏡，10為半導體指引光；11為水箱，12為進水口，13為出水口，14為雷射器件箱架，15為電器箱，16為光纖引出孔。
下面結合附圖實施例對本發明結構進一步說明如下雷射工作物質8採用Nd∶YAG晶體園柱棒，棒直徑φ6mm，長度100mm；氪弧燈7長230mm，極距90mm，燈外徑φ7mm，燈內徑φ6mm，充氣壓3.5Pa，工作電流20A，工作電壓220伏，輸入功率4KW，輻射效率2.5‰，冷卻水流量6升/分；橢園柱聚光腔6橢園截面長軸2a＝19mm，短軸2b＝14mm，燈與棒間距(焦點間距)2c＝16mm，偏心率e＝c/a＝0.84，聚光腔6用銅材製作，長300mm，內表面拋光後鍍金，確保有高反射率的鏡面；採用水冷，聚光腔外表面、雷射棒和氪弧燈均套裝冷水管，與裝在節育儀機殼底部的水箱形成冷卻環循；透鏡至半反射鏡間距10mm，透鏡至光纖耦合器距30mm，光纖耦合器長25mm；全反射平面鏡緊貼聚光腔；電源系統中時間控制器(圖5)時間脈衝產生器cd4060，下面定時器中兩計數器cd4510並聯，上面計時器中兩計數器cd4510並聯，與計時器串聯的解碼器串接顯示器，兩組並聯的輕觸開關為(S1、S3)，(S2、S4)，S1與S3聯動，S2與S4聯動，十字符開關閉合增加工作時間，一字符表開關閉合減少工作時間，c為時間脈衝輸出端。在圖6的時間控制原理圖中，脈衝脈寬調製器為TL494，比較器為cd4585，時間脈衝產生器為cd4060，定時器為cd4510，解碼器為cd4511，Wg為雷射傳感器，兩個串聯LM324為二級運算放大器，RW2為數字電位器模塊，RW1與RW3為電位器，兩組並聯開關(S1、S3)，(S2、S4)，其前十字符表示增加工作時間，前一字符表示減小工作時間。其調控原理是，由雷射傳感器Wg接受的雷射信號經LM324二級功率放大後，經顯示器模塊輸入到比較器cd4585中，與輸入到定時器cd4510的預置功率在同一比較器中比較，其功率變化信號經RW2數字電位器輸入到脈衝脈寬調製器TL494中，改變佔空比t/T，在T3端輸入至斬波開關主電路，得到穩定的雷射發射功率。
權利要求
1.一種攜便式雷射節育儀，由手攜式機殼、裝於機殼內底部的冷卻水箱、裝於殼體中層水箱上面雷射器件箱架中的雷射器及光纖耦合系統、裝於殼體上層雷射器件箱架之上電器箱中的電源、以及機殼面板上裝置的指示操作開關，顯示窗等部分構成，雷射器件箱架中包括有雷射器及光纖耦合系統，箱中全部組件由光纖、光纖耦合器、透鏡、半反射平面鏡、聚光腔、聚光腔內的氪弧燈和雷射棒、聚光腔外後部的全反射平面鏡、半導體指引光依序排列固定在座架上；靠近光纖端的雷射器件箱端部開有光纖引出孔，底層水箱端面開有進水與出水口，通過管路連接聚光腔冷卻系統；電器箱中的電源包括有使氪弧燈點燃，預電離及弧光放電的觸發電路、輔助高壓電路、斬波開關降壓主電路及控制氪弧燈放電穩定的控制電路，其特徵在於控制氪弧燈穩定放電獲得穩定雷射功率輸出的控制電路，為具有通過時間控制器控制脈衝脈寬調製器導通時間的電路，以及通過裝置在雷射器光學諧振腔前的雷射傳感器接收到的雷射信號，經功率放大輸出與設定的雷射功率在比較器中比較，輸出大於或小於信號自動調節脈衝脈寬調製器導通時間，使斬波電路有穩定電壓輸出的控制電路。
2.按照權利要求1所述的攜便式雷射節育儀，其特徵在於時間控制器是由4個cd4510十進位計數器、2個cd4511解碼器及其相應的數碼顯示器、1個時間脈衝產生器、或非門反相器、微分電路及輕觸開關組成，其結構為2個cd4510計數器並聯，再與並聯的兩組輕觸聯動開關串聯組成一個定時器；另2個cd4510計數器並聯組成一個計時器；定時器串聯計時器後再串聯cd4511解碼器及相應的數碼顯示器組成顯示實時時間的監視器；帶有RC振蕩迴路的時間脈衝產生器cd4060串聯兩個並聯的輕觸聯動開關，其RST復位腳連接計時器U/D腳接地；在計時器的輸出端，兩個CO腳連接或非門cd4001，後者輸出端串接反相器cd4069；在監視器的RST腳裝置微分電路而構成。
3.按照權利要求2所述的攜便式雷射節育儀，其特徵在於設置與實測雷射功率比較控制脈衝脈寬調製器的控制電路，包括有時間控制器及與其連接的比較器cd4585，雷射傳感器Wg串接LM324二級功率放大電路其輸出經顯示模塊輸入比較器cd4585，後者輸出端連接數字電位器模塊再連接TL494脈衝脈寬調節器而構成。
全文摘要
目前,缺少非手術可修復性男性節育法,輸精管結紮需開放手術進行,存在一定手術併發症及不易修復再通等問題,因此男性節育率不高。針對上述問題本發明提供一種攜便式激發節育儀,該裝置由Nd:YAG雷射器及光纖耦合系統組成,基本特徵在於通過時間控制器及通過預置與實測雷射功率比較調節脈衝脈寬調製器導通時間,使斬波電路有穩定電壓,保證發射雷射功率的穩定,裝置結構緊湊,工作安全可靠,實施非手術性輸精管凝堵及修復再通術,實現國內雷射節育技術的形成。
文檔編號A61B18/20GK1327789SQ0011299
公開日2001年12月26日 申請日期2000年6月9日 優先權日2000年6月9日
發明者肖新民 申請人:中國人民解放軍第四五二醫院