CN104096319B - 智能多通道复合半导体激光治疗仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能多通道复合半导体激光治疗仪结构及其控制方法。所述的治疗仪是由人机界面(触摸屏)、微控制系统、激光电源及复合半导体激光系统构成。其中复合半导体激光系统有多于8个相互独立的复合半导体激光治疗通道组成，每个治疗通道有A/D转换器、D/A转换器、650nm半导体激光器、810nm半导体激光器、半导体激光功率控制器、激光电源、光功率检测器、光纤耦合器、复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件组成。650nm半导体激光作为激光针光源，810nm半导体激光作为激光灸光源，将二种激光经复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件传输并同光路复合后以连续或脉冲的工作方式照射穴位，实现激光针与激光灸的双重治疗作用，达到无创痛针灸治疗的目的。

Description

智能多通道复合半导体激光治疗仪及方法

技术领域

本发明涉及一种智能多通道复合半导体激光治疗仪结构及其使用方法。更确切地说涉及一种具有实时激光输出功率检测系统，能够实现输出激光功率闭环控制、光功率连续可调与终端治疗光功率显示的复合半导体激光治疗仪结构及其使用方法。属激光医学领域。

背景技术

目前，用于穴位针灸治疗的激光医疗设备在国内外已有若干种在临床得到了广泛应用。但国内激光针灸临床治疗使用的激光以He-Ne激光为主，其它还有如650nm半导体激光等单一波长激光。如中国专利ZL200510011469.6“低强度半导体激光治疗仪”中提到用650nm半导体激光治疗疾病的方法等。这些波长范围的激光能够穿入人体组织深处，替代传统针灸治疗中的毫针(俗称激光针)。但是，这些激光源在临床治疗中存在着一个共同问题－无热效应，无法体现中医灸疗的作用，患者在治疗时无明显感观的刺激，如热刺激等。而灸疗是针灸疗法重要组成部分，《医学入门》指出：“药之不及，针之不到，必须灸之。因此，利用红外激光对人体的热效应，可以替代传统灸疗，实现临床激光灸的治疗，如810nm、980nm等半导体激光均是较理想的激光灸光源。因此，将二种对人体生物效应不相同的半导体激光组成复合半导体激光同时辐照于人体穴位，能够实现激光针和激光灸双重治疗的作用，从而引导出本发明的构思。虽然在《医疗设备信息》(2007年22卷第11期)发表的“双波长智能型半导体激光治疗仪的研制”，以及专利申请号为200910068777.0的“多波长输出半导体激光治疗仪”均提到了多波长输出，但它们均为用1根光纤可选择输出2种半导体激光，与本发明借助二种数值孔径不同的二根光纤组成的复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件(两种器件另案申请)传输复合半导体激光治疗完全不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能多通道复合半导体激光治疗仪的结构及其控制方法。它是一种具有实时激光输出功率检测、能够实现输出激光功率闭环控制、激光输出功率连续可调及终端治疗光功率显示等功能的复合半导体激光治疗仪。其中复合半导体激光借助复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件传输，为了满足针灸临床多穴位的治疗需要，本发明的智能多通道复合半导体激光治疗仪有8组或多于8组相互独立的复合半导体激光治疗通道。

所述的智能多通道复合半导体激光治疗仪是由人机界面(触摸屏)、微控制系统、激光电源及复合半导体激光系统构成。其中复合半导体激光系统有多于8个相互独立的复合半导体激光治疗通道组成，每个治疗通道有A/D转换器、D/A转换器、650nm半导体激光器、810nm半导体激光器、半导体激光功率控制器、激光电源、光功率检测器、光纤耦合器、复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件组成。

本发明的目的是通过下列原理实现的：一是提供对人体穿透能力强的650nm半导体激光作为激光针光源，二是提供对人体组织热效应好的810nm半导体激光作为激光灸光源，将二种激光同光路复合后以连续或脉冲的工作方式照射穴位，实现激光针与激光灸的双重治疗作用，达到无创痛针灸治疗的目的。

本发明的目的是这样实现的：智能多通道复合半导体激光治疗仪由人机界面(触摸屏)、微控制器控制、激光电源及复合半导体激光系统构成。复合半导体激光系统由8组或8组以上相互独立复合半导体激光治疗通道组成。根据临床实践、综合设备体积及成本等因素，以8～12个治疗通道为宜。下面以复合半导体激光系统中某1组治疗通道为例详细说明智能多通道复合半导体激光治疗仪的结构及控制方法。人机界面3通过RS232串口2与微控制系统1连接，微控制系统1的总线与D/A转换器5A相连，D/A转换器5A的另一输出端与810nm半导体激光功率控制器5D的控制输入端相连，以控制半导体激光器的输出功率。810nm半导体激光功率控制器5D的另一端则与810nm半导体激光器输出端5E相连，在810nm半导体激光器5E的输出端装有光功率检测器5F，光功率检测器5F则与A/D转换器5B的一端相连，A/D转换器5B通过总线与微控制系统1连接。由此，组成了810nm半导体激光器的灸疗激光功率闭环控制系统，D/A转换器5A输出模拟量能够精确地设定810nm半导体激光器5E的光功率输出大小。通过调节人机界面(触摸屏)1上的810nm半导体激光器的光功率参数激光，可以实现在200～1000mw范围内光输出光功率的无级调节与控制。

同理：人机界面3连接通过RS232串口2与微控制系统1，微控制系统1通过总线与D/A转换器5A相连，D/A转换器5A的另一输出端与650nm半导体激光功率控制器5H的控制输入端相连，可控制650nm半导体激光器5I的输出功率。650nm半导体激光功率控制器5H与650nm半导体激光器5I相连，在650nm半导体激光器5I的输出端装有光功率检测器5F，光功率检测器5F与A/D转换器5B的另一端相连，A/D转换器5B通过总线与微控制系统1连接。由此，组成了650nm的半导体激光器光功率闭环控制系统，D/A转换器5A输出模拟量能够精确地设定650nm半导体激光器5I的光功率输出大小。通过调节人机界面(触摸屏)1上的650nm半导体激光器的光功率参数激光，实现在10～60mw范围内光输出光功率的无级调节与控制。

810nm的半导体激光作为灸疗激光在治疗时需要有更精确、稳定的光功率，以避免临床较长时间辐照人体穴位时，激光能量因光功率波动过大或半导体激光器功率控制器失效造成热灼伤事故，因而本发明在智能多通道复合半导体激光治疗仪中，在激光电源与半导体激光功率控制器间增设一受光功率信号控制的继电器作为防护开关，由光功率检测器、微控制系统及继电器组成安全防护控制系统。利用光功率检测的信号，实时监控810nm半导体激光器的激光输出状态，一旦输出激光功率超出最大允许的安全值，将自动切断激光电源。为此，在激光电源与半导体激光功率控制器间设置一受光功率检测信号控制的继电器作为防护开关，当激光功率控制失效时，可及时切断激光电源。

下面仍以1组治疗通道为例详细说明防护系统的结构。继电器5C的启动线圈与微控制系统1的I/O端口相连，继电器5C的常开触点二端分别与810nm半导体激光功率控制器5D(或650nm半导体激光功率控制器5I)及激光电源4相连。正常工作时，继电器5C处于闭合状态，当光功率检测器5F检测到光功率值大于最大安全值时，微控制系统1将发出指令关闭继电器5C，同时利用人机界面3报警提示。

本发明所述的复合激光是采用复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件二种器件传输。实施的具体是：

①当复合激光采用复合石英光纤器件传输时，复合石英光纤器件5M中数值孔径小的石英光纤接头5L(FC接头)与650nm半导体激光器5I的耦合器5J相连，复合石英光纤器件5M中数值孔径大的石英光纤接头5K(SMA接头)与810nm半导体激光器5E的耦合器5G相连，经过二根数值孔径不同的石英光纤的传输，在复合光头5N的输出端二半导体激光同光路复合。

②复合激光采用复合玻璃光纤束器件传输时，复合玻璃光纤束器件5M中石英光纤接头5L(FC接头)与650nm半导体激光器5I的耦合器5J相连，复合玻璃光纤束器件5M中玻璃光纤束接头5K(SMA接头)与810nm半导体激光器5E的耦合器5G相连，经过复合玻璃光纤束器件的传输，在复合光头5N的输出端二半导体激光同光路复合。

总之，本发明涉及一种智能多通道复合半导体激光治疗仪结构及其控制方法。所述的治疗仪是由人机界面(触摸屏)、微控制系统、激光电源及复合半导体激光系统构成。其中复合半导体激光系统有多于8个相互独立的复合半导体激光治疗通道组成，每个治疗通道有A/D转换器、D/A转换器、650nm半导体激光器、810nm半导体激光器、半导体激光功率控制器、激光电源、光功率检测器、光纤耦合器、复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件组成。650nm半导体激光作为激光针光源，810nm半导体激光作为激光灸光源，将二种激光经复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件传输并同光路复合后以连续或脉冲的工作方式照射穴位，实现激光针与激光灸的双重治疗作用，达到无创痛针灸治疗的目的。

附图说明

图1为本发明智能多通道复合半导体激光治疗仪的结构示意图。

图2为一组治疗通道的复合半导体激光单元，本发明有8～12组相同治疗通道。

图1中，1－微控制系统，2－RS232串口，3－人机界面(触摸屏)，4－半导体激光电源，5－复合半导体激光系统。

图2中，5A－D/A转换器，5B－A/D转换器，5C－继电器，5D－810nm半导体激光器功率控制器，5E－激光灸半导体激光器，5F－光功率检测器，5G－激光灸光纤耦合器，5H－激光针半导体激光器功率控制器，5I－650nm半导体激光器，5J－激光针光纤耦合器，5K－SMA光纤连接器，5L－FC光纤连接器，5M－复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件，5N－复合光头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例叙述本发明的实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施例。

实施例1

复合半导体激光由复合石英光纤器件5M传输，复合石英光纤器件5M的长度为2米，其中大数值孔径的光纤的直径为0.4mm，数值孔径0.37，小数值孔径光纤的直径为0.2mm，数值孔径0.22。光功率检测器5F选用硅光二极管。

治疗仪通电初始化后进入待机状况，由人机界面1设置治疗仪治疗模式为复合激光，设置650nm半导体激光器的治疗功率40mw，设置810nm半导体激光的治疗功率400mw。通过人机界面的命令进入治疗状况，650nm和810nm半导体激光器开启，则在复合石英光纤器件5M中的复合光头5N输出650nm半导体激光的功率为40mw，输出810nm半导体激光的功率为400mw。同时通过光功率从检测器5F提供的信号，人机界面1会分别显示650nm和810nm激光的实时激光输出功率，实施激光针与激光灸双重治疗。如果治疗模式设置为激光针，将自动关闭810nm半导体激光器能够实施单一激光针的治疗。

实施例2

复合半导体激光由复合玻璃光纤束器件5M传输，复合玻璃光纤束器件5M的长度为2米，其中玻璃光纤束的直径为1.5mm，数值孔径0.5，石英光纤的直径为0.2mm，数值孔径0.22。光功率检测器5F选用硅光二极管。

治疗仪通电初始化后进入待机状况由人机界面1设置治疗仪治疗模式为灸疗模式，人机界面1自动设置650nm半导体激光器的治疗功率5mw，设置810nm半导体激光的治疗功率800mw。通过人机界面的命令进入治疗状况，650nm和810nm半导体激光器开启，则复合玻璃光纤束器件5M中的复合光头5N输出810nm半导体激光的功率为800mw。同时通过光功率从检测器5F提供的信号，人机界面1会分别显示810nm激光的实时激光输出功率，实施单一激光灸治疗。而此时650nm的半导体激光的作用为灸疗激光(红外激光)的指示光，满足GB7247.1－2001的规定，650nm指示光功率应<5mw。

Claims (9)

1.一种智能多通道复合半导体激光治疗仪，所述的治疗仪包括由人机界面、微控制系统、激光电源及复合半导体激光系统构成；其特征在于：

①复合半导体激光系统由8组或多于8组相互独立的复合半导体激光治疗通道组成；

②所述的治疗仪复合半导体激光系统为对人体穿透能力强的650nm半导体激光作为激光针光源；对人体组织热效应好的810nm半导体激光作为激光灸光源，将二种激光同光路复合后以连续或脉冲的工作方式照射穴位，实现激光针与激光灸的双重治疗作用；

具体结构特征是：

①人机界面通过RS232串口与微控制系统连接，微控制系统的总线与D/A转换器相连，D/A转换器的另一输出端与810nm半导体激光功率控制器的控制输入端相连，以控制810nm半导体激光器的输出功率；810nm半导体激光功率控制器的另一端则与810nm半导体激光器输出端相连；在810nm半导体激光器的输出端装有光功率检测器，光功率检测器与A/D转换器的一端相连，A/D转换器通过总线与微控制系统连接，从而组成了810nm半导体激光器的灸疗激光功率闭环控制系统；D/A转换器输出模拟量能够精确地设定810nm半导体激光器的光功率输出大小；

②人机界面通过RS232串口与微控制系统连接，微控制系统通过总线与D/A转换器相连，D/A转换器的另一输出端与650nm半导体激光功率控制器的控制输入端相连，控制650nm半导体激光器的输出功率；650nm半导体激光功率控制器与650nm半导体激光器相连，在650nm半导体激光器的输出端装有光功率检测器，光功率检测器与A/D转换器的另一端相连，A/D转换器通过总线与微控制系统连接，从而组成了650nm的半导体激光器光功率闭环控制系统，D/A转换器输出模拟量能够精确地设定650nm半导体激光器的光功率输出大小。

2.按权利要求1所述的治疗仪，其特征在于：

①通过调节人机界面上的810nm半导体激光器的光功率参数激光，实现在200～1000mw范围内光输出光功率的无级调节与控制；

②通过调节人机界面上的650nm半导体激光器的光功率参数激光，实现在10～60mw范围内光输出光功率的无级调节与控制。

3.按权利要求1所述的治疗仪，其特征在于在激光电源与半导体激光功率控制器间增设一受光功率信号控制的继电器作为防护开关，由光功率检测器、微控制系统及继电器组成安全防护控制系统；利用光功率检测的信号，实时监控810nm半导体激光器或650nm半导体激光器的激光输出状态，一旦输出激光功率超出最大允许的安全值，将自动切断激光电源。

4.按权利要求3所述的治疗仪，其特征在于继电器的启动线圈与微控制系统的I/O端口相连，继电器的常开触点二端分别与810nm半导体激光功率控制器或650nm半导体激光功率控制器及激光电源4相连；正常工作时，继电器处于闭合状态，当光功率检测器检测到光功率值大于最大安全值时，微控制系统将发出指令关闭继电器，同时利用人机界面报警提示。

5.按权利要求1所述的治疗仪，其特征在于所述的复合激光是采用复合石英光纤器件或复合玻璃光纤束器件二种器件传输实施的具体是：

①复合激光采用复合石英光纤器件传输时，复合石英光纤器件中数值孔径小的石英光纤接头即FC接头与650nm半导体激光器的耦合器相连，复合石英光纤器件中数值孔径大的石英光纤接头即SMA接头与810nm半导体激光器的耦合器相连，经过二根数值孔径不同的石英光纤的传输，在复合光头5N的输出端二半导体激光同光路复合；

②当复合激光采用复合玻璃光纤束器件传输时，复合玻璃光纤束器件中石英光纤接头即FC接头与650nm半导体激光器的耦合器相连，复合玻璃光纤束器件中玻璃光纤束接头即SMA接头与810nm半导体激光器的耦合器相连，经过复合玻璃光纤束器件的传输，在复合光头的输出端二半导体激光同光路复合。

6.按权利要求5所述的治疗仪，其特征在于：

①复合半导体激光由复合石英光纤器件传输，复合石英光纤器件的长度为2米，其中大数值孔径的光纤的直径为0.4mm，数值孔径0.37，小数值孔径光纤的直径为0.2mm，数值孔径0.22；光功率检测器选用硅光二极管；

②复合半导体激光由复合玻璃光纤束器件传输，复合玻璃光纤束器件的长度为2米，其中玻璃光纤束的直径为1.5mm，数值孔径0.5，石英光纤的直径为0.2mm，数值孔径0.22，光功率检测器选用硅光二极管。

7.按权利要求5所述的治疗仪，其特征在于所述的复合半导体光系统是由8-12组相互独立的治疗通道组成。

8.使用按权利要求1～7中任一项所述的治疗仪的方法，其特征在于：

A.治疗仪通电初始化后进入待机状况，由人机界面设置治疗仪治疗模式为复合激光，设置650nm半导体激光器的治疗功率40mw，设置810nm半导体激光的治疗功率400mw；通过人机界面的命令进入治疗状况，650nm和810nm半导体激光器同时开启，则在复合石英光纤器件中的复合光头输出650nm半导体激光的功率为40mw，输出810nm半导体激光的功率为400mw；同时通过光功率从检测器提供的信号，人机界面分别显示650nm和810nm激光的实时激光输出功率，实施激光针与激光灸双重治疗；如果治疗模式设置为单一激光针，将自动关闭810nm半导体激光器能够实施单一激光针的治疗；

B.治疗仪通电初始化后进入待机状况由人机界面设置治疗仪治疗模式为灸疗模式，人机界面自动设置650nm半导体激光器的治疗功率5mw，设置810nm半导体激光的治疗功率800mw；通过人机界面的命令进入治疗状况，650nm和810nm半导体激光器开启，则复合玻璃光纤束器件中的复合光头输出810nm半导体激光的功率为800mw；同时通过光功率从检测器提供的信号，人机界面会分别显示810nm激光的实时激光输出功率，实施单一激光灸治疗；而650nm的半导体激光的作用为灸疗红外激光的指示光。

9.按权利要求8所述的方法，其特征在于B情况下作为灸疗红外激光指示光满足GB7247.1－2001的规定，650nm指示光功率应<5mw。