CN104127236A - 一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，包括制冷剂储液罐，储液罐置于一带有温度控制的恒温装置内，制冷剂储液罐通过充注阀与三通接头连接，三通接头的另外两端分别与液位传感器和球阀、高压软管连接，高压软管另一端与高速电磁阀相连接，电磁阀上连有驱动电磁阀的控制系统，电磁阀的输出端上连有不锈钢喷嘴。本发明作为独立装置能够与任意一款激光治疗仪的治疗手具配合使用，此外也能作为一个部件集成于任意一款激光治疗仪，实现了激光治疗手术中对患者表皮的降温，有效地减小了表皮组织的热损伤，同时增加了激光能量的照射深度，大大地提高了治疗效果。

Description

一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置

技术领域

本发明属于激光皮肤医疗领域，特别涉及一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置。

背景技术

鲜红斑痣是一种先天性的、真皮内的血管性病变，多伴随着新生儿出现，在新生儿中的发病率可以达到0.3%-0.5%，常位于较深的真皮层内。损害初期表现为小的红斑到大的红色斑片，不高出皮面，随着年龄的增长而颜色变深变红、变紫，病灶将逐步扩张、变厚，由于其多处于面部或颈部，因此严重影响患者的容貌和日常生活。

由于病灶部位深达真皮层，常规的治疗方法（如冷冻治疗、高频电、普通CO2激光治疗、同位素治疗等）难以将之去除或容易留下伤疤，自从以脉冲染料激光（主要波长为595nm）为代表的选择性光热作用治疗出现以来，选择性地治疗鲜红斑痣成为现实，脉冲染料激光能够达到真皮层被病灶部位吸收，导致病灶部位吸热消融，从而达到治疗的效果。然而，由于由于在表皮层内存在黑色素，它对处于400-700nm可见光有较大的吸收，因此在激光治疗较深病灶部位时有很大一部分能量被黑色素吸收，由此生产两个问题：一方面使得达到真皮层病灶部位的能量减少了，降低了治疗效果；另一方面，黑色素吸收的能力使得表层皮肤温度升高从而有可能灼伤正常组织。

由于在激光治疗皮肤病手中可能出现灼伤表皮正常组织的情况，因此各种各样的冷却方式应运而生，如冰敷、蓝宝石接触冷却、压缩冷空气对流冷却和动态冷却系统（DCD, dynamic cooling device ），其中动态冷却方式得到了广泛的应用。动态冷却是1995年由Nelson等提出的，此方法提出了在激光治疗前，在皮肤表面喷射一定的制冷剂，液态的制冷剂喷射到表皮瞬间发生相变从表皮带走大量的热量，从而表皮迅速被降低到-30℃左右，而深层真皮层却不受影响，这样不仅保护了表皮不受伤害，同时也增加了达到病灶组织的激光能量，大大地提高了治疗效果。

虽然动态冷却技术制冷效果很好，且已成功运用到激光治疗皮肤病手术中，但是在其应用中仍然存在很多问题。动态喷雾冷却受温度影响较大，低温时容易出现喷洒不正常现象，高温时容易出现气泡；动态喷雾冷却缺乏液位报警和动态监视功能；整个动态喷雾冷却系统缺乏统一规范、安全有效的密封方式，上述这些现有动态喷雾冷却的缺点都将影响激光治疗手术中的安全性和治疗效果。

发明内容

针对上述的缺陷和不足，本发明提供了一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置及制冷方法，能够很好地解决上述问题并应用于激光治疗皮肤手术中，从而改善激光治疗皮肤的效果。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

包括制冷剂储液罐，制冷剂储液罐置于恒温装置内，制冷剂储液罐与充注阀连接，充注阀与三通接头连接，三通接头的另外两端分别与液位传感器和球阀连接，球阀与高压软管连接，高压软管的另一端与高速电磁阀连接，电磁阀上连有用于控制电磁阀开关和液位传感器监视的控制系统，高速电磁阀的输出端上连有雾化喷嘴，电磁阀和雾化喷嘴安装于一操作手柄中。

上述的制冷剂储液罐中所装的制冷剂为药用的HFC-134a。

上述的制冷剂储液罐是体积约为1L的钢瓶，瓶口接头为带有外螺纹和充气阀芯的阀座，储液罐的瓶体上设有用于压力过大自动泄压的密封结构，包括阀体和底座，阀体和底座均具有内腔，阀体与底座之间螺纹连接，阀体的内腔和底座的内腔之间构成阀芯腔，阀芯腔内可滑动地设有阀芯，阀芯采用浮子式阀芯，浮子由弹簧抵设在阀芯腔之间，顶住阀体的出气口出，弹簧另一端抵设在底座的凹槽内，凹槽位于底座的进气口处，阀芯开设有贯通的流道，进气口、阀体的内腔和底座的内腔以及出气口连通成气路，浮子用于控制密封结构的气路的连通或关闭，阀体出气口处的空腔设有密封槽，且在密封槽内设有密封圈。

上述的充注阀与制冷剂储液罐接头相对应，有相应的充注顶杆和内螺纹。

上述的三通接头分别于充注阀、液位传感器、球阀相连接。

上述的恒温装置为一恒温加热装置，加热装置带有温度开光，能将温度控制在25℃-50℃之间。

上述的高压软管为带有金属编制的软管或者透明软管，两端带有不锈钢活动式扩口接头。

上述的高速电磁阀密封材料需与HFC-134a满足相容性要求，电磁阀安装于一操作手柄中，操作手柄上留有一用于固定激光治疗手柄的固定装置，激光治疗手柄上有一带有撑脚的激光输出镜筒，撑脚既能测量与皮肤之间的距离又能实现激光光斑的变换，最后装于电磁阀上的喷嘴与激光治疗手柄形成一夹角，使得喷出的制冷剂与输出的激光作用于同一患处。

上述操作手柄上还配置有一环形夹座，环形夹座用于固定激光治疗的激光出射端，激光出射端为一圆柱形的激光治疗手柄，激光治疗手柄装卡在环形夹座上，与所述安装于高速电磁阀上的喷嘴形成一固定夹角，所述固定夹角在35°~50°之间，使得喷出的制冷剂与输出的激光能作用于同一患处。

上述与高速电磁阀连接的喷嘴为304或316L的不锈钢直喷嘴，或者带有一定角度的玩喷嘴，喷嘴的长度在30-80mm之间，内孔直径在Ф0.2-1.5mm之间。

上述的高速电磁阀为响应时间≤5ms的一般微型电磁阀，或者响应时间为160μs左右的脉冲电磁阀，阀体材质为医用不锈钢。

上述的控制系统既能控制电磁阀的开关和液位传感器的监视，也能与激光治疗连接实现信号通知，控制制冷剂喷出持续时间以及制冷剂平喷洒结束与激光输出之间的时间间隔。

上述整个系统的管路采用了扩口式金属密封方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明提供了一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，将制冷剂装入带有泄压功能的特制储液钢瓶中，储液罐通过充注阀、三通接头和高压软管将制冷剂输出，与软管相连的高速电磁阀和不锈钢喷嘴实现对制冷剂的非接触式喷雾冷却；另外本发明的操作手柄上预留了一个与任意一款激光治疗手柄配合治疗的固定装置，实现了激光治疗手术中对患处表皮的动态冷却，防止了表皮正常组织的损坏，增大了病患深处的能量吸收，促进了治疗效果；另外由于此装置通用性良好、操作简便、功效突出使得它拥有广泛的市场前景。

进一步的，本发明将制冷剂储液罐置于一恒温加热装置中，恒温加热装置能够减小温度对制冷剂的影响，激光治疗之前对储液罐进行加热使得制冷剂保持在40℃左右，此时它的饱和蒸汽压为1MPa左右，压力的增大减小了制冷剂在管路流通中汽包的产生，增强了动态喷洒的能力，避免了制冷剂不喷洒灼伤皮肤的危害。

进一步的，本发明中制冷剂储液罐采用了一特质钢瓶，钢瓶带有一外螺纹加气门芯的阀座，同时相应的配套有用于充注和泄放制冷剂的充注阀，这使得储液罐倒置时稳固、安全可靠、可重复使用，避免了使用快捷接头倒置时摇晃、经常需要更换；另外，它还带有一自动泄压的泄压阀，避免了在瓶内压力过大时产生爆炸的危险。

进一步的，本发明中使用了液位传感器动态监视整个管路系统，液位传感器将动态监视管路中的气泡、压力等，当管路中气泡过多或者制冷剂已经很少时，液位传感器会发出报警，提醒医生将气泡排出或及时更换新的制冷剂，避免了手术中喷出气泡或不喷洒而灼伤皮肤。

进一步的，本发明中采用的高速、高精度的脉冲电磁，脉冲电磁阀材质为不锈钢、密封为金属密封、动作更直接、响应更快达到160μs，避免了一般高速电磁阀由于密封圈泡胀产生的制冷剂不喷洒现象，同时由于其超高的响应速度能够更好地控制持续时间10-60ms的制冷剂喷洒时间，增加皮肤的制冷效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提出的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置的结构示意图；

图2是制冷剂储液罐的结构示意图；

图3是制冷剂充注阀结构示意图；

图4是三通接头结构示意图；

图5是直管喷嘴和弯管喷嘴结构示意图；

图6是喷嘴内孔为0.7mm，喷洒时间为20ms，喷洒距离为40mm和57mm时的冷却曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，主要包括：制冷剂储液罐01，制冷剂储液罐01置于恒温加热装置02中，恒温加热装置02用于给制冷剂加热、增压，制冷剂储液罐01的瓶口与充注阀03相连接，充注阀03的出口与三通接头05的入口相连，三通接头05的另外两端分别与液位传感器04和球阀06相连接，球阀06的另一端与高压软管07相连，高压软管的另一端与高速电磁阀08相连，高速电磁阀08上连有用于控制电磁阀驱动的控制系统11，高速电磁阀08的输出端上连有喷嘴09，上述电磁阀和喷嘴将安装于一操作手柄中，操作手柄上预留有用于安装激光治疗手柄10的固定装置，且使得喷嘴09输出的制冷剂与激光治疗手柄10输出的激光作用于同一患处。例如：喷嘴与患处的喷雾距离为20-60mm，同时喷嘴与激光治疗手柄形成约45︒左右的夹角，使得喷嘴喷出的制冷剂与输出的激光共同作用于同一患面。此外，控制系统11也与激光治疗仪12相连用于控制激光器的输出，一方面控制着激光治疗前的冷却喷洒时间，另一方面控制着喷洒结束与激光输出之间的时间间隔，从而实现了冷却喷洒与激光治疗相结合的治疗方法，其中使用的电磁阀为不锈钢材质的微型高速电磁阀或脉冲电磁阀，具有超快的响应速度，从而实现5-80ms的动态喷洒时间。

本发明中，如图2所示，制冷剂储液罐为Φ74*273mm体积约为1L的钢瓶，瓶口接头为带有外螺纹和充气阀芯的阀座，瓶体上还有用于压力过大时自动泄压的泄压阀，储液罐工作压力约为1MPa左右，大于4MPa时自动泄压。图3所示为与制冷剂储液罐相配套的充注阀，用于制冷剂的充放。

本发明中，如图5所示，喷嘴为医用不锈钢直喷嘴或者医用不锈钢弯喷嘴，喷嘴可以带法兰或不带法兰，具体参照与电磁阀的连接方式，喷嘴的入口端与电磁阀的出口端紧密相连，上述的喷嘴长度在30-80mm之间，内孔直径在Ф0.2-1.5mm之间。

本发明中所使用的制冷剂是HFC-134a，它是一种无毒、对臭氧层无破坏的新型环保制冷剂，是目前FDA唯一认证的可用于皮肤冷却的药用制冷剂。其在常压下的沸点约为-26.1℃，在常温（25℃）下的饱和蒸汽压约为0.66MPa，即当室温在25℃时处于制冷剂储液罐中的制冷剂压力约为0.66MPa，当控制系统发出命令打开电磁阀时，制冷剂储液罐中的制冷剂经由充注阀、三通接头、球阀、高压软管、电磁阀和喷嘴从喷嘴口喷出，喷出的高压制冷剂由于瞬间失亚形成细小破碎的闪蒸喷雾剂，破碎后的制冷剂微小液滴强烈蒸发，瞬间蒸发带走大量附近皮肤上的热量，瞬间能将皮肤冷却到-30℃左右。

本发明的大致工作过程及原理如下：首先，对制冷剂储液罐进行抽真空，然后利用充注阀03和制冷剂储液罐01上的充注接头将大瓶中的制冷剂灌冲到储液罐中，制冷剂在储液罐中处于气液共存饱和状态，液态的在储液罐底部，气态的在储液罐顶部。其次，制冷剂储液罐倒置于恒温加热装置02中，为了增大制冷剂的压力、减小室温影响、减小制冷剂流经管道时产生气泡的可能性，需要对处于恒温加热装置中的制冷剂储液罐进行预热到40℃左右，其中温度开关会自动控制加热装置的开关，装置正常工作时制冷剂处于40℃左右的环境中，此时HFC-134a的饱和蒸汽压约为1MPa。制冷剂储液罐01通过瓶口充注接头与充注阀03连接，充注阀03与三通接头05连接，三通接头的另外两端分别与液位传感器04、球阀06和高压软管07连接，高压软管07的另一端连接有高速电磁阀08。储液罐中的制冷剂经由瓶口充注接头、充注阀、三通接头、球阀、高压软管输送到电磁阀的输入口；液位传感器负责对管路中制冷剂进行动态监视，当管路中有气泡经过或制冷剂量以不足时液位传感器将发出警报；球阀一般是打开的，管路发生泄漏时可以关闭球阀，避免制冷剂的大量泄漏，造成危险。由于在治疗时冷却喷洒一般持续几十毫秒，通常在5-80ms之内，因此电磁阀08需要有超高的响应速度同时满足材质要求，电磁阀08为相应时间小于5ms的高速电磁阀或响应时间为160μs的脉冲电磁阀。电磁阀的输入端与高压软管连接，输出端与不锈钢喷嘴09连接，喷嘴为医用不锈钢制造的直喷嘴或者弯喷嘴。当控制系统11发出命令时，电磁阀收到驱动信号打开电磁阀，管路中的制冷剂通过电磁阀从喷嘴中喷出，高压的液态制冷剂由于瞬间失压而破碎成十分微小的喷雾，喷于皮肤表面的微小液滴瞬间强烈蒸发带走大量的热量，使得周围皮肤的温度瞬间降低，从而起到保护表皮促进激光吸收的效果。在通常激光治疗皮肤病手术中，激光治疗之前医生首先需要对患处进行冷却，因此通常可以将喷洒输出部分和激光输出部分集成在一个治疗手柄中，治疗时医生按下手柄上的治疗按钮，先持续喷洒几十毫秒的制冷剂对皮肤进行冷却，然后相隔一段时间输出激光对病患皮肤进行治疗；为了增加冷却装置的通用性，将冷却输出部分安装于一操作手柄中，操作手柄上预留有用于固定激光治疗手柄的固定装置，只需利用固定装置将激光治疗手柄固定于操作手柄上形成一夹角，并保证喷出制冷剂和输出激光共同作用于一点，这就形成了一个组合治疗手柄，激光治疗手术时，可以根据不同的皮肤病和病患处，选择合适的激光能量、光斑大小、脉宽和制冷剂喷洒时间、喷洒结束与激光开启之间的时间间隔等参数，控制系统11发出命令对病患处进行治疗。

如图6所示为喷嘴内孔直径为0.7mm，喷洒持续时间为20ms，喷洒距离为40mm和57mm时，利用热电偶测量的玻璃表面的冷却曲线，可以看出制冷剂喷雾能瞬间将物体表面温度降到很低，达到很好的治疗效果。

综上所述，本发明提出的一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置具有很好的冷却效果和应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：包括制冷剂储液罐(01)，制冷剂储液罐置于恒温装置(02)内，制冷剂储液罐(01)与充注阀(03)连接，充注阀(03)与三通接头(05)的一端连接，三通接头(05)的另外两端分别与液位传感器(04)和球阀(06)连接，球阀(06)与高压软管(07)连接，高压软管(07)的另一头与高速电磁阀(08)连接，高速电磁阀(08)上连有用于控制电磁阀开关和液位传感器(04)监视的控制系统(11)，高速电磁阀(08)的输出口上装有雾化喷嘴(09)，高速电磁阀(08)和喷嘴整体安装于一操作手柄中。

2.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：高压软管(07)为带有金属编制的软管或者透明软管，制冷剂储液罐(01)中所装的制冷剂为药用HFC-134a。

3.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：恒温装置(02)为一恒温加热装置，能控制温度在25℃-50℃之间。

4.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：充注阀(03)的结构与制冷剂储液罐(01)瓶口接头相对应，为带有顶杆和相应内螺纹的结构，瓶口接头内设有气门芯，顶杆周围设置O型密封圈，依靠所述气门芯和O型密封圈连接充注阀(03)与制冷剂储液罐(01)的瓶体。

5.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：制冷剂储液罐(01)选用体积为1~2L的钢瓶，瓶口接头为带有外螺纹和充气阀芯的阀座，所述储液罐(01)的瓶体上设有用于压力过大自动泄压的密封结构，包括阀体和底座，阀体和底座均具有内腔，阀体与底座之间螺纹连接，阀体的内腔和底座的内腔之间构成阀芯腔，阀芯腔内可滑动地设有阀芯，阀芯采用浮子式阀芯，浮子由弹簧抵设在阀芯腔之间，顶住阀体的出气口出，弹簧另一端抵设在底座的凹槽内，凹槽位于底座的进气口处，阀芯开设有贯通的流道，进气口、阀体的内腔和底座的内腔以及出气口连通成气路，浮子用于控制密封结构的气路的连通或关闭，阀体出气口处的空腔设有密封槽，且在密封槽内设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：所述操作手柄上还配置有一环形夹座，环形夹座用于固定激光治疗（12）的激光出射端，激光出射端为一圆柱形的激光治疗手柄(10)，激光治疗手柄（10）装卡在环形夹座上，与所述安装于高速电磁阀（08）上的喷嘴形成一固定夹角，所述固定夹角在35°~50°之间，使得喷出的制冷剂与输出的激光能作用于同一患处。

7.根据权利要求6所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：激光治疗手柄(10)上有用于定位治疗部位和变换治疗光斑的撑脚，且控制系统(11)既能控制高速电磁阀（08）的开关和液位传感器(04)的监视，也能与激光治疗仪相连接同步两者信号，控制制冷剂喷洒持续时间，以及制冷剂喷洒结束与激光输出之间的时间间隔。

8.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：高速电磁阀(08)为响应时间≤5ms的一般微型电磁阀，或者响应时间为160μs的脉冲电磁阀，电磁阀材质为不锈钢。

9.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：整个系统的管路选用NPT螺纹密封方式和/或扩口式金属密封。

10.根据权利要求1所述的用于激光治疗的非接触式喷雾皮肤冷却装置，其特征是：与高速电磁阀(08)连接的喷嘴为医用304或316L不锈钢的直喷嘴，或为带有一定角度的弯喷嘴；喷嘴的长度在30-80mm之间，内孔直径在Ф0.2-1.5mm之间。