CN105944234A - 一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，属于医疗设备技术领域，包括康复仪电源、激光驱动器、控制器、三波长激光器和激光光学治疗头，所述三波长激光器包括417nm激光模块、650nm激光模块、808nm激光模块和激光合束装置。本发明采用先进的激光合束技术，将三种波长417nm、650nm、808nm，功率分别为100mW的半导体激光合束进单光纤输出，根据治疗目的不同，采用不同的波长组合、功率组合输出方案，治疗更加灵活广泛，操作更加简便；康复仪运用可调激光扩束技术，实现可以根据患者患处面积，调节激光光斑的治疗面积，治疗更精准。

Description

一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，特别是涉及到一种多波长复合半导体激光康复仪。

背景技术

近年来，国内激光医疗发展迅速，其中弱激光因为其直接照射生物组织不会造成不可逆损伤，却能产生良性的生物刺激，应答反应和光化学作用的特点被广泛应用到临床治疗上。

由于激光治疗仪采用选择性光热作用，对皮肤的各类疾病进行照射治疗，采用不同波长的激光或治疗方式，可实现对不同疾病的康复治疗。

弱激光是相对于强激光而言的，工程、科技、医学界把低功率密度或低能量辐射的激光称之为弱激光又称低强度激光，是指用这种激光直接照射时不会对靶组织造成不可逆性损伤的低功率激光，常在生物医学中用来做生理刺激源，用于科学研究和临床治疗。弱激光的辐射功率通常在几个毫瓦到数百毫瓦，通常人们更关心辐照强度，即功率密度，也就是单位面积上的光辐射功率(mW/cm²)，医疗、美容上应用的连续激光其功率密度一般不超过几十个mW/cm²，大多为几个mW/cm²。弱激光的最大特点是其直接照射生物组织不会造成不可逆损伤，却能产生良性生物刺激、应答反应和光化学效应，从而调节机体多种功能，如神经冲动传递、血液功能、酶的活性、免疫、代谢等，通过平衡、改善上述功能从而达到治疗疾病和美容的目的。当前，弱激光治疗已在临床上广泛使用，如弱激光体外穴位照射、弱激光针灸、弱激光血液照射等，弱激光在痤疮，骨骼愈合，伤口愈合等方面有显著的治疗效果。

波长417nm的激光对痤疮有良好的治疗效果。痤疮的病因是多方面的，痤疮丙酸杆菌是炎症性痤疮主要病原体。对于炎症性痤疮，波长417nm的激光，是破坏痤疮丙酸杆菌最有效的光，它与痤疮丙酸杆菌代谢物卟啉的光吸收峰值匹配，导致细菌死亡进而将皮肤上的痤疮清除。它可以穿透至痤疮丙酸杆菌所在皮肤深度，高选择性地快速杀灭痤疮丙酸杆菌，没有副作用，没有不适感，疗程短，见效快，对所有类型皮肤都有效，尤其适合轻重度的炎症性痤疮以及久治不愈的顽固性痤疮。

波长为650nm的低功率激光穿透组织的深度较浅，但被世界医学界称为人体的“黄金波段”，但对人体具有促进局部血液循环、提高局部免疫功能、促进伤口愈合和防止伤口感染等生物效应，且红光能让细胞的活性提高，促进细胞的新陈代谢，使皮肤大量分泌胶原蛋白与纤维组织来自身填充，加速血液循环，增加肌肤弹性。上海恒道医疗器械有限公司的专利《一种半导体激光治疗仪的方法及其应用》(专利号201110041515.2)中写道，当650nm激光束垂直入射机体从体表照射桡动脉时，大约有1/10的激光能量透过皮肤、肌肉和血管壁，被血液吸收，激光激发的血液荧光主要在600-670纳米之间，而630-650纳米光谱处于峰值，由分子荧光发光机制不难得出：激发血液由基态至激发态，由630-650纳米的激光作为激光源最有效，治疗的效果最好。650nm激光与417nm激光复合治疗痤疮，可达到根治痤疮的同时，修复皮肤表面不留疤痕的效果。北京康联Blue双波长痤疮治疗仪即采用417nm LED及红光半导体激光器复合治疗痤疮，并具有一定的治疗效果。

波长为808nm的低功率激光在促进神经修复、减轻伤口疼痛等方面有显著效果。其穿透组织的深度较深，对人体的有效作用深度可达5-7cm，通过照射神经节、神经干、神经丛、痛点和穴位，利用光作用于人体而产生的光电、光磁、光化学、光免疫及光酶等作用,可抑制神经兴奋，松弛肌肉、扩张血管、增加血流量，加速疼痛物质的代谢及改善植物神经系统功能，对人体炎症性、神经性和创伤性疼痛能够进行有效抑制作用。与650nm激光复合治疗外伤，可以达到促进伤口愈合的同时，缓解患者病痛的效果。专利《便携式光子医疗保健仪》(申请号00131114.X)即采用650nm波段和808nm波段激光，对腰腿疼痛、颈椎疼痛、皮肤溃烂等病症进行康复治疗，但由于这款仪器不是光纤输出，是通过布带将发光板固定在患处，且功率较低，康复治疗效果有限，使用灵活性受到很大限制。

目前，市场上激光康复仪大多采用LED或者单波长的激光器为光源，无法根据患者病情及患处面积调节光斑大小，且光束多采用导光臂输出，具有使用笨重，灵活性差，使用LED作为光源穿透深度低等缺点。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，用来解决目前市场上激光康复仪大多采用LED或者单波长的激光器为光源，无法根据患者病情及患处面积调节光斑大小，且光束多采用导光臂输出，具有使用笨重，灵活性差，使用LED作为光源穿透深度低等技术问题。

一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，其特征是：包括康复仪电源、激光驱动器、控制器、三波长激光器和激光光学治疗头，所述三波长激光器包括417nm激光模块、650nm激光模块、808nm激光模块和激光合束装置；

所述康复仪电源通过导线分别与激光驱动器和控制器连接，所述激光驱动器通过导线分别与417nm激光模块、650nm激光模块及808nm激光模块连接；所述417nm激光模块、650nm激光模块和808nm激光模块发出的激光均入射至激光合束装置；所述激光合束装置内依次设置有合束镜Ⅰ、合束镜Ⅱ和胶合透镜；所述合束镜Ⅰ和合束镜Ⅱ均为两个等腰直角三棱镜胶合而成，三角棱镜的斜面上镀有分束膜；所述胶合透镜为凹透镜和凸透镜胶合而成；所述控制器通过导线与激光光学治疗头连接；所述激光光学治疗头的内部设置有螺旋套筒，激光光学治疗头的输入端固定安装有固定组；所述固定组为凹透镜；所述螺旋套筒的内部设置有变焦组；所述变焦组为聚焦透镜，聚焦透镜为凸透镜和凹透镜胶合而成，聚焦透镜通过镜片座安装在螺旋套筒的内部。

所述康复仪电源为专业医用电源。

所述控制器的外部设置有操控按钮和显示屏。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

本发明采用先进的激光合束技术，将三种波长417nm、650nm、808nm，功率分别为100mW的半导体激光合束进单光纤输出，根据治疗目的不同，采用不同的波长组合、功率组合输出方案，治疗更加灵活广泛，操作更加简便；康复仪运用可调激光扩束聚焦技术，实现可以根据患者患处面积，调节激光光斑的治疗面积，治疗更精准。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪的结构框图。

图2为本发明一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪中三波长合束示意图。

图3为本发明一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪中激光光学治疗头的内部光学系统示意图。

图4为本发明一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪中激光光学治疗头的结构示意图。

图中1-康复仪电源、2-激光驱动器、3-控制器、4-三波长激光器、5-激光光学治疗头、6-417nm激光模块、7-650nm激光模块、8-808nm激光模块、9-激光合束装置、10-合束镜Ⅰ、11-合束镜Ⅱ、12-胶合透镜、13-螺旋套筒、14-固定组、15-变焦组、16-镜片座。

具体实施方式

如图1所示，一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，其特征是：包括康复仪电源1、激光驱动器2、控制器3、三波长激光器4和激光光学治疗头5，所述三波长激光器4包括417nm激光模块6、650nm激光模块7、808nm激光模块8和激光合束装置9；

所述康复仪电源1通过导线分别与激光驱动器2和控制器3连接，所述激光驱动器2通过导线分别与417nm激光模块6、650nm激光模块7及808nm激光模块8连接；所述417nm激光模块6、650nm激光模块7和808nm激光模块8发出的激光均在空气中传输入射至激光合束装置9；所述激光合束装置9内依次设置有合束镜Ⅰ10、合束镜Ⅱ11和胶合透镜12；所述合束镜Ⅰ10和合束镜Ⅱ11均为两个等腰直角三棱镜胶合而成，三角棱镜的斜面上镀有分束膜；所述胶合透镜12为凹透镜和凸透镜胶合而成；所述控制器3通过导线与激光光学治疗头5连接；所述激光光学治疗头5的内部设置有螺旋套筒13，激光光学治疗头5的输入端固定安装有固定组14；所述固定组14为凹透镜；所述螺旋套筒13的内部设置有变焦组15；所述变焦组15为聚焦透镜，聚焦透镜为凸透镜和凹透镜胶合而成，聚焦透镜通过镜片座16安装在螺旋套筒13的内部。

所述康复仪电源1为专业医用电源。

所述控制器3的外部设置有操控按钮和显示屏。

本发明采用三种波长分别为417nm，650nm，808nm，输出功率0～100mW连续可调的半导体激光器作为康复仪的光源，利用激光合束技术，将三种波长激光耦合进一根光纤，组成了一台新型的同时具备三个波长的光纤输出激光器。

合束方式如图2所示，合束镜Ⅰ10和合束镜Ⅱ11均是由两个三角棱镜胶合而成的立方体，它是由两个等腰直角三棱柱镜胶合而成，在三角棱镜的斜面上镀分束膜，利用二向分色镜原理逆向使用，使一种半导体激光以45°入射在斜面上实现全透射，而对另一种波长激光当以45°入射在该斜面上时发生全反射。合束镜Ⅰ10实现417nm激光以45°入射在斜面上时全透射，650nm激光以45°入射在斜面上实现完全反射，用于将以90°夹角，分别与斜面呈45°入射的417nm激光和650nm激光合为一束双波长激光。合束镜Ⅱ11实现417nm、650nm双波长激光以45°入射在斜面上时全透射，808nm激光以45°入射在斜面上时全反射。417nm、650nm双波长激光与808nm激光夹角呈90°，分别与合束镜Ⅱ11斜面呈45°入射后，合为一束，获得三波长激光。最终通过聚焦耦合系统耦合进传输光纤。聚焦耦合系统为采用不同材质的凹透镜和凸透镜组成的胶合透镜12，起到一定程度上消除三波长色差的作用。图2是系统的简单示意图，实际系统更加复杂，通过光学精调装置及仪器装调。

417nm激光模块6、650nm激光模块7和808nm激光模块8在激光驱动器2和控制器3的控制下，采用不同波长，不同功率组合输出，即可以选择三波长同时输出，任意两波长输出或者任意单波长输出；

康复仪电源1采用专业医用电源，具有低漏电，高抗扰性，可以保证治疗激光稳定输出。

激光光学治疗头5内部为焦距可调的激光扩束光学系统，可在控制器3及螺旋套筒13的控制下，在一定范围内连续调节光斑尺寸。激光光学治疗头5内部的激光光学系统如图3所示，为伽利略光学系统，同时也是变焦光学系统，由固定组14和变焦组15组成。固定组14为凹透镜，变焦组15为聚焦透镜，光学系统由变焦组15沿光轴的移动实现光学变焦。激光由光纤输出，沿光轴，首先通过固定组14即凹透镜，再通过变焦组15即聚焦透镜，通过聚焦透镜沿光轴移动，实现激光发散角由9°到25°连续变化，使激光光学系统距患处50cm时，光斑面积可以由50cm²到450cm²连续变化。光学系统中，聚焦透镜为不同材质的凸透镜和凹透镜组成的胶合透镜，这种结构有利于一定程度上消除色差。变焦组15即聚焦透镜的运动控制，利用我公司另一项专利《激光扩束装置》(专利号201320701023.6)，实现行程精确控制。如图4所示，除变焦组15、固定组14，还包括螺旋套筒13、镜片座16、光纤连接器等结构。传输激光的光纤通过光纤连接器与激光光学治疗头5连接，光纤连接器与固定组14和变焦组15的光学镜片同轴，使激光沿光轴入射光学镜片。通过步进电机与齿轮驱动螺旋套筒13，使镜片座16在螺旋套筒13中沿光轴移动，通过控制器3精确地控制镜片座16的位置，达到精确控制光学变焦，控制激光光斑尺寸的目的。

控制器3由控制卡和我们自行开发的软件组成，实现对激光驱动器2和激光光学治疗头5的精确控制，实现按照不同病情，任意组合激光波长，精确控制激光功率密度，采用人机交互界面，将数据具体化、图形化，方便医疗人员操作。

通过与医院合作进行临床试验，根据病人不同病情调试仪器，已经针对常见病情预先设定几种康复仪治疗方案及参数，可针对常见的病症和病情通过控制器3外部设置的操控按钮和显示屏选择康复仪治疗方案及参数，方便快捷地进行康复治疗，针对不常见病情，可通过控制器3外部设置的操控按钮和显示屏，调节激光波长、功率、光斑大小等参数，对患者进行康复治疗。

Claims (3)

1.一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，其特征是：包括康复仪电源(1)、激光驱动器(2)、控制器(3)、三波长激光器(4)和激光光学治疗头(5)，所述三波长激光器(4)包括417nm激光模块(6)、650nm激光模块(7)、808nm激光模块(8)和激光合束装置(9)；

所述康复仪电源(1)通过导线分别与激光驱动器(2)和控制器(3)连接，所述激光驱动器(2)通过导线分别与417nm激光模块(6)、650nm激光模块(7)及808nm激光模块(8)连接；所述417nm激光模块(6)、650nm激光模块(7)和808nm激光模块(8)发出的激光均入射至激光合束装置(9)；所述激光合束装置(9)内依次设置有合束镜Ⅰ(10)、合束镜Ⅱ(11)和胶合透镜(12)；所述合束镜Ⅰ(10)和合束镜Ⅱ(11)均为两个等腰直角三棱镜胶合而成，三角棱镜的斜面上镀有分束膜；所述胶合透镜(12)为凹透镜和凸透镜胶合而成；所述控制器(3)通过导线与激光光学治疗头(5)连接；所述激光光学治疗头(5)的内部设置有螺旋套筒(13)，激光光学治疗头(5)的输入端固定安装有固定组(14)；所述固定组(14)为凹透镜；所述螺旋套筒(13)的内部设置有变焦组(15)；所述变焦组(15)为聚焦透镜，聚焦透镜为凸透镜和凹透镜胶合而成，聚焦透镜通过镜片座(16)安装在螺旋套筒(13)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，其特征是：所述康复仪电源(1)为专业医用电源。

3.根据权利要求1所述的一种基于三波长激光器的半导体激光康复仪，其特征是：所述控制器(3)的外部设置有操控按钮和显示屏。