CN108853749B - 一种一次性医用激光热疗的靶头保护套 - Google Patents

一种一次性医用激光热疗的靶头保护套 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一次性医用激光热疗的靶头保护套，包括保护套主体、光通道、保护套主体外壁涂层和发射口涂层；保护套主体由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体中心设有光通道，光通道的前端距离半球体顶端0.7‑0.9mm，位于光通道的前端的半球体设有发射口涂层，圆柱体外周和半球体上发射口涂层的外周设有保护套主体外壁涂层；保护套主体外壁涂层的原料配方组成为：氟硅树脂50‑60份，乙醇20‑30份，甲酸2‑5份，碳化硅3‑6份，碳化钛4‑8份，二氧化钛3‑6份，助剂8‑10份。本发明保护套主体外壁涂层耐高温、不粘涂料，靶头保护套中间开有光纤通道，顶端封闭，具有出色的防粘结及透光性能。

Description

一种一次性医用激光热疗的靶头保护套
技术领域
本发明涉及一种激光热疗仪，特别是涉及一种一次性医用激光热疗的靶头保护套，主要应用于激光热疗设备的光纤头。
背景技术
针对传统热疗器械存在的控温精度不高、方向性差、升温速度慢、体积庞大等问题，基于激光具有方向性好，精准度高，能量密度大等特点，激光热疗仪成为了国内外研究的重点。激光热疗仪改变了传统热疗器械温控系统的加热方式，基于高效加热材料的辅助，通过导入精准控温曲线，能实现对指定部位肿瘤癌细胞的激光高效高精度加热的关键技术，是高精准热疗器械发展的新方向。
现阶段的激光热疗治疗采取的是热消融技术，即受体组织治疗温度须达到62-66℃，一旦局部温度过高，部分受体组织会瞬间碳化造成靶头与受体组织的粘连。因此，靶头与受体的接触角越大，即润湿性越好，越不容易粘连。同时，外界的高温容易影响保护套内部光纤的工作状态，因此，保护套的导热系数越小，能越保护光纤的正常运行。
基于透光性、耐热性和光滑性的要求，现阶段使用的激光热疗仪，其激光靶头使用的材料为蓝宝石，该靶头为一次性耗材，造价高昂，难以推广，因此，以来源广泛及造价低廉的材料来替代蓝宝石，使激光热疗技术能广泛推广，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术成本高、靶头与机体粘连等问题，提供一种成本低、耐热性佳、光散射性好、靶头与机体不粘连、保护套导热系数小、可替代蓝宝石靶头的一次性医用激光热疗的靶头保护套。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种一次性医用激光热疗的靶头保护套，包括保护套主体、光通道、保护套主体外壁涂层和发射口涂层；保护套主体由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体中心设有光通道，光通道的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm，位于光通道的前端的半球体设有发射口涂层，圆柱体外周和半球体上发射口涂层的外周设有保护套主体外壁涂层；
所述保护套主体由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂0.5wt％-2wt％的聚硅氧烷微球散射粒子制备形成；
所述发射口涂层为氟硅树脂涂层；
以质量份数计，所述保护套主体外壁涂层的原料配方组成为：氟硅树脂50-60份，乙醇20-30份，甲酸2-5份，碳化硅3-6份，碳化钛4-8份，二氧化钛3-6份，助剂8-10份。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述助剂包括分散剂、润湿剂和流平剂；按质量百分比计：分散剂占40-60％，润湿剂占20-40％，流平剂占10-20％。
优选地，所述分散剂为乙酸乙酯；所述润湿剂为聚醚改性有机硅油；所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷聚合物。
优选地，所述保护套主体外壁涂层的厚度为15-20μm。
优选地，所述圆柱体和半球体一体成型。
优选地，所述圆柱体的横截面直径和半球体的直径为2.2-3mm；所述光通道的直径为0.6-1mm；所述圆柱体的长度和半球体的半径和为3-5mm。
优选地，所述发射口涂层的厚度为15-20μm。
优选地，所述聚硅氧烷微球散射粒子为上海涌奇材料技术有限公司所制的SC803纳米级有机硅光散射粒子，粒径为1-3μm。
优选地，所述保护套主体的制备是将聚甲基丙烯酸甲酯与聚硅氧烷微球散射粒子混合均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料，然后将PMMA复合材料放入注塑机注塑出靶头保护套。
优选地，所述保护套主体外壁涂层的制备是原料配方组成的各原料通过搅拌机搅拌均匀，涂覆至保护套主体外壁涂层区域，于70-90℃烘箱烘烤0.4-1小时成膜
相对于现有的热疗靶头，本发明具有如下优点：
1)本发明保护套主体材料采用耐温PMMA为原料，成本低，PMMA的导热系数很小，仅为0.18W/(m2·K)，其次，PMMA透光性好，高达92％，而且PMMA的硬度很强，制备工艺简单；本发明保护套主体材料可长期耐温90℃，容易挤出和注射成型；
2)本发明设计光通道的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm的长度，而且保护套主体由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂0.5wt％-2wt％的聚硅氧烷微球散射粒子制备形成；掺杂的聚硅氧烷微球散射粒子使得激光在透过发射口的过程中经过散射，能覆盖照射人体肿瘤组织处更多的面积，增加了治疗效率。
3)以质量份数计，保护套主体外壁涂层的原料配方组成为：常温固化氟硅树脂50-60份，乙醇20-30份，甲酸2-5份，碳化硅3-6份，碳化钛4-8份，二氧化钛3-6份，助剂8-10份。该配方使得本发明保护套主体外壁涂层具有良好的疏水性能，与机体不粘，而且涂层耐高温性能突出，对人体安全，防止由于人体组织高温粘结保护套表面而导致保护套温度过高，从而对人体造成的二次伤害；
4)本发明发射口涂层采用氟硅树脂涂层，氟硅树脂的导热系数较小，具有良好的不粘性，与其他物质接触角极大，透光性佳好，造价便宜，可保证激光的透过率的同时防止发射口被人体组织粘结的可能性，能大量大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明一次性医用激光热疗的靶头保护套的剖面示意图。
图2为本发明一次性医用激光热疗的靶头保护套的工作原理图。
图3为本发明一次性医用激光热疗的靶头保护套的尺寸标注图。
图中示出：保护套主体1、发射口涂层2、光通道3、保护套主体外壁涂层4、光纤5、激光6、经过散射粒子散射的激光7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，实施例仅是为了解释本发明，并不对本发明保护内容构成限定。
实施例中所用到的原料均可通过普通的商业购买渠道获得。
如图1所示，一种一次性医用激光热疗的靶头保护套，包括保护套主体1、光通道3、保护套主体外壁涂层4和发射口涂层2；保护套主体1由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体1中心设有光通道3，光通道2的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm，位于光通道3的前端的半球体设有发射口涂层2，圆柱体外周和半球体上发射口涂层的外周设有保护套主体外壁涂层4；发射口涂层2只存在于光通道的顶端，保护套主体外壁(除光通道的顶端)均为保护套主体外壁涂层4。
如图3所示，所述圆柱体的横截面直径和半球体D的直径为2.2-3mm；光通道的直径d为0.6-1mm；圆柱体的长度和半球体的半径和H为3-5mm。光通道2的前端距离半球体顶端的预留长度S为0.7-0.9mm。
由于保护套主体1由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂0.5wt％-2wt％的聚硅氧烷微球散射粒子制备形成，光通道3的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm预留长度S的材料就是保护套主体1材料。如图2所示，应用时，光纤5传导的激光6经过光通道3的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm预留长度S中散射粒子的散射作用形成经过散射粒子散射的激光7，该经过散射粒子散射的激光7作用于机体。
本发明发射口涂层2为氟硅树脂涂层；保护套主体1由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂0.5wt％-2wt％的聚硅氧烷微球散射粒子制备形成；优选地，所述聚硅氧烷微球散射粒子为上海涌奇材料技术有限公司所制的SC803纳米级有机硅光散射粒子，粒径为1-3μm。本发明保护套主体材料采用耐温PMMA为原料，成本低，PMMA的导热系数很小，仅为0.18W/(m2·K)，其次，PMMA透光性好，高达92％，而且PMMA的硬度很强，制备工艺简单；本发明保护套主体材料可长期耐温90℃，容易挤出和注射成型；相对于现有的蓝宝石靶头有显著的成本优势，而且性能基本相当。
以质量份数计，本发明保护套主体外壁涂层4的原料配方组成为：常温固化氟硅树脂50-60份，乙醇20-30份，甲酸2-5份，碳化硅3-6份，碳化钛4-8份，二氧化钛3-6份，助剂8-10份。优选地，所述助剂包括分散剂、润湿剂和流平剂；按质量百分比计：分散剂占40-60％，润湿剂占20-40％，流平剂占10-20％。优选地，所述分散剂为乙酸乙酯；所述润湿剂为聚醚改性有机硅油；所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷聚合物。
实施例中的有关测试方法说明如下：
根据现有测试标准对本发明实施例的发射口涂层进行检测，具体检测项目和检测标准如表1所示。
表1
检测项目 检测方法
硬度 GB/T 6739-2006
附着力 GB/T 9286
耐温 GB/T 1720
导热系数 MIL-I-49456A
透光度 GB/T 2410-2008
接触角 GB/T 30447-2013
将本发明保护套主体材料在搅拌均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料。根据现有测试标准对本发明实施例总保护套主体材料进行检测，具体检测项目和检测标准如表2所示。
表2
检测项目 检测方法
硬度 GB/T 3398.2-2008
导热系数 MIL-I-49456A
透光度 GB/T 2410-2008
本发明实施例保护套主体外壁涂层4根据现有测试标准对护套主体外壁涂层进行检测，具体检测项目和检测标准如表3所示。
表3
检测项目 检测方法
硬度 GB/T 6739-2006
附着力 GB/T 9286
耐温 GB/T 1720
导热系数 MIL-I-49456A
透光度 GB/T 2410-2008
接触角 GB/T 30447-2013
实施例1：
(1)保护套主体部分1：将500gPMMA与5g聚硅氧烷微球散射粒子(聚硅氧烷微球散射粒子为上海涌奇材料技术有限公司所制的SC803纳米级有机硅光散射粒子，粒径为1-3μm)混合均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料，将PMMA复合材料放入注塑机注塑出靶头保护套；保护套主体1由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体1中心设有光通道3，光通道2的前端距离半球体顶端的预留长度S为0.8mm；圆柱体的横截面直径和半球体D的直径都为2.8mm；光通道的直径d为0.8mm；圆柱体的长度和半球体的半径和H为4mm。
(2)发射口涂层2：将常温固化氟硅树脂直接涂覆于发射口位置，于80℃烘箱烘烤1小时后成膜。发射口涂层2的厚度为20μm。
(3)保护套主体外壁涂层4：将50g常温固化氟硅树脂，20g乙醇，6g碳化硅，3g甲酸，8g碳化钛，6g二氧化钛，10g助剂投入搅拌机中搅拌均匀后，涂覆至保护套主体外壁涂层区域，于80℃烘箱烘烤1小时候成膜。保护套主体外壁涂层4的厚度为20μm。
将所配制的保护套主体1的材料，在湿度为50-65％和温度为23-27℃的条件下使用HR-150A洛氏硬度计测量硬度，使用HD-2930热流法导热仪测量导热系数，使用EEL57D积分球式雾度仪测量透光度。检测承载板为普通洁净铝板，把挤压机挤出的PMMA复合材料置于铝板上，尺寸为长5cm，宽5cm，厚度1cm。在230-280℃下干燥2h-3h，检测结果如表4所示。
表4
检测项目 检测结果
硬度 ≥L
导热系数 0.18W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 92％
将所配制的发射口涂层2的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-250℃×20-30min，干膜厚度为20μm。检测结果如表5所示。
表5
检测项目 检测结果
硬度 ≥H
附着力 0
耐温 200℃×200H不掉漆
导热系数 21.64W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 89％
接触角 96.1度
将所配制的保护套主体外壁涂层4的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-260℃×20-40min，干膜厚度为20μm。检测结果如表6所示。
表6
Figure GDA0002202256070000061
Figure GDA0002202256070000071
实施例2：
(1)保护套主体部分1：将500gPMMA与7.5g聚硅氧烷微球散射粒子(聚硅氧烷微球散射粒子为上海涌奇材料技术有限公司所制的SC803纳米级有机硅光散射粒子，粒径为1-3μm)混合均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料，将PMMA复合材料放入注塑机注塑出靶头保护套；保护套主体1由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体1中心设有光通道3，光通道2的前端距离半球体顶端的预留长度S为0.7mm；圆柱体的横截面直径和半球体D的直径都为2.2mm；光通道的直径d为0.7mm；圆柱体的长度和半球体的半径和H为3mm。
(2)发射口涂层2：将常温固化氟硅树脂直接涂覆于发射口位置，于100℃烘箱烘烤0.75小时后成膜。发射口涂层2的厚度为15μm。
(3)保护套主体外壁涂层4：将60g常温固化氟硅树脂，20g乙醇，3g碳化硅，2g甲酸，4g碳化钛，3g二氧化钛，8g助剂投入搅拌机中搅拌均匀后，涂覆至保护套主体外壁涂层区域，于100℃烘箱烘烤0.75小时候成膜。保护套主体外壁涂层4的15μm。
将所配制的保护套主体1的材料，在湿度为50-65％和温度为23-27℃的条件下使用HR-150A洛氏硬度计测量硬度，使用HD-2930热流法导热仪测量导热系数，使用EEL57D积分球式雾度仪测量透光度。检测承载板为普通洁净铝板，把挤压机挤出的PMMA复合材料置于铝板上，尺寸为长5cm，宽5cm，厚度1cm。在230-280℃下干燥2h-3h，检测结果如表7所示。
表7
检测项目 检测结果
硬度 ≥L
导热系数 0.19W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 92％
将所配制的射口涂层2的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-250℃×20-30min，干膜厚度为15μm。检测结果如表8所示。
表8
Figure GDA0002202256070000072
Figure GDA0002202256070000081
将所配制的保护套主体外壁涂层4的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-260℃×20-40min，干膜厚度为15μm。检测结果如表9所示。
表9
检测项目 检测结果
硬度 ≥H
附着力 0
耐温 200℃×200H不掉漆
导热系数 22.54W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 88％
接触角 96.2度
实施例3：
(1)保护套主体部分1：将500gPMMA与10g聚硅氧烷散射粒子混合均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料，将PMMA复合材料放入注塑机注塑出靶头保护套；保护套主体1由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体1中心设有光通道3，光通道2的前端距离半球体顶端的预留长度S为0.9mm；圆柱体的横截面直径和半球体D的直径都为3mm；光通道的直径d为0.9mm；圆柱体的长度和半球体的半径和H为5mm。
(2)发射口涂层2：将常温固化氟硅树脂直接涂覆于发射口位置，于120℃烘箱烘烤0.5小时后成膜。发射口涂层2的厚度为18μm。
(3)保护套主体外壁涂层4：将60g常温固化氟硅树脂，30g乙醇，4g碳化硅，4g甲酸，5g碳化钛，4g二氧化钛，10g助剂投入搅拌机中搅拌均匀后，涂覆至保护套主体外壁涂层区域，于120℃烘箱烘烤0.5小时候成膜。保护套主体外壁涂层4的厚度为18μm。
将所配制的保护套主体1的材料在湿度为50-65％和温度为23-27℃的条件下使用HR-150A洛氏硬度计测量硬度，使用HD-2930热流法导热仪测量导热系数，使用EEL57D积分球式雾度仪测量透光度。检测承载板为普通洁净铝板，把挤压机挤出的PMMA复合材料置于铝板上，尺寸为长5cm，宽5cm，厚度1cm。在230-280℃下干燥2h-3h，检测结果如表10所示。
表10
检测项目 检测结果
硬度 ≥L
导热系数 0.19W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 92％
制备后，将所配制的发射口涂层2的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-250℃×20-30min，干膜厚度为18μm。检测结果如表11所示。
表11
检测项目 检测结果
硬度 ≥H
附着力 0
耐温 200℃×200H不掉漆
导热系数 21.64W/(m<sup>2</sup>·K)
透光度 89％
接触角 96.1度
将所配制的保护套主体外壁涂层4的涂料在湿度为50-80％条件下使用ANNESTIWATA NEW-71空气喷枪喷涂，检测板为喷砂铝板，固化条件为220-260℃×20-40min，干膜厚度为18μm。检测结果如表12所示。
表12
Figure GDA0002202256070000091
Figure GDA0002202256070000101
根据现有测试标准对蓝宝石靶头进行检测，具体检测项目、检测标准和结果如表13所示。
表13
检测项目 检测结果 检测方法
硬度 ≥L GB/T 3398.2-2008
导热系数 35W/(m<sup>2</sup>·K) MIL-I-49456A
透光度 85％ GB/T 2410-2008
接触角 58.0度 GB/T 30447-2013
从上述实施例1-3来看，本发明制备的一次性医用激光热疗靶头保护套性能明显优于蓝宝石保护套。蓝宝石导热系数高达35W/(m2·K)，而本发明的主体PMMA复合材料，发射口涂层和保护套主体外壁涂层导热系数分别小于0.2W/(m2·K)，22W/(m2·K)和23W/(m2·K)，均小于蓝宝石的导热系数，能有效阻止热量往保护套内部传播，有效保护了内在的光纤不受高温影响。其次，基于接触角越大粘滞力越小的特点，本发明实施例的保护套主体外壁涂层4和发射口涂层2涂料的接触角都大于96度，明显高于蓝宝石的58度接触角，能有效防止激光靶头与受体组织的粘连，从而达到避免高温热源粘连导致部分组织碳化的危险。第三，本发明的主体和涂料的透光性能均远优于蓝宝石的透光性。第四，保护套主体材料硬度与蓝宝石相当，硬度均大于L，符合应用要求。同时，基于保护套耐温性能极好，造价低廉的特点，本发明制备的一次性医用激光热疗靶头保护套能更加适合现阶段的激光热疗治疗设备，进一步推动激光热疗的发展，实现新兴热疗技术的显著进步。

Claims (10)

1.一种一次性医用激光热疗的靶头保护套，包括保护套主体、光通道、保护套主体外壁涂层和发射口涂层；保护套主体由圆柱体和半球体连接组成，前端为半球体；保护套主体中心设有光通道，其特征在于，光通道的前端距离半球体顶端0.7-0.9mm，位于光通道的前端的半球体设有发射口涂层，圆柱体外周和半球体上发射口涂层的外周设有保护套主体外壁涂层；
所述保护套主体由聚甲基丙烯酸甲酯掺杂0.5wt％-2wt％的聚硅氧烷微球散射粒子制备形成；
所述发射口涂层为氟硅树脂涂层；
以质量份数计，所述保护套主体外壁涂层的原料配方组成为：氟硅树脂50-60份，乙醇20-30份，甲酸2-5份，碳化硅3-6份，碳化钛4-8份，二氧化钛3-6份，助剂8-10份。
2.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述助剂包括分散剂、润湿剂和流平剂；按质量百分比计：分散剂占40-60％，润湿剂占20-40％，流平剂占10-20％。
3.根据权利要求2所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述分散剂为乙酸乙酯；所述润湿剂为聚醚改性有机硅油；所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷聚合物。
4.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述保护套主体外壁涂层的厚度为15-20μm。
5.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述圆柱体和半球体一体成型。
6.根据权利要求5所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述圆柱体的横截面直径和半球体的直径为2.2-3mm；所述光通道的直径为0.6-1mm；所述圆柱体的长度和半球体的半径和为3-5mm。
7.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述发射口涂层的厚度为15-20μm。
8.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述聚硅氧烷微球散射粒子为上海涌奇材料技术有限公司所制的SC803纳米级有机硅光散射粒子，粒径为1-3μm。
9.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述保护套主体的制备是将聚甲基丙烯酸甲酯与聚硅氧烷微球散射粒子混合均匀后，利用挤出机进行挤出，得到PMMA复合材料，然后将PMMA复合材料放入注塑机注塑出靶头保护套。
10.根据权利要求1所述的一次性医用激光热疗的靶头保护套，其特征在于，所述保护套主体外壁涂层的制备是原料配方组成的各原料通过搅拌机搅拌均匀，涂覆至保护套主体外壁涂层区域，于80-120℃烘箱烘烤0.5-1小时成膜。
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