CN110401102A - 一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，包括主控系统、主电源模块、逻辑运算模块、驱动模块、五组不同波长的半导体激光模块、功率反馈模块、保护系统，所述主电源模块与所述主控系统连接，所述主电源模块、所述主控系统分别与所述逻辑运算模块连接，所述逻辑运算模块的输出端、所述保护系统的输出端分别与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与五组所述半导体激光模块分别连接，所述半导体激光模块的输出端与所述功率反馈模块连接,所述功率反馈模块的输出端与所述保护系统连接。将具有不同治疗功能的五种不同波长的激光集成到一台激光治疗仪中，满足医学临床激光治疗的需求，节省了设备空间。

Description

一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统

技术领域

本发明涉及半导体激光设备领域，具体涉及一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统。

背景技术

目前，波长不同组合和多模式半导体激光治疗仪在国外刚刚兴起，在波长的混合应用以及相关的激光器的研发属于起步阶段。本发明公布了一种五波长大功率半导体激光治疗仪，在临床应用时，医生可根据患者病灶的差异，采用不同波长和功率的激光器进行治疗。从临床上讲，一定波长的激光，对治疗相关的病灶，其治疗效果也不同。而且，对于复杂病灶的需求，单一波长已经无法满足。

随着激光医学临床技术的发展，不同波长的激光技术应用为确诊疾病提供了崭新的手段。如近红外650nm激光束垂直入射机体，从体表照射动脉时，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。808nm、980nm波段激光主要被黑色素和氧合血红蛋白吸收，在临床上具有良好的凝固、止血效果。而1470nm波长的激光具有独特的优势，如治疗时间短、治疗彻底、较薄炭化层、病人耐受高、恢复周期短、并发症少等。将二种以上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，能够实现多重治疗的作用，多种波段激光治疗的需求使得迫切需要研发多波段激光治疗仪。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，将具有不同治疗功能的五种不同波长的激光集成到一台激光治疗仪中，满足医学临床激光治疗的需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，包括主控系统、主电源模块、逻辑运算模块、驱动模块、五组不同波长的半导体激光模块、功率反馈模块、保护系统，所述主电源模块与所述主控系统连接，所述主电源模块、所述主控系统分别与所述逻辑运算模块连接，所述逻辑运算模块的输出端、所述保护系统的输出端分别与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与五组所述半导体激光模块分别连接，所述半导体激光模块的输出端与所述功率反馈模块连接,所述功率反馈模块的输出端与所述保护系统连接；

所述主电源模块为所述主控系统、所述逻辑运算模块提供电源输入；

所述主控系统进行输出功率值设定、输出电流值设定以及监测数据存储，所述主控系统上设有人机交互模块，在所述人机交互模块进行参数设定，所述主控系统将所述人机交互模块的输入模拟量信号进行A/D转换、并将数字信号输送到所述逻辑运算模块；

所述逻辑运算模块对接收到的数字信号进行运算，并根据运算结果输出控制信号到所述驱动模块；

所述驱动模块对控制信号进行PWM调制，然后输出高频控制信号到对应的所述半导体激光模块，从而控制对应的所述半导体激光模块输出激光束；

五组所述半导体激光模块分别发出五种不同波长的激光；

所述功率反馈模块监测所述半导体激光模块的输出功率，并将监测的输出功率值进行反馈，具体的，所述功率反馈模块接收所述半导体激光模块输出的部分激光束，将其转换成与光功率呈线性关系的电信号，进而计算成所述半导体激光模块的输出功率，然后将输出功率的模拟量信号反馈到所述保护系统中；

所述保护系统将反馈的所述输出功率值的模拟量信号经过A/D转换，然后与所述主控系统中预设的输出功率值进行比较，当反馈的功率值大于预设的功率值时，所述保护系统输出控制信号到所述驱动模块，所述驱动模块停止向对应的所述半导体激光模块输出PWM信号。

优选地，所述半导体激光模块处设有输出电流反馈模块，所述输出电流反馈模块与所述保护系统连接；所述输出电流反馈模块对所述半导体激光模块的输出电流进行采样，并将采样的电流信号反馈到所述保护系统；所述保护系统将反馈电流信号进行A/D转换，然后与所述主控系统中预设的输出电流值进行比较，若是反馈电流信号超出预设的电流值，所述驱动模块停止向对应的所述半导体激光模块输出PWM信号。

优选地，所述输出电流反馈模块对所述半导体激光模块的电流输入端电压进行采样，通过其电流输入端的采样电压运算得到反馈电流值。

优选地，所述输出电流反馈模块对所述半导体激光模块的电流输出端电压进行采样，通过其电流输出端的电压运算得到反馈电流值。

优选地，所述治疗仪系统还包括输入电流监控模块与备用电源模块，所述主控系统、所述主电源模块、所述备用电源模块分别与所述输入电流监控模块的输入端连接，所述输入电流监控模块的输出端连接所述逻辑运算模块；在所述主控系统中预设输入电流阈值，所述输入电流监控模块对所述主电源模块的输出电流进行采样并与输入电流阈值进行比较，当监测到所述主电源模块的输出电流低于所述输入电流阈值时，所述输入电流监控模块输出控制信号接通所述备用电源模块的电源输出。。

优选地，五组所述半导体激光模块分别对应五个相互独立的激光通道。

优选地，五组所述半导体激光模块分别发出的激光波长为：650nm，810nm，915nm，980nm，1064nm。

本发明的有益效果是：将具有不同治疗功能的五种不同波长的激光集成到一台激光治疗仪中，满足医学临床激光治疗的需求，节省了设备空间。通过人机交互模块设定参数，主控系统、逻辑运算模块将设定的数据经模数转换后，控制驱动模块对对应的激光模块进行驱动，激光模块发出激光满足治疗的需求；保护系统将预设的功率值与功率反馈模块反馈的输出功率值进行比较，在输出功率值超出预设的功率值时，控制驱动模块停止PWM信号调制，停止发出激光，防止功率过高的激光对患者造成伤害；保护系统将预设的输出电流值与输出电流监控模块反馈的输出电流值进行比较，在输出电流超出预设的输出电流值时，控制驱动模块停止PWM信号调制，停止发出激光，防止输出电流过大造成激光强度过大，对患者造成伤害；通过输入电流监控模块控制主电源模块与备用电源模块之间进行切换，保证该治疗仪在稳定可靠的电源条件下进行工作。

附图说明

图1为本发明控制原理框图；

图2为本发明驱动模块电路原理图；

图3为本发明逻辑运算模块与驱动模块的输出信号波形图；

图4为本发明输出电流反馈模块控制原理图；

图5为本发明功率反馈模块电路原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主电源模块，2、备用电源模块，3、主控系统，4、保护系统，5、驱动模块，6、人机交互模块，7、输入电流监控模块，8、输出电流反馈模块，9、激光模块，10、逻辑运算模块，11、光学传输系统，12、功率反馈模块；

Q1～Q5、NMOS管，D1～D7、稳压二极管，D8、光电二极管，C2、滤波电容，C1/C3～C6、耦合电容，Rs/Rsled、采样电阻，U1、运算放大器，U2、反相器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示的一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，包括主控系统3、主电源模块1、逻辑运算模块10、驱动模块5、五组不同波长的半导体激光模块9、功率反馈模块12、保护系统4，所述主电源模块1与所述主控系统3连接，所述主电源模块1、所述主控系统3分别与所述逻辑运算模块10连接，所述逻辑运算模块10的输出端、所述保护系统4的输出端分别与所述驱动模块5的输入端连接，所述驱动模块5的输出端与五组所述半导体激光模块9分别连接，所述半导体激光模块9的激光输出端与所述功率反馈模块12连接,所述功率反馈模块12的输出端与所述保护系统4连接；

所述主电源模块1为所述主控系统3、所述逻辑运算模块10提供电源输入；

所述主控系统3进行参数设定以及数据存储，所述主控系统3上设有人机交互模块6，在所述人机交互模块6进行参数设定，所述主控系统3将所述人机交互模块6的输入模拟量信号进行A/D转换、并将数字信号输送到所述逻辑运算模块10；

所述逻辑运算模块10对接收到的数字信号进行运算，输出控制信号到所述驱动模块5；

所述驱动模块5对控制信号进行PWM调制，然后输出高频控制信号到对应的所述半导体激光模块9，从而控制对应的所述半导体激光模块9导通，从而输出激光束，所述半导体激光模块9采用激光二极管发出激光；如图2所示为本发明驱动模块电路原理图，驱动模块5包括五个分别与逻辑运算模块10的I/O口连接的PWM输出口，现以驱动模块5控制一个激光二极管工作进行举例说明。PWM_OUT1输出口对应连接NMOS管Q1的栅极，NMOS管Q1的源极接供电负电压VEE、漏极串联一个反向偏置的稳压二极管D1后接地，稳压二极管D1的正极连接正偏的稳压二极管D6后接入供电负电压VEE，供电负电压VEE并联正偏的稳压二极管D7后接地；NMOS管Q1的漏极上并联耦合电容C1，耦合电容C1另一端连接反向偏置的激光二极管，激光二极管的正极接地。PWM_OUT1输出口输出高频方波信号到NMOS管Q1的栅极，控制NMOS管Q1漏极与源极导通，电流流过NMOS管Q1，在NMOS管Q1处形成锯齿波，流经反向偏置的稳压二极管D1，稳压二极管D1使电压稳定在一个固定值(稳压二极管D1的稳压值D)，同时由于耦合电容C1的耦合作用，提供高频信号通路，使电流流过激光二极管，激光二极管导通并发出激光。在接地端还连接有电容滤波电路，此电容滤波电路中，负电压VEE串联滤波电容C2后，与接地端连接。驱动模块5的五个PWM输出口(PWM_OUT1、PWM_OUT2、PWM_OUT3、PWM_OUT4、PWM_OUT5)原理均相同,其中PWM_OUT1对应稳压二极管D1与NMOS管Q1，PWM_OUT2对应稳压二极管D2与NMOS管Q2，PWM_OUT3对应稳压二极管D3与NMOS管Q3，PWM_OUT4对应稳压二极管D4与NMOS管Q4，PWM_OUT5对应稳压二极管D5与NMOS管Q5。

如图3所示为逻辑运算模块10与驱动模块5的输出信号波形图，逻辑运算模块10输出到驱动模块5的方波信号，经过驱动模块5进行PWM调制后，在固定频率250KHz，NMOS管处形成锯齿波，经过耦合电容C1耦合后产生电流流过激光二极管，控制激光的输出。

五组所述半导体激光模块9分别发出五种不同波长的激光、五种激光的波长分别由对应的五个激光二极管决定，根据治疗仪需要，五种激光波长分别为：650nm，810nm，915nm，980nm，1064nm；此五个波段激光的治疗作用已在临床使用，使用此五个波段的激光进行治疗可视为现有技术。所述半导体激光模块9的激光输出端与光学传输系统11连接，光学传输系统11采用石英光纤器件或者玻璃光纤束器件传输，石英光纤器件或者玻璃光纤束器件采用现有技术。当采用石英光纤器件传输时，石英光纤器件中的石英光纤接头与半导体激光模块9上的耦合器相连接。当采用玻璃光纤束器件传输时，玻璃光纤束器件中的玻璃光纤束接头与半导体激光模块9上的耦合器相连接。五组所述半导体激光模块9分别对应五个相互独立的激光通道。将经过光学传输系统11传输的激光光束对患者患部进行照射，实现其治疗功能。

所述功率反馈模块12监测所述半导体激光模块9的输出功率，并将监测的输出功率值进行反馈。具体的，所述功率反馈模块12与所述半导体激光模块9的激光输出端连接，所述功率反馈模块12接收所述半导体激光模块9输出的部分激光束，将其转换成与光功率呈线性关系的电信号，进而计算成所述半导体激光模块9的输出功率，然后将输出功率的模拟量信号反馈到所述保护系统4中；如图5所示为功率反馈模块电路原理图。本电路原理图中，光电二极管D8检测到激光辐射形成电流，通过运算放大器U1进行换算得到采样电压、并通过ADC输出到保护系统4中，反相器U2为运算放大器U1提供基准电压(负电压)。

所述保护系统4将反馈的输出功率值的模拟量信号经过A/D转换，然后与所述主控系统3中预设的输出功率值进行比较，当反馈的输出功率值大于预设的输出功率值时，所述保护系统4输出控制信号到所述驱动模块5，所述驱动模块5停止向对应的所述半导体激光模块9输出PWM信号(停止PWM调制、关闭控制信号输出)。

本实施例中，所述半导体激光模块9处设有输出电流反馈模块8，所述输出电流反馈模块8与所述保护系统4连接；所述输出电流反馈模块8对所述半导体激光模块9的输出电流进行采样，并将采样的电流信号反馈到所述保护系统4；所述保护系统4将反馈电流信号进行A/D转换，然后与所述主控系统3中预设的输出电流值进行比较，若是反馈电流信号超出预设的输出电流值，所述驱动模块5停止向对应的所述半导体激光模块9输出PWM信号(停止PWM调制、关闭控制信号输出)。

本实施例中，所述输出电流反馈模块8对所述半导体激光模块9的电流输入端电压进行采样，通过其电流输入端的采样电压运算得到反馈电流值。

本实施例中，所述输出电流反馈模块8对所述半导体激光模块9的电流输出端电压进行采样，通过其电流输出端的电压运算得到反馈电流值。由于医疗设备医疗器械需要冗余设计，当任意一路发生单一故障时，不能导致意外发生，所以对每一个激光二极管(即负载)的前后端均进行电流采样、监控，防止任一电流监控电路故障导致不能准确监控输出电流，造成治疗过程的意外事故。如图4所示为输出电流反馈模块控制原理图。在激光二极管的前端(电流输入端)串联一个采样电阻Rs，在激光二极管的后端(电流输出端)串联一个采样电阻Rsled，通过采样电路分别对采样电阻Rs与采样电阻Rsled进行电流采样，将采样到的反馈电流信号输入保护系统，经过A/D转换后，在保护系统4中分别与预设的输出电流值进行比较，若是反馈电流值超出预设的输出电流值，保护系统4向驱动模块5输出控制信号，驱动模块5即停止向对应的半导体激光模块9输出PWM信号(停止PWM调制、关闭控制信号输出)，激光二极管停止发出激光。

本实施例中，所述治疗仪系统还包括输入电流监控模块7与备用电源模块2，所述主控系统3、所述主电源模块1、所述备用电源模块2分别与所述输入电流监控模块7的输入端连接，所述输入电流监控模块7的输出端连接所述逻辑运算模块10；在所述主控系统3中预设输入电流阈值，所述输入电流监控模块7对所述主电源模块1的输出电流进行采样并与输入电流阈值进行比较，当监测到所述主电源模块1的输出电流低于所述输入电流阈值时，所述输入电流监控模块7输出控制信号接通所述备用电源模块2的电源输出。所述输入电流监控模块7采用电源管理芯片(型号bq2461x)实现。

通过人机交互模块6设定参数，主控系统3、逻辑运算模块10将设定的数据经模数转换后，控制驱动模块5对对应的激光模块9进行驱动，激光模块9发出激光满足治疗的需求；保护系统4将预设的功率值与功率反馈模块12反馈的输出功率值进行比较，在输出功率值超出预设的功率值时，控制驱动模块5停止PWM信号调制，停止发出激光，防止功率过高的激光对患者造成伤害；保护系统4将预设的输出电流值与输出电流监控模块反馈的输出电流值进行比较，在输出电流超出预设的输出电流值时，控制驱动模块5停止PWM信号调制，停止发出激光，防止输出电流过大造成激光强度过大，对患者造成伤害；通过输入电流监控模块7控制主电源模块1与备用电源模块2之间进行切换，保证该治疗仪在稳定可靠的电源条件下进行工作。

本发明将具有不同治疗功能的五种不同波长的激光集成到一台激光治疗仪中，满足了医学临床激光治疗的需求，节省了设备空间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，包括主控系统(3)、主电源模块(1)、逻辑运算模块(10)、驱动模块(5)、五组不同波长的半导体激光模块(9)、功率反馈模块(12)、保护系统(4)，所述主电源模块(1)与所述主控系统(3)连接，所述主电源模块(1)、所述主控系统(3)分别与所述逻辑运算模块(10)连接，所述逻辑运算模块(10)的输出端、所述保护系统(4)的输出端分别与所述驱动模块(5)的输入端连接，所述驱动模块(5)的输出端与五组所述半导体激光模块(9)分别连接，所述半导体激光模块(9)的输出端与所述功率反馈模块(12)连接,所述功率反馈模块(12)的输出端与所述保护系统(4)连接；

所述主电源模块(1)提供电源输入；

所述主控系统(3)进行输出功率值设定以及监测数据存储；

所述逻辑运算模块(10)对接收到的数字信号进行运算并输出控制信号；

所述驱动模块(5)对控制信号进行PWM调制，并输出高频控制信号；

五组所述半导体激光模块(9)分别发出五种不同波长的激光；

所述功率反馈模块(12)监测所述半导体激光模块(9)的输出功率，

并将监测的输出功率值进行反馈；

所述保护系统(4)将反馈的输出功率值与预设的输出功率值进行比较，

并根据比较结果输出控制信号。

2.根据权利要求1所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，所述半导体激光模块(9)处设有输出电流反馈模块(8)，所述输出电流反馈模块(8)与所述保护系统(4)连接；所述输出电流反馈模块(8)对输出电流进行采样，并将采样的电流信号反馈到所述保护系统(4)；在主控系统(3)设定输出电流值，所述保护系统(4)将反馈电流信号进行A/D转换，并与预设的输出电流值进行比较，然后根据比较结果输出控制信号。

3.根据权利要求2所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，所述输出电流反馈模块(8)对所述半导体激光模块(9)的电流输入端电压进行采样，通过其电流输入端的采样电压运算得到反馈电流值。

4.根据权利要求2或3所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，所述输出电流反馈模块(8)对所述半导体激光模块(9)的电流输出端电压进行采样，通过其电流输出端的电压运算得到反馈电流值。

5.根据权利要求1所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，所述治疗仪系统还包括输入电流监控模块(7)与备用电源模块(2)，所述主控系统(3)、所述主电源模块(1)、所述备用电源模块(2)分别与所述输入电流监控模块(7)的输入端连接，所述输入电流监控模块(7)的输出端连接所述逻辑运算模块(10)；在所述主控系统(3)中预设输入电流阈值，所述输入电流监控模块(7)对所述主电源模块(1)的输出电流进行采样并与输入电流阈值进行比较，当监测到所述主电源模块(1)的输出电流低于所述输入电流阈值时，所述输入电流监控模块(7)输出控制信号接通所述备用电源模块(2)的电源输出。

6.根据权利要求1所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，五组所述半导体激光模块(9)分别对应五个相互独立的激光通道。

7.根据权利要求1所述一种五波长大功率半导体激光治疗仪系统，其特征在于，五组所述半导体激光模块(9)分别发出的激光波长为：650nm，810nm，915nm，980nm，1064nm。