CN1122503C - 一种携便式激光输精管或输卵管节育仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式激光输精管或输卵管节育仪，该装置由Nd：YAG激光器及光纤耦合系统组成，基本特征在于：通过时间控制器及通过预置与实测激光功率比较，调节脉冲脉宽调制器导通时间，使斩波电路有稳定电压，保证发射激光功率的稳定；装置结构紧凑，工作安全可靠，实施非手术性输精管或输卵管凝堵及修复再通术，实现国内激光节育技术的形成。

Description

一种携便式激光输精管或输卵管节育仪

本发明涉及一种计划生育用激光节育装置，确切说是一种专用于输精管或输卵管激光凝堵、修复再通的节育装置。

目前世界人口即将达到60亿，人口聚增已成为许多发展中国家面临的严重问题。我国人口已超过12亿，国家已将计划生育工作作为一项长期的基本国策列入了宪法。自八十年代以来，计划生育工作在有效控制人口增长方面作出了重大贡献，但面临的任务还很艰巨，虽然自二十世纪六十年代以来，输精管节育术已在国内外广泛应用，但由于输精管结扎需开放手术进行，存在有一定的手术并发症以及不易修复再通等实际问题，因此男性节育率不高。据国家计划生育委员会统计，我国输精管结扎及避孕套节育仅占15％。男性参加节育十分重要，然而可供男性选择的避孕方法仍然不多，特别是非手术的可修复性男性节育方法是育龄男性迫切需要的。探索一种简便、安全、非手术可修复性男性节育方法，一直是计划生育工作中十分重要的研究课题。近年来，随着激光医学的进展和可进入腔体内光纤的出现，在成都空军医院及协作单位的努力下，实现了国内激光节育技术的形成。

本发明的目的在于：针对计划生育存在的上述问题，申请人为医院提供一种简便、安全、高效，具有可修复性非手术性的便携式激光输精管或输卵管节育仪。

本发明目的是通过实施如下技术方案来实现的：一种便携式激光输精管或输卵管节育仪，由手携式机壳、装在机壳内底部的冷却水箱、装于壳体中层水箱上面激光器件箱架中的激光器及光纤耦合系统、装于壳体上层激光器件箱架上面电器箱中的电源以及机壳面板上装置的指示操作开关、显示窗等部分构成；装在激光器件箱架中包括有激光器及光纤耦合系统，箱中全部组件由光纤、光纤耦合器、透镜、激光传感器、半反射平面镜、聚光腔、聚光腔内的氪弧灯和激光棒、聚光腔外后部的全反射平面镜、半导体指引光发生器，依序排列固定在座架上；靠近光纤端的激光器件箱端部开有光纤引出孔；底层水箱端面开有进水与出水口，通过管路连接聚光腔冷却系统；电器箱中的电源包括有使氪弧灯点燃、预电离及弧光放电的触发电路、辅助高压电路、斩波开关降压主电路及控制氪弧灯放电稳定的控制电路。激光棒是产生激光的核心，采用目前最具有实用价值的掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)晶体园柱棒。氪弧灯泵浦源的作用是将电能有效地转换成辐射能，具有与Nd：YAG激光工作物质吸收带相匹配的辐射光谱分布，为Nd：YAG中粒子数反转提供光能。Nd：YAG激光棒和氪弧灯泵浦源均安装在聚光腔内，其作用是能将氪弧灯辐射的光能有效、均匀地会聚至激光棒上，以获得高的泵浦效率，由于它决定着激光棒上泵浦光的密度分布，影响输出光束的均匀性、发散性和光学畸变，因此本装置采用侧面泵浦系统设计，使照射激光棒的氪弧灯泵浦光与发射的激光束相垂直，采用的聚光腔是一种内表面具有高反射率的椭园柱体，将激光棒和氪弧灯分别安装在椭圆柱的两条焦线上，使椭园型聚光腔中能量的传递是从一条焦线上的泵浦氪弧灯光源传输到另一条焦线上的Nd：YAG棒吸收体上。由于输入泵浦氪弧灯的能量只有很小部分作为激光输出，其余的绝大部分能量都转化为热及辐射，因此，为防止聚光腔及其内部氪弧灯和激光棒温升过高，必须安装冷却系统，本装置中采用聚光腔外表面水冷却和腔内激光棒与氪弧灯分离水冷却的方式，保证装置激光输出的正常运行。光学谐振腔是本装置的重要组成部分，它是由激光器中相对放置的半反射平面镜与全反射平面镜构成，作用是有效地控制腔内光场分布、形成放大与振荡，由于不同类型的腔型结构对激光输出特性如功率、模式、光束发散角有直接影响，本装置选用具有稳定性好的平行平面腔型，全反射镜和半反射镜表面镀有介质膜，受激光辐射通过反馈在腔内形成放大与振荡，并由半反射镜输出。光纤耦合系统由置于半反射镜前的透镜、光纤耦合器及引出光纤组成，作用是由半反镜输出的受激光辐射经透镜聚焦至光纤耦合器输入口，再经耦合会聚引入光纤内，达到高效输出的目的。激光电源的作用是触发与点燃氪弧灯产生弧光电放、照射与激发Nd：YAG棒产生激光发射，由于氪弧灯的点燃过程是先加触发高压，使灯内形成火花放电，灯两端再加上比正常工作电压稍高的辅助高压，帮助火花丝迅速发展成充满灯管的电弧，而后加上工作电压使氪弧灯连续点燃，因此，其电源包括有触发电路、辅助高压电路、主电路和控制电路。主电路是直接供给氪弧灯放电的电路，为低电压大电流连续供电，要求输入灯的电流恒定，保证激光输出功率稳定。本装置采用斩波式降压开关电路，电网电压经整流滤波产生Udc伏直流电压给斩波回路供电。斩波电路主要由开关元件Q组成，控制Q的开通与关断便将直流电压Udc变换成20-100KHz的方波脉冲，通过改变此方波脉冲的占空比t/T，就可得到不同的平均电压，在斩波电路后接有LC组成的平滑滤波器，可在输出端上得到与方波平均电压相等的直流输出。这种电源具有整体体积小，电路效率高、纹波小等优点。辅助高压电路又称预电离电路，是为与连续氪弧灯的实际工作电压相匹配，改善电源系统效率而设置。电源主电路输出电压通常较低，在触发高压使氪弧灯触发电离起辉后，还不能使灯转入大电流弧光放电状态，必须经辅助高压，帮助完成放电状态的转换，使灯进入弧光放电状态，主电路放电随之得以进行。触发电路用以使氪弧灯点火，使灯管内气体开始电离形成狭窄的花火丝放电通道。控制电路的工作原理是：由脉冲脉宽调制器提供一个固定频率的激励源，通过调节其导通时间改变占空比t/T来控制斩波电路输出不同的平均电压。调节脉冲脉宽调制器的导通时间，可通过两种方式进行：其一是设定工作时间，即控制脉冲脉宽调制器的运行时间；其二是通过装在激光器光学谐振腔前的激光传感器接收到的激光信号，经放大输出与设定的激光功率在比较器中进行比较后，输出大于或小于的信号，来自动调节脉冲脉宽调制器的导通时间，使氪弧灯获得一个恒定的工作电流，输出稳定的激光功率。时间控制器是实现控制脉冲脉宽调制器运行、实现氪弧灯获得恒定工作电流、Nd：YAG激光棒输出稳定激光功率的关键部件，它由4个计数器，2个译码器及相关数码显示器，1个时间脉冲产生器，或非门反相器，微分电路及轻触开关组成，其结构为：2个cd4510十进位计数器并联，再与并联的两组(S1、S3)与(S2、S4)轻触联动开关串联组成一个定时器；2个cd4510十进位计数器并联组成一个计时器；定时器串联计时器后再串联cd4511译码器及相应的数码显示器，而组成显示实时时间的监视器；带有RC振荡回路的时间脉冲产生器cd4060，串联两个并联的(S1、S3)与(S2、S4)轻触开关，其RST复位脚连接计时器U/P脚接地；在计时器的输出端，两个C0脚连接或非门cd4001，后者输出端串接反相器cd4069；在监视器的RST脚装置微分电路，即构成本装置的时间控制器。时间控制器工作原理是：预置开关(S1、S3)闭合，定时器预置计数，计时器跟随计时，显示器显示时间数码；预置开关(S2、S4)闭合，定时器减小预置计数，计时器及显示器均减小显示时间数码。本发明的基本特征在于：具有通过时间控制器(图5)、控制脉冲脉宽调制器TL494导通时间的电路(图6)，以及通过装置在光学谐振腔前的激光传感器接收到的激光信号，经功率放大输出与设定的激光功率在比较器中比较，输出大于或小于的信号，自动调节脉冲脉宽调制器导通时间(图6)，使斩波电路(图4)有稳定电压输出的控制电路。

本发明的优点在于：装置总体结构紧凑，体积小，重量轻，便于携带，激光束由光纤耦合器耦合至光纤，做腔内激光输精管或输卵管凝堵或修复，所需功率及照射时间等医用技术参数，本装置完全能够满足。本发明有如下附图：

图1为本发明节育仪中激光器及光纤耦合系统结构示意图

图2为本发明激光电源及控制组成框图

图3为本发明控制电路原理框图

图4为电源主电路、辅助高压及触发电路原理图

图5为时间控制器电路原理图

图6为实测与设定激光功率比较、自动调节脉冲脉宽调制器导通时间电路原理图

图7为本发明立体结构示意图

图8为本发明机壳面板结构图

图中标记：1为光纤，2为光纤耦合器，3为透镜，4为激光传感器，5为半反射平面镜，6为聚光腔，7为氪弧灯，8为Nd：YAG激光棒，9为全反射平面镜，10为半导体指引光，11为水箱，12为进水口，13为出水口，14为激光器件箱架，15为电器箱，16为光纤引出孔。

下面结合附图实施例对本发明结构进一步说明如下：

激光工作物质8采用Nd：YAG晶体园柱棒，棒直径Φ6mm，长度100mm；氪弧灯7：长230mm，极距90mm，灯外径Φ7mm，灯内径Φ6mm，充气压3.5Pa，工作电流20A，工作电压220伏，输入功率4KW，辐射效率2.5％，冷却水流量6升/分；椭园柱聚光腔6：椭园截面长轴2a＝19mm，短轴2b＝14mm，灯与棒间距(焦点间距)2c＝16mm，偏心率e＝c/a＝0.84，聚光腔6用铜材制作，长300mm，内表面抛光后镀金，确保有高反射率的镜面；采用水冷，聚光腔外表面、激光棒和氪弧灯均套装冷水管，与装在机壳底部的水箱形成冷却环循；透镜至半反射镜间距10mm，透镜至光纤耦合器距30mm，光纤耦合器长25mm；全反射平面镜紧贴聚光腔；电源系统中：时间控制器(图5)：时间脉冲产生器为cd4060，下面定时器中两计数器cd4510并联，上面计时器中两计数器cd4510并联，与计时器串联的译码器串接显示器，两组并联的轻触开关为(S1、S3)，(S2.S4)，S1与S3联动，S2与S4联动，十字符开关闭合增加工作时间，一字符表开关闭合减少工作时间，C时间脉冲输出端。在图6的时间控制器原理图中，脉冲脉宽调制器为TL494，比较器为cd4585，时间脉冲产生器为cd4060，定时器为cd4510，译码器为cd4511，Wg为激光传感器，两个串联LM324为二级运算放大器，RW2为数字电位器模块，RW1与RW3为电位器，两组并联开关(S1、S3)，(S2、S4)，其前十字符表示增加工作时间，前一字符表示减小工作时间。其调控原理是，由激光传感器Wg接受的激光信号经LM324二级功率放大后，经显示器模块输入到比较器cd4585中，与输入到定时器cd4510的预置功率在同一比较器中比较，其功率变化信号经RW2数字电位器输入到脉冲脉宽调制器TL494中，改交占空比t/T，在T3端输入至斩波开关主电路，得到稳定的激光发射功率。

Claims (3)

1、一种便携式激光输精管或输卵管节育仪，由手携式机壳、装于机壳内底部的冷却水箱、装于壳体中层水箱上面激光器件箱架中的激光器及光纤耦合系统、装于壳体上层激光器件箱架之上电器箱中的电源、以及机壳面板上装置的指示操作开关，显示窗等部分构成，激光器件箱架中包括有激光器及光纤耦合系统，箱中全部组件由光纤、光纤耦合器、透镜、半反射平面镜、聚光腔、聚光腔内氪弧灯和激光棒、聚光腔外后部的全反射平面镜、半导体指引光依序排列固定在座架上；靠近光纤端的激光器件箱端部开有光纤引出孔，底层水箱端面开有进水与出水口，通过管路连接聚光腔冷却系统；电器箱中的电源包括有使氪弧灯点燃，预电离及弧光放电的触发电路、辅助高压电路、斩波开关降压主电路及控制氪弧灯放电稳定的控制电路，其特征在于：控制氪弧灯稳定放电获得稳定激光功率输出的控制电路，为具有通过时间控制器，控制脉冲脉宽调制器导通时间的电路，以及通过装置在激光器光学谐振腔前的激光传感器接收到的激光信号，经功率放大输出与设定的激光功率在比较器中比较，输出大于或小于信号，自动调节脉冲脉宽调制器导通时间，使斩波电路有稳定电压输出的控制电路。

2、按照权利要求1所述的便携式激光输精管或输卵管节育仪，其特征在于：时间控制器是由4个cd4510十进位计数器、2个cd4511译码器及其相应的数码显示器、1个时间脉冲产生器、或非门反相器、微分电路及轻触开关组成，其结构为：2个cd4510计数器并联，再与并联的两组轻触联动开关串联组成一个定时器，另2个cd4510计数器并联组成一个计时器；定时器串联计时器后再串联cd4511译码器及相应的数码显示器组成显示实时时间的监视器；带有RC振荡回路的时间脉冲产生器cd4060，串联两个并联的轻触联动开关，其RST复位脚连接计时器U/D脚接地；在计时器的输出端，两个C0脚连接或非门cd4001，后者输出端串接反相器cd4069；在监视器的RST脚装置微分电路而构成。

3、按照权利要求2所述的便携式激光输精管或输卵管节育仪，其特征在于：设置与实测激光功率比较、控制脉冲脉宽调制器的控制电路，包括有时间控制器及与其连接的比较器cd4585，激光传感器Wg串接LM324二级功率放大电路，其输出经显示模块输入比较器cd4585，后者输出端连接数字电位器模块，再连接TL494脉冲脉宽调制器而构成。

Images