CN114366348A - 一种牙科激光治疗仪和治疗手具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牙科激光治疗仪和治疗手具，该治疗仪包括激光器、机箱、治疗手具，所述激光器设置在治疗手具的壳体中，所述治疗手具通过软管与机箱连接，所述治疗手具包括壳体、由紧耦合聚光腔、晶体和氙灯组成的激光器、输出部件，其中，所述激光器的初始脉冲能量最大值为1.0J‑1.5J，所述输出部件包括整形镜、反射镜、治疗尖端，用于将激光器产生的激光传输至治疗部位，所述整形镜用于光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩，所述聚光腔上设有冷却端口，所述软管内设置有电源线、冷却水管等。本治疗手具体积小、重量轻，基于该治疗手具的牙科治疗仪，采用治疗手具与机箱通过软管连接的方式，操作自由度、舒适度和灵敏性均有所提高，整机功耗更小。

Description

一种牙科激光治疗仪和治疗手具

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种牙科激光治疗仪及治疗手具。

背景技术

激光在牙科治疗领域已有广泛应用，特别是基于2940nm波长铒激光的牙科治疗仪，可通过脉冲激光实现根管荡洗、软硬组织切割等牙科治疗，相比于传统治疗方案，在舒适性和治疗效率等方面均有很大提升。

激光牙科治疗仪的关键技术包括激光的产生和传输。对于波长2940nm的激光，通常采用氙灯泵浦Er:YAG晶体产生，而现有产品采用的激光传输方案主要分为导光臂和光纤两种。

目前市面上的牙科激光治疗仪产品，大多是采用固体激光器内置于机箱中，通过七关节导光臂传输至治疗手具。通常，牙科治疗的输出激光光斑在1mm左右，也就是说，激光器产生的激光经导光臂传输至输出端时，其光斑偏移量需在该误差范围内，且光斑能量需保持集中，即对导光臂设计和安装精度要求较高。在实际使用过程中，也需要对导光臂进行定期的维护和调试，以保证其性能和精度的稳定。因此，采用高精度导光臂传输的方案在生产和维护上都需要较高的成本。

现有牙科激光治疗仪产品采用的另一种导光方案是通过光纤传输。这种方式虽然可以一定程度上保证传输精度，但受到光纤材料和损伤阈值的限制，无法实现高重频、大能量的激光输出，治疗效果欠佳。另外，光纤在使用过程中出现损坏是无法进行部分维修的，只能整体更换，从而导致维护难度和成本居高不下，因此尚未实现广泛的推广应用。

现有方案采用体积较大的激光器置于治疗仪机箱中，再通过导光臂或光纤作为导光系统传输至治疗手具。关于导光系统，可通过光束保真性、传输能量及损耗、传输精度和调试维护成本几个方面评价其优劣。

导光臂是采用空间传输的方式，将激光器输出的激光经多个反射镜传输至治疗手具，常见的医用导光臂具有7个反射关节，总长度在2m左右，为了保证激光传输后仍保持原有特性，且导光臂在操作半径范围内的光斑一致性，需要进行精密的光路及结构设计，同时，在使用过程中需定期调试和维护以保证其精度。另外，激光每经过一次反射，就会有一部分能量损耗，多次反射的损耗呈指数增加，通常导光臂的耦合和传输损耗在15％以上。

光纤作为另一种常见的导光系统，在激光治疗仪中也有广泛应用。但对于牙科治疗仪采用的2940nm激光，目前适用于该波段的光纤受限于材料损伤阈值，无法实现高重频、大能量的脉冲激光传输，导致其能实现的治疗效果有限。而且光纤损坏后只能整体更换，维护成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种牙科激光治疗仪，以解决现有方案的导光系统精度要求高、传输损耗大、调试和维护困难的问题。

为此，本发明一方面提供一种牙科激光治疗仪，包括激光器、机箱、治疗手具，所述激光器设置在治疗手具的壳体中，所述激光器的初始脉冲能量最大值为1.0J-1.5J，所述治疗手具通过软管与机箱连接。

进一步地，上述机箱内设置有冷却模块、驱动电源、控制模块，所述控制模块用于控制驱动电源输出氙灯驱动信号和控制冷却模块的工作状态，所述治疗手具包括壳体、由紧耦合聚光腔、晶体和氙灯组成的激光器、输出部件，其中，所述输出部件包括整形镜、反射镜、治疗尖端，用于将激光器产生的激光传输至治疗部位，所述整形镜用于光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩，所述聚光腔上设有冷却端口，所述软管内设置有电源线、冷却水管，其中，所述氙灯通过电源线连接至驱动电源，所述氙灯的电源线外部包裹电磁屏蔽层，所述冷却端口通过冷却水管与冷却模块连接，以对聚光腔内的晶体和氙灯进行冷却。

进一步地，上述治疗手具的输出为脉冲激光，脉冲能量和重复频率可调，最大单脉冲能量不小于500mJ，最高重频不低于10Hz。

进一步地，上述治疗手具包括水气输入口、沿壳体内壁设置有水气传输管道、以及水气输出口，其中，所述水气输出口开设在壳体上靠近治疗尖端的位置；以及所述机箱还包括水气模块，所述软管中设置有水气管道，所述水气模块通过水气管道与水气输入口连接。

进一步地，上述壳体上设置光纤接口，光纤端口对应设置耦合镜，该耦合镜与晶体同轴布置，用于将光纤接头输出的指示光耦合至晶体的中心，并与产生的激光共线传输；以及所述机箱还包括指示光源，所述软管中设置有光纤，所述指示光源通过光纤与光纤接口连接，所述光纤设置有铠装，以避免光纤过度弯折。

根据本发明的另一方面，提供了一种牙科激光治疗手具，包括壳体、由紧耦合聚光腔、晶体和氙灯组成的激光器、输出部件，其中，所述激光器的初始脉冲能量为1.0J-1.5J，所述输出部件包括整形镜、反射镜、治疗尖端，用于将激光器产生的激光传输至治疗部位，所述整形镜用于光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩。

进一步地，上述晶体的类别为Er:YAG晶体或Er,Cr:YAG晶体，输出激光波长为2940±5nm，晶体两端镀膜，反射端镀膜的反射率大于99％，输出端镀膜的反射率低于90％、透射率在10％到20％之间。

进一步地，上述晶体选用键合晶体。

进一步地，上述治疗手具包括水气输入口、沿壳体内壁设置有水气传输管道、以及水气输出口，其中，所述水气输出口开设在壳体上靠近治疗尖端的位置。

进一步地，上述壳体上设置光纤接口，光纤端口对应设置耦合镜，该耦合镜与晶体同轴布置，用于将光纤接头输出的指示光耦合至晶体的中心，并与产生的激光共线传输。

本发明的牙科激光治疗仪，激光器设置在治疗手具的壳体中，无需导光臂等复杂的导光结构进行传输，避免了复杂的光路调试和较大的传输损耗。另一方面，由于本申请提出的治疗手具存在低损耗的优势，与传统方案相比，达到相同的输出能量，所需的驱动电压更低，因此牙科治疗仪的整机功耗更小。

本发明的治疗手具体积小、重量轻，基于该治疗手具的牙科治疗仪，采用治疗手具与机箱通过软管连接的方式，操作自由度、舒适度和灵敏性均有所提高。

本发明的治疗手具，从激光产生到输出至治疗部位的光程很短，可以保持良好的激光特性，无需复杂的光路整形或调试，后期维护更加方便。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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是根据本发明第一实施例的牙科激光治疗仪的结构示意图；

图2是图1所示牙科激光治疗仪所使用的治疗手具的结构示意图；

图3是根据本发明第二实施例的牙科激光治疗仪的结构示意图；

图4是图3所示牙科激光治疗仪所使用的治疗手具的结构示意图；

图5是根据本发明第三实施例的治疗手具的结构示意图；以及

图6是图5所示牙科激光治疗仪所使用的治疗手具的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例的牙科激光治疗仪如图1所示，包括治疗手具10、冷却模块20、驱动电源30、控制模块40、触控屏60和机箱70。其中，冷却模块20、驱动电源30、控制模块40位于机箱70内，触控屏60和治疗手具10置于机箱70外。控制模块40与驱动电源30、冷却模块20连接，分别控制驱动电源30输出的驱动信号和冷却模块20的工作状态。

控制模块40与触控屏60连接，操作人员可通过触控屏60进行参数选取并下发至控制模块40，同时控制模块40将一些反馈参数及设备状态上传至触控屏60进行显示。治疗手具10通过软管与机箱70连接，所述软管内包含电源线、冷却水管等。

本实施例的治疗手具如图2所示，包括壳体1、氙灯2、晶体3、聚光腔4、冷却端口5-1和5-2、输出部件包括反射镜6-1、治疗尖端6-2，优选地，在晶体3和反射镜6-1之间加入整形镜6-3来提高输出激光光斑质量。

其中，氙灯2和晶体3安装在聚光腔4中，为保证治疗手具整体尺寸便于持握和操作，聚光腔4采用紧耦合形式来压缩空间和体积。晶体3通过在两个端面镀膜形成激光谐振腔，反射端镀2940nm增反膜，输出端镀2940nm部分反射膜，使得一部分能量在两端面之间谐振，放大后形成激光输出。

所述晶体3为Er:YAG晶体或Er,Cr:YAG晶体，输出激光波长为2940±5nm，晶体两端镀膜，反射端镀膜的反射率大于99％，输出端镀膜的反射率低于90％、透射率在10％到20％之间。

优选地，晶体3可选用键合晶体来减小晶体的热膨胀，保证谐振腔的稳定性。冷却端口5-1和5-2位于聚光腔4的一端，可与冷却模块连接，使冷却水从端口5-1输入后对聚光腔内的晶体和氙灯进行冷却，然后由端口5-2输出。

壳体1对应反射镜6-1和治疗尖端6-2的位置均设置可拆卸结构，便于进行元件的拆装和替换。反射镜6-1与激光输出方向成45°角，表面镀2940nm增反膜。

治疗尖端6-2的尺寸通常在1mm左右，为了使能量更大程度地汇聚到治疗尖端，可在晶体3和反射镜6-1之间设置整形镜6-3。所述整形镜6-3与晶体3同轴，可采用凸透镜或透镜组实现对激光光斑的整形和汇聚。

优选地，整形镜6-3通过调整架安装在壳体1内部，调整架的调节旋钮外露在壳体1表面，可通过旋钮微调整形镜6-3的水平及俯仰角度。

使用时，通过冷却端口5-1和5-2与冷却模块20连接，氙灯2的电极与驱动电源30连接。首先打开冷却模块20，冷却水通过冷却端口5-1流入聚光腔4，再经冷却端口5-2流出，形成循环。然后驱动电源30产生电压信号驱动氙灯2工作，氙灯2发出的光信号作为泵浦源，经聚光腔4的内部反射集中至晶体3，随后晶体3两端面形成的谐振腔对受激辐射产生的2940nm光信号放大并形成激光。产生的激光经整形镜6-3的调整，实现光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩，然后由反射镜6-1反射后，方向改变90°，最终传输至治疗尖端6-2后输出。

本实施例的治疗手具，激光从产生到传输至治疗尖端输出的光程很短，仅需经过一次反射，因此能保持良好的光斑质量和极低的能量损耗，在实际使用过程中，输出激光的性能也不会受操作位置或角度改变的影响而发生变化，可以保证稳定的输出特性。

实施例二

本实施例的牙科激光治疗仪如图3所示，包括治疗手具10、冷却模块20、驱动电源30、控制模块40、水气模块50、触控屏60和机箱70。控制模块40与驱动电源30、冷却模块20、水气模块50连接，分别控制驱动电源30输出的驱动信号和冷却模块20、水气模块50的工作状态。

治疗手具10通过软管与机箱70连接，所述软管内包含电源线、冷却水管及水气输送管。

具体地，治疗手具10如图4所示，包括壳体1、氙灯2、晶体3、聚光腔4、冷却端口5-1和5-2、输出部件包括反射镜6-1、治疗尖端6-2、整形镜6-3以及进水口7-11、出水口7-12和进气口7-21、出气口7-22。

所述进水口7-11和出水口7-12之间、进气口7-21和出气口7-22之间分别通过软管连接形成水气通道，所述软管固定在壳体1的内壁上。治疗手具10与机箱70的连接主要包括三方面：一是氙灯2的电极通过电源线与驱动电源30连接，实现对激光器的驱动；二是冷却端口5-1和5-2与冷却模块20的进、出水管连接，实现对激光器的循环水冷；三是进水口7-11和进气口7-21与水气模块50的水管和气管输出端分别连接，实现治疗时需要的水气传输。

上述连接采用的电源线和冷却、水气管道通过固定扣固定在一根软管内，即可使治疗手具10与机箱70柔性连接。其中，氙灯电源线外部分别包裹镍锌铁氧体，并在软管外设置绝缘纺织套管来进行高压屏蔽，保证安全性。

在使用过程中，电线和冷却、水气管道不会因为治疗手具10的移动而发生传输性能的变化，更不会对激光的产生和输出造成影响，因此整体设备具有较高的稳定性和一致性。

实施例三

本实施例的牙科激光治疗仪如图5所示，包括治疗手具10、冷却模块20、驱动电源30、控制模块40、水气模块50、触控屏60、机箱70和指示光源80。指示光源80与驱动电源30连接获取驱动信号。

指示光源80的输出端通过光纤连接至治疗手具10，所述光纤通过固定扣固定在治疗手具10与机箱70连接的软管内。优选地，所述光纤设置铠装保护，避免操作时过度弯折导致指示光传输损耗的增加或光纤损坏。其它模块的连接与实施例二一致，此处不再赘述。

本实施例所述治疗手具10如图6所示，包括壳体1、氙灯2、晶体3、聚光腔4、冷却端口5-1和5-2、输出部件包括反射镜6-1、治疗尖端6-2、整形镜6-3、进水口7-11、出水口7-12和进气口7-21、出气口7-22、光纤接口8和耦合镜9。其中，光纤接口8设置在壳体1上，用于连接指示光源80的输出光纤接头，耦合镜9用于将光纤接头输出的指示光耦合至激光晶体3的中心，并与产生的激光共线传输。

本实施例的牙科激光治疗仪中设置指示光源，通过光纤传输至治疗手具后进行光路耦合，使指示光与治疗激光共线传输。在使用中，可通过指示光斑的位置更为直观的判断治疗激光的作用位置，提高操作准确性。

在现有牙科激光治疗仪中，激光器典型地放置在机箱中，对激光器的体积大小没有限制，激光器体积通常设计得很大，激光器的初始脉冲能量一般做到3J甚至更高，传输损耗15％-20％，剩下2.5J左右。但是我们发现实际治疗需要的最大能量一般不会超过1J，500mJ基本满足牙科治疗所需的激光能量。

在本发明中，从激光产生到输出至治疗部位的光程很短，可以保持良好的激光特性，传输损耗小，初始脉冲能量最大值设计在1J-1.5J的好处之一是：它对于激光器的体积要求不高，加之采用紧耦合形式、以及当下镀膜和晶体加工工艺的提升，使得激光器能够做的足够小、以致于能够轻松放入治疗手具的壳体中。另一好处是：在长期使用过程中即使激光器产生的最大光脉冲能量不足1J，但也会高于500mJ，不会影响治疗，这样设备能够保持良好的使用寿命和可靠性，防止因设备老化、氙灯或晶体性能下降等因素造成能量输出不足的问题。

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)

1.一种牙科激光治疗仪，包括激光器、机箱、治疗手具，其特征在于，所述激光器设置在治疗手具的壳体中，所述激光器的初始脉冲能量最大值为1.0J-1.5J，所述治疗手具通过软管与机箱连接。

2.根据权利要求1所述的牙科激光治疗仪，其特征在于，

所述机箱内设置有冷却模块、驱动电源、控制模块，所述控制模块用于控制驱动电源输出氙灯驱动信号和控制冷却模块的工作状态，

所述治疗手具包括壳体、由紧耦合聚光腔、晶体和氙灯组成的激光器、输出部件，其中，所述输出部件包括整形镜、反射镜、治疗尖端，用于将激光器产生的激光传输至治疗部位，所述整形镜用于光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩，所述聚光腔上设有冷却端口，

所述软管内设置有电源线、冷却水管，其中，所述氙灯通过电源线连接至驱动电源，所述氙灯的电源线外部包裹电磁屏蔽层，所述冷却端口通过冷却水管与冷却模块连接，以对聚光腔内的晶体和氙灯进行冷却。

3.根据权利要求2所述的牙科激光治疗仪，其特征在于，所述治疗手具的输出为脉冲激光，脉冲能量和重复频率可调，最大单脉冲能量不小于500mJ，最高重频不低于10Hz。

4.根据权利要求2所述的牙科激光治疗仪，其特征在于，

所述治疗手具包括水气输入口、沿壳体内壁设置有水气传输管道、以及水气输出口，其中，所述水气输出口开设在壳体上靠近治疗尖端的位置；以及

所述机箱还包括水气模块，所述软管中设置有水气管道，所述水气模块通过水气管道与水气输入口连接。

5.根据权利要求2所述的牙科激光治疗仪，其特征在于，

所述壳体上设置光纤接口，光纤端口对应设置耦合镜，该耦合镜与晶体同轴布置，用于将光纤接头输出的指示光耦合至晶体的中心，并与产生的激光共线传输；以及

所述机箱还包括指示光源，所述软管中设置有光纤，所述指示光源通过光纤与光纤接口连接，所述光纤设置有铠装，以避免光纤过度弯折。

6.一种牙科激光治疗手具，其特征在于，包括壳体、由紧耦合聚光腔、晶体和氙灯组成的激光器、输出部件，其中，所述激光器的初始脉冲能量最大值为1.0J-1.5J，所述输出部件包括整形镜、反射镜、治疗尖端，用于将激光器产生的激光传输至治疗部位，所述整形镜用于光斑能量的均匀化分布和光斑大小的压缩。

7.根据权利要求6所述的牙科激光治疗手具，其特征在于，所述晶体的类别为Er:YAG晶体或Er,Cr:YAG晶体，输出激光波长为2940±5nm，晶体两端镀膜，反射端镀膜的反射率大于99％，输出端镀膜的反射率低于90％、透射率在10％到20％之间。

8.根据权利要求6所述的牙科激光治疗手具，其特征在于，所述晶体选用键合晶体。

9.根据权利要求6所述的牙科激光治疗手具，其特征在于，所述治疗手具包括水气输入口、沿壳体内壁设置有水气传输管道、以及水气输出口，其中，所述水气输出口开设在壳体上靠近治疗尖端的位置。

10.根据权利要求6所述的牙科激光治疗手具，其特征在于，所述壳体上设置光纤接口，光纤端口对应设置耦合镜，该耦合镜与晶体同轴布置，用于将光纤接头输出的指示光耦合至晶体的中心，并与产生的激光共线传输。

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