CN204469032U - 基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪 - Google Patents

Abstract

基于阵列波导光栅和光纤布拉格光栅的多点监测激光针灸仪，其特征在于包括一个宽带光源，六根传输光纤，一个环形器，一个阵列波导光栅，三根激光针灸针，一个光谱仪；所述宽带光源经传输光纤与环形器1端口连接；所述环形器2端口经传输光纤与阵列波导光栅连接；所述阵列波导光栅经三根传输光纤分别与三根激光针灸针连接；所述光谱仪经传输光纤与环形器3端口连接；所述激光针灸针是由空心金属针作为引导针，单模光纤作为光针，光针末端距出射端面一定距离刻写光纤布拉格光栅，光针装夹于引导针中，共同组成激光针灸针；所述引导针与光纤布拉格光栅栅区重叠部分加工有微细通孔，作为激光与生物组织热交换的传输通道。本实用新型提出了一种系统结构简单、针体抗弯强度高、光能利用率高、温度探测灵敏和多点复用实时监测的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪。

Description

基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪

技术领域

本实用新型属于激光医疗领域，特别涉及一种基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪。

背景技术

传统的中医针灸疗法是将针刺和灸疗进行结合，以中医经络理论为基础和指导，通过刺激穴位激发经络的功能起作用。针刺疗法是使用不同的针具刺激人体穴位，从而达到调整机体功能祛病防病的目的，针刺对穴位的刺激主要表现为机械刺激，针刺对机体机能的调整则是通过一系列针刺手法实现的。人体经络系统在灸疗中发挥的作用主要是对药物的外敷性、放大性、储存性，艾疗是指用燃烧的艾条直接或间接对人体穴位进行温熨甚至灼烧，借助艾燃烧产生的温热及药物作用，通过经络的传导从而达到治病保健养生的目的。

激光穴位照射，俗称激光针灸(Laser Acupuncture)，是在中医经络理论辨证论治思想指导下，采用激光(主要是低能量激光)对穴位进行照射以达到防病、治病和保健作用的一种治疗方法。激光针灸以低强度激光束直接或聚焦照射穴位代替传统的针刺——光针，以低强度激光束直接或扩束照射穴位代替传统灸疗——光灸，对穴位进行有效的刺激。由于激光从人体表皮传输至腧穴深处时，表皮和皮下组织将对入射激光进行反射、折射、吸收和散射，因此实际到达指定穴位深处产生光热作用的电场强度呈与渗透距离指数关系地衰减，通常引入光纤波导与传统金属针结合，将激光能量导入穴位深层处，使得针刺和灸疗效果均好于传统意义的表皮照射。

光纤传感作为新型传感技术在科研、工程和民用等领域均得到普遍研究和应用，在普通光纤中刻写布拉格光栅，构成的温度、应力传感器，在测量范围、响应速度、分辨率和灵敏度等关键测量指标上，与传统电子传感器相比具备独特的优势。光纤布拉格光栅作为一种波长解调并且对温度、应力敏感的无源器件，通常与宽带光源、波长解调系统以及波分复用网络组合，满足现代通信网络和特殊领域传感监测手段的需求。

当前基于光纤波导的弱能激光针灸仪，虽然能够通过金属针将激光导入目标穴位深处，但是对于穴位温场变化无法有效探测，在模拟传统中医针灸的针刺手法和灸疗手法上存在无法获取作用效果反馈的问题，始终难以实现通过调节光能大小，来实现精确定量施针的目的，对于光针末端组织的作用效果也难以实时有效监测，本实用新型提出的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪，具有系统结构简单、针体抗弯强度高、光能利用率高、温度探测灵敏和多点复用实时监测的优点。

实用新型内容

为了克服现有技术中激光针灸仪无法对穴位深处激光治疗效果进行实时监测，以及多点穴位测量数据不能进行相关分析等问题，本实用新型提出了一种系统结构简单、针体抗弯强度高、光能利用率高、温度探测灵敏和多点复用实时监测的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案：

其特征在于包括一个宽带光源，六根传输光纤，一个环形器，一个阵列波导光栅，三根激光针灸针，一个光谱仪；所述宽带光源经传输光纤与环形器1端口连接；所述环形器2端口经传输光纤与阵列波导光栅连接；所述阵列波导光栅经三根传输光纤分别与三根激光针灸针连接；所述光谱仪经传输光纤与环形器3端口连接；所述激光针灸针是由空心金属针作为引导针，单模光纤作为光针，光针末端距出射端面一定距离刻写光纤布拉格光栅，光针装夹于引导针中，共同组成激光针灸针；所述引导针与光纤布拉格光栅栅区重叠部分加工有微细通孔，作为激光与生物组织热交换的传输通道。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型使用空心金属针作为引导针，通过合理设计空心针内外径尺寸，与传统实心针相比，能够有效提高针体抗弯强度，避免因引导针刺入穴位时所产生的弯针、折针对内部光针的损害。

本实用新型通过在距离末端一定距离的光针本体上，刻写对温度敏感的光纤布拉格光栅，对激光针灸针作用区域的人体组织温场变化进行实时监测，温度升高时，布拉格波长向短波漂移，温度降低时，布拉格波长向长波漂移。

本实用新型是在引导针上与传感光栅重叠的区域加工微细圆柱通孔，利于组织热量扩散与光栅栅区耦合，导致栅区晶体折射率的变化，实现对光纤光栅反射谱中心波长的调制。

本实用新型使用波分复用系统中的宽带光源、环形器和阵列波导光栅组合，应用于传统中医针灸中多点针灸，尤其是作用区域温场变化的实时监测，通过数据相关分析，能够对人体穴位间的生理关系和中医经络理论进行系统性研究，对病患进行合理诊治。

本实用新型采用宽带光源结合单模光纤作为入射光能，通过合理选择能够被人体生物组织高效吸收的光谱范围，实现低能激光对组织的热力作用和机械力作用。

附图说明

图1为本实用新型的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪结构示意图。

图2为本实用新型的激光针灸针结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型进一步描述。

如图1所示，基于阵列波导光栅和光纤布拉格光栅的多点监测激光针灸仪包括，宽带光源101，传输光纤102，环形器103，传输光纤104，阵列波导光栅105，传输光纤106、108、110，激光针灸针107、109、111，传输光纤112，光谱仪113。将宽带光源101的光源输出端与传输光纤102连接，将传输光纤102的另一端与环形器103的1端口连接，将环形器103的2端口通过传输光纤104与阵列波导光栅105的输入端连接，将阵列波导光栅105的3个输出端分别通过传输光纤106、108、110与末端激光针灸针107、109、111连接，将环形器103的3端口通过传输光纤112与光谱仪113连接。

如图2所示，激光针灸针包括，圆柱形针身201，圆柱形空心针管202，光纤光针203，圆柱通孔204，光纤布拉格光栅205，针尖206，针尖端面207。

本实用新型的工作方式为：宽带光源101发出的低能激光，延着传输光纤102，通过环形器103的1端口入射并从2端口输出，经传输光纤104进入阵列波导光栅105的输入端口，通过内部的衍射光栅反射和阵列波导耦合，宽带激光分成多个不同中心波长且具有一定带宽的激光束，分别传输至不同的输出端口，并分别通过传输光纤106、108、110传输至激光针灸针107、109、111，透过激光针灸针的空心端面207，进入人体不同穴位深处对该处腧穴组织进行针刺与灸疗作用，组织处的温场变化和热量扩散通过针身201上的圆柱通孔204与光纤布拉格光栅205的栅区进行耦合，使得该处穴位的特征反射波长，发生漂移，激光针灸针107、109、111的反射光波，分别通过传输光纤106、108、110，返回至阵列波导光栅105，并再次复用为单个包含3个特征波长漂移信息的光束，通过传输光纤104，进入环形器103的2端口，通过内部的方向耦合作用经3端口出射，通过传输光纤112进入光谱仪113，使得不同穴位处的布拉格波长漂移信息得到解调。

本实用新型能够实现多点监测激光针灸的关键技术为：对实心针进行激光深孔加工时，空心针内外径比例设置在10％～20％范围内，此时空心针的抗弯强度比实心针高10％～15％；刻写光纤布拉格光栅时，与针尖端面的距离设置为2～3mm，光栅与端面的间距，直接决定了对组织温场的探测范围和响应速率，三者呈函数关系；使用高能脉冲激光器对空心针外圆进行通孔加工时，通孔直径设置为0.4～0.6mm，沿针身外壁均匀周向排列，数量为12～24个，能够确保组织热量与栅区的有效耦合，又能够防止组织对栅区的机械作用；宽带光源波长范围通常在0.6～1.5um，该波段正好是临床治疗的窗口范围，能够对人体组织、细胞进行有效作用。

在本实用新型的一个具体实施例中，宽带光源101的波长范围为740～900nm，输出功率最大50mW，32通道阵列波导光栅105的通道间隔为2nm，通道隔离度为30dB，激光针灸针107、109、111的栅区中心波长分别为800.00nm、820.00nm、840nm。当激光光源入射强度设置为20～30mW时，室温条件下，实验得到腧穴作用区域温场变化范围大致为26～30℃，布拉格光栅的探测灵敏度为12pm/℃，由此得到不同穴位处的温度实时监测。

以上所述及图中所示的仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪，其特征在于包括一个宽带光源，六根传输光纤，一个环形器，一个阵列波导光栅，三根激光针灸针，一个光谱仪；所述宽带光源经传输光纤与环形器1端口连接；所述环形器2端口经传输光纤与阵列波导光栅连接；所述阵列波导光栅经三根传输光纤分别与三根激光针灸针连接；所述光谱仪经传输光纤与环形器3端口连接；所述激光针灸针是由空心金属针作为引导针，单模光纤作为光针，光针末端距出射端面一定距离刻写光纤布拉格光栅，光针装夹于引导针中，共同组成激光针灸针；所述引导针与光纤布拉格光栅栅区重叠部分加工有微细通孔，作为激光与生物组织热交换的传输通道。

2.如权利要求1所述的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪，其特征在于，所述空心金属针作为引导针，是通过对实心针进行激光深孔加工，空心针内外径比例设置在10％～20％范围内，此时空心针的抗弯强度比实心针高10％～15％。

3.如权利要求1所述的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪，其特征在于，所述光纤布拉格光栅对温度敏感，刻写时与针尖端面的距离设置为2～3mm，实现对作用组织区域温场的实时监测。

4.如权利要求1所述的基于阵列波导光栅和光纤光栅的多点监测激光针灸仪，其特征在于，所述引导针针身通过高能脉冲激光器对空心针外圆进行通孔加工时，通孔直径设置为0.4～0.6mm，沿针身外壁均匀周向排列，数量为12～24个，能够确保组织热量与栅区的有效耦合，又能够防止组织对栅区的机械作用。