CN211094155U

CN211094155U - 一种激光烧灼装置

Info

Publication number: CN211094155U
Application number: CN201921094386.1U
Authority: CN
Inventors: 黎崎鸿; 程文耀; 潘镜
Original assignee: Shenzhen Beifu Biomedical Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Beifu Biomedical Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-13
Filing date: 2019-07-13
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-07-13

Abstract

本实用新型公开了一种激光烧灼装置，其特征在于包括激光发射模块1、约束镜组件2与被烧灼物定位机构3，激光发射模块1的出光口最大能量大于180mJ，出光口最大半径小于2mm，所发射的激光通过约束镜组件2照射在被烧灼的物体上；约束镜组件2位于该装置的光路上，并保证该装置的光路的焦点深度范围为大于3mm；被烧灼物定位机构3用于放置被烧灼的物体，并保证被烧灼的物体的烧灼处位于该装置光路的焦点深度范围内。

Description

一种激光烧灼装置

技术领域

本实用新型涉及激光装置，具体而言，涉及一种激光烧灼装置。

背景技术

激光液样收集设备是利用激光发射器在极短时间内发射出激光束，在皮肤组织上瞬间产生高温，烧灼气化出一个微孔，从而达到采集液体样本目的的一种医疗器械。

现有的便携式激光液样收集设备往往需要激光防护帽之类的耗材，来进行聚焦定位，却造成单次液样收集成本升高，且激光防护帽液样收集时需要安装，激光烧灼完成后，液样可能沾染在激光防护帽上，因此需要作为医用废弃物进行相应处理，使用上还是不够方便。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本实用新型实施例的目的在于提供一种激光烧灼装置，

为了达到上述目的，本实用新型实施例采用以下技术方案实现：

一种激光烧灼装置，

其特征在于包括激光发射模块、约束镜组件与被烧灼物定位机构，

激光发射模块的出光口最大能量大于180mJ，出光口最大半径小于2mm，所发射的激光通过约束镜组件照射在被烧灼的物体上；

约束镜组件位于该装置的光路上，并保证该装置的光路的焦点深度范围为大于3mm；

被烧灼物定位机构用于放置被烧灼的物体，并保证被烧灼的物体的烧灼处位于该装置光路的焦点深度范围内。

本实用新型实施例提供了一种激光烧灼装置，可以在不需要激光防护帽之类的耗材的情况下，完成液样收集功能，同时减少医疗废弃物。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的激光器烧灼装置简要结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的激光光学器件相对位置示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光路调节机构主视图和侧视图；

图4是本实用新型实施例提供的光路调节机构的闭合状态立体图；

图5是本实用新型实施例提供的光路调节机构的开放状态立体图；

图6是本实用新型实施例提供的光路调节机构的纵向剖面图；

图7是本实用新型实施例提供的光路调节机构的横向剖面图；

图8是本实用新型实施例提供的封闭光路防污结构的示意图；

图9是本实用新型实施例提供的半开放空腔体结构的立体图及剖面图。

图中标记如下：

1-激光发射模块；2-约束镜组件；3-被烧灼物定位机构；

4-主壳体；5-主壳体上的开口；6-被烧灼物定位机构上的位移调节杆；

7-位移调节杆上的被烧灼物限位结构；

8-位移调节杆上的波珠紧定螺钉；

9-主壳体内部与波珠紧定螺钉相配合的凹槽；

10-防污镜组件；

11-嵌有封污镜组件的通光孔与被烧灼物的烧灼处之间由封闭结构形成的一个半开放式空腔体；

12-防污镜组件上的防污镜片；

13-半开放式空腔体内壁上的螺纹结构。

具体实施方式

激光液样收集设备是利用激光发射器在极短时间内发射出波长为2.94μm的激光束，在皮肤组织上瞬间产生高温，烧灼气化出一个微孔，从而达到采集液体样本目的的一种医疗器械。

而现有的便携式激光液样收集设备必须使用激光防护帽或是因为：

现有的便携式激光液样收集设备需要精准聚焦定位液样收集，例如手指放置于激光防护帽处，便于手指指尖定位于焦点处，穿透表层皮肤，进行烧灼气化。

现有的便携式激光液样收集设备中激光防护帽虽然具备聚焦功能，却造成单次液样收集成本升高；且激光防护帽液样收集时需要安装，激光烧灼完成后，液样可能沾染在激光防护帽上，因此需要作为医用废弃物进行相应处理，使用上还是不够方便。

本实用新型的基本构思是将激光防护帽的聚焦功能使用长焦深设计来代替，从而达到取消激光防护帽的目的。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型为一种激光烧灼装置，

其特征在于包括激光发射模块1、约束镜组件2与被烧灼物定位机构3，

激光发射模块1的出光口最大能量大于180mJ，出光口最大半径小于2mm，所发射的激光通过约束镜组件2照射在被烧灼的物体上；

这样的设计保证了聚焦在焦点深度范围内的激光能量足以烧灼透真皮，完成液样收集功能。

约束镜组件2位于该装置的光路上，并保证该装置的光路的焦点深度范围为大于3mm；

如图1、图2所示，激光发射模块1所发射的激光依次通过约束镜组件2照射在被烧灼物上；此处，约束镜组件2仅仅显示了相关镜片，没有显示相关组件结构；

约束镜组件2主要是拉长该装置的焦深，用来保证该装置的光路的焦点深度范围大于现有的便携式激光液样收集设备。

这是因为当便携式激光液样收集设备不再使用激光防护帽时，如果没有其他装置来保证聚焦功能，稍有偏离，激光光斑就急剧扩大，能量不再聚焦于一个很小的范围，能量分散便容易出现无法烧灼气化皮肤，从而导致液体样本无法流出、液样收集无法完成的现象。

为了解决便携激光器有效液样收集时被烧灼物距离范围过小的问题，我们通过精心设计，利用激光烧灼装置的长焦点深度设计来代替现有激光防护帽的定位功能，并使得被烧灼物的烧灼处在该装置光路的焦点深度范围内可以相对自由的调节，从而具有更好的用户体验。

由于皮肤由表皮层和真皮层组成，总共厚度在0.5mm-4mm之间，平均1mm多。手指上的表皮是无毛厚表皮，它由角质层、透明层、颗粒层和生发层构成，其中生发层产生的黑色素决定着皮肤的颜色。整个表皮无血管为灰色半透明状，厚度为0.066mm-0.178mm。真皮是由乳头层和网状层构成，分布着大量的微血管、淋巴管和神经末梢等，真皮不含黑色素为白色不透明状，厚度为0.4mm-4mm。

所以激光打出的切口深入到真皮组织时，才能切开真皮中的微血管使液体样本流出。

按最大4mm的厚度计算，要想实现液样收集，那就要求在4mm厚度内激光光斑尽可能的小，并且该范围应在焦点深度范围内。

此处，焦点深度定义为当轴向强度下降为中心强度的1/2时两个轴向坐标之间的距离，

即DOF=2|ZR|，ZR=M2*(f*f)*a/(2*pi*(r*r))，

其中ZR是瑞利长度，M2是光束质量因子，f是镜组焦距，a是激光波长，r是透镜入射面光斑半径，其中M2的大小为7.69，a的大小为2.94μm，r的大小为0.43mm。

通过上述公式计算可知f≥14.336mm，故设计镜组时焦距范围为f ≥14.336mm方可保证液样收集焦点深度要求。

通过这样的方案设计，便携式激光液样收集设备的焦点深度从传统的不到0.5mm增加到大于4mm，焦点深度提高了8倍以上，从而大大拓宽了可液样收集范围，有效降低了液体样本无法流出的概率，大大提高了产品容错率。

除了上述长焦聚焦镜类似的设计，长焦点深度的设计方法还包括且不限于以下方式：

1、锥形镜；

2、二元衍射元件；

3、多次反射拉长光路的方式来拉长焦点深度。

被烧灼物定位机构3用于放置被烧灼的物体，并保证被烧灼的物体的烧灼处位于该装置光路的焦点深度范围内。

与约束镜组件2的设计思路相同，被烧灼物定位机构3在延长了焦点深度的光路上放置被烧灼物，使得被烧灼物得以有效的烧灼气化；且使得被烧灼物在该装置光路的焦点深度范围内被烧灼物的放置灵活自由，在焦点深度1.5倍范围内都具有很高的液样收集成功率。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的激光烧灼装置的一种具体实施方式，该激光烧灼装置，

其特征在于，

约束镜组件2为正光焦度，其通光孔径小于10mm，使得该装置的光腰处光斑半径小于0.7mm。

通过我们的大量临床实验，我们确认要灼烧气化形成微孔并达到液样采集的目的，需光腰处光斑半径小于0.7mm。

具体实验设计如下。

这里我们将能量大小共分为5级，将不同皮肤厚度人群也分为5级，能量从低到高对应皮肤厚度从薄到厚，因为能够配合进行临床的人数有限，所以每级进行200次烧灼实验，并分别对除光腰处光斑半径不同其余均相同的2个装置进行实验，光腰处光斑半径分别为0.69mm和光斑半径为0.71mm相同的装置进行实验，一共进行了5*2*200=2000次烧灼实验。

在正常使用条件下，光腰处光斑半径分别为0.69mm时，1000次实验成功气化形成微孔并达到液样采集的目的的次数为991次，成功率高达99.1%，而光腰处光斑半径为0.71mm时，1000次实验成功的次数仅有873次，成功率仅仅87.3%。

因此，我们认定约束镜的正光焦度需使得该装置的光腰处光斑半径小于0.7mm。

其特征在于，所述约束镜组件2接近于该装置光腰的镜头表面为平面，远离于该装置光腰的镜头表面为凸面。

所述约束镜组件2接近于该装置光腰的镜头表面为平面，远离于该装置光腰的镜头表面为凸面。在约束镜组件2有效通光孔径范围内对出射激光进行缩束使激光的光腰处光斑半径减小，另外约束镜组件2第一面为凸面、第二面为平面，有利于激光更为平缓的缩束从而进一步减小激光的光腰处光斑半径。

其特征在于，

所述被烧灼物定位机构3与激光发射模块1的出光口之间的距离可调节。

被烧灼物定位机构3与激光发射模块1的出光口之间的距离可调节，意味着该装置光路长度可以在一定范围内自由调节，从而被烧灼物被调节后可以在准确的设计位置实现被烧灼。

还包括主壳体4，主壳体4上有一个开口5，容纳被烧灼物定位机构3进行相对位移，激光发射模块1、约束镜组件2都固定在壳体内部，与开口5处相对距离保持不变，

其特征在于，所述被烧灼物定位机构3，包括

一个以上位移调节杆6，且该装置出光方向与位移调节杆6位移方向平行；

这样可以保证激光光束与位移调节杆6（图示中包含右调节杆、左调节杆）位移方向不发生倾斜，聚焦在设计位置处，通过对液样收集点（也就是该装置光路的焦点处附近）水平和垂直两个维度的限制，以提高液样收集位置精准性，从而提高液样收集成功率。

位移调节杆6（图示中包含右调节杆、左调节杆）上包括一个限制被烧灼物放置位置的被烧灼物限位结构7。

当位移调节杆6从主壳体4（图示分上主壳、下主壳）中抽出时（抽出前示意图如图4，抽出状态如图5所示），位移调节杆6上的被烧灼物限位结构7中心点位于该装置的光路的焦点深度范围内。

进一步地，请参阅图6及图7，作为本实用新型提供的激光烧灼装置的一种具体实施方式，该激光烧灼装置，

其特征在于，所述位移调节杆6上包括1个以上波珠紧定螺钉8，所述主壳体4内部包括一个与波珠紧定螺钉8相配合的凹槽9，

这里凹槽半径2.5mm深度2mm，长度为14mm，与之配合的波珠紧定螺钉8端面为半径2.5mm弹珠，弹珠高出螺钉台阶面2mm，波珠紧定螺钉8内部有弹簧顶住弹珠。这样位移调节杆6在位移过程中需克服波珠紧定螺钉8的弹力，同时，在运动至凹槽9处能够快速而准确的驻停，达到调级定位目的。

除此之外，采用波珠紧定螺钉8和与波珠紧定螺钉8相配合的凹槽9的设计，相较于其他设计相比，具有成本较低易实现的优点。

波珠紧定螺钉8与凹槽9配合的预紧力大于0.1牛，由于不同的人群其皮肤厚度也有所不同，在长焦点深度代替激光防护帽的聚焦功能的设计思路下，主壳体4内部包括一个与波珠紧定螺钉8相配合的凹槽9，与位移调节杆6上的其中一个以上波珠紧定螺钉8相配合，可使得位移调节杆6上的被烧灼物限位结构7中心点与激光发射模块12的出光口的距离满足长焦点深度的光路长度设计要求，且具有多级调节功能，可以在不同的档位，满足皮肤厚度不同的人群的液样收集需求。

位移调节杆6的出光方向位移大小调级的每级级距不小于0.5mm，这样能够进行光路长度调节的级数较为合理，方便各类用户使用；

且在每级定位点处的预紧力大于0.5牛，这样每一级都能够牢固的固定住，方便液样收集时的定位。

进一步地，请参阅图3及图5，作为本实用新型提供的激光烧灼装置的一种具体实施方式，该激光烧灼装置，还包括一个主壳体4，

其特征在于，

被烧灼物限位结构7为一个5至9mm深的凹槽，其半径为9至13mm，其宽度为20至25mm。

这里最优的被烧灼物限位机构为位移调节杆6上的7mm深的凹槽，近似半径11mm，宽度22.5mm，而人的手指的直径一般为13mm至22mm，方便容纳人的手指放置在这个凹槽，使得手指不易移动，便于液样收集。

其特征在于，所述约束镜组件2通过真空沉积镀膜工艺，在约束镜组件2两端均镀有激光波段增透、白光波段增反的组合膜层。

所述约束镜组件2通过真空沉积镀膜工艺，在约束镜组件2两端均镀有激光波段增透、白光波段增反的组合膜层。这样通过镀组合膜层的方式减少激光能量损失，使激光能被最大限度的利用并且能灼烧气化出微孔，以达到烧灼出孔、方便液样收集的目的。而真空沉积镀膜工艺，相对于传统的镀膜技术既可以获得高密度、高结合力的涂层，又能在低温下进行处理，从而不影响零件的基体性能。

进一步地，请参阅图8，作为本实用新型提供的激光烧灼装置的一种具体实施方式，该激光烧灼装置，

其特征在于，在约束镜组件2和被烧灼物之间的光路上还包括防污镜组件10，其中心距离该装置的光腰处4mm以上，其通光孔半径小于10mm。

采用这样的设计是因为，在无风情况下，只要烧灼处与光路上的光学器件距离超过一定的长度，烧灼物往往就不会附着于防污镜表面，就不会影响整个激光装置的使用。

且皮肤99%以上都是碳水化合物，烧灼后基本无残渣，气化后的飘浮物在激光烧灼过程中还有一定概率气化为更细小的微粒，即使暂时附着在防污镜表面，也有一定概率被再次气化，从而飘浮到别处，不再影响整个激光装置的使用。

通过我们对于猪皮肤的大量烧灼实验，我们确认气化后的烧灼物飘浮附着范围不大。

具体实验设计如下。

这里我们将能量大小共分为5级，每级进行3000次猪皮烧灼实验，并分别在5个相同的装置进行实验，一共进行了5*5*3000=75000次烧灼实验。

在无风情况下，最严重的污染情况下，被烧灼处平均激光能量变化仅从180mJ变为了178mJ，光强仅仅下降了1.11%，基本不会对烧灼造成影响，

因此，我们认定防污镜通光孔中心距离该装置的光腰处4mm以上时，烧灼后的漂浮物基本上是不会影响激光烧灼的。

因此，在防污镜组件10距离被烧灼物的烧灼处足够远，且防污镜组件10的通光孔半径足够小时，气化后的烧灼物基本不会污染损坏激光光路上的各种器件，包括镜头、谐振腔等，从而保障了激光烧灼装置的可靠性。

防污镜组件10通光孔半径小于10mm，这是因为，防污镜组件10通光孔附近都是封闭结构，如果有漂浮物落在封闭结构上，不会影响光学装置使用；而通光孔半径应该尽可能小，这样漂浮物落在通光孔上的概率就比较小，即使落在通光孔上，因为面积有限，造成的影响也偏小。

进一步地，请参阅图9，作为本实用新型提供的激光烧灼装置的一种具体实施方式，该激光烧灼装置，

其特征在于所述防污镜组件10的通光孔与被烧灼物的烧灼处之间由封闭结构形成一个半开放式空腔体11，通光孔一端为由防污镜组件10上的防污镜片12进行封闭；

所述半开放式空腔体11内壁为螺纹结构13或环状齿形结构。

这样的设计思路近似于迷宫密封。迷宫密封一般是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

而半开放式空腔体11内壁为螺纹结构13或环状齿形结构。相当于一个一半的迷宫密封结构，即此处没有转动零件，而固定零件上相当于有许多曲折的小室，而类似于迷宫密封结构的摩阻效应、流束收缩效应与透气效应等会阻止漂浮的污染物进入到半开放式空腔体11内部，从而达到减少漂浮的污染物的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种激光烧灼装置，

其特征在于包括激光发射模块(1)、约束镜组件(2)与被烧灼物定位机构(3)，激光发射模块(1)的出光口最大能量大于180mJ，出光口最大半径小于2mm，所发射的激光通过约束镜组件(2)照射在被烧灼的物体上；

约束镜组件(2)位于该装置的光路上，并保证该装置的光路的焦点深度范围为大于3mm；

被烧灼物定位机构(3)用于放置被烧灼的物体，并保证被烧灼的物体的烧灼处位于该装置光路的焦点深度范围内。

2.如权利要求1所述的激光烧灼装置，

其特征在于，约束镜组件(2)为正光焦度，其通光孔径小于10mm，使得该装置的光腰处光斑半径小于0.7mm。

3.如权利要求2所述的激光烧灼装置，

其特征在于，所述约束镜组件(2)接近于该装置光腰的镜头表面为平面，远离于该装置光腰的镜头表面为凸面。

4.如权利要求1所述的激光烧灼装置，

其特征在于，所述被烧灼物定位机构(3)与激光发射模块(1)的出光口之间的距离可调节。

5.如权利要求1所述的激光烧灼装置，

还包括主壳体(4)，主壳体(4)上有一个开口(5)，容纳被烧灼物定位机构(3)进行相对位移，激光发射模块(1)、约束镜组件(2)都固定在壳体内部，与开口(5)处相对距离保持不变，

其特征在于，所述被烧灼物定位机构(3)，包括一个以上位移调节杆(6)，且该装置出光方向与位移调节杆(6)位移方向平行；位移调节杆(6)上包括一个限制被烧灼物放置位置的被烧灼物限位结构(7)，当位移调节杆(6)从主壳体(4)中抽出时，位移调节杆(6)上的被烧灼物限位结构(7)中心点位于该装置的光路的焦点深度范围内。

6.如权利要求5所述的激光烧灼装置，

其特征在于，所述位移调节杆(6)上包括1个以上波珠紧定螺钉(8)，所述主壳体(4)内部包括一个与波珠紧定螺钉(8)相配合的凹槽(9)，波珠紧定螺钉(8)与凹槽(9)配合的预紧力大于0.1牛。

7.如权利要求6所述的激光烧灼装置，

还包括一个主壳体(4)，

其特征在于，被烧灼物限位结构(7)为一个5至9mm深的凹槽，其半径为9至13mm，其宽度为20至25mm。

8.如权利要求1所述的激光烧灼装置，

其特征在于，所述约束镜组件(2)通过真空沉积镀膜工艺，在约束镜组件(2)两端均镀有激光波段增透、白光波段增反的组合膜层。

9.如权利要求1所述的激光烧灼装置，

其特征在于，在约束镜组件(2)和被烧灼物之间的光路上还包括防污镜组件(10)，其中心距离该装置的光腰处4mm以上，其通光孔半径小于10mm。

10.如权利要求9所述的激光烧灼装置，

其特征在于所述防污镜组件(10)的通光孔与被烧灼物的烧灼处之间由封闭结构形成一个半开放式空腔体(11)，通光孔一端为由防污镜组件(10)上的防污镜片(12)进行封闭，所述半开放式空腔体(11)内壁为螺纹结构(13)或环状齿形结构。