專利名稱：新型固體激光治療機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種新型固體激光治療機(jī)。
背景技術(shù)：
激光是由處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)產(chǎn)生受激輻射而發(fā)射出的能量高度集中、方向性極強(qiáng)、單色性好的光束，激光治療機(jī)是利用激光的熱效應(yīng)和可控性，將其作用于人體組織，進(jìn)行照射、切割、燒蝕等醫(yī)學(xué)操作，以完成治療的光機(jī)電一體化設(shè)備。目前醫(yī)療部門用于手術(shù)的固體激光治療機(jī)多采用圖4所示的主結(jié)構(gòu)形式，由反射鏡1’、聚光腔2’、泵浦燈3’、激光晶體棒4’、輸出鏡5’構(gòu)成基本的激光器，在激光器射出光路上設(shè)置一45度分光鏡6’，在與其垂直方向上設(shè)有指示光源7’，再通過光纖耦合器8’、輸出光纖9’，可將光路傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭10’的出光口，供醫(yī)生進(jìn)行治療或手術(shù)切割，其中泵浦電源11’為泵浦燈3’提供電源。該固體激光治療機(jī)雖然已具備了固體激光器的基本功能，并用于臨床，但作為直接作用于人體的設(shè)備，其安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性還不盡如人意，尤其是設(shè)備結(jié)構(gòu)的完備性和控制系統(tǒng)的功能都有待進(jìn)一步完善。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種高效能的新型固體激光治療機(jī)，確保激光輸出的安全可靠、激光輸出能量穩(wěn)定受控及激光器工作的穩(wěn)定性和抗震性。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種新型固體激光治療機(jī)，由反射鏡、置于聚光腔內(nèi)的泵浦燈、激光晶體棒及輸出鏡構(gòu)成激光器本體，泵浦電源為泵浦燈提供電源，在激光器射出光路上設(shè)置一45度分光鏡，在分光鏡的光軸垂直方向設(shè)有指示光源，由指示光源產(chǎn)生的人眼可見的與主光軸垂直的指示用激光通過45度分光鏡后轉(zhuǎn)90度與主激光合成一束通過光纖耦合器、輸出光纖傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭的出光口；在聚光腔和輸出鏡之間設(shè)有腔內(nèi)光閘，在分光鏡與光纖耦合器間設(shè)有輸出光閘；一能量檢測器將接收的由分光鏡垂直折射的光轉(zhuǎn)換成與激光能量成比例的電信號送到智能控制器，再通過泵浦電源與激光器構(gòu)成對激光輸出能量的閉環(huán)控制；所述的腔內(nèi)光閘、輸出光閘受控于智能控制器。總之，通過雙光閘控制激光輸出，確保了系統(tǒng)的安全、可靠，對激光輸出實施能量閉環(huán)控制，確保了輸出能量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
作為固體激光治療機(jī)的心臟——固體激光器及光學(xué)系統(tǒng)安裝于一光學(xué)平臺上，光學(xué)平臺通過若干個(圖中所示實施例為四個)平衡分布的防震墊與金屬機(jī)架固定，防震墊安裝在光學(xué)平臺與金屬機(jī)架之間。這種結(jié)構(gòu)避免了因金屬機(jī)架的振動帶來光學(xué)平臺的振動及由于光學(xué)平臺的振動造成的系統(tǒng)失控、激光能量輸出的不穩(wěn)及安置在光學(xué)平臺上的光學(xué)元件的損壞，從而并確保了激光器工作的穩(wěn)定性和抗震性。
本實用新型的優(yōu)點是1、雙光閘控制激光輸出，使得系統(tǒng)安全、可靠；2、激光輸出實施能量閉環(huán)控制，能量穩(wěn)定受控；3、光學(xué)平臺與金屬機(jī)架之間安裝平衡分布的防震墊，避免了金屬機(jī)架的振動帶來的光學(xué)平臺的振動及由此造成的光學(xué)元件的損壞，從而確保了激光器工作的穩(wěn)定性和抗震性。


圖1 為本實用新型固體激光治療機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)示意框圖圖2 為本實用新型能量閉環(huán)系統(tǒng)示意圖圖3 為本實用新型防震結(jié)構(gòu)示意圖圖4 為現(xiàn)有技術(shù)固體激光治療機(jī)的系統(tǒng)示意框圖具體實施方式
如圖1所示，本實用新型固體激光治療機(jī)由反射鏡1、置于聚光腔2內(nèi)的泵浦燈3、激光晶體棒4及輸出鏡6組成一個基本的固體激光器，按圖中順序安裝在一個半密封的金屬殼體中，反射鏡1、激光晶體棒4和輸出鏡6應(yīng)確保其光軸一致。泵浦電源13為泵浦燈3提供電源，在激光器輸出鏡6外的主光軸上，設(shè)置一45度分光鏡7，在45度分光鏡7位置及主光軸的垂直線上，設(shè)置一指示光源8，由指示光源8產(chǎn)生的人眼可見的與主光軸垂直的指示用激光入射到45度分光鏡7后轉(zhuǎn)90度與主激光束合成一束光，沿主光軸方向射出，通過光纖耦合器10、輸出光纖11將光路傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭的出光口12(上述各部件的構(gòu)成及相互聯(lián)接關(guān)系為現(xiàn)有技術(shù)所能實現(xiàn)，此處不再贅述)，本實用新型的改進(jìn)點在于在聚光腔2和輸出鏡6之間設(shè)有腔內(nèi)光閘5，該光閘擋住光路時，將中止激光的產(chǎn)生；在分光鏡7與光纖耦合器10間設(shè)有輸出光閘9，輸出光閘擋住主光路時，禁止激光輸出；為確保激光輸出的能量符合針對治療所設(shè)定的量值，本實用新型設(shè)計了內(nèi)部能量檢測器15和實現(xiàn)閉環(huán)能量控制的智能控制器14，對激光輸出能量進(jìn)行實時采集、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)修正，自動調(diào)節(jié)脈沖激光的輸出能量，使用于治療的激光輸出能量符合按手術(shù)要求所預(yù)定的能量值并保持穩(wěn)定。
能量檢測器15由熱釋電型光電探測器Series Detector 350和配套前放組成。
圖2表示了所述的智能控制器14，由A/D轉(zhuǎn)換器1401、89C55系列單片機(jī)1402、并行接口1403及D/A轉(zhuǎn)換器1404組成。單片機(jī)1402亦可采用89C50系列八位單片機(jī)。
激光器1-6發(fā)射出的脈沖激光光束通過45度分光鏡7時，在垂直方向分出一小部分(約占全部能量的5％)照射到能量檢測器15上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到與激光能量成比例的電信號。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器1401變?yōu)閿?shù)字量輸入到單片機(jī)1402作為能量采集值，與單片機(jī)1402存儲的能量設(shè)定值進(jìn)行比較，得到能量偏差。通過對能量偏差及其變化趨勢進(jìn)行運算，依據(jù)激光器1-6和泵浦電源13的光電傳輸特性，求得的泵浦電源13的新的驅(qū)動修正值，通過D/A轉(zhuǎn)換器1404變?yōu)槟M量提供給泵浦電源13，作為能量控制輸入，以調(diào)正激光器1-6的能量，使激光輸出逼近設(shè)定值。這種實時的、連續(xù)的閉環(huán)調(diào)整應(yīng)確保是快速收斂的。
所述的腔內(nèi)光閘5、輸出光閘9受控于智能控制器14，由智能控制器控制其動作，與系統(tǒng)聯(lián)鎖，防止非預(yù)期的激光輸出。智能控制器的單片機(jī)1402通過8255并行I/O接口1403輸出控制信號驅(qū)動腔內(nèi)光閘5和輸出光閘9，控制激光器的工作和輸出通道。
為確保激光治療機(jī)射出的第一個激光脈沖就符合設(shè)定要求，智能控制器14的89C55單片機(jī)設(shè)計了快速自動預(yù)熱穩(wěn)定和控制程序，采用強(qiáng)制泵浦激勵升溫技術(shù)加閉環(huán)控制辦法達(dá)到此要求。
圖3表示了作為固體激光治療機(jī)的心臟——固體激光器及光學(xué)系統(tǒng)安裝于一光學(xué)平臺16上，光學(xué)平臺16通過若干個(圖中所示實施例為四個)平衡分布的防震墊17與金屬機(jī)架18固定，防震墊17安裝在光學(xué)平臺16與金屬機(jī)架18之間。這種結(jié)構(gòu)避免了因金屬機(jī)架18的振動帶來光學(xué)平臺16的振動及由于光學(xué)平臺16的振動造成的系統(tǒng)失控、激光能量輸出的不穩(wěn)及安置在光學(xué)平臺上的光學(xué)元件的損壞，從而并確保了激光器工作的穩(wěn)定性和抗震性。
本實用新型的工作原理是激光器在泵浦電源13的驅(qū)動激勵下，可產(chǎn)生一定波長的激光光束，激光束從輸出鏡6水平射出，穿過45度分光鏡7時，將分成相垂直的兩束光。原方向的為主激光光束，通過光纖耦合器10和光纖11傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭12的出光口，供醫(yī)生進(jìn)行治療或手術(shù)切割。45度分光鏡7同時將入射的激光光束分出一小部分垂直照射到能量檢測器15轉(zhuǎn)換成與激光能量成比例的電信號，這個電信號送到智能控制器14，再通過泵浦電源13，進(jìn)行激光能量的閉環(huán)控制。指示光源8產(chǎn)生的人眼可見的與主光軸垂直的指示用激光，也通過45度分光鏡7，與主激光光束合在一起，從手術(shù)刀頭12射出，使操作人員可以看到激光光束的照射點。為確保激光輸出的安全、可靠，本實用新型設(shè)計的腔內(nèi)光閘5和輸出光閘9，通過智能控制器14進(jìn)行聯(lián)鎖控制，確保通過能量內(nèi)部閉環(huán)調(diào)整使激光能量完全穩(wěn)定且量值符合要求后，再打開輸出光閘9，防止非預(yù)期的激光射出。
激光器對晶體的工作溫度有較高要求，必須熱穩(wěn)定后方可穩(wěn)定可靠地工作。因此在激光器啟動的最初幾秒，智能控制器14控制泵浦電源13，快速激發(fā)激光晶體棒4，并監(jiān)測輸出能量，在1到2秒內(nèi)，快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，再通過并行I/O接口1403驅(qū)動打開輸出光閘9，確保作用于人體的每個激光脈沖都能符合手術(shù)要求。
權(quán)利要求1.一種新型固體激光治療機(jī)，由反射鏡、置于聚光腔內(nèi)的泵浦燈、激光晶體棒及輸出鏡構(gòu)成激光器本體，泵浦電源為泵浦燈提供電源，在激光器射出光路上設(shè)置一45度分光鏡，在分光鏡的光軸垂直方向設(shè)有指示光源，由指示光源產(chǎn)生的人眼可見的與主光軸垂直的指示用激光通過45度分光鏡后轉(zhuǎn)90度與主激光合成一束通過光纖耦合器、輸出光纖傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭的出光口；在聚光腔和輸出鏡之間設(shè)有腔內(nèi)光閘，在分光鏡與光纖耦合器間設(shè)有輸出光閘；一能量檢測器將接收的由分光鏡垂直折射的光轉(zhuǎn)換成與激光能量成比例的電信號送到智能控制器，再通過泵浦電源與激光器構(gòu)成對激光輸出能量的閉環(huán)控制；所述的腔內(nèi)光閘、輸出光閘受控于智能控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型固體激光治療機(jī)，其特征在于固體激光器及光學(xué)系統(tǒng)安裝于一光學(xué)平臺上，光學(xué)平臺通過若干個平衡分布的防震墊與金屬機(jī)架固定，防震墊安裝在光學(xué)平臺與金屬機(jī)架之間。
專利摘要一種新型固體激光治療機(jī)，由反射鏡、置于聚光腔內(nèi)的泵浦燈、激光晶體棒及輸出鏡構(gòu)成，在激光器射出光路上設(shè)置45度分光鏡，在分光鏡的光軸垂直方向設(shè)有指示光源，由指示光源產(chǎn)生的與主光軸垂直的指示用激光通過45度分光鏡后轉(zhuǎn)90度與主激光合成一束傳輸?shù)绞中g(shù)刀頭的出光口；在聚光腔和輸出鏡之間設(shè)有腔內(nèi)光閘，在分光鏡與光纖耦合器間設(shè)有輸出光閘；一能量檢測器將接收的由分光鏡垂直折射的光轉(zhuǎn)換成與激光能量成比例的電信號送到智能控制器，再通過泵浦電源與激光器構(gòu)成對激光輸出能量的閉環(huán)控制；所述的腔內(nèi)光閘、輸出光閘受控于智能控制器。其實施雙光閘控制激光輸出，確保安全、可靠；對激光輸出實施閉環(huán)控制，確保了輸出能量的穩(wěn)、準(zhǔn)。
文檔編號A61N5/067GK2675165SQ20032013140
公開日2005年2月2日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者李如旺, 姚廣濤, 李衛(wèi)東 申請人:愛科凱能科技(北京)有限公司