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1、10申请公布号CN101999934A43申请公布日20110406CN101999934ACN101999934A21申请号201010549502122申请日20101118A61B18/2220060171申请人苏州生物医学工程技术研究所地址215163江苏省苏州市高新区科技城龙山路14号72发明人高静武晓东戴仙金张龙位兵74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人楼高潮54发明名称一种便携式静脉曲张半导体激光治疗仪57摘要本发明属于激光医疗设备技术领域，具体涉及一种便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其构成如下接口电路、控制单元、激光线阵单元、无水冷散热单元、光束整形及耦合。
2、单元、导光臂单元及系统电源；用户通过接口单元对激光线阵单元进行设置，控制单元根据用户的输入控制激光线阵单元工作，激光线阵单元输出的激光经光束整形及耦合单元后通过导光臂单元即可对人体患病静脉进行治疗，该治疗仪可用于治疗各类静脉曲张疾病，具有操作方便、微创伤性、术后临床观察时期短等特点，方便了静脉曲张疾病的治疗。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页CN101999944A1/2页21一种便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其特征在于，包括一实现人机通讯的接口单元110，所述接口单元110包括触摸屏111、用于当治疗仪工作出现故障时实现声光报警的。
3、声光报警装置112、用于用户设置按键和配置开关的键盘与开关113、用于完成各种治疗方案、过程数据和治疗数据的存储的数据存储单元114以及用来与上位机进行数据通信的数据通信接口115；一控制单元120，所述控制单元120包括微处理器121、数/模转换器122以及模/数转换器123，所述数/模转换器122及模/数转换器123分别与所述微处理器121连接；所述触摸屏111、声光报警装置112、键盘与开关113、数据存储单元114以及数据通信接口115通过所述微处理器121的通用输入/输出口分别连接在所述控制单元120上；一激光线阵单元130，激光线阵单元130包括半导体激光器131、数控恒流源132。
4、以及光功率检测单元133；所述数控恒流源132对输出电流进行检测，然后将检测到的电流信号送入所述模/数转换器123进行采集，所述微处理器121根据采集的电流信号控制所述数/模转换器122的输出，用于调整所述数控恒流源132的输出，所述光功率检测单元133将所述半导体激光器131的光功率信号转换为电信号后送入所述模/数转换器123进行转换，转换后的数字信号传送到所述微处理器121，所述微处理器121通过检测到的光功率信号调节所述数/模转换器122的输出，用于调整所述数控恒流源132的输出；一无水冷散热单元140，所述水冷散热单元140包括温度检测单元141和半导体制冷器142；所述温度检测单元1。
5、41与所述半导体制冷器142安装在一起，用于感知所述半导体制冷器421的温度，所述温度检测单元141的感应信号进入所述模/数转换器123进行实时温度信号采集，所述微处理器121根据用户设定温度及各种工作温度，利用控制算法对半导体制冷器421进行控制；一光束整形及耦合单元150，所述光束整形及耦合单元150包括光束整形系统151、耦合系统152、光纤接口153、指示灯154以及合束片155；经过所述光束整形系统151整形的半导体激光器131发出的激光和所述指示灯154发出的指示光通过所述述合束片155合束后进入所述耦合系统152，所述耦合系统152上设置所述光纤接口153；一导光臂单元160，所。
6、述导光臂单元160包括医用光纤161、裸纤162；所述医用光纤161一端与所述光纤接口153连接，另一端与所述裸纤162连接，所述裸纤162通过导管163与人体患病静脉180连接；以及一给各系统提供电源的系统电源170。2根据权利要求1所述的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其特征在于，所述半导体激光器131采用无铝量子阱结构的长寿命、高可靠性的大功率半导体激光器。3根据权利要求1所述的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其特征在于，所述合束片155采用45石英合束片。4根据权利要求1或2或3所述的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其特征在于，权利要求书CN101999934ACN101999944A。
7、2/2页3所述数控恒流源132包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一场效应管Q1和采样电阻R1，所述半导体激光器131连接所述第一场效应管Q1的漏极，所述第一场效应管Q1的源极连接所述采样电阻R1，所述第一场效应管Q1的栅极连接所述第一运算放大器OP1的输出端，所述第一运算放大器OP1的同相输入端连接所述数/模转换器122，所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接所述第二运算放大器OP2的输出端，所述第二运算放大器OP2的输出端连接所述模/数转换器123，所述第二运算放大器OP2的同相输入端与反相输入端跨接在所述采样电阻R1的两端。5根据权利要求1或2或3所述的便携式静脉曲张半导。
8、体激光治疗仪，其特征在于，所述光功率检测单元133包括依次连接的光电探测器13301、第一放大器13302和第一滤波器13303，所述第一滤波器13303连接所述模/数转换器123，所述光电探测器13301将探测到的激光信号转换成电信号后经第一放大器13302放大、第一滤波器13303滤波后送入所述模/数转换器123。6根据权利要求1或2或3所述的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其特征在于，所述半导体制冷器142采用第二、第三、第四、第五场效应管Q2、Q3、Q4、Q5对管组成的H桥来驱动控制，所述第二、第三、第四、第五场效应管Q2、Q3、Q4、Q5的栅极分别通过光电隔离后与通用输入/输出口连接。
9、；所述温度检测单元141连接第二放大器14001，所述第二放大器14001连接第二滤波器14002，所述第二滤波器14002连接所述模/数转换器123。权利要求书CN101999934ACN101999944A1/5页4一种便携式静脉曲张半导体激光治疗仪技术领域0001本发明属于激光医疗设备技术领域，涉及一种血管外科治疗中使用的医疗设备，更具体的，涉及一种用于静脉曲张的便携式半导体激光治疗仪。背景技术0002静脉曲张是静脉系统最常见的疾病，形成的主要原因是因长时间维持相同姿势很少改变，血液蓄积下肢，在日积月累的情况下破坏静脉瓣膜而产生静脉压过高，造成静脉曲张。静脉曲张多发生在下肢，腿部皮肤冒出。
10、红色或蓝色、像是蜘蛛网、蚯蚓的扭曲血管，或者像树瘤般的硬块结节，静脉发生异常的扩大肿胀和曲张，严重时则容易产生反覆溃疡、感染和出血的现象。根据统计静脉曲张在普通男性人群中的发病率是20，在女性人群中的发病率达40以上，其中下肢静脉曲张是静脉系统中的主要疾病，包括大隐静脉曲张、小隐静脉曲张等。0003目前静脉曲张的治疗方法大致有硬化剂治疗、血管外雷射或脉冲光、外科抽除手术和血管内烧灼治疗，上述方法中普遍存在治疗方法复杂，术后创伤较大的缺点。发明内容0004为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种操作简单，微创伤性的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪。0005为了解决上述技术问题，实现上述目的。
11、，本发明通过如下技术方案实现0006一种便携式静脉曲张半导体激光治疗仪，其包括0007一实现人机通讯的接口单元，所述接口单元包括触摸屏、用于当治疗仪工作出现故障时实现声光报警的声光报警装置、用于用户设置按键和配置开关的键盘与开关、用于完成各种治疗方案、过程数据和治疗数据的存储的数据存储单元以及用来与上位机进行数据通信的数据通信接口；0008一控制单元，所述控制单元包括微处理器、数/模转换器以及模/数转换器，所述数/模转换器及模/数转换器分别与所述微处理器连接；0009所述触摸屏、声光报警装置、键盘与开关、数据存储单元以及数据通信接口通过所述微处理器的通用输入/输出口分别连接在所述控制单元上；0。
12、010一激光线阵单元，激光线阵单元包括半导体激光器、数控恒流源以及光功率检测单元；0011所述数控恒流源对输出电流进行检测，然后将检测到的电流信号送入所述模/数转换器进行采集，所述微处理器根据采集的电流信号控制所述数/模转换器的输出，用于调整所述数控恒流源的输出，所述光功率检测单元将所述半导体激光器的光功率信号转换为电信号后送入所述模/数转换器进行转换，转换后的数字信号传送到所述微处理器，所述微处理器通过检测到的光功率信号调节所述数/模转换器的输出，用于调整所述数控恒流源的输出；说明书CN101999934ACN101999944A2/5页50012一无水冷散热单元，所述水冷散热单元包括温度检。
13、测单元和半导体制冷器；0013所述温度检测单元与所述半导体制冷器安装在一起，用于感知所述半导体制冷器的温度，所述温度检测单元的感应信号进入所述模/数转换器进行实时温度信号采集，所述微处理器根据用户设定温度及各种工作温度，利用控制算法对半导体制冷器进行控制；0014一光束整形及耦合单元，所述光束整形及耦合单元包括光束整形系统、耦合系统、光纤接口、指示灯以及合束片；0015经过所述光束整形系统整形的半导体激光器发出的激光和所述指示灯发出的指示光通过所述述合束片合束后进入所述耦合系统，所述耦合系统上设置所述光纤接口；0016一导光臂单元，所述导光臂单元包括医用光纤、裸纤；所述医用光纤一端与所述光纤接。
14、口连接，另一端与所述裸纤连接，所述裸纤通过导管与人体患病静脉连接；以及一给各系统提供电源的系统电源。0017优选地，所述半导体激光器采用无铝量子阱结构的长寿命、高可靠性的大功率半导体激光器。0018优选的，所述合束片采用45石英合束片。0019本发明的工作原理如下0020用户通过所述接口单元通过所述控制单元对所述半导体激光器的工作模式进行设置，所述控制单元根据用户的输入，控制所述激光线阵单元工作，所述激光线阵单元输出的激光经所述光束整形及耦合单元处理后接所述导光臂单元的医用光纤，所述医用光纤与所述裸纤连接，所述裸纤通过导管与人体患病静脉连接，即实现可对患者进行治疗。0021通过以上技术的运用，。
15、本发明通过光纤将高能激光导入静脉内，在血中产生微小气泡，将能量传递到静脉壁，利用激光的热效应精确毁损血管内壁，使之闭合并纤维化，达到冶疗目的。本发明的激光治疗仪较传统治疗方法具有以下几点优势操作方便、微创伤性、病人可以在治疗后立即行走并恢复正常生活、术后临床观察时期短等。0022上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明0023下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。0024图1是本发明的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪的一。
16、实施例的整体框架图。0025图2是本发明的数控恒流源的电路框架图。0026图3是本发明的光功率检测单元的电路框架图。0027图4是本发明的无水冷散热单元的电路框架图。具体实施方式0028参见图1所示，描述了波长为810NM的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪的总体结构，该携式静脉曲张半导体激光治疗仪包括0029一实现人机通讯的接口单元110，所述接口单元110包括触摸屏111、用于当治疗仪工作出现故障时实现声光报警的声光报警装置112、用于用户设置按键和配置开关的键说明书CN101999934ACN101999944A3/5页6盘与开关113、用于完成各种治疗方案、过程数据和治疗数据的存储的数据存。
17、储单元114以及用来与上位机进行数据通信的数据通信接口115；0030一控制单元120，所述控制单元120包括微处理器121、数/模转换器122以及模/数转换器123；0031一激光线阵单元130，激光线阵单元130包括半导体激光器131、数控恒流源132以及光功率检测单元133；0032一无水冷散热单元140，所述水冷散热单元140包括温度检测单元141和半导体制冷器142；0033一光束整形及耦合单元150，所述光束整形及耦合单元150包括光束整形系统151、耦合系统152、光纤接口153、指示灯154以及合束片155；0034一导光臂单元160，所述导光臂单元60包括医用光纤161、裸纤。
18、162；0035所述医用光纤161一端与所述光纤接口153连接，另一端与所述裸纤162连接，所述裸纤162通过导管163与人体患病静脉180连接，即实现可对患者进行治疗；0036以及一给各系统提供电源的系统电源170。0037进一步的，触摸屏111采用精密真彩色触摸液晶屏，通过组态软件非常方便的开发各种人机交流画面，与微处理器121之间采用MODBUS串口协议来进行数据通信，实现控制界面的人性化、多功能化，可设置连续/单脉冲/多脉冲等多种工作模式；声光报警装置112采用高亮LED、普通蜂鸣器来实现声光报警，通过微处理器121的通用输入/输出口来控制；键盘与开关113包括各种用户设置按键和配置开。
19、关，采用微处理器121的通用输入/输出口来控制；数据存储单元114主要完成各种治疗方案、过程数据、治疗数据等的存储，采用SD卡或者MMC卡就可以实现多个数据的记录；数据通信接口115主要是用来与PC机等上位机进行通信，设计中，直接采用微处理器集成的通信接口即可，实现1路USBDEVICE接口，1路RS232接口或者RS485接口。0038进一步的，微处理器121采用ATMEL公司的AT91SAM7S128芯片，模/数转换器123需要完成3通道的直流电信号采集，其精度要求为12位，数/模转换器122的转换速率小于100微秒，分辨率大于10位。微处理器121主要依据用户需求以及治疗要求，在设备的总。
20、体技术指标范围内，控制半导体激光器131输出满足要求的激光，并使其高稳定的工作，同时，完成相关数据的输出显示与存储；模/数转换器123需要完成数控恒流源132的输出电流采集、半导体激光器131工作温度信号的采集以及半导体激光器131输出光功率信号采集，微处理器121根据用户设定相应的参数，分别进行控制；数/模转换器122用来控制数控恒流源132，使得其输出满足要求的半导体激光器131的驱动电流。0039进一步的，半导体激光器131采用无铝量子阱结构的长寿命、高可靠性的大功率半导体激光器，中心波长可以是805NM815NM，谱线宽度可以为05NM，稳定度可以为0130。0040进一步的，如图2所。
21、示，数控恒流源132包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一场效应管Q1和采样电阻R1，半导体激光器131连接第一场效应管Q1的漏极，第一场效应管Q1的源极连接采样电阻R1，第一场效应管Q1的栅极连接第一运算放大器OP1的输出端，第一运算放大器OP1的同相输入端连接数/模转换器122，第一运算放大器OP1的反相输入端连接第二运算放大器OP2的输出端，第二运算放大器OP2的输出端连接模/数说明书CN101999934ACN101999944A4/5页7转换器123，第二运算放大器OP2的同相输入端与反相输入端跨接在采样电阻R1的两端。数控恒流源132采用输出电流检测，将数控恒流源13。
22、2中的采样电阻R1两端经过第二运算放大器OP2后的信号送入模/数转换器123进行采集，微处理器121根据采集的电流信号，可以控制数/模转换器122的输出，以达到稳定输出电流的目的，同时可以实时显示输出电流大小。0041进一步的，如图3所示，光功率检测单元133包括依次连接的光电探测器13301、第一放大器13302和第一滤波器13303，第一滤波器13303连接模/数转换器123，通过将光电探测器13301将光功率信号转换为电信号再经过第一放大器13302放大和第一滤波器13303滤波，所得信号经模/数转换器123，可以达到检测半导体激光器131的输出光功率，通过微处理器121可以调节数/模转。
23、换器122输出，调整数控恒流源132输出，使得半导体激光器131的激光输出满足要求，同时增加其输出功率的恒定。0042进一步的，参见图4所示，半导体制冷器142采用第二、第三、第四、第五场效应管Q2、Q3、Q4、Q5对管组成的H桥来驱动控制，第二、第三、第四、第五场效应管Q2、Q3、Q4、Q5的栅极分别通过光电隔离后与通用输入/输出口连接以减少开关噪声；温度检测单元141连接第二放大器14001，第二放大器14001连接第二滤波器14002，第二滤波器14002连接模/数转换器123。无水冷散热单元140主要是确保半导体激光器131处于规定温度正常稳定的工作，可达到如下技术指标设定温度2030。
24、；温度稳定度01；冷却方式为强制风冷；冷却能力为060W。温度检测单元141与半导体制冷器142安装在一起，感知半导体制冷器142的温度信息，所述温度信息经过第二放大器14001与第二滤波器14002，进入模/数转换器123进行实时温度信号采集。微处理器121根据用户设定温度及各种工作温度，利用PID算法对半导体制冷器142进行控制。0043进一步的，半导体激光器131发出的激光通过光束整形系统151整形后，与波长为650NM的指示光，经由对波长为810NM高透、对波长为650NM高反的45合束片155合束，合束后的光束通过耦合系统152耦合，耦合后的光束通过光纤接口153进入医用光纤161中。
25、，由医用光纤161出射的按一定强度分布的激光光斑，指示灯由微处理器121的通用输入/输出口控制。指示光的功率可以是单一不变的，也可以是功率可调的，调整步长为1MW，功率从1MW5MW。医用光纤161的芯径可以为200M，也可以为400M，也可以为600M，也可以为800M，也可以为1000M。半导体激光器的输出光斑的强度分布可以为高斯型分布，也可以为平顶分布，也可以为超高斯分布。0044进一步的，导管163采用造影导管。医用光纤161一端采用标准的SMA905接口与光纤接口153对接，另一端连接裸纤162，将裸纤162放入导管163中，并送至人体患病静脉180。0045进一步的，系统电源170。
26、主要包括半导体激光器驱动的供电电源、半导体激光器温度控制系统的供电电源、主控制器以及接口电路的供电电源等。采用一个交流转直流开关电源模块，功率为450W，输入电压范围180V264V的交流信号；输出电压为24V直流信号，直接给触摸屏111提供24V的电压并作为其它电压信号提供直流电源。采用一个直流转直流电源模块，功率为350W，输入电压范围为19V36V直流信号，输出电压为5V直流信号，直接给半导体激光器131驱动以及无水冷散热单元140供电。再采用一个直流转直流电源模块给微处理器121供电的，其功率比较小，直接选用单片集成开关降压电源芯片实现，需说明书CN101999934ACN101999。
27、944A5/5页8要输出5V、33V、18V等几个等级的电平。0046本发明的便携式静脉曲张半导体激光治疗仪通过采用智能化的控制系统设计、便携式激光电源驱动技术、高效光纤耦合技术及大功率半导体激光器无水冷散热技术，使治疗仪器具有集成化、便携式、智能化等特点。该治疗仪可用于治疗各类静脉曲张疾病，具有操作方便、微创伤性、术后临床观察时期短等特点，方便了静脉曲张疾病的治疗。0047上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。说明书CN101999934ACN101999944A1/3页9图1说明书附图CN101999934ACN101999944A2/3页10图2图3说明书附图CN101999934ACN101999944A3/3页11图4说明书附图CN101999934A。