專利名稱：一種光譜輻射治療儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫用治療儀器，特別是一種光譜輻射治療儀，是根據人體皮膚對不同波段的輻射光譜的吸收特性及光量子能量作用于人體生物組織后引起的滲透及熱作用的生物效應的基礎上設計的。
隨著科學的發展，人們把物理學(聲、光、電、磁等)的理論和技術應用到醫學領域，許多應用高新技術的診斷儀和治療儀相繼問世，而光作為一種物理治療手段，已引起人們的極大興趣和重視。如紫外光、可見光、紅外光、激光等治療儀器在醫療界已普遍使用，但到目前為止，醫療儀器使用的光都屬于單色光的范圍，尤其是激光，其光譜譜線窄，輸出光斑直徑小，其作用于人體生物組織的透過區域及深度受到一定的限制，因此，激光治療儀的治病范圍及效果也因此受到影響。
近年來，有利用碘鎢燈(亦稱鹵鎢燈)作光源的光治療儀，但存在以下缺點1.光能利用率低，輸出光功率小;
2.聚光系統的有效使用壽命短，維修成本高，更換不便;
3.對光源及光學聚光系統的冷卻設計不盡理想。
本發明的目的是克服已有光治療儀存在的缺點，設計出一種光譜輻射范圍寬，光功率高且連續可調，可治療多種疾病的一種復色光的光譜輻射治療儀。
本發明結合人體皮膚對各種光譜的吸收透過特性及光源的光譜輻射特性，研究了光對人體生物組織照射引起生物效應的理想狀態下的光譜范圍。光作用于人體生物組織所引起的生物效應的大小有無，主要取決于生物組織吸收了多少光能，光與生物組織相互作用時，首先要經過皮膚，皮膚是非均勻的生物組織，在光譜分析中，它有一個特定的光的透過波段，對0.6～1.3μm光譜波段的光具有一定的透過率，而對其它光譜波段的光，只能部分反射和表皮吸收，也就是說，只有能透過人體皮膚的光的照射，才能對一定深度的人體生物組織引起生物效應，而其它波段的光的照射，只能對人體表皮引起生物效應。光作用于人體生物組織后所引起的生物作用的大小有無，除了與生物組織的特性有關外，還與光的參數有關，最主要的是波長和劑量兩個參數，光譜的不同波長與光量子不同能量一一對應，光量子能量的強弱不同，它們跟人體生物組織相互作用后產生的生物效應機制也完全不同。例如，大能量光量子主要起光生化作用，小能量光量子主要起熱作用。這表明，光的波長不同，會對不同的生物分子引起不同的生物效應，劑量表征受照射處光強弱的一個物理量，在物理醫學中，所說的光劑量是指垂直照射到受照處單位面積上的光量子數，又叫該處的能量密度。光劑量的大小不同，所引起的生物效應是不同的，生物作用的機理也完全不同，對于輻射功率密度強的光來說，主要用來破壞病變組織，以達到治病的目的，如治療宮頸炎等病癥，采用光凝固的方式對病變部位進行照射，使其組織蛋白熱凝固壞死，經過一段時間，壞死的組織自行脫落，周圍的上皮組織隨之修復創面，達到完全愈合。對于輻射功率密度弱的光來說，對生物組織無損傷，光的熱作用可改善組織細胞的功能，加快生物酶的催化作用，促使局部血管擴張，加快血流，并使局部組織代謝旺盛，加強細胞吞噬功能等，如將適當熱量的光集中于人體穴位處的照射，則能代替傳統熱炙刺激，即可收到相應的治病效果。
對不同光譜波長和輻射功率密度的光作用于人體生物組織的治療機理清楚后，重要的是對各種熱輻射光源進行選擇，在對各種熱輻射光源的光譜輻射特性進行分析比較后，溴鎢燈是一種較理想的光源，現有的光治療儀一般用碘鎢燈，而本發明選用的溴鎢燈的發光效率和使用壽命都超過碘鎢燈。溴鎢燈體積小，發光強度高，其輻射光譜為連續光譜，范圍很寬，在燈的輻射能中，可見光的輻射能約占總輻射能的20%以上，而近紅外、中紅外光的輻射能約占總輻射能的75%以上，從燈的光譜能量分布特性來看，當電源電壓升高，電流增大，燈絲溫度也高，其光譜輻射峰值波長向短波長方向移動，反之，則向長波長方向移動。根據維恩位移定律λ(max)＝2898/T，式中2898為常數，T為燈絲溫度，λ(max)為峰值波長，由式子可以算出，溴鎢燈在我們需要的1000～2500K色溫范圍所輻射的峰值波長為1.1～3μm左右，溴鎢燈在每一個色溫下工作都有一個光譜波段范圍，且都有一個輻射極大值-峰值。如果將其累加起來，整個光譜范圍將很寬，當色溫降到1000K以下時，光輻射功率密度也迅速減弱，所以并不是每一個波長的光，對治療都起作用，這就要對光譜輻射的波長范圍進行限制，這一限制可以通過改變燈絲溫度的方法來進行。
JGS3石英晶體材料，因其具有高透明率和寬透過波長(0.26～3.5μm)，用這種材料做的光學零件表面不需鍍膜，材料的溶點高，在高溫下使用，光學零件不變形，能保證有效的光功率輸出，盡管JGS3石英晶體材料能透過少量的紫外線，但溴鎢燈的光譜輻射特性決定了其它色溫最高時(3200K)的峰值波長為0.9μm，光譜波段仍以可見光與紅外光成分為主，紫外光的輻射能僅有0.2%左右，本發明在治病過程中是以降低燈絲溫度(最大色溫T＝2500K)進行選擇工作的。峰值波長至少向紅外波長方向移動200mm左右，輻射出的光譜中已基本無紫外光的成份，本發明的有效光譜輻射范圍為0.38～3.5μm，這一范圍的光譜波長都具有滿足治療需要的光輻射功率密度。
總之，本發明是在研究了光譜輻射治療疾病的機理與光源的光譜輻射特性，及光學材料的透過率特性的基礎上，克服已有技術存在的不足，設計的一種光譜輻射治療儀。
本發明是由主機控制電源箱和光譜輻射治療頭兩部分組成。
主機控制電源箱是由水箱、微型電磁泵、變壓器、控制線路板等組成;
治療頭是由光源、腔體、透射式光學聚光系統及全內反射實體光導管等組成，其中光學聚光系統為一對稱型透射式高次非球面透鏡共軸系統，系統中間為等雙凸球面透鏡，兩邊是超半球高次非球面透鏡。
下面結合附圖，對本發明說明之。
附圖及圖面說明圖1是光譜輻射治療儀的結構示意圖，圖1(a)是電源箱結構，圖1(b)是治療頭結構。
圖2是光譜輻射治療儀的光路示意圖。
圖3是光譜輻射治療儀腔體側部冷卻水出水循環水路示意圖。
本發明是由主機控制電源箱，見附圖1(a)，和光譜輻射治療頭，見附圖1(b)組成的。
在主機電控制電源箱內，附圖1(a)，裝有水箱(18)、微型電磁泵(17)，變壓器(19)控制線路板(20)(21)。水箱(18)引出的水管(15)接入治療頭的蓄水盒(16)內，從變壓器引出的電源線接入治療頭內的磁燈座(12)上。
治療頭的結構見附圖1(b)，溴鎢燈(4)裝在磁燈座(12)上，同心光束反光碗(2)的后方為蓄水盒(16)，前方為透射式高次非球面透鏡聚光系統(5)，在聚光系統(5)的周圍是環形冷卻槽(23)，聚光系統(5)裝在鏡筒(8)內，圓形密封筒(6)套在腔體(3)前端外表面上，錐形保護罩(7)與圓形密封筒(6)相連，密封蓋(1)與腔體(3)連接密封，實體光導管(9)的兩端與隔熱襯套(11)套緊，外面還套有不銹鋼保護管(10)，在空心膠木把手(13)內有雙變壓器(19)引出的導線(24)和從水箱(18)引出的水管(15)。
本發明的光學系統見附圖2，是在溴鎢燈(4)的前方有大孔徑的光學聚光系統(5)。該系統包括2塊超半球高次非球面透鏡(26)、(28)，在2塊非球面透鏡之間是一塊等雙凸球面透鏡(27)，在光學聚光系統(5)前方，置有一根長度90-155mm的實體光導管(9)，溴鎢燈的后方裝有一只同心光束反光碗(2)。
本發明采用全封閉內循環冷卻，見附圖3，冷卻水從水箱(8)接入治療頭的蓄水盒(16)，沿盒內上端圓孔流入聚光鏡周圍的環形冷卻槽(23)，冷卻槽(23)下方與腔體Z型水道(24)相連，Z型水道(24)的下端與水嘴(25)相連，有一根橡膠管將出水嘴(25)與水箱(18)相連。
本發明使用的開關可以安裝在治療頭上，也可安裝在電源箱上。
本發明工作時點亮溴鎢燈，燈絲前面輻射出的光束沿光路射入大孔徑角的聚光系統中，燈絲后面輻射的光束被同心光束反光碗(2)部分反射后，又沿原光路射入到聚光系統中去，進入第一塊非球面透鏡(26)的光束，大部分透射到中間的等雙凸球面透鏡(27)，而邊緣部分的光線則發生偏轉，但由于等雙凸球面透鏡(27)的通光口徑大于非球面透鏡(26)的通光口徑，則偏轉的部分光線也可進入等雙凸球面透鏡(27)，而(27)又將入射光束會聚到第二塊高次非球面透鏡(28)，因(28)是反向安裝，透射出去的光束則會聚成一點，實體光導管(9)的輸入端面與此焦點重合，光束完全進入到實體光導管(9)輸出端發射出去，形成一個發散的光束，發散角≥90°。發散光束的優點是，治療中對同一病癥而言，創面小的，可將光功率調弱，近距離照射，而創面大的，可將光功率調強，遠距離照射，這樣均可收到相同的治療效果，這都是發射光束為平行光束的同類治療儀所無法實現的。
工作時由在電源機箱內的微型電磁泵(17)，抽動水箱(18)內的冷卻水，水即沿管子(15)流向治療頭腔體后下端的水嘴(14)，進入治療頭后部的蓄水盒(16)，當水位達到盒內最高位置時，沿盒內上端孔流入聚光鏡筒周圍的環形冷卻槽(23)內，由于進水與出水之間的壓差作用，冷卻水流滿環形冷卻槽(23)后，冷卻槽(23)右側下方的圓孔進入腔體Z型水道(24)，再從Z型水道(24)進入腔體后下端與進水嘴(14)并列的出水嘴(25)，由出水嘴(25)流出后經另一根橡膠管再流入水箱(18)，如此循環往復，即起到了冷卻作用。
本發明與已有技術相比，具有以下優點1.光源的選擇更具合理性，因而發光效率高，壽命長;
2.光能利用率高，因而臨床應用范圍廣;
3.光學零件不需鍍膜，不需加濾光片，儀器使用壽命長，維修成本低;
4.導光元件的長度選擇準確，有效伸出長度為100mm左右，在治療婦科病時，能在有效距離內對病灶進行照射;
5.導光元件的保護管材料，易于醫生消毒滅菌處理，不銹蝕，導光元件與保護管兩端采用聚四氟乙稀套隔離，使導光元件的熱量傳遞不到保護管，治療時不會燙傷痛灶周圍接觸到的表皮組織;
6.燈泡更換方便;
7.治療頭表面無緊固螺釘，水冷管等，不僅方便使用而且體積小，重量輕;
8.冷卻系統的冷卻面積大，冷卻均勻，不漏水，冷卻效果好;
9.整機功耗底于小于300W，重量不到13公斤;
10.燈絲中心位置可進行兩維調整，這保證了光學系統的同軸性，導光元件輸入端面與光學系統的焦點可進行軸向調整，以保證其完全重合。
本發明光譜輻射治療儀，經臨床使用，對各類病變程度的宮頸炎患者都有極好的療效，經多家醫療單位466例臨床治療的統計資料表明，一次照射(輕度患者2-3分鐘，中度患者5-6分鐘，重度患者8-10分鐘)治療，總有效率為100%，總治愈率為96.7%，治療后6-8周后對病人復查，治愈后宮頸無疤痕，表面光滑，且申展性好。另外，光譜輻射治療儀對外陰濕疹、外陰搔癢、外陰白色病變、陰道炎、外痔、脫肛、凍瘡、肩周炎、肌肉、關節急性扭傷、椎間盤突出、表皮傷口潰爛等病癥也進行了少量臨床應用，亦有明顯的療效。
本發明據使用的醫務人員反映，具有以下優點1.輕便、易于攜帶、操作簡便，醫務人員只需學習一天即可掌握，適合醫療單位對婦科病普查后的治療。
2.治療婦科病方法簡單，治療頭不直接接觸創面，對宮內節育器無影響，又可避免交叉感染，治療過程中無燒灼煙霧，無異味，不污染環境，患者無痛苦，治療后無副作用，療程短，療效高;
3.比傳統的治療婦科宮頸炎的物理方法，如電熨冷凍、激光和化學方法相比，更具優越性。
1-蓄水盒密封蓋，2-反光碗，3-腔體，4-溴鎢燈，5-透射式高次非球面透鏡聚光系統，6-密封筒，7-錐形保戶罩，8-鏡筒，9-實體光導管，10-不銹鋼護管，11-隔熱襯套，12-磁燈座，13-把手，14-水嘴，15-水管，16-蓄水盒，17-電磁泵，18-水箱，19-變壓器，20、21-控制線路板，22-波紋管，23-環形冷卻槽，24-導線，25-接出水嘴26-超半球高次非球面透鏡27-等雙凸球面透鏡28-超半球高次非球面透鏡
權利要求
1.一種由光源、聚光系統、導光元件、腔體等組成的一種光譜輻射治療儀，其特征在于由控制電源箱和光譜輻射治療頭兩部分組成，其中a.電源箱內有水箱(18)，接水管(15)，并接入治療頭的蓄水盒(16)內；電源箱內的變壓器(19)引出的導線接入治療頭的磁燈座(12)上；電源管內還有微型電磁泵(17)，控制線路板(20)、(21)。b.治療頭內的溴鎢燈(4)裝在磁燈座上，溴鎢燈(4)的后方是同心光束反光碗(2)，在其后方是蓄水盒(16)；溴鎢燈(4)的前方是透射式高次非球面透鏡聚光系統(5)，在其前端是實體光導管(9)；聚光系統(5)裝在鏡筒(8)內，周圍為環形冷卻槽(23)，腔體內有Z形水道(24)，接出水嘴(25)，經水管接入水箱(18)，圓形密封筒(6)套在腔體(3)的前端表面上，錐形保護罩(7)與圓形密封筒(6)相連，密封蓋(1)與腔體封接；在實體光導管(9)的兩端護有隔熱襯套(11)，在其外套長度與實體光導管(9)相同長度的不銹鋼保護管(10)。
2.如權利要求1所述的治療儀，其特征在于，所述的聚光系統(5)，包括二塊超半球高次非球面透鏡(26)，(28)，在二塊非球面透鏡之間是一塊等雙凸球面透鏡(27)，在其前置有一根90-155mm長的實體光導管(9)。
全文摘要
本發明一種光譜輻射治療儀，涉及醫用治療儀器。本發明是由主機控制電源箱和光譜輻射治療頭兩部分組成，其特點是利用溴鎢燈作輻射光源，經由一倍對稱型高次非球面透鏡，等雙凸球面透鏡，同心光束反光碗，射入全內反射導光管，本發明的全封閉內循環冷卻系統保證了治療儀的正常運轉。本發明克服了已有技術存在的不足，具有光能利用率好，輸出光功率高，使用壽命長，臨床應用范圍廣，操作簡便等特點，本儀器對于宮頸炎有著極好的療效。
文檔編號A61N5/06GK1099306SQ9311532
公開日1995年3月1日 申請日期1993年12月17日 優先權日1993年12月17日
發明者郝沛明, 蘭舉生, 江慶五, 舒斌, 余章標 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所