一種光傳導(dǎo)裝置導(dǎo)光組件的設(shè)計(jì)研究

潘少瑛

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

1 引言

本治療儀是一種基于紅外光輻射的用于治療婦科的醫(yī)療設(shè)備，通過(guò)利用紅外光波長(zhǎng)范圍的光波對(duì)婦科炎癥進(jìn)行物理治療。婦科炎癥是一種臨床常見(jiàn)病，很多婦女都患有宮頸炎、陰道炎等婦科疾病。本治療儀則是利用光源發(fā)出的可見(jiàn)光和紅外光的光熱復(fù)合效應(yīng)，非接觸式近距離地照射淺病變組織，局部病變組織的蛋白質(zhì)被照射后，由于光熱效應(yīng)、光刺激效應(yīng)，會(huì)發(fā)生從凝固、變性、壞死到脫落等一系列反應(yīng)，而后被照射創(chuàng)面長(zhǎng)出新生鱗狀上皮細(xì)胞，從而達(dá)到治療與修復(fù)創(chuàng)面的目的。此種治療方法具有副作用小、對(duì)人體傷害輕、患者易于接受等優(yōu)勢(shì)。

2 光傳導(dǎo)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本治療儀光源發(fā)出的紅外光經(jīng)光傳導(dǎo)裝置輸出照射到的病變組織，由于光能量密度高，病變組織的蛋白因吸熱而凝固，進(jìn)而蛋白變性、壞死，再到脫落，從而達(dá)到治療效果。根據(jù)臨床治療的要求和病人病情的輕重，醫(yī)生可以調(diào)節(jié)儀器的輸出功率和治療時(shí)間進(jìn)行治療。

本治療儀由光傳導(dǎo)裝置、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)箱及面板操作系統(tǒng)、電源等組成。由于是治療婦科疾病，為便于醫(yī)生治療，將治療儀的光傳導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)成手持式的治療頭，醫(yī)生能靈活控制手持式的治療頭，對(duì)病灶部位進(jìn)行治療。光傳導(dǎo)裝置由治療頭殼體、光源、燈座、石英玻璃導(dǎo)光棒、反光鏡、水循環(huán)散熱裝置等組成，如圖1所示。治療頭殼體內(nèi)裝有光源，從光源發(fā)出的光經(jīng)反光鏡，經(jīng)由導(dǎo)光棒到達(dá)治療部位。

圖1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 光傳導(dǎo)裝置導(dǎo)光組件設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)光棒設(shè)計(jì)

本治療儀主要用于婦科宮頸治療，導(dǎo)光組件石英玻璃棒設(shè)計(jì)成長(zhǎng)圓柱棒，受宮頸結(jié)構(gòu)限制，圓柱棒直徑不能太大，圓柱棒外還需有保護(hù)殼隔離，故圓柱棒的直徑一般限制在φ11以下，才有利于醫(yī)生操作。如果石英玻璃棒是等直徑的長(zhǎng)圓柱棒，則近光源端的導(dǎo)光棒的端面小，光源輸出的光經(jīng)反光鏡輸入到近光源的導(dǎo)光棒端面的光能僅有8%。為保證宮頸炎癥的治療效果，照射病灶的導(dǎo)光棒輸出端必須有15W的光功率。為保證治療所需要的光輸出功率15W，只能加大光源的功率，經(jīng)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)，加大光源功率到200W以上才能保證導(dǎo)光棒的15W光功率輸出。這就使得光源大部分的輸出功率產(chǎn)生的熱量被治療頭的殼體吸收，雖然治療頭設(shè)計(jì)有水循環(huán)散熱裝置，但是廢熱產(chǎn)生太多，廢熱在狹小的殼體空間里難以排除，且水循環(huán)散熱裝置的水箱體積受治療儀的總體尺寸限制，不可能設(shè)計(jì)的超大，這就造成治療儀在夏季連續(xù)使用十多分鐘，水循環(huán)散熱裝置里循環(huán)的水溫就可能達(dá)到40℃以上，與患者短時(shí)接觸的治療頭殼體表面溫度就可能達(dá)不到醫(yī)用電氣設(shè)備安全通用要求，這就使得醫(yī)生在治療過(guò)程中由于治療頭溫度超過(guò)正常使用條件而不得不減少單次治療時(shí)間，從而降低了治療的效果[1]。

綜上所述，等直徑的導(dǎo)光棒由于近光源端面小，能接收的光能僅有8%。如果將圓柱狀的導(dǎo)光棒改進(jìn)為圓錐狀，如圖2所示，即將導(dǎo)光棒的近光源端的直徑變大，從而就增大了光源輸出的光經(jīng)反光鏡輸入到近光源的導(dǎo)光棒端面的光能。由于治療儀主要治療婦科宮頸疾病，且光傳導(dǎo)裝置是手持式的治療頭，體積受到限制，故近光源端的導(dǎo)光棒直徑尺寸既要有利于增加光能吸收，又要整個(gè)治療頭尺寸適中利于治療。經(jīng)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將導(dǎo)光棒近光源端的直徑增大到φ17時(shí)，光源輸出的光經(jīng)反光鏡輸入到近光源的導(dǎo)光棒端面的光能可增加到17%，較之等直徑圓柱形導(dǎo)光棒，光能提高了約80%。由于光傳導(dǎo)效率大幅度的提高，所需光源功率降低，即可將光源從24V輸入電壓降低到16V，就可保證治療所需要的光輸出功率15W。傳導(dǎo)效率大幅度的提高還降低了治療頭殼體內(nèi)部廢熱的產(chǎn)生，而治療頭殼體表面溫升的降低，不但能延長(zhǎng)連續(xù)治療時(shí)間，而且有利于延長(zhǎng)光源的使用壽命。由于光源輸入電壓為16V時(shí)，色溫降低，光傳導(dǎo)裝置的輸出功率中，增加了起有效治療作用的紅外光成分，從而提高了治療疾病的效果。

圖2 錐形棒

3.2 光源燈座設(shè)計(jì)

本治療儀光源采用的是特種鹵素?zé)?，鹵素?zé)舻臒裟_是鎢桿，常用的鹵素?zé)魺糇ㄓ凶w、導(dǎo)電片和引線三部分。導(dǎo)電片安裝在燈座的導(dǎo)電片槽內(nèi)，鹵素?zé)翩u桿插入導(dǎo)電片槽內(nèi)，燈座導(dǎo)電片壓緊在鎢桿上。由于鎢桿是圓柱狀，與導(dǎo)電片是線接觸，接觸面積小，燈源的導(dǎo)通電流約為10A，因接觸電阻偏大，會(huì)造成鎢桿過(guò)熱，而鎢桿的膨脹系數(shù)與包封鎢桿的玻璃殼的膨脹系數(shù)相差較大，在高溫下，鎢桿過(guò)熱易導(dǎo)致包封鎢桿的玻璃殼爆裂，鹵素?zé)艄庠吹氖褂脡勖蟠罂s短。

由上可知，燈源的使用壽命與燈座的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。鎢桿與導(dǎo)電片的接觸方式尤為關(guān)鍵。改進(jìn)燈座與鎢桿的接觸方式，用鎢桿接線柱替代導(dǎo)電片，如圖3所示。接線柱外表面車(chē)制有外螺紋，接線柱開(kāi)有中心孔，與鎢桿配合，沿徑向?qū)⒔泳€柱的前段剖分成兩瓣呈夾狀形，鎢桿插入接線柱中心孔，而后旋上螺母將呈夾狀的接線柱向中心收緊，如圖4所示。此時(shí)鎢桿與接線柱緊密接觸，不僅安全可靠，還消除了因鎢桿接觸不良引發(fā)過(guò)熱所造成的燈源炸裂，有效地延長(zhǎng)了燈源的使用壽命。

圖3 接線柱

圖4 光源與燈座連接

4 結(jié)束語(yǔ)

文章闡述了對(duì)治療儀光傳導(dǎo)裝置導(dǎo)光組件的研究設(shè)計(jì)。采用錐形導(dǎo)光棒導(dǎo)光效率提高，廢熱減少，起到治療作用的紅外光增加，療效提高。光源燈腳增加接線柱后，光源鎢桿不會(huì)過(guò)熱，延長(zhǎng)光源的使用壽命。將本治療儀送醫(yī)療檢測(cè)單位檢驗(yàn)，治療儀各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合醫(yī)療注冊(cè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求[1-2]。