专利名称：激光皮肤穿孔器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及激光医疗仪器，并具体涉及用来对病人的皮肤无接触地穿孔以采集血样的医疗仪器。
背景技术：
毛细管采血是一种从病人的皮下毛细血管床获得血样的过程。用来从病人处采集少量血液的传统方法使用机械的皮肤穿孔器，这种穿孔器带有诸如金属刺血针或针头之类的尖锐装置。这样操作存在许多缺点，其中的两个是卫生保健工作者或公众可能会受到已用来对皮肤穿孔的装置的感染，以及处理和处置生物学上危险的废物费用昂贵。
激光在许多的外科操作中用作一种高效的精密工具。在诸激光辐射源中，医疗上所关心的是诸如掺杂有铒(Er)离子的YAG(钇铝石榴石)晶体的稀土元素。
人们可以使用各种激射物质材料作为一种工作媒质来产生不同波长的激光。这些材料包括，但不局限于，掺杂有稀土元素的氧化物以及氟化物激光晶体和玻璃。将这样的晶体和玻璃与杂质掺合，以确定所得到的激光波长。
在使用激光的情况中，其系统通常包括一用来产生激光的光源以及用来将激光束引向一目标的光学构件。激光源可以产生连续或者脉冲的激光能量输出。向目标试样传输激光能量并接着蒸发试样的一部分通常会产生副产品，如从试样来的烟气、碳化颗粒或/或溅散颗粒。这些副产品会对激光系统的连贯操作构成威胁，这是因为它们可能沉积在系统的物镜上，从而损坏或改变光学构件、降低输出功率、使光或激光束内的能量分布图案扭曲，或者使系统的性能降低。
现有技术中已知有适于通过聚焦激光束对病人的皮肤组织进行穿孔的方法和装置。皮肤穿孔器在激光辐照的波长与活体组织的光发射强烈吸收区域相符时，对皮肤的穿孔最为有效。在用激光束对活体组织进行处理的过程中防止血液的凝结也是很重要的。当穿孔器所使用的钇铝铒石榴石(yttriumaluminum erbium garnet)激光器的激光发射波长为2.94微米并且激光脉冲持续时间在50至500微秒之间时，就可以实现这一点。在现有技术中，当激光束聚焦在皮肤组织上并使激光聚焦区域处的一小块皮肤蒸发时就发生穿孔。
某些用来无接触地对病人的皮肤进行穿孔并同时采集血样的医疗装置的操作通常会产生明显的疼痛，并致使具有疼痛经历的病人恐惧和忧虑。尽管现代的激光穿孔器设计尝试消除这样的疼痛和忧虑，但进一步地减少病人的不舒适感会显著地增加该新毛细管采血技术的实用性。在美国专利5,908,416中所揭示的方法和装置中，尝试通过提供具有特殊形状的激光束来降低穿孔过程中的疼痛。但这样的方法使光学系统更为复杂、导致激光束能量的损失、使仪器更加昂贵并且难于制造。在这样的装置中，激光能量补偿的增加会致使激光束的发散性更大，最终导致在穿孔区域的皮肤灼伤。
因此，需要一种能减少病人在采血操作中所经受的疼痛和忧虑的激光穿孔装置。还需要一种能防止由于皮肤组织蒸发的产物而发生沾染的激光穿孔装置。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用来对病人的皮肤穿孔并获取血样的激光穿孔器。该穿孔器包括一用来产生一输出激光束的激光源、一用来将输出激光束聚焦在所选择的进行穿孔的皮肤区域的聚焦结构、一导向结构以及一电源单元。设置一固位结构，以加强在所选择的进行穿孔的皮肤区域中的血液循环。该皮肤固位结构包括形成有一柔性围壁的大体中空的中间区段。中间区段置于一设置在前方的接合杯状件与位于后方的底壁之间。在大体中空的中间区段内、在接合杯状件与底壁之间设置一底座件。柔性的围壁可变形，以显著地降低中间区段的体积，并致使其内部的压力上升。皮肤固位结构还包括一用来在中间区段内调节压力的压力调节装置。当进行了压力调节之后，在中间区段内形成一低压区域，以产生抽吸力，使皮肤区域的至少一部分深入接合杯状件。压力调整结构可以是一阀的形式，并且设置一偏压件以便于将变形的中间区段回复到其初始的未变形位置。
关于本发明的另一方面，接合杯状件的后壁形成有供激光束通过的一开口。可以提供一光学膜片，用于防止接合杯状件与包含激光源的穿孔器和聚焦结构的内部区域之间的流体连通，该光学膜片设有开口。该挡片是用对激光辐照透明的材料制成的。
关于本发明的再一个方面，借助于沿着其长度具有可变化厚度的一光学件，能够对传送到病人皮肤的激光能量进行调节。该光学件用具有预定的激光辐照透光特性的材料制成。光学件设置在所要穿孔的皮肤区域与激光源之间。光学件可以具有楔形的形状且带有一大致呈圆柱形的外壁，并且光学件可旋转地设置在激光源与聚焦结构之间。在本发明的另一实施例中，光学件横向于激光束的方向移动。
本发明的再一方面提供一种防止非意愿的穿孔器致动。该装置包括多个独立的接合扇形体，诸接合扇形体沿着杯状件的纵向轴线可滑动地布置。诸扇形体的末端部分形成可在断开与闭合位置之间操作的一开关的一部分。在断开的位置上，接合扇形体的末端部分与设置在接合杯状件的一后壁处的一导电板隔开，以断开激光光源的供电线路。在闭合位置上，接合扇形体的末端部分与导电板接合，以致动激光源的供电线路。该装置包括一滑动件，该滑动件在一横向于激光束方向的平面内可移动，以使在装置的一标准位置处，滑动件堵塞住穿孔器的一中心通道并防止激光束意外地发出。
接合杯状件可以成形有一大体中空的内部腔体，并且至少由其一侧壁形成。在侧壁内可形成一接合开孔，以使进入大体中空的内部区域的激光束切向地指向通过接合开孔突出的皮肤区域，以在皮肤的穿孔区域产生一细长的切口。或者，适于接纳皮肤区域的接合开孔可以形成在接合杯状件的前部，以设置成与进入内部区域的激光束的方向成一角度。
附图简述
图1是本发明的一激光穿孔器的示意图，且它包括一皮肤固位装置；图1A示出了带有一抽吸结构的穿孔器前面区域；图2示出了穿孔装置的一接合杯状件；图2A示出了接合杯状件的另一实施例；图3示出了接合杯状件的再一实施例；图4示出了接合杯状件的再一实施例；图5是示出用于穿孔装置中的一光学件的应用的示意图；图6是示出光学件的另一应用的示意图；图6A示出了光学件的成形方法；图7示出了带有光学件的穿孔装置的前部；图8示出了穿孔装置的一修改后的前部；图9是穿孔装置前部的示意图，示出了本发明的一个安全特征；图9A是沿着图9的剖面线9A-9A所得的剖面图；图9B是沿着图9的剖面线9B-9B所得的剖面图；图10是示出本发明另一安全特征在伸出位置下的剖面图；图11是示出在操作位置下的图10所示安全特征；图12示出了本发明的另一安全特征；图13是示出聚焦结构的各种位置的示意图；图13A是示出当透镜处于图13中所示位置A时在病人的皮肤中所形成的伤口的图；图13B是示出当透镜处于图13中所示位置B时在病人的皮肤中所形成的伤口的图；图13C是示出当透镜处于图13中所示位置C时在病人的皮肤中所形成的伤口的图；图14示出了本发明的一聚焦结构；图15示出了本发明的另一聚焦结构；图16示出了本发明的再一聚焦结构；图17示出了激光穿孔器组件的一工作位置；图18示出了图17所示组件在壳体完全插入到底座的接纳腔体中之前的情况；图19示出了本发明的激光穿孔器组件的另一实施例；图20示出了图19的变压器所使用的一绕组结构；以及图21示出图20所示变压器的另一绕组结构。
具体实施例方式
在皮肤穿孔操作中减少病人的疼痛是一项复杂工作，它需要考虑到以下的因素仪器的安全和易于使用的设计、选择穿孔的区域、在穿孔操作之前对皮肤区域进行预先处理以及调节激光束的强度。还需要为每一位病人确定一个最优的能量强度以及在穿孔区域内实现激光束的正确对焦。
要在皮肤穿孔的过程中使疼痛最小，重要的是减少在穿孔位置处的激光能量强度和使病人皮肤组织中的伤口尺寸最小，且同时保持血液的排出量处于一个恒定量。在本发明的一个实施例中，这个任务是通过激励选择进行穿孔的皮肤部位内的血流来完成的，这样，即使很小的穿孔也能获得所需要量的血液。在穿孔区域中的血流激励可以通过使这个区域的皮肤处于皮肤固位装置的接合开口内来实现。
现在请参见图1，该图示出了一个形成有适于激励穿孔区域中的血流的一皮肤固位装置的激光皮肤穿孔装置或激光皮肤穿孔器10。在图1中所示的激光皮肤穿孔器的主要部件包括一产生激光束输出的脉冲型激光源12；一用来在特定的皮肤表面部分上聚焦激光束以产生高能作用的聚焦结构14；一电源块16以及一用来将所选择的穿孔部位保持在激光束的聚焦区域之内的装置18。
脉冲型激光源12和皮肤固位装置18通常位于穿孔器的壳体20内。皮肤固位装置18设置在壳体的前部处，脉冲型激光源12位于其后。皮肤定位装置18包括一大体中空的中间区段22，该中间区段22带有一位于其近端部分26和末端部分28之间的柔性外壁24。在中间区段内，至少有一弹簧或偏压件32在近端和末端之间延伸。在图2所示实施例中，固位装置的近端部分26是一接合杯状件的形式，该接合杯状件适于在血液采集操作的过程中与所要穿孔的一皮肤部位接合。
如在图2和2A中最好地所示，一典型的接合杯状件30呈截头圆锥体形，并且形成有一大体中空的内部空间34。为了更好地与所要穿孔的皮肤(例如病人的手指)接合，接合杯状件的前端36设有一接合开孔37，该接合开孔37具有设置在相互隔开且大致垂直于接合杯状件的纵向轴线的两平面内、大致呈圆形的内区域38和外区域40。选择外区域40的直径(D外)与内区域38的直径(D内)之间比值，使其大于7∶3(D外∶D内＞7∶3)。内、外区域之间的距离在1.0至5.0毫米之间。
在皮肤固位装置的末端28内设有一减压阀42。如图2所示，减压阀42包括一准圆锥形的调节件44，该调节件44适于与设置在末端部分28的壁中的一接纳开口46可滑动地接合。从调节件44向外延伸一手柄48。在手柄48与末端部分的外壁之间设置有一开关49。尽管在上文中讨论了减压阀42的一特殊的设计，但应予理解的是，也考虑了在本发明的仪器中使用其它的传统阀结构。
在操作中，当操作者向适于穿孔的皮肤组织区域上按压接合杯状件30的前端36时，就施加了初始的压力。这致使初始时血液向穿孔区域流入。考虑到中间区段的外壁24的柔性，当操作者施加更大的力以进一步将接合杯状件30压向皮肤时，近端部分26就更加靠近末端部分28，使中空的中间区段22明显缩短，并且其内部的相应压力上升。这使减压阀42打开，这样，就将皮肤固定位置内部的被压缩气体释放到外界大气中。当不继续在病人的皮肤上施加压力时，中间区段的柔性壁24被偏压件或弹簧32驱动，并回复到其原来的伸出位置上(见图1)。在这样的运动过程中，在中空的中间区段22内形成了低压力区域，致使阀42关闭。这接着又形成抽吸，使穿孔皮肤的区域更加深入到近端部分的接合开孔37中。这使皮肤进一步变形，且更多的血液流入到穿孔区域中。当阀22关闭，手柄48就被带至末端部分28的附近，并致动开关49。这开动了电源块16，并向激光源12供电，以产生使皮肤穿孔的激光束。
现请参见图1A，该图示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，接合杯状件30与聚焦结构14之间的内部空间区域通过一管出口11与一抽吸结构13连接。为了防止仪器的内部区域受到污染，去除在采血操作的过程中所产生的皮肤蒸发物及其它不想要的产物，并且使积聚在一过滤器23处。
在图1所示的实施例中，为了防止激光源12的意外致动，可以在皮肤固位装置的中空中间区段22内设置一光学传感器或者电容传感器39。只要有光线穿过接合开孔37进入到中空中间区段22中并在传感器39处被记录下来，电源块16就不会被致动。这样，只要接合孔37与病人的皮肤是有间隔的，就可保持装置不被致动。传感器39仅在接合开孔被皮肤部位堵塞住、周围的光线无法穿透到中空中间区段内时才允许电源块向激光源12发送高压脉冲。
传感器39也可以是一光敏电阻或光电二极管的形式，且它在中间区段内部的照度达到一预定程度时才致动。在替代的实施例中，传感器的功能可以通过一种对由所选择皮肤部位在接合开孔37处的定位所导致的电容干扰进行记录的一装置来实现。在图1所示的实施例中，光传感器39形成皮肤固位装置的中间区段内部区域的一部分。但应该清楚的是，将传感器放置在激光穿孔装置的其它部分中是落入本发明的保护范围之内的。
现请参见图3和4，它们示出了接合杯状件的替代实施例，这些接合杯状件可能进一步在皮肤穿孔的过程中减轻病人所经受的疼痛。可以通过改变激光束指向皮肤表面的角度来调节皮肤穿孔的大小。纵向穿孔和切口通常可以在皮肤组织内的较浅的穿孔深度下产生所需要的血量。由于在靠近皮肤表面处的神经密集度降低，所以这样的技术在采血过程中引起的疼痛较小。
在图3的实施例中，接合杯状件50是一细长的锥形件的形式，该锥形件具有一封闭的前端部和一大体中空的内部。在接合杯状件50的内壁中延伸有一细长的接合开孔57，并且该细长的接合开孔57与接合杯状件50的纵向轴线间隔开。当将一手指或适于穿孔的其它皮肤表面放置在细长的接合开孔57内时，仅有有限的皮肤区域延伸穿过开孔进入到中空的内部。这样，就在皮肤和开孔之间形成了一细长的接合区域。如图3所示，激光束切向地指向穿透入杯状件中空内部的皮肤区域。这样就产生了一条具有穿透到皮肤组织中一有限深度的纵向延伸的切口。
在图4中所示的实施例中，接合开孔57的内和外区域横向于激光束的方向，并且设置成与接合杯状件的纵向轴线成一角度而非垂直。具体地说，内和外区域的平面设置成与激光束的方向成一角度。这样的布置通常在皮肤与接合开孔57之间形成一椭圆形的接合区域。这样，在图4所示的实施例中，激光束以一角度暴露至穿孔的皮肤区域；以形成在靠近皮肤表面处延伸的一细长的切口。
如图4中最好地所示，可以在接合杯状件的接合开孔57的外部区域处设置一条易处置的测试条21，以用于可视和/或量化的快速血液分析。
在本发明中，接合杯状件通常可以是激光皮肤穿孔器和/或尤其是皮肤固位装置的一整体成形的部分。或者，接合杯状件可以形成为可从穿孔装置取下的一次性使用的单元。在这样的情况下，接合杯状件可用作适于收集所产生的血样的一次性容器。在图2A中示出了这样的一次性接合杯状件15的一个例子。血样实际上收集在接合杯状件的一内部中空区域34内，该中空区域34位于前部接合开孔37的后方。为了可视地估计所采集的血液，接合杯状件的一侧壁17可以用透明的材料制成。容器侧壁的内表面19可以至少部分地有一覆层，该覆层适于在快速血液分析的过程中显示糖份的存在、胆固醇的浓度等等。为了便于操作者操作该装置，侧壁的外面可以至少部分地覆有一种防滑材料。
为了中和令人不愉快的气味并进一步防止穿孔装置的构件受到皮肤蒸发的产物的污染，接合杯状件的内表面19可以覆有一层吸收材料。这样的材料的一个例子是活性碳。
我们知道，皮肤的厚度和提供血液的能力在一位病人与另一位之间有显著的不同。人们也知道，相比病人的柔软、细嫩的皮肤，对较硬的皮肤进行穿孔需要更大的激光能量。当在采血的过程中、无差别地对所有的病人都施加等强度的激光能量时，皮肤柔软细嫩的个别病人通常会承受更大的不必要的疼痛。将激光能量的强度调节到穿孔最低所需要的水平，构成了使病人所经受的疼痛最轻的一个重要的先决条件。现有技术的激光皮肤穿孔器提供了各种能够调节对激光源供电的电能供应并控制激光束向病人的皮肤所发出的能量强度的电子装置。这样的电子装置通常是复杂的，且不完全可靠。
现请参见图5、6及6A，这些图中示出了本发明的另一实施例，该实施例包括了一厚度可变的光学件27。该光学件通常设置在皮肤与激光源12之间。光学件27还可以设置在皮肤与聚焦结构14之间，或者在聚焦结构14与激光源12之间。光学件27形成有一楔形的形状，并且是用在所要求的激光辐照波长情况下具有预定透光特性的材料制成的。如图6A所示，当沿着放置成与一圆柱体的纵向轴线成一角度的一平面或诸平面切割该圆柱体时，就可以形成该光学件。典型的光学件本体包括一大致呈圆柱形的外表面29以及相互成一角度设置的第一和第二底部31和33。或者，一个底部可以大致与光学件的纵向轴线垂直。光学件的其它可替代设计都落入本发明的保护范围之内。如图5中所示，当光学件27横向于激光束的方向上移动时，就可以对传送到皮肤的激光能量加以调节。在另一个实施例中(见图6)，当光学件的纵向轴线35与激光束的方向隔开且平行、并且光学件27绕该纵向轴线旋转时，就能对激光的能量进行调节。
现请参见图7，该图示出了激光皮肤穿孔器的一部分，该皮肤穿孔器的接合杯状件26形成为与壳体20整体成形的一个部分。在这样的结构中，激光束的焦点位置固定在杯状件的接合开口37与适于进行穿孔的皮肤区域之间的接合区域处。接合杯状件形成有一个位于聚焦结构41前面的调节组件39。调节组件包括一接纳凹进部43和一光学件27。如上文所述，光学件27可以具有一楔形的形状且外表面大致为柱面形。光学件可绕其纵向轴线旋转，并且通过形成在接合杯状件的一侧壁中的接纳凹进部43伸入接合杯状件的内腔体中。在图7所示的实施例中，光学件27的旋转轴线大致平行于壳体20的纵向轴线。为了调节激光束的能量强度，旋转光学件27，以将具有不同厚度的光学件的部分暴露于激光束。在这个方面，当对一较厚的皮肤穿孔需要较大的能量强度时，光学件27的厚度减少的一部分暴露于激光束，反之亦然。光学件27还防止包括聚焦结构的穿孔结构的内部受到皮肤蒸发产物的沾染。
如图8最好地所示，接合杯状件包括一光学膜片43′，该光学膜片43′用在所要求的辐照强度下具有预定透光特性的材料制成。该膜片43′具有一预先固定的厚度，并且能将穿过其的激光能量减少到一预定的水平。这样的结构允许通过选择具有最佳厚度的膜片43′的一可替换接合杯状件来选择传送到皮肤区域的最佳激光能量强度。
接合杯状件的后开口可以形成为具有可变化的内径，该内径通常不会超过激光束外周的尺寸。通过选择这样的内开口43的尺寸以满足特殊病人的需要，就可以调节在穿孔部位处的激光能量强度。
尽管是结合用于穿孔操作中的一手指来描述上述的实施例的，但应予理解的是，在皮肤穿孔操作中也可以使用除了手指之外的身体皮肤部位。
现参见图9、9A及9B，这些图示出了适于防止激光穿孔装置被意外致动的本发明的一装置。在该实施例中，接合杯状件130用作能将电源连接到激光源和将电源与激光源断开的一开关。杯状件130包括一基座122和多个接合扇形体124。该基座形成有一内凹腔126，该内凹腔126从一后壁128向前延伸并适于可滑动地接纳多个接合扇形体。尽管考虑到了任何合理数量的扇形体，但在图9的实施例中，接合杯状件130形成有沿着其纵向轴线放置的四个对称的扇形体。每一接合扇形体至少包括一个适于与病人的皮肤接合的前部132和一个适于在内腔体126内可滑动地移动的后部134。每一扇形体的后部134有一个从其向外伸出的接合部分或触点136，该接合部分或触点136适于接合与基座后壁128相连的导电板中的相应开口138。当受压时，每一扇形体124在内腔体126中沿着杯状件的纵向轴线且独立于其它的扇形体地滑动。一偏压件或一弹簧140设置在每一扇形体的后端与杯状件的后壁之间。如图9所示，当皮肤初始地与前部132接合并且没有实质性的向内的力施加在接合扇形体上时，偏压件或弹簧140的抵抗力足以保持诸扇形体的后部134(包括触点或接合部分136)与导电板中的开口138间隔开。在这样的状态下，从电源单元到激光源的供电电路是断开的。仅在每一接合扇形体都可靠地受皮肤所压，以使每一扇形体的后部(包括触点136)在内腔体内移动且每一凸部或触点136与相应的开口138接合时，激光源才被致动。作为一个可替代的例子，接合杯状件可以形成为一个实心的单一零件，而不是分割成多个单个的接合扇形体。
现请参见图10和11，两图上示出了本发明的接合杯状件的另一实施例，它包括形成有一中空的内部空间152的一基座件150和可伸缩地置于基座件的中空内部空间内的一细长的外伸件154。一位于中心的细长开口156从一接合凹进部158至在其一末端部设置的一凸缘160延伸过外伸件154的整个长度。接合凹进部158成形为接合诸如病人手指之类的一皮肤区域，以使其适于进行穿孔。一弹簧或偏压件162置于内部中空空间中的凸缘160与基座件的一后壁164之间。激光束的焦点固定地位于基座件的前部内部处。在伸长的位置(见图10)，包括接合凹进部158的外伸件154从基座件的内中空空间152向外伸出。为了开始穿孔过程，适于穿孔的皮肤区域初始地放置于接合凹进部158内。然后，在外伸件154上施加一向内的力，以压住引起外伸件154移动到中空空间152上的偏压件162的抵抗力。当外伸件154到达其在基座件内的插没位置时(示于图11)，所选择的皮肤区域就暴露于激光束的焦点，以使其发生瞬间的穿孔。为了更加安全，外伸件的中心开口156的内表面可以由在一激光辐照的波长处具有高吸收率的材料153进行覆层。在图10和11所示的实施例中，直至外伸件稳固地受压且移动到插没位置，以使适于穿孔的皮肤区域位于固定设置的激光束焦点处时，才会进行穿孔。
在图12中示出了另一种适于防止激光皮肤穿孔器被意外致动的装置。该装置的结构与上面参照图9所述的装置相似。但是，在图12所示的实施例中，接合杯状件180设有在大致平行于基座部分的后壁182的一平面内延伸的一凹槽188。具有一开口181的一可滑动件185设置成与凹槽配合。在凹槽188的内部与可滑动件185之间设置一偏压件187。在标准的伸出位置(由图12中的实线所示)，滑动件从凹槽向外伸出。在该状态下，开口185移向侧面，致使可滑动件185的一实心部分堵塞住接合杯状件的主通道。在这种情况下，可滑动件185的延伸部分阻止了接合杯状件180的向下运动。因而就防止了意外的激光束辐照放出。为了进行皮肤穿孔，操作者向内按压滑动件的伸出部分，以使开口185与主通道一致，并且可以向下移动整个接合杯状件来以上面参照图9所述的方式致动触点。
为了便于这样的操作，杯状件26的部分57以及其它部分可以覆层防滑材料。为了更加安全，杯状件26内表面的一部分可以覆层对激光辐照具有高程度的吸收的材料(见图10的部分153)。当杯状件不是真正地压在所要穿孔的皮肤部位，而是意外地受压，例如被孩子压到时，这样的结构不会让激光致动。
本发明的另一实施例提供了一种具有聚焦系统的皮肤穿孔装置，该聚焦系统能让使用者将激光束聚焦到所要穿孔的皮肤组织的一预定深度处。如下文中将更加详细地讨论的，在皮肤组织内的这样有目标的激光束聚焦是在穿孔过程中减轻疼痛的一个重要的条件。
在图13中所示的结构中，适于穿孔的皮肤区域固定地位于离开激光源和聚焦系统一预定距离处，并且该聚焦系统包括可沿着激光束的轴线移动的一聚焦透镜170。在这点上，图13是示出了聚焦结构或透镜170在其沿着激光束的纵向轴线的移动中的三个位置A、B及C和三个相应的激光束a、b及c的焦点位置的示意图。这些所示的位置与下文参照图13A、13B及13C所述的伤口形成相对应。在位置A、a(见图13)，激光束的焦点位于皮肤组织内的一预定深度处。在位置B、b，激光束聚焦在皮肤的表面，而在位置C、c，焦点离开皮肤表面并与皮肤表面隔开一个间隙。
如上文所指出的，图13A、13B及13C示意性地代表了在相应的聚焦透镜位置下病人的皮肤中的伤口。图13A示出了当激光束的焦点位于组织内并与皮肤表面隔开时的伤口。图13B示出了当激光束聚焦在皮肤表面时的伤口，而图13C所示的伤口则是在激光束的焦点位于皮肤表面外侧时所形成的。
为了使病人在穿孔操作中经受的疼痛最轻，最好在组织内的一预定深度处聚焦激光束(见图13A)，而不是在表面或者离开表面处(如图13B和13C所示)。这是因为，在穿孔的过程中，激光束蒸发活体组织，并形成试图从穿孔部位逸出的一高速、受压气体流。当激光束焦点的定位在皮肤组织内的一预定深度处时(见图13A)，所产生的伤口成形为具有一锥形的形状，其尖端位于皮肤组织内且宽开口位于皮肤表面。这样的伤口形状便于气体和皮肤组织蒸发产物的逃逸，且不会导致对周围的神经结构的不必要的压力和辐照。聚焦点的最佳深度取决于病人皮肤的条件以及所需要的血量。在儿科的应用中或是当测试需要少量血时，例如对糖尿病人进行葡萄糖测试，推荐的焦点深度在0.12毫米(表皮的端部)与1.5毫米之间。当测试需要更大量的血液时，焦点应离开皮肤表面1.5至4.0毫米。为了蒸发图13A中所示的双阴影区域，且此时激光束的焦点位于皮肤组织内0.12至4.0毫米的深度处，激光束的直径应在1.0至3.0毫米之间。
在图13B所示的实施例中，在穿孔操作的过程中，激光束聚焦在皮肤的表面。在这样的状态下，激光束在皮肤表面处烧开一小开口。所产生的伤口形成为具有一锥形形状，宽的底部位于深入皮肤组织内部处，并且一小的开口在皮肤表面。仅允许内部组织蒸发的气体和产物有十分有限时间来通过这个小开口逃逸。这使伤口内产生高压的产物，导致明显的疼痛和周围组织的出血(瘀肿)。
在图13C所示的状态下，激光束的焦点离开皮肤表面并位于皮肤表面之外。这样的状态导致皮肤组织内具有较宽底部且在皮肤表面处明显变窄的伤口。蒸发双阴影区域的皮肤所产生的气体和产物不能有效地通过在皮肤表面处相对较小的开口有效地逸出。这不可避免地产生相当大的压力，该压力施加在内部皮肤组织上且引起相当大的疼痛。如图13C所示，激光束未聚焦地到达皮肤的表面，并然后明显地变宽。由于被蒸发的皮肤区域在尺寸上增加，所以应当增加该激光束能量强度，因此导致更多的疼痛。如果需要采集更多的血液，疼痛随着所施加的激光能量强度的增加而成正比地增加。
也可以通过采用如上文参照图1、2、3及4所述的可更换的接合杯状件来实现激光束的优化聚焦。在具有预设激光束焦点位置的激光穿孔装置中，可以籍助于选择具有所需要长度的适合接合件来实现穿孔皮肤部位的正确定位。这样，通过选择较短或较长的接合杯状件，就可能将接合杯状件的接合区域和与其相关的皮肤部位放置成聚焦平面位于皮肤组织内的一预定深度处(见图15)。因此，可以对每一为病人实现所需要的聚焦，且皮肤部位实际上可选择在人体的任何部分处。
图14、15及17示出了将激光束聚焦在优化深度处的其它方式，该方式是籍助于控制地将皮肤定位于距离聚焦结构一预定距离处来实现的。在图14中的结构中，在从光源180发出一低强度的可见光谱光束并与所要穿孔的皮肤部位切向地接合之后，它就被接受器182探测到。这触发了指向电源块184的电信号，致使激光源186致动，并发出指向该光束与皮肤之间的接合区域处的激光束。这样，就即刻地发生皮肤穿孔。
在图15所示的实施例中，从光源180成一角度地向皮肤表面发出一低强度的可见光谱光束。当从皮肤反射时，它就被接受器182探测到，并产生一指向电源单元的电信号。这样，就对激光源186进行供电，以对准开始接受可见光谱光束的皮肤区域发出激光束。
根据图16，皮肤部位与穿孔装置之间的所要求的距离由一电容传感器进行控制。这样，当聚焦系统设置在距离皮肤表面一所要求距离处时，该电容传感器就发生干扰，并产生一电信号以向激光供能。
现请参见图17和18，两图示出了一小型的激光穿孔200，该穿孔器200带有一可从供能底座204分离的轻型手持壳体202。设置底座既是为了对设置在壳体内的一可充电单元210进行充电，也是为了在激光穿孔器未被使用时用于壳体的存放。腔体228从底座的一上部向下延伸，并且其形状和尺寸构造成至少接纳手持壳体202的一部分。
如在图17和18中清晰地所示，一激光源210和储存电容器212形式的可充电的电源单元设置在手持壳体202的内部。一电转换器231和一变压器232放置在电源底座中。储存电容器有一套触点235，它们与设置在手持壳体主体内的触点233相对应。接纳腔体228形成有相配的触点234。为了对储存电容器进行充电，包含激光源的手持壳体202放置在接纳腔体208内，以使壳体的触点233与腔体的触点234相连接。为了安全方面的原因，如图18中所示，在其常规位置处的这些触点是零电势的，并且不与穿孔器的电路连接。当壳体放置到接纳腔体208中时(见图17)，触点233和234连接到触点235和236上。这样，储存电容器和激光源就与供电电路连接。在上述的结构中，没有接近触点235和236的开口。因此，如图18所示，当从接纳腔体208取出壳体202时，触点235向内移动，以使这些触点与壳体的外面之间不相连接。以类似的方式，在这个位置上的触点236在电源底座内向内移动，以使这些触点与接纳腔体之间没有直接连接。一旦完全将壳体202到接纳腔体208的插入，储存电容器212就被充电到所要求的程度。然后，可以从电源底座中取出壳体，并且可通过按压按钮237来致动激光源。
现请参见图19-21，这些图示出了本发明的激光皮肤穿孔器组件的另一实施例。与图17和18的实施例类似，该组件包括两个主要的独立部分一手持壳体252和一电源底座254。在本实施例中，一变压器261分成两个单独的单元。第一单元包括主绕组258，并且控制单元231位于电源底座254的内部区域。包括次绕组259的变压器第二单元位于手持壳体252内。位于手持壳体内的其它主要部件为一储存电容器212形式的可充电电源单元、一电转换器267以及一激光源210。
一接纳腔体从底座的上部向下伸出。腔体的形状和尺寸构造成至少接纳手持壳体的一下端部。底座围绕接纳腔体的内部区域形成适于容纳一主线圈组件258的一隔室。主线圈可以缠绕在一电气绝缘但导磁的绕线筒上。
这样的设计不需要类似图17和18的触点33、34那样开放的电气触点，且进一步加强了穿孔器的电气安全性。为了进一步提高变压器261的变压系数，可以设置一锁住机构241，以将手持壳体固定地定位在电源底座的接纳腔体内的预定位置中。为了对储存电容器进行充电，将手持壳体放入电源底座单元的接纳腔体中(见图18)，以将主绕组连接到直流电源上、并在置于壳体中的次绕组内提供所需要的电压。当绕组内的电压达到由控制单元预定的水平(它与储存电容器的完全充电相应)时，充电过程就终止。穿孔器现在就已为使用准备好了，并且可以从接纳腔体取出它。次绕组可以设置成与主绕组成一直线，如图21所示，或者与主绕组平行，如图22所示。此外，次绕组可以是一无铁心结构的形式，或者也可以具有一铁心。这样的带有分开的变压器绕组的设计无需壳体与电源底座之间的直接断开的电气触点。这样的结构保证了安全的操作和“无线”激光发射器的充电。
权利要求
1.一种用来对病人的皮肤进行穿孔并获取血样的激光穿孔器，该种穿孔器包括用来产生一输出激光束的一激光光源、用来将输出激光束聚焦在所选择的进行穿孔的皮肤区域处的一聚焦结构、一导向结构、一电源单元以及用来保持皮肤区域的一固位结构，所述固位结构构造成加强所选的用于穿孔的皮肤区域中的血液循环。
2.如权利要求1所述的激光穿孔器，其特征在于，所述皮肤固位结构包括一大体中空、带有一柔性围壁的中间区域，所述中间区域介于一设置在前的接合杯状件与一位于后方的底壁之间，一偏压件设置在大体中空的中间区域内、所述结构杯状件与所述底壁之间。
3.如权利要求2所述的激光穿孔器，其特征在于，所述柔性围壁可变形，以显著地减少所述中间区域的体积，并使其内部的压力增大，所述皮肤固位结构还包括用于中间区域内的压力调节的一压力调节装置。
4.如权利要求3所述的激光穿孔器，其特征在于，在压力调节之后，在所述大体中空的中间区域内形成一低压区域，以产生使皮肤区域的至少一部分深入到接合杯状件中的吸力，从而加强其内部的血液循环。
5.如权利要求34所述的激光穿孔器，其特征在于，所述压力调节结构是一阀，所述偏压件有助于变形的中间区域回复到其初始的未变形位置，所述皮肤固位结构还包括用来致动电源单元的一装置。
6.如权利要求2所述的激光穿孔器，其特征在于，所述接合杯状件设置在穿孔器的前端处，该接合杯状件形成有一接合开孔，该接合开孔具有一外径和一内径，且外径与内径的比值约为7∶3。
7.如权利要求1所述的激光穿孔器，其特征在于，激光束的焦点设置在皮肤组织的内部，且其深度为距离皮肤表面0.12至1.5毫米之间。
8.如权利要求7所述的激光穿孔器，其特征在于，所述皮肤固位结构形成有一可更换的接合杯状件，并借助于选择具有一预定长度的所述可更换的接合杯状件来实现所述的焦点位置深度。
9.如权利要求6所述的激光穿孔器，其特征在于，所述可更换的接合杯状件包括适于收集血样的一大体中空的内空间。
10.如权利要求9所述的激光穿孔器，其特征在于，至少所述中空内空间的一外壁是用透明材料制成的，并且所述中空内空间的一内表面形成有用于测试血样的一测试结构。
11.如权利要求8所述的激光穿孔器，其特征在于，所述接合杯状件的一后壁形成有适于供激光束通过的一开口，所述开口被一挡片封盖，该挡片防止接合杯状件与包括激光源和聚焦结构的穿孔器内部区域之间的流体连通，所述挡片用对激光辐照透明的材料制成。
12.如权利要求7所述的激光皮肤穿孔器，其特征在于，聚焦和导向结构在激光束的焦点位于皮肤组织内的预定深度时致动。
13.如权利要求13所述的激光穿孔器，其特征在于，可视地控制所述预定深度，或者借助于反射光束、或一机械结构、或一电容控制结构来加以控制。
14.如权利要求8所述的激光穿孔器，其特征在于，所述聚焦结构包括一聚焦透镜，且该聚焦透镜可沿着激光束的轴线移动，以便于将激光束聚焦在位于离激光源一固定距离处的皮肤组织内的预定深度处。
15.如权利要求1所述的激光穿孔器，其特征在于，传送到皮肤区域的激光能量借助于沿着其长度具有不同厚度的一光学件来加以调节，所述光学件用具有预定的激光辐照透光性能的材料制成，所述光学件设置在皮肤区域与激光源之间。
16.如权利要求15所述的激光穿孔器，其特征在于，所述光学件具有楔形的形状并带有一大致呈圆柱形的外壁，所述光学件可旋转地设置在激光源与聚焦结构之间。
17.如权利要求15所述的激光穿孔器，其特征在于，所述光学件具有楔形的形状并带有一大体为圆柱形的外壁，所述光学件可横向于激光束的方向移动。
18.如权利要求16所述的激光穿孔器，其特征在于，所述光学件可绕其纵向轴线旋转，以致在旋转的过程中，光学件横向于激光束的方向设置。
19.如权利要求1所述的激光穿孔器，其特征在于，还包括用来在穿孔器没有与病人的皮肤接合时防止激光源意外致动的一装置。
20.如权利要求19所述的激光穿孔器，其特征在于，所述装置形成设置在前方的接合杯状件的一部分，所述装置包括可滑动地沿着杯状件的纵向轴线布置的多个独立的接合扇形体，每一所述扇形体的一末端部分形成可在其断开和闭合位置之间操作的一开关的一部分，其中，在断开位置上，接合扇形体的末端部分与设置在接合杯状件一后壁处的一导电板间隔开，以断开所述激光源的供电线路，并且在所述闭合位置上，诸接合扇形体的末端与导电板接合，以致动激光源的供电线路。
21.如权利要求20所述的激光穿孔器，其特征在于，所述装置还包括在横向于激光束的一平面内可动的一滑动件，其中，在装置的一标准位置上，所述滑动件堵塞住穿孔器的一中心通道，从而防止激光束意外地放出。
22.如权利要求19所述的激光皮肤穿孔器，其特征在于，从包括光学传感器和电容传感器的一组中选择所述装置。
23.如权利要求1所述的激光穿孔器，其特征在于，还包括设置在穿孔器的一前端处的一细长接合杯状件，所述接合杯状件具有大体中空的内部腔体并且至少由其的一侧壁形成，在所述侧壁内形成一接合开孔，进入所述大体中空的内部区域的激光束切向地指向突出通过所述接合开孔的皮肤区域，以在皮肤的穿孔区域内产生一细长的切口。
24.如权利要求23所述的激光皮肤穿孔器，其特征在于，还包括设置在穿孔器的一前端处的一接合杯状件，所述接合杯状件具有一大体中空的内部腔体，适于接受皮肤区域的一接合开孔形成在接合杯状件的前部处，所述接合开孔设置成与进入所述内部区域的激光束的方向成一角度。
25.一种用于获取血样的激光穿孔器，它包括用来产生一输出激光束的一激光光源、用来将输出激光束聚焦在所选择的进行穿孔的皮肤区域处的一聚焦结构、一导向结构、以及一可充电的电源单元，所述激光源和所述可充电的电源单元设置在一第一手持壳体内，并且所述电源单元位于与第一壳体独立的一第二壳体内，在第一和第二壳体之间没有提供永久的电气连接。
26.如权利要求25所述的激光皮肤穿孔器，其特征在于，所述激光源与所述电源单元暂时地电气连接，以借助于内和外触点对可充电的电源单元充电，所述外触点是与电路断开的。
27.如权利要求25所述的激光皮肤传感器，其特征在于，激光源与电源电路的暂时连接借助于电气地中性触点以及借助于机械、电磁、磁和/或光学转换装置来实现。
28.如权利要求25所述的激光穿孔器，其特征在于，所述电源单元包括一变压器，且变压器的主绕组设置包含电源单元的壳体内，变压器的次绕组设置在包括激光源的壳体内。
29.如权利要求28的所述激光穿孔器，其特征在于，次绕组与主绕布置成一直线或平行。
30.如权利要求30所述的激光穿孔器，其特征在于，还包括用来将包括激光源的手持壳体固定地连接在电源底座壳体内的一连接机构。
全文摘要
一种用来对病人的皮肤进行穿孔并获取血样的激光穿孔器，该种穿孔器包括用来产生一输出激光束的一激光光源、用来将输出激光束聚焦在所选择的进行穿孔的皮肤区域处的一聚焦结构、一导向结构、一电源单元以及用来保持皮肤区域的一固位结构。固位结构构造成加强所选的用于穿孔的皮肤区域中的血液循环。
文档编号A61B18/18GK1553787SQ01818902
公开日2004年12月8日 申请日期2001年11月16日 优先权日2000年11月16日
发明者V·A·格鲁兹捷夫, V A 格鲁兹捷夫, P·V·埃弗雷姆津, 埃弗雷姆津 申请人:美国新技术股份有限公司