专利名称：激光治疗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗器械，尤其涉及一种激光治疗装置。
背景技术：
中枢神经系统疾病是指脑和脊髓等由于感染、遗传、变性等原因引起的疾病，如癫痫、帕金森氏病、小儿脑瘫、.重度抑郁症等，往往病情复杂、症状严重，导致患者明显残障，丧失生活自理能力，给家庭和社会带来沉重的心理压力和经济负担。因此中枢神经系统疾病的治疗引起了广泛关注，对此类神经系统疾病的治疗需求越来越迫切。
传统的治疗方法包括药物治疗和毁损手术。药物治疗是常用的中枢神经系统疾病治疗方法。抗癲痫药可以控制和緩解癫痫病的发作，但容易产生耐药性，
抗癫谱窄，副作用大。20%左右的病人使用抗癫痫药仍有反复发作，未能达到控制癫痫病的作用。帕金森氏病的药物治疗多采用替代疗法，如左旋多巴类药物开创了帕金森氏病药物治疗的新纪元，但也产生了眩晕、呕吐、恶心等副作用，且50%以上的患者出现症状波动、异动症等运动并发症。药物治疗小儿脑瘫疗效有限，维持时间短，长期反复应用有副作用，仍需要进一步研究。抗抑郁症的药物则起效慢、症状緩解不彻底、复发率高，尚缺乏理想药物。毁损手术是在脑内病症明确的条件下，切除病灶或毁损靶点。但手术危险性大，难度高，有一定的创伤性，不可逆的毁损往往又具有不可预知的恶性后果，导致病死率和致残率高。
针对上述问题，近些年又发展了深部脑核团电刺激(Deep brain stimulation,DBS )和经颅重复性低频磁刺激(Transcranial Magn改ic Stimulation, TMS )两项技术。深部脑核团电刺激是利用脑立体定向手术在脑内某一特殊位置植入电极,通过刺激发生器产生脉冲，对脑深部神经核团进4亍慢性刺激，从而治疗癫痫和帕金森氏病等运动障碍性疾病。该方法不破坏脑组织和神经组织，是可逆性的，在体外可以调整刺激强度和频率，为广大患者带来了福音。经颅重复性低频磁
4刺激是一种无创伤的在大脑外部对神经细胞进行刺激的电生理技术。经颅重复 性低频磁刺激的作用原理是以 一个快速电流脉冲产生瞬间磁场，该磁场穿过颅 骨，引起邻近神经组织产生继发电流，神经细胞去极化，从而产生刺激或阻断 脑组织的电活动，临床上主要应用于治疗癫痫、帕金森氏病、重度抑郁症、中 风、慢性疼痛等。经颅重复性低频磁刺激是一种无创、无痛、安全性高的新技 术，对多种中枢神经系统疾病都有一定疗效。但其作用机制、刺激参数、疗效 维持时间等方面仍需进一步研究。
但是，深部脑核团电刺激和经颅重复性低频磁刺激也存在一些缺点，例如
1. 缺乏细胞特异性。深部脑核团电刺激不能实现对某一种特定细胞亚型进 行刺激，往往导致副作用，而且由于神经取质细胞瘢痕形成和电极可被绝缘， 治疗作用只能持续几个月到几年。经颅重复性低频^磁刺激只能刺激大脑周围几 厘米范围内，根本无法刺激深部神经元。
2. 两者均不能实现抑制神经元的目的。
发明内容
有鉴于此，有必要针对中枢神经系统疾病的治疗方法缺乏细胞特异性及不 能抑制神经元的问题，提供一种具有细胞特异性并能有效抑制神经元的激光治 疗装置。
一种激光治疗装置，包括电源、激光器、输出功率控制器、脉冲控制器、 聚光装置、光纤处理装置及中央控制系统；所述中央控制系统用于控制所述电 源、所述激光器、所述输出功率控制器和所述脉冲控制器；所述电源用于向所 述激光器供电；所述激光器用于产生激光；所述激光经所述输出功率控制器和 所述脉沖控制器进入所述聚光装置；所述激光经所述聚光装置会聚后传输至所 迷光纤处理装置;所述光纤处理装置用于将所述激光照射导入了光感基因的细 胞。
优选的，所述激光器包括第一激光器和第二激光器，所述输出功率控制器 包括第 一输出功率控制器和第二输出功率控制器，所述脉沖控制器包括第一脉 冲控制器和第二脉冲控制器，所述激光包括第一激光和第二激光，所述第一激光器用于产生所述第一激光，所述第二激光器用于产生所述第二激光，所述中 央控制系统控制所述第一激光器和第二激光器分时产生所述第一激光和所述第 二激光，所述第 一激光经所述第 一输出功率控制器和所述第 一脉冲控制器进入 所述聚光装置，所述第二激光经所述第二输出功率控制器和所述第二脉冲控制 器进入所述聚光装置，所述中央控制系统还用于调节所述第 一激光和所述第二 激光的强度、重复频率、脉冲个数及相对时间关系。
优选的，所述第一激光器是利用掺钕钇铝石榴石发出的946nm谱线的倍频 产生波长为473nm的蓝光，并釆用:三硼酸锂进行腔内倍频，通过声光Q开关调 Q实现准连续输出，脉冲重复频率的调节范围是1 ~ 10kHz。
优选的，所述第二激光器是利用掺钕钒酸钇晶体发出的1064nm和1342nm 谱线通过磷酸氧钬钾晶体和频产生波长为593.5nm的黄光，通过声光Q开关调 Q实现准连续输出，脉冲重复频率的调节范围是l 50kHz。
优选的，所述光纤处理装置用于将所述激光分解为至少两束后再将所述分 解后的激光用于照射所述导入了光感基因的细胞，所述分解前的激光通过第一 光纤传输，所述分解后的激光通过第二光纤传输，所述光纤处理装置包括光纤 发散器和光纤集成器，所述光纤发散器与所述第一光纤和所述第二光纤连接， 所述光纤集成器用于固定所述第二光纤之间的相对位置。
优选的，所述光纤发散器为球形，其表面上设有一个大孔和至少两个小孔， 所述大孔连接所述第 一光纤，每个小孔连接一根第二光纤。
优选的，所述光纤集成器为平板型，其上设有至少两个小孔，每个小孔通 过一根第二光纤。
优选的，所述电源、激光器、输出功率控制器、脉冲控制器、中央控制系 统和聚光装置组成脉冲发生器，所述脉冲发生器的体积范围是4立方厘米至72 立方厘米，所述光纤处理装置的体积范围禾4立方毫米至50立方毫米。
优选的，还包括外部程控器，所述外部程控器用于开启或关闭脉冲发生器， 调节激光发生参数。
优选的，还包括记录微电极和计算机，所述记录微电极用于记录细胞的电 位变化并将细胞的电位变化传送至所述计算机，所述计算机用于对记录到的信息进行分析和行为学测试，并将分析和测试的结果发送至所述中央控制系统， 所述中央控制系统相应修改激光发生参数。
上述激光治疗装置通过产生激光对病灶部位进行照射，该激光只对导入了 光感基因的细胞起作用，因此，该激光治疗装置具有细胞特异性。此外，该激 光治疗装置产生的激光是直接深入到颅骨内进行照射，从而能有效激活或抑制 神经元细月包。
图l是激光治疗装置第一实施方式的示意图。
图2是蓝光激光器的示意图。
图3是黄光激光器的示意图。
图4是聚光装置的示意图。
图5是光纤处理装置在人体上使用的示意图。
图6是光纤发散器的放大仰视图。
图7是光纤集成器的放大仰视图。
图8是激光照射细胞的示意图。
图9是激光照射导入了光感基因的神经元的示意图。
图IO是诱发电位与激光脉沖的关系图。
图ll是激光治疗装置第二实施方式的示意图。
具体实施例方式
激光治疗装置包括电源、激光器、输出功率控制器、脉冲控制器、聚光装 置、光纤处理装置及中央控制系统；所述中央控制系统用于控制所述电源、所 述激光器、所述输出功率控制器和所述脉冲控制器；所述电源用于向所述激光 器供电；所述激光器用于产生激光；所述激光经所述输出功率控制器和所述脉 冲控制器进入所述聚光装置；所述漱光经所述聚光装置会聚后传输至所述光纤 处理装置；所述光纤处理装置用于将所述激光分解为至少两束，所述分解后的激光用于照射导入了光感基因的细胞。该激光治疗装置具有细胞特异性并且能 有效抑制神经元。
该激光治疗装置的激光器、输出功率控制器和脉冲控制器的个数可以是l
个、2个、3个或者更多。以下是以2个的情况为例进行i兌明。
图l是激光治疗装置第一实施方式的示意图。第一实施方式的激光治疗装置 100包括电源10、第一激光器ll、第一输出功率控制器12、第一l^冲控制器13、 第二激光器18、第二输出功率控制器23、第二脉冲控制器19、聚光装置14、光 纤处理装置15、外部程控器20及中央控制系统17。电源10为可充电电源，例如 可充电锂电池， 一次充电至少可使用5年。第一激光器ll用于产生第一激光，第 二激光器18用于产生第二激光。第一激光经第一输出功率控制器12和第一脉冲 控制器13进入聚光装置14，第二激光经第二输出功率控制器23和第二脉冲控制 器19进入聚光装置14。中央控制系统17用于控制电源10、第一激光器ll、第二 激光器18、第一输出功率控制器12、第二输出功率控制器23、第一脉冲控制器 13和第二脉沖控制器19，从而实现第一激光和第二激光的强度、重复频率、脉 冲个数及相对时间关系的任何调节。在中央控制系统17的控制下，第一激光和 第二激光是分时产生的，即任意时刻只有一种激光进入聚光装置14。第一激光 或第二激光经聚光装置14会聚后由第一光纤(图未示)传输至光纤处理装置15。 光纤处理装置15将第 一激光或第二激光分解为至少两束第三激光或第四激光， 每束第三激光或第四激光由一根第二光纤(图未示)传输。该至少两束第三激 光或第四激光用于对病灶部位进行照射。
第 一激光器11可以是蓝光激光器， 一种波长为473nm的蓝光激光器如图2所 示。利用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)发出的946nm语线的倍频可以产生473nm 的蓝光，在这一波段， 一般采用三硼酸锂(UB305或LBO)进行腔内倍频，通 过声光Q开关(A-O-Switch)调Q实现准连续输出，脉冲重复频率的调节范围是l ~ 10kHz。谐振腔采用平-凹腔结构。
第二激光器18可以是黄光激光器， 一种波长为593.5nm的黄光激光器如图 3所示。利用掺钕钒酸钇晶体(Nd:YV04)发出的1064nm和1342nm谱线通过 磷酸氧钬钾晶体(KTiOP04或KTP )和频可产生593.5nm的黄光，通过声光Q开关调Q实现准连续输出，脉冲重复频率的调节范围是1 ~50kHz。 1064nrn和 1342nm激光采用同 一个谐振腔，输出镜镀膜时优先考虑1342nm膜系，使1064nm 反射率小于1342nm反射率，以保证1342nm和1064nm '激光增益相近。 中央控制系统17发出的各种指令(参见图1)的作用如下
1. P11和P13用于控制第一激光器11的输出功率，使第一激光器ll的输 出功率在10-50mW范围内可调。
2. P21和P23用于控制第二激光器18的输出功率，使第二激光器18的输 出功率在10-50mW范围内可调。
3. P12用于控制第一激光器11的声光Q开关的重复频率。
4. P22用于控制第二激光器18的声光Q开关的重复频率。
5. Tl用于控制第一激光的发光持续时间。
6. T2用于控制第二激光的发光持续时间。
此外，利用中央控制系统17中的时钟还可以控制第一、第二激光的发光及 脉冲的相对时间，从而最终可实现第一、第二激光的强度、重复频率、脉冲个 数及相对时间关系的任何调节。
图4是聚光装置14的示意困。聚光装置14包括第一平面镜301、第二平面 镜302和凸透镜303。第一激光经第一平面镜301进入凸透镜303，第二激光经 第二平面镜302和第一平面镜301反射后进入凸透镜303。第一激光或第二激光 经凸透镜303会聚后由第一光纤传输至光纤处理装置15。
在使用时，电源IO、第一激光器ll、第一输出功率控制器12、第一脉沖控 制器13、第二激光器18、第二输出功率控制器23、第二脉冲控制器19、中央 控制系统17和聚光装置14组成脉冲发生器。脉冲发生器的体积范围是4立方 厘米至72立方厘米。脉冲发生器通过手术埋藏在人体的锁骨附近的部位。
在使用时，外部程控器20相当于一个遥控器，用于开启或关闭脉冲发生器， 调节激光发生参数。
图5是光纤处理装置在人体上使用的示意图。光纤处理装置15包括光纤发 散器405和光纤集成器406。光纤发散器405与第一光纤402和至少两根第二光 纤407连接。如图6所示，光纤发散莽405为球形，其表面上设有一大孔52和孔52和至少两个小孔51是相对设置的。大孔52连接 第一光纤402，每个小孔51连接一根第二光纤407。如图7所示，光纤集成器 406用于固定至少两根第二光纤407之间的相对位置。光纤集成器406为平板型， 其上设有至少两个小孔61。每个小孔61可通过一根第二光纤407。这样，多根 第二光纤407可以覆盖住更广泛的靶点。光纤处理装置15的体积范围是4立方 毫米至50立方毫米，因此，光纤处理装置15可以深入到颅骨401内的皮层408 中。
第一光纤402由直径约300-500pim的套管403包住，套管403全部埋植在 人体表皮内，套管403的一端连接脉冲发生器，另一端在头皮400内通过固定 器404固定在颅骨401上，并穿过颅骨401 (事先定位打孔)深入到皮层408。 第二光纤407的长度是可调的，从而可以控制第二光纤407深入到皮层408的深度。
图8是激光照射细胞的示意图。701表示激光照射的范围，702表示导入了光 感基因的细胞，703表示未导入光感基因的细胞。光感基因可以是光敏感通道基 因或泵蛋白基因，实践中可以通过病毒载体将光感基因导入到某一特定的细胞、 组织或个体中并大量表达。只有被光照射到的导入了光感基因的细胞702才会产 生电学变化包括兴奋或者抑制作用，而所有的未导入光感基因的细胞703和未接 受到光照的导入了光感基因的细胞702均不受影响。并且，不同类型的光感基因 只对特定波长的光敏感，例如，光激活型离子通道蛋白的基因对蓝光敏感，光 抑制型离子通道蛋白的基因对黄光敏感。因为分散的每一个第三激光光束或第 四激光光束的照射范围更小，不会照射到周围的非特异性位点，从而保证了治 疗位点的精确性。
图9是激光照射导入了光感基罔的神经元的示意图，图1 O是诱发电位与激光 脉冲的关系图。当激光脉沖到达神经元801时，神经元801的树突802接受该光刺 激，神经元801相应产生一个诱发电位，诱发电位通过轴突803传播。由图10可 以看出， 一个激光脉沖806对应一个诱发电位805。
上述激光治疗装置IOO通过光纤处理装置15将一束大的激光束分解成至少 两束小的激光束，因此，该激光治疗装置IOO能照射到的病灶部位的面积更大。
10并且，每束小激光束的照射范围更小，不会照射到周围的非特异性位点，从而
保证了该激光治疗装置100的精确性。此外，因为该激光治疗装置100是安置 在人体内，可以随身携带，因此，该激光治疗装置IO(M艮适合患者的日常使用。
图ll是激光治疗装置第二实施方式的示意图。第二实施方式的激光治疗装
置900与第一实施方式的激光治疗装置100的结构基本相同，其区别在于第 二实施方式的激光治疗装置卯0还包括记录微电极16和计算机21。记录微电极 16用于埋藏在病人的病灶部位，以记录细胞的电位变化并将细胞的电位变化传 送至计算机21,计算机21通过特定的软件对记录到的信息进行分析和行为学测 试，并将反々资信息通过无线传输方式发送至中央控制系统17,中央控制系统17 相应修改激光发生参数。记录微电极16的直径在IO(H效米左右，因此，记录微 电极16可以深入到颅骨401内的皮层408中。
因为记录微电极16所记录的信息是在计算机21上进行处理，计算机21可 以对信息进行更高级的分析处理，因此，第二实施方式的激光治疗装置900对 研究人员进行研究大有帮助。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出至少两变形 和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所 附权利要求为准。
ii
权利要求
1、一种激光治疗装置，其特征在于包括电源、激光器、输出功率控制器、脉冲控制器、聚光装置、光纤处理装置及中央控制系统；所述中央控制系统用于控制所述电源、所述激光器、所述输出功率控制器和所述脉冲控制器；所述电源用于向所述激光器供电；所述激光器用于产生激光；所述激光经所述输出功率控制器和所述脉冲控制器进入所述聚光装置；所述激光经所述聚光装置会聚后传输至所述光纤处理装置；所述光纤处理装置用于将所述激光照射导入了光感基因的细胞。
2、 根据权利要求1所述的激光治疗装置，其特征在于所述激光器包括第 一激光器和第二激光器，所述输出功率控制器包括第 一输出功率控制器和第二 输出功率控制器，所述脉沖控制器包括第一脉冲控制器和第二脉冲控制器，所 述激光包括第一激光和第二激光，所述第一激光器用于产生所述第一激光，所 述第二激光器用于产生所述第二激光，所述中央控制系统控制所述第一激光器 和第二激光器分时产生所述第一激光和所述第二激光，所述第一激光经所述第 一输出功率控制器和所述第 一脉冲控制器进入所述聚光装置，所述第二激光经 所述第二输出功率控制器和所述第二脉冲控制器进入所述聚光装置，所述中央 控制系统还用于调节所述第一激光和所述第二激光的强度、重复频率、脉冲个 数及相对时间关系。
3、 根据权利要求2所述的激光治疗装置，其特征在于所述第一激光器是 利用掺钕钇铝石榴石发出的946nm谱线的倍频产生波长为473nm的蓝光，并采 用三硼酸锂进行腔内倍频，通过声光Q开关调Q实现准连续输出，脉沖重复频 率的调节范围是l 10kHz。
4、 根据权利要求2所述的激光治疗装置，其特征在于所述第二激光器是 利用掺钕钒酸钇晶体发出的1064nm和1342nm谱线通过磷酸氧钬钾晶体和频产 生波长为593.5nm的黄光，通过声光Q开关调Q实现准连续输出，脉冲重复频 率的调节范围是l 50kHz。
5、 根据权利要求1所述的激光治疗装置，其特征在于所述光纤处理装置 用于将所述激光分解为至少两束后再将所迷分解后的激光用于照射所述导入了 光感基因的细胞，所述分解前的激光通过第一光纤传输，所述分解后的激光通过第二光纤传输，所述光纤处理装置包括光纤发散器和光纤集成器，所述光纤 发散器与所述第一光纤和所述第二光纤连接，所述光纤集成器用于固定所述第 二光纤之间的相对位置。
6、 根据权利要求5所述的激光治疗装置，其特征在于所述光纤发散器为 球形，其表面上设有一个大孔和至少两个小孔，所述大孔连接所述第一光纤， 每个小孔连接一根第二光纤。
7、 根据权利要求5或6所述的激光治疗装置，其特征在于所述光纤集成 器为平板型，其上设有至少两个小孔，每个小孔通过一根第二光纤。
8、 根据权利要求l或2所述的激光治疗装置，其特征在于所述电源、激 光器、输出功率控制器、脉冲控制器、中央控制系统和聚光装置组成脉冲发生 器，所述脉沖发生器的体积范围是4立方厘米至72立方厘米，所述光纤处理装 置的体积范围是4立方毫米至50立方毫米。
9、 根据权利要求8所述的激光治疗装置，其特征在于还包括外部程控器， 所述外部程控器用于开启或关闭脉冲发生器，调节激光发生参数。
10、 根据权利要求1或2所述的激光治疗装置，其特征在于还包括记录 微电极和计算机，所述记录微电极用于记录细胞的电位变化并将细胞的电位变 化传送至所述计算机，所述计算4^用于对记录到的信息进行分析和行为学测试， 并将分析和测试的结果发送至所述中央控制系统，所述中央控制系统相应修改 激光发生参数。
全文摘要
本发明涉及一种激光治疗装置，所述激光治疗装置包括电源、激光器、输出功率控制器、脉冲控制器、聚光装置、光纤处理装置及中央控制系统；所述中央控制系统用于控制所述电源、所述激光器、所述输出功率控制器和所述脉冲控制器；所述电源用于向所述激光器供电；所述激光器用于产生激光；所述激光经所述输出功率控制器和所述脉冲控制器进入所述聚光装置；所述激光经所述聚光装置会聚后传输至所述光纤处理装置；所述光纤处理装置用于将所述激光照射导入了光感基因的细胞。该激光治疗装置具有细胞特异性并且能有效激活或抑制神经元。
文档编号A61N5/067GK101485920SQ20091010541
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者欣 丁, 楠 刘, 姚建铨, 王立平, 晖 祁, 凯 钟 申请人:深圳先进技术研究院