专利名称：一种激光治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光治疗领域，特别涉及一种激光治疗仪。
背景技术：
近年来，随着激光在医学领域的应用，用于人体的鼻腔照射和穴位照射 的激光治疗仪也应运而生。目前市面上出现的激光治疗仪，如授权公告号为
CN100374172C的中国发明专利说明书所示，主要由主机体和激光治疗头组成， 该激光治疗仪采用微处理器控制，其电路系统包括电源控制电路、电源检测 电路、充电电路、LCD显示控制电路、人机界面、MCU主控电路、电源电量检 测模块、激光功率控制电路和激光功率检测反馈电路。本方案的激光功率控 制电路主要由连接在MCU的两个I/O 口上的电位器VR1 VR3和三极管Q2 和Q3组成。使用时，需要选择按钮来选取不同的调节档位，并通过改变 电位器VR1 VR3的电阻大小来改变激光输出功率。由此可见，这种功率控制 方式必然存在以下不足首先，电位器阻值的大小是通过手动进行调节的， 这样就无法保证每次激光输出功率的变化幅度，只能通过功率测量后，观察 LCD显示屏上的功率大小来了解功率变化情况，这便需要频繁的调节电位器 才能使激光输出功率达到理想值，使用非常不便。其次，当使用者希望在使 用过程中改变激光输出功率，很容易因电位器拨动过快而导致激光输出功率 的突然变大，这极易引起使用者的不适。再者，电位器本身的灵敏度对激光 输出功率也会有所影响，即便使用者缓慢调节电位器，激光输出功率的变化 也难以形成一个平滑的连续变化曲线、精度较低、影响治疗效果。另外，常 见的激光治疗仪要在主机上装一个光电二极管进行光功率测试后才能知道功 率的大小，这样不仅不可能在治疗的同时也知道激光治疗功率，而且极有可 能引入干扰而降低功率显示的精确度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种激光治疗仪，其具有控制精 度高、激光功率输出稳定等特点。
能够解决上述问题的一种激光治疗仪，其电路部分主要由电源、控制器、 以及连接在控制器上人机界面及激光输出电路构成，激光输出电路上带有激 光头，其不同之处是控制器包含有时间控制模块、曲线数据库模块、输出 曲线构建模块、占空比计算模块和脉宽调制模块；
时间控制模块用于控制输出曲线的构建和整机定时；
曲线数据库模块内部存储有各种不同的时间-基准功率曲线表，每个时间-基准功率曲线表包括一个照射周期内的各个时间所对应的输出功率比例系 数k;
输出曲线构建模块分别连接人机界面和曲线数据库，对人机界面键入的 本次输出的激光最大功率P^和选定的输出曲线，通过调取对应的时间-基准 功率曲线表，计算出一个照射周期内的各个时间所对应的待调制输出功率值 Pn其中待调制输出功率值P产Pi^k，构建出本次照射的待调制输出功率曲线；
占空比计算模块连接输出输出曲线构建模块，根据输出曲线构建模块所 得的待调制输出功率值Pi和激光头的最大额定功率P,计算出脉宽调制的占 空比数值B信号，其中B二 (P7P-aJ *100%;
脉宽调制模块连接占空比计算模块和输出曲线构建模块，根据输入的占 空比数值B信号对待调制输出功率曲线进行脉宽调制，生成输出功率的脉宽 调制信号输出至激光输出电路。
上述方案中，所述激光头由光检测器和半导体激光器组合而成。
当光检测器和半导体激光器组合采用共阳的方式连接时，所述激光输出
电路是由导通三极管、比较运放、参考电平电路、NPN型三极管、取样电阻、 激光头和隔离运放组成；导通三极管的基极与控制器的输出端连接，发射极 与电源正极相连，集电极与参考电平电路的高电平端连接；参考电平电路的 输出端连接在比较运放的同向输入端上，比较运放的输出端与NPN型三极管 基极相连；NPN型三极管的集电极与半导体激光器的阴极连接，NPN型三极管 的发射极与电源地相连；半导体激光器的阳极与光检测器的阴极共同连接在 导通三极管的集电极上，光检测器的阳极经取样电阻连接至NPN型三极管的 发射端并与参考电平电路的低电平端相连；上述光检测器的阳极还同时与比 较运放的反向输入端和隔离运放的同向输入端相连，隔离运放的反向输入端 与隔离运放的输出端连接后，共同连接至控制器的输入端上。
当光检测器和半导体激光器组合采用共阴的方式连接时，所述激光输出 电路是由导通三极管、比较运放、参考电平电路、PNP型三极管、取样电阻、 激光头和隔离运放组成；导通三极管的基极与控制器的输出端连接，发射极 与电源正极相连，集电极与参考电平电路的高电平端连接；参考电平电路的 输出端连接在比较运放的反向输入端上，比较运放的输出端与PNP型三极管 基极相连；PNP型三极管的集电极与半导体激光器的阳极连接，PNP型三极管 的发射极与导通三极管的集电极端相连；半导体激光器的阴极与光检测器的 阳极与参考电平电路的低电平端共同连接在电源地上，光检测器的阴极经取 样电阻连接至PNP型三极管的发射端；上述光检测器的阳极还同时与比较运 放的同相输入端和隔离运放的同向输入端相连，隔离运放的反向输入端与隔 离运放的输出端连接后，共同连接至控制器的输入端上。
为了对激光输出电路进行断电保护，所述控制器中还包括有状态判别模 块，该状态判别模块与隔离运放的输出端和导通三极管连接，用于当导通三 极管处于导通状态时，判断隔离运放返回的反馈信号与是否处于激光头安全
5工作范围内， 一旦反馈信号高于激光头安全工作范围、或低于激光头安全工
作范围则发出控制信号关断激光输出电路；当导通三极管处于截至状态时， 判断隔离运放反馈回的信号是否为零， 一旦反馈信号不为零则发出控制信号 关断激光输出电路。
本发明与现有技术相比，具有如下特点 1、使用者只需根据自身实际情况，按键选择本次照射的激光最大输出功 率和激光输出曲线，便能够实现激光功率曲线的自动输出，使用过程中无需 手动进行调节，操作更为简便；
^ 2、将输出功率控制从模拟控制方式改为数字脉宽调制控制方式，使得激 光的输出功率的变化更易于程序精确控制，使用者在治疗时更容易适应，避 免了治疗时因激光输出功率突然变大而引起的不适，使治疗更安全，产生更好 的治疗效果；
3、 克服了现有在主机上附加光电二极管进行光功率检测方式所引起的无 法实时监视治疗过程中的激光功率的不足，通过功率检测反馈电路实时监测 光功率的大小，供使用者及时的査看激光输出功率；
4、 通过检测反馈信号对激光头进行断电保护，有效避免了激光头的损毁。
图1为本发明一种实施例的电路原理图； 图2为本发明另一种实施例的电路原理图。
具体实施例方式
本发明一种激光治疗仪的主要由主机体和治疗头构成。治疗头包括壳体 和设于壳体中的激光头及激光头电路。壳体前端开设有可以让激光头的光束 通过的通光孔。激光头经由导线与主机体电连接，在主机体和导线上各设有 配套使用的插头和插座，该插头和插座上具有防脱落锁紧装置，用以防止插 头从插座上脱离。当然，设置在主机体上的治疗头可以为一个或一个以上， 但考虑到成本和实际使用情况，最好为每台主机上配备两个治疗头。在使用 过程中，可以根据使用需要，配合选择插入主机体上的治疗头的个数。当治 疗头作为鼻腔治疗头时，其外壳外还套有可更换的透明鼻帽。
本发明所述激光治疗仪的电路部分如图1所示，其主要由外接电源插座、 充电电路、电池、稳压电路、控制器、液晶显示器和激光输出电路组成。外 接电源插座、充电电路、电池、稳压电路采用手持式仪表上惯有的接法，为 整个激光治疗仪的电源。控制器的输入/输出口上分别接有液晶显示器、人机 界面和激光输出电路。激光器用于发出照射光源。上述控制器为激光治疗仪 的核心，其包含有时间控制模块、曲线数据库模块、输出曲线构建模块、占 空比计算模块和脉宽调制模块。
时间控制模块用于控制输出曲线的构建和整机定时；曲线数据库模块内部存储有各种不同的时间-基准功率曲线表，每个时间 -基准功率曲线表包括一个照射周期内的各个时间所对应的输出功率比例系 数k。该曲线数据库为预先烧录在控制器的存储器中的，其建立的方法是
首先根据所需基本输出功率曲线按一定的时间间隔进行取样，得出每个 取样时间所对应的功率值。上述取样时间间隔可以决定输出功率的变化精度， 取样时间间隔越小，输出功率曲线约平滑，治疗效果越好，但对于控制器的 运算速度也要求更高，因此综合考虑曲线精度和运算速度，本发明的取样时 间间隔的取值介于ls-60s之间。
然后将上述所得的取样点功率值与基本输出功率曲线中的最大功率值进 行比较，计算出每个取样点功率值所占最大功率值的百分比，该百分比即为 每个取样时间点的输出功率比例系数k;
最后形成取样时间点与比例系数k的对应关系的数据表。每个时间-比例 系数关系数据表对应一种时间-基准功率曲线表，曲线数据库内存储的时间-基准功率曲线表可以通过按键电路进行选择。
输出曲线构建模块分别连接人机界面和曲线数据库，对人机界面键入的 本次输出的激光最大功率Pin和选定的输出曲线，通过调取对应的时间-基准 功率曲线表，计算出一个照射周期内的各个时间所对应的待调制输出功率值 P,，其中待调制输出功率值P产Pjk，构建出本次照射的待调制输出功率曲线；
占空比计算模块连接输出输出曲线构建模块，根据输出曲线构建模块所 得的待调制输出功率值Pi和激光头的最大额定功率p,计算出脉宽调制的占
空比数值B信号，其中B二 (PD
-脉宽调制模块连接占空比计算模块和输出曲线构建模块，根据输入的占 空比数值B信号对待调制输出功率曲线进行脉宽调制，生成输出功率的脉宽 调制信号输出至激光输出电路。
当治疗时为考虑到病人对激光功率大小的适应性，本发明的输出功率大 小的调节可利用控制器MCU对脉宽调制信号进行调节，可以在固定时间内设 置一个最大的功率值，使激光输出功率随时间按一定的曲线进行变化，这样 病人在治疗的时候更容易适应，尤其适合初次进行激光治疗的病人使用，避 免治疗时出现不适。
为了将激光器的输出功率及时的反馈至控制器、同时提高输出功率的显 示精确度，所述激光头由光检测器PD和半导体激光器LD组合而成，激光头 采用共阴极的方式连接时，光检测器PD的阳极与半导体激光器LD的阴极相连 形成本激光头的一个端口，光检测器PD的阴极形成本激光头的另一个端口， 半导体激光器LD的阳极则为本激光头的又一个端口。上述激光头也可以采用 共阳的方式连接在激光输出电路上。设置在同一台治疗仪中所用的激光头， 既可同时采用共阳接法(如图l)、也可以同时共阴接法(如图2)、当然也可 以让其中一些激光头采用共阳接法另一些激光头采用共阴接法。
当光检测器和半导体激光器组合采用共阳的方式连接时，所述激光输出电路是由导通三极管Q3、比较运放A1、参考电平电路、NPN型三极管Q1、取 样电阻W、半导体激光器PD1、 LD1和隔离运放A3组成；导通三极管Q3的基 极与控制器MCU的输出端连接，发射极与电源正极Vcx相连，集电极与参考电 平电路的高电平端连接；参考电平电路的输出端连接在比较运放A1的同向输 入端上，比较运放Al的输出端与NPN型三极管Ql基极相连；NPN型三极管 Ql的集电极与半导体激光器LD1的阴极连接，NPN型三极管Ql的发射极与电 源地相连；半导体激光器LD1的阳极与光检测器PD1的阴极共同连接在导通 三极管Q3的集电极上，光检测器PD1的阳极经取样电阻W连接至NPN型三极 管Q1的发射端并与参考电平电路的低电平端相连；上述光检测器PD1的阳极 还同时与比较运放A1的反向输入端和隔离运放A3的同向输入端相连，隔离 运放A3的反向输入端与隔离运放A3的输出端连接后，共同连接至控制器MCU 的输入端上。在本实施例中，所述参考电平电路有电阻R7和R8串联组成。 参见图1。
当光检测器和半导体激光器组合采用共阴的方式连接时，所述激光输出 电路是由导通三极管Q3'、比较运放A1'、参考电平电路、PNP型三极管Q1'、 取样电阻W'、半导体激光器PD1'、 LD1'和隔离运放A3'组成；导通三极管Q3' 的基极与控制器MCU的输出端连接，发射极与电源正极Vec相连，集电极与参 考电平电路的高电平端连接；参考电平的输出端连接在比较运放Al'的反向 输入端上，比较运放Al'的输出端与PNP型三极管Ql'基极相连；PNP型三极 管Ql'的集电极与半导体激光器LD1'的阳极连接，PNP型三极管Ql'的发射极 与导通三极管Q3'的集电极端相连；半导体激光器LD1'的阴极与光检测器PD1' 的阳极共同连接在电源地上，光检测器PD1'的阴极经取样电阻W'连接至PNP 型三极管Ql'的发射端；上述光检测器PD1'的阳极还同时与比较运放Al'的 同相输入端和隔离运放A3'的同向输入端相连，隔离运放A3'的反向输入端与 隔离运放A3'的输出端连接后，共同连接至控制器MCU的输入端上。在本实 施例中，所述参考电平电路有电阻R7'和R8'串联组成。参见图2。
上述取样电阻W或W'最好为电位器。通过上述激光输出电路设计，控制 器MCU发出控制信号控制导通三极管Q3或Q3'的导通时间，来实现激光头输 出功率的调节。利用光检测器与取样电阻W或W'产生的电压信号经过隔离运 放A3或A3'反馈到控制器MCU的端口中，控制器MCU根据其电压进行运算后 转换出激光功率数值输出到液晶显示器上，这样便能让病人在治疗的同时及 时而准确的了解激光治疗功率。
本发明控制器MCU的输出端还可以连接上一个报警装置，使治疗仪在激 光输出电路在出现输出开路的情况下、以及主机或激光头出现异常故障时发 出报警。另外，为了对激光输出电路进行断电保护，所述控制器MCU中还包 括有状态判别模块，该状态判别模块与隔离运放A3或A3'的输出端和导通三 极管Q3或Q3'连接，当导通三极管Q3或Q3'处于导通状态时，判断隔离运放 A3或A3'返回的反馈信号与激光头的额定最大功率P^误差是否大于土2(Fo，一旦反馈信号超出此范围则发出控制信号关断激光输出电路并发出报警信号
接通报警电路；当导通三极管Q3或Q3'处于截至状态时，判断隔离运放A3 或A3'反馈回的信号是否为零， 一旦反馈信号不为零则发出控制信号关断激 光输出电路并发出报警信号接通报警电路。在本实施例中，激光输出电路的 关断和导通是通过关断和导通三极管Q3或Q3'的输出电压来实现的，即所述 激光输出电路通过控制器MCU脉宽调节控制导通三极管Q3或Q3'的导通和关 断。
本发明的激光器的工作过程如下-
使用者通过人机界面输入本次照射的最大输出功率，以及选取本次照射 的激光输出功率曲线。控制器MCU接收到人机界面键入的信号后，调取曲线 数据库内相适应的时间-基准功率曲线表，同时时间控制模块根据整机定时时 间以查表的形式调取出每个取样时间的输出功率比例系数k，并将其与键入 的最大输出功率Pin相乘，得出每个取样时间点的待调制输出功率值Pi，构建 出本次照射的待调制输出功率曲线。控制器MCU根据上述待调制输出功率曲 线及激光头的额定最大功率P,计算出本次输出功率所需要的脉冲宽度，即脉 宽调制占空比数值B信号。
控制器MCU根据上述计算出来的脉冲宽度从其输出口输出信号控制导通 三极管Q3或Q3'的通断从而通断激光输出电路的电源。激光输出电路的电源 导通时，点亮激光输出电路的半导体激光器LD1或LD1'，半导体激光器LD1 或LD1'发出激光照射到光检测器PD1或PD1'上产生电流，光检测器PD1或 PD1'产生的电流经过电位器W或W'转换为电压，电压信号经过隔离运放A3 或A3'的隔离后通过电阻R3传输到控制器MCU的A/D输入口 ，控制器MCU将 A/D输入口的电压进行模数转换，转换好的数据根据脉宽调制输出的占空比 进行计算后得出激光功率值，并将激光功率数值输出到液晶显示器上，使得 病人在治疗时可以及时地査看激光治疗功率。
当导通三极管Q3或Q3'为导通状态时，隔离运放A3或A3'会有一反馈信 号返回至控制器MCU，若此时其中某一路激光输出电路出现故障或该激光头 未接入主机时，隔离运放A3或A3'输出到控制器MCU的反馈信号与激光头 的额定最大功率^误差会超出±20%,则控制器MCU接通报警电路并且断开 导通三极管Q3或Q3'的输出电压。当导通三极管Q3或Q3'处于截至状态时， 若此时某一路激光输出电路出现故障，隔离运放A3或A3'反馈回的信号则不 为零，控制器MCU就会接通报警电路并且断开导通三极管Q3或Q3'的输出电 压。
本发明不仅限于上述实施例，所述一种激光治疗仪主机的外形结构可以 采用惯常设计中的其他可用结构；或者在控制器MCU的输出端并联接上多路 激光输出电路，而形成多路激光治疗头，但无论其他配件如何组合，只要激 光治疗仪的电路部分通过脉宽调制方式控制激光功率输出曲线即在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、一种激光治疗仪，其电路部分主要由电源、控制器(MCU)、以及连接在控制器(MCU)上人机界面及激光输出电路构成，激光输出电路上带有激光头，其特征还在于所述控制器(MCU)包含有时间控制模块、曲线数据库模块、输出曲线构建模块、占空比计算模块和脉宽调制模块；时间控制模块控制输出曲线的构建和整机定时；曲线数据库模块内部存储有各种不同的时间-基准功率曲线表，每个时间-基准功率曲线表包括一个照射周期内的各个时间所对应的输出功率比例系数(k)；输出曲线构建模块分别连接人机界面和曲线数据库，对人机界面键入的本次输出的激光最大功率(Pin)和选定的输出曲线，通过调取对应的时间-基准功率曲线表，计算出一个照射周期内的各个时间所对应的待调制输出功率值(P1)，其中待调制输出功率值P1＝Pin*k，构建出本次照射的待调制输出功率曲线；占空比计算模块连接输出输出曲线构建模块，根据输出曲线构建模块所得的待调制输出功率值(P1)和激光头的最大额定功率(Pmax)计算出脉宽调制的占空比数值(B)信号，其中B＝(P1/Pmax)*100％；脉宽调制模块连接占空比计算模块和输出曲线构建模块，根据输入的占空比数值(B)信号对待调制输出功率曲线进行脉宽调制，生成输出功率的脉宽调制信号输出至激光输出电路。
2、 根据权利要求1所述的一种激光治疗仪，其特征是所述激光头由光检测器(PD)和半导体激光器(LD)封装而成。
3、 根据权利要求2所述的一种激光治疗仪，其特征是所述激光输出电路是由导通三极管(Q3)、比较运放(Al)、参考电平电路、NPN型三极管(Ql)、取样电阻(W)、激光头(PD1、 LD1)和隔离运放(A3)组成；导通三极管(Q3)的基极与控制器(MCU)的输出端连接，发射极与电源正极(V^)相连，集电极与参考电平电路的高电平端连接；参考电平电路的输出端连接在比较运放(Al)的同向输入端上，比较运放(Al)的输出端与NPN型三极管(Ql)基极相连；NPN型三极管(Ql)的集电极与半导体激光器(LD1)的阴极连接，NPN型三极管(Ql)的发射极与电源地相连；半导体激光器(LD1)的阳极与光检测器(PD1)的阴极共同连接在导通三极管(Q3)的集电极上，光检测器(PD1)的阳极经取样电阻(W)连接至NPN型三极管(Ql)的发射端并与参考电平电路的低电平端相连；上述光检测器(PD1)的阳极还同时与比较运放(Al)的反向输入端和隔离运放(A3)的同向输入端相连，隔离运放(A3)的反向输入端与隔离运放(A3)的输出端连接后，共同连接至控制器(MCU)的输入端上。
4、 根据权利要求2所述的一种激光治疗仪，其特征是所述激光输出电路是由导通三极管(Q3')、比较运放(Al')、参考电平电路、PNP型三极管(Ql')、取样电阻(W')、激光头(PD1'、 LD1')和隔离运放(A3')组成；导通三极管(Q3')的基极与控制器(MCU)的输出端连接，发射极与电源正极(Vee)相连，集电极与参考电平电路的高电平端连接；参考电平电路的输出端连接在比较运放(Al')的反向输入端上，比较运放(Al')的输出端与PNP型三极管(Ql')基极相连；PNP型三极管(Ql')的集电极与半导体激光器(LD1')的阳极连接，PNP型三极管(Ql')的发射极与导通三极管(Q3')的集电极端相连；半导体激光器(LD1')的阴极与光检测器(PDl')的阳极共同连接在导通三极管(Q3')的集电极上，光检测器(PDr)的阴极经取样电阻(W')连接至PNP型三极管(Ql')的发射端；上述光检测器(PD1')的阳极还同时与比较运放(A1')的同相输入端和隔离运放(A3')的同向输入端相连，隔离运放(A3')的反向输入端与隔离运放(A3')的输出端连接后，共同连接至控制器(MCU)的输入端上。
5、 根据权利要求3或4中所述的一种激光治疗仪，其特征是所述取样电阻(W 、 W')为电位器。
6、 根据权利要求3或4中所述的一种激光治疗仪，其特征是所述控制器(MCU)中包括有状态判别模块，该状态判别模块与隔离运放(A3、A3')的输出端和导通三极管(Q3、 Q3')连接，当导通三极管(Q3、 Q3')处于导通状态时，判断隔离运放(A3、 A3')返回的反馈信号与激光头的额定最大功率P,误差是否大于士2(m， 一旦反馈信号超出此范围则发出控制信号关断激光输出电路并发出报警；当导通三极管(Q3、 Q3')处于截至状态时，判断隔离运放(A3、 A3')反馈回的信号是否为零， 一旦反馈信号不为零则发出控制信号关断激光输出电路并发出报警。
7、 根据权利要求6中所述的一种激光治疗仪，其特征是所述控制器上还连接有一报警装置。
全文摘要
本发明公开一种激光治疗仪，其电路部分主要由电源、控制器、以及连接在控制器上人机界面及激光输出电路构成，激光输出电路上带有激光头，所述控制器包括时间控制模块、曲线数据库模块、输出曲线构建模块、占空比计算模块和脉宽调制模块。本发明采用脉宽调制方式控制激光功率输出曲线，以实现激光功率曲线的自动输出，避免了治疗时因激光输出功率突然变大而引起的不适，使治疗更安全，产生更好的治疗效果。
文档编号A61N5/06GK101670154SQ20091011443
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者峰 庞, 黄益富 申请人:桂林康兴医疗器械有限公司