專利名稱：帶染料轉(zhuǎn)換的皮膚血管病治療儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光基醫(yī)療美容器械，具體涉及一種用于皮膚血管病治療的帶染料轉(zhuǎn)換的強脈沖光治療儀，屬于國際專利分類A61B18/00“向人體或從人體傳遞非機械形式能量的外科器械、裝置或方法”技術領域。
背景技術：
人體某些皮膚血管病變的光基治療，近年來取得了革命性進展。這些皮膚病通常被概括為紅，白，黑三大類。其中紅是指皮膚血管病變。包括各種類型血管瘤。臨床上一般將血管瘤分為4型鮮紅斑痣、草莓狀血管瘤、海綿狀血管瘤、混合型血管瘤。多為皮內(nèi)毛細血管擴張增生，血管內(nèi)皮細胞增生及血管畸形所致。此外還包括有痤瘡(青春痘)、面部毛細血管擴張、酒渣鼻、蜘蛛痣、跖疣、增生性紅斑樣疤痕、外科手術后紅斑、化膿性肉芽腫、膨脹紋以及腿部靜脈曲張等。其中鮮紅斑痣(紅胎記)發(fā)病率最高，激光治療效果最具代表性。皮膚血管病的治療，其依據(jù)是利用選擇性光熱解原理，利用紅細胞中的血紅素對 550-600nm光的強烈吸收并轉(zhuǎn)化為熱，再將熱量擴散到血管壁，使其凝固壞死。其條件，第一要求光的波長合適(能被血紅素吸收)；第二要求能量密度要達到6-8j/cm2;第三是要求光的持續(xù)時間要達到毫秒級(防止血管破裂，出現(xiàn)紫癜)；第四要求光的穿透能力(主要決定光的波長和能量密度)能達到病變深度。早期利用連續(xù)輸出的銅蒸汽(波長510nm)和氬離子(波長488，514nm)激光，因功率密度和穿透深度不夠，有一定療效，但療效不佳。閃光燈泵浦脈沖染料激光(PDL-Pulse Dye Laser，波長585-595nm)在波長和能量上沒問題，但在脈沖寬度上只有微秒級，打在微血管壁上，極易造成血管破裂和皮下出血，產(chǎn)生嚴重的紫癜。據(jù)專業(yè)文獻報道，伴隨染料激光脈寬逐步提高，從0. 5，2，20，到40毫秒，立刻出現(xiàn)紫癜的能量密度逐步提高為，6. 2,8,10. 4，和 13. 8.T/cm2。。(Lasers in Surgery and Medicine, Volrme 31 Issue 5, PaRes 363-366, "Evaluation of pulse-duration on purpuric threshold using extended pulse pulsed dye laser (cynosure V_star)，，近年來，大能量毫秒級脈寬的閃光燈泵浦染料激光得到解決。但由于570-590nm 光的波長比較短，穿透深度不夠，對一部分深層血管病仍達不到徹底治愈的結果。為此美國的賽諾秀公司(Cynorsure Inc..)推出一款皮膚血管病治療平臺(Cynergy)。采用染料激光加Nd:YAG 1064nm雙波長，而且1064nm比590nm延遲一定時間。原因是1064nm激光穿透深度深，但血紅素對1. 06微米光吸收很弱。然而血紅素在吸收了 585nm激光后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅素(鐵離子由2價變?yōu)?價)，或凝成小血塊，它對1064nm的吸收系數(shù)提高3_5倍， 從而可大大降低對1064nm的能量要求并減小負效應，提高治愈率。見附圖1。然而這是一款技術含量高，結構復雜，售價極高的設備(60多萬美元一臺)，不適于在我國大量推廣。從治療原理上，該方案也不盡合理。另據(jù)國內(nèi)外的大量臨床報道，對大約30%的抗染料激光的血管病采用濾除550nm 以下短波的寬譜氙燈強脈沖光治療也取得良好的效果。原因是強脈沖光中不僅包括能被血紅素吸收的550-600nm的可見光，同時包括大量的長波深穿透的近紅外光。不僅淺層，即便深層的血管病變也可取得一定的治療效果。然而單純采用強脈沖光對大多數(shù)血管病達不到好的治療結果。原因是如圖2中所示，在氙燈光譜中包含的能被血紅素吸收的成分太少 (圖中橘黃色斜線區(qū))。加大光強又會造成表皮的燒傷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服上述現(xiàn)有技術中的問題，提供一種帶染料轉(zhuǎn)換的皮膚血管病治療儀。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。一種帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，是利用液體或固體染料、或摻有染料的有機固體材料，將無治療作用的氙燈光中短波輻射轉(zhuǎn)為有治療作用的染料熒光輻射，將現(xiàn)有血管病治療中利用染料激光變?yōu)槔萌玖蠈捵V熒光；同時，保留氙燈光中的近紅外輻射， 通過降低放電電流密度使其得到加強，增強對深層血管病的治療作用；所述的氙燈放電，分為強電流密度和低電流密度兩個階段，均延時以保證氧合血紅素在染料光照射轉(zhuǎn)為高鐵血紅素后，有足夠強的近紅外輻射照射，解決深層血管病的治療；治療設備包括脈沖氙燈，水冷套，楔形聚光反射體，染料盒入射窗，染料進出管，染料盒出射窗，半導體制冷片，半導體制冷散熱器，冷卻導光塊，導熱及射頻電極。采用的脈沖氙燈，其極間距在40-70mm，外徑7_8mm，充氣壓在350-450mmHg ；燈管材料為摻鈰石英玻璃。采用的楔形聚光反射體，用黃銅皮拋光鍍銀，背面水冷；將氙燈光匯聚尺寸為 2-5mm x50mmo采用的染料盒入射窗，由光學玻璃拋光制成，其一面鍍有對450nm以下截止、 450nm以上高透的介質(zhì)膜片。采用的染料進出管為不銹鋼管，一端封死，一端進出；中間與染料盒相對的一段開有3-5mm的與染料盒尺寸相匹配的長槽。采用的染料盒出射窗由光學玻璃拋光制成，一面鍍有對500nm以下截止，對 550-650nm ；750-1200nm高透的介質(zhì)膜片，參見圖5。氙燈放電方式為脈沖串式；前6-8個脈沖，其單個脈寬為0. 45-0. 5ms,重復率為 100-200Hz,總寬度40-50ms，電流密度2000-3000A/平方厘米；經(jīng)一可變延時(50_100ms)， 改為電流密度1500-2000A/平方厘米的低強度放電，脈寬為10-50ms。所采用的染料為若丹明6G，或PYRR0METHENE 597，并加入適量COT三重態(tài)淬滅劑， 加寬染料熒光寬度；亦可采用摻有染料的固體材料，取代普通E-光的濾光片。增加射頻激勵加熱作用，以提高在血管尤其深層血管凝固壞死中的輔助治療作用，減輕對表皮的負效應。適應于血管的不同粗細，病變區(qū)域面積不同大小，在主治療手柄上加以輔助小治療頭，可改變治療尺寸的大小，無需更換整個手柄，以提高治療儀使用壽命，降低成本。本發(fā)明的有益效果如下1.利用染料將氙燈光譜中對血管治療無用的光轉(zhuǎn)為有用光，提高能量利用率2倍以上。
目前使用的光子機中，在附圖4中染料盒的位置，放置一片濾光片。將550nm波段及以下的短波輻射G50-550nm約占氙燈輻射能量的15% )都濾除浪費了。這些短波輻射雖然有一部分可以被血紅素吸收，但穿透太淺，達不到治療效果。相反會增加對表皮的燒傷作用。然而450-550nm這一波段正是能被若丹明6G染料吸收并轉(zhuǎn)化成550-600nm光輻射的有用波段(見附圖2-1，2，幻。從附圖3-1可以看出，增加染料轉(zhuǎn)換后，氙燈光譜中在血管病治療中可被利用的能量(綠色斜線區(qū)域加橘黃色斜線區(qū)域面積)，比不加染料(僅橘黃色斜線區(qū)域面積)提高了2倍多。這樣必將大大增強對血管病的治療效果。2.將在血管病治療中利用染料激光改為使用染料熒光，淘汰了在激光形成中諧振腔的模式選擇浪費，進一步提高染料熒光的利用率。事實上，許多光基的醫(yī)療應用，主要涉及到上面提到的四種要求。但不要求嚴格的單色性和相干性，不要求聚集到非常小的點。也就是說許多醫(yī)療應用并非必須采用激光作光源。如近年十分普及的強脈沖光(IPL)，俗稱光子治療機。它是直接利用從氙燈發(fā)出的寬譜光，濾除對皮膚有害的紫外部分，再從可見到近紅外的寬譜中，選取能被病灶色基吸收的波段，經(jīng)導光塊照射到皮膚上，達到去除色斑，細小皺紋，和脫毛的目的。在我們的發(fā)明中， 利用若丹明6G染料，它的量子產(chǎn)額高達95%，但在普通染料激光器中(如附圖幻，在染料盒兩端，放置激光諧振腔反射鏡(3-2，3-6)。只有沿諧振腔軸線的熒光才能形成激光振蕩。 大量離軸的熒光被浪費。本方案由于不必轉(zhuǎn)化成激光，染料的熒光輻射能被全部利用，這又大大減少了激光諧振腔的損耗，從而使整體效率和輸出能量比閃光燈泵浦染料激光要高得多。不僅如此，從附圖1-3可以看出，氧合血紅素在吸收了染料光后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅素。它在630nm附近有一很大吸收峰。此處吸收系數(shù)比近紅外高得多。而且穿透能力也深。在深層血管管病治療中，會發(fā)揮很大作用。然而，在形成染料激光過程中，這些波長的光沒有了。 (Candla公司用595nm，Cynesure公司用585nm)但在若丹明6G的熒光中則保留了很強的成分。因此對深層血管病的治療定會發(fā)揮很好的作用。比單色的染料激光強。這是本發(fā)明采用染料熒光的另一重要創(chuàng)新點。3.染料采用橫向流動方式，進一步降低由于染料三重態(tài)集聚造成對熒光的淬滅作用。如附圖3所示，一般染料激光器采用染料流動方向與氙燈放電方向一致的縱向結構。染料處于氙燈照射區(qū)很長。流出被照區(qū)域需要很長時間。在本發(fā)明的結構附圖4中，染料從左邊的不銹鋼管中流入，從右邊的管中流出。染料流動方向與閃光燈的軸線方向垂直。 這樣處于氙燈光照射的染料區(qū)僅3-5mm寬?？梢院芸炝鞒稣丈鋮^(qū)。如附圖5所示，染料分子吸收氙燈光后，從&飫遷到S1,當返回到&時發(fā)射熒光。但也可能從S1非輻射到T1，稱為三重態(tài)。而在T1上可停留最長達1秒。在這期間不但不再參與熒光發(fā)射，還會吸收熒光跳到T3.這就是三重態(tài)淬滅效應。為此必須使這些處于三重態(tài)的分子迅速移出發(fā)光區(qū)。否則熒光效率會大大降低，甚至不再發(fā)光。在我們的發(fā)明中，不僅染料受照射區(qū)很窄，可以迅速流出，而且在染料溶液中加入適量的三重態(tài)淬滅劑COT。進一步延長染料脈沖寬度。避免紫癜的產(chǎn)生。4.本發(fā)明的氙燈放電分成前后兩個階段，如附圖6所示。由附圖2可以看出，氙燈放電電流密度越大，紫外與可見區(qū)域光譜所占比例越高。5300A/cm2與1700A/cm2相比， SOO-IOOOnm近紅外的尖峰沒有了。本發(fā)明第一階段采用高電流密度窄脈寬的脈沖串。電流密度約為3000A/cm2，每個脈沖寬度約0. 5ms，脈沖個數(shù)6-8，總寬度40-50ms。高電流密度有利于氙燈光譜中可見光占有更大比例(接近25% )，提高染料利用率。經(jīng)100-500ms可變延時后，開始第二階段放電。燈的電流密度降為1000-1500A/cm2，總脈寬10-50ms。低電流密度有利于氙燈光譜中近紅外光占有更大比例(占總輻射能量的40% )，在染料光將血紅素變?yōu)楦哞F血紅素后，近紅外光對深層血管的治療作用將大大增強。由于大量近紅外光可以直接被利用，不必轉(zhuǎn)換為1064nm的激光(充其量轉(zhuǎn)換效率4% )，大大提高了能量的利用率。與普通光子機比，雖然氙燈光譜中包含大量近紅外光，但這些近紅外光是與可見光同時發(fā)出的，此時血紅素還未轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅素。這種轉(zhuǎn)變需要一定時間過程。而在本發(fā)明中， 第一階段高電流密度放電與第二階段低電流密度放電之間設置有100-500ms的可變延時。 該放電電路及放電方式正是本發(fā)明專為血管病治療所設計。既保證高的染料轉(zhuǎn)換效率，又保證足夠強的近紅外成分。二者之間的延時，正是為適應氧合血紅素到高鐵血紅素的轉(zhuǎn)換。 這與普通光子單一電源不同。與染料和Nd:YAG兩臺電源也不同。是完全意義上的獨創(chuàng)。5.增加射頻對病變血管壁(尤其是深層血管)的輔助加熱破壞作用，這樣可以減小光對表皮的傷害。6.根據(jù)病變血管的不同粗細，不同病變面積，本發(fā)明采用附加治療頭的方法靈活改變光斑的大小。而不是更換整個治療頭。頻繁更換治療頭，會增加染料和冷卻水的消耗， 降低使用壽命。附加治療頭即能導熱，保持對表皮的冷卻，也可導電，保持射頻加熱。同時由于面積縮小，大大增加治療的能量密度。也可大大降低整機的成本。上述技術在國內(nèi)外皮膚血管病的治療設備中均無先例。
圖1為各種血管病治療前后的對比組圖；圖2為氧合血紅素與高鐵血紅素的照片與吸收光譜及曲線；圖3為不同放電電流密度下的氙燈光譜分布和若丹明6G的吸收及熒光譜；圖4為現(xiàn)有普通染料激光器結構；圖5為帶染料轉(zhuǎn)換強脈沖光頭的結構示意圖；圖6為染料分子能級圖；圖7為氙燈放電波形圖；圖8為染料盒輸出窗片的光譜透過曲線圖。
具體實施例方式參見上述各附圖。如圖5所示，管狀氙燈1裝在水冷套2中。氙燈發(fā)出的光經(jīng)楔形聚光器3聚焦成 3-5x50mm的條狀光斑，并經(jīng)染料盒入射窗4進入橫向流動的染料盒。其上鍍有對450nm以下短波截止，450nm以上長波透過的濾光片。染料從右邊的不銹鋼管進入，經(jīng)左邊的不銹鋼管流出。染料可迅速流出照射區(qū)，從而大大減小由于染料三重態(tài)積聚造成熒光的淬滅。在染料盒中氙燈光譜中450-550nm的波段被染料吸收并發(fā)出550-600nm的熒光。加上氙燈發(fā)出的750-1200nm未被染料吸收的近紅外光一起穿出染料盒的出射窗6。進入冷卻導光塊9 并照射到治療的皮膚上。導光塊兩邊是導熱及射頻電極10。在導熱電極兩邊有兩個半導體制冷片7對電極制冷。半導體制冷片7外邊為通水的半導體制冷散熱器8。導熱及射頻電極10又做為射頻電極將射頻電流加到皮膚上對深層組織加熱。11為改變光斑尺寸的附加小治療頭。利用兩邊的彈性磷青銅片將小的附加治療頭加在射頻電極10上。既保證導熱和導電，又可改變光斑大小，適應不同治療的需要。在說明書附圖中，圖1給出了各種血管病治療的前后對比照片，以上至下包括鮮紅斑痣，草莓樣血管瘤，混合型血管瘤，毛細血管增生等。圖2中給出了氧合血紅素與高鐵血紅素的照片及吸收光譜，其中左上影印圖為氧合血紅素與高鐵紅素照片；右上圖所示曲線為氧合血紅素與高鐵紅素吸收譜 (450-800nm)；下圖曲線為氧合血紅素與高鐵紅素吸收譜(600-1000nm)。圖3中給出了不同放電電流密度下的氙燈光譜分布和若丹明6G的吸收及熒光譜。 其中，上圖為不同電流密度下的氙燈光譜分布；左下圖為若丹明6G吸收譜；右下圖為若丹明6G熒光譜。A為可被染料吸收并轉(zhuǎn)化的能量；B為能被氧合血紅素吸收的能量。圖4為普通染料激光器的結構，4-1激光輸出，4-2輸出鏡，4_3閃光燈，4_4染料盒，4-5染料泵，4-6全反鏡。圖5為帶染料轉(zhuǎn)換的強脈沖光頭結構圖，放電，該設備包括脈沖氙燈1，脈沖氙燈1 外包的水冷套2，楔形聚光反射體3，染料盒入射窗4，染料進出管5，染料盒出射窗6，半導體制冷片7，半導體制冷散熱器8，冷卻導光塊9，導熱及射頻電極10，改變光斑的附加頭11.染料采用若丹明6G的乙醇溶液。若丹明6G的量子產(chǎn)額高，價格便宜。乙醇溶液無毒無害，價廉。維護成本可大大降低。染料循環(huán)系統(tǒng)包括ABS材料的磁力泵，不銹鋼密封的半導體制冷的散熱器。氙燈放電電源采用脈沖串方式，如圖6所示。第一段脈沖串采用可控硅開關。前 6-8個脈沖電流密度2000-3000A/cm2.經(jīng)一可變延時(100_500ms)，改為IGBT放電。電流密度1000-1500A/cm2，脈寬為10_50ms.在供電電源內(nèi)增加功率10-80瓦可調(diào)，頻率為IMHz 的射頻電源。通過插拔頭將射頻功率引到治療手柄上。在結構上，包括治療主機和治療手柄兩大部分。治療主機內(nèi)下層裝有氙燈水冷循環(huán)散熱系統(tǒng)和染料循環(huán)散熱系統(tǒng)。中層裝有脈沖串供電電源，射頻供電電源。上層裝有全彩觸摸屏顯示器。顯示器顯示操作程序和選擇參數(shù)。通過與電源間的數(shù)據(jù)交換控制電源按選擇的程序和參數(shù)工作。手柄內(nèi)裝有附圖4所示的治療頭。包括放電氙燈，聚光裝置，染料橫向流動泵浦系統(tǒng)，以及半導體制冷導光塊和射頻電極。手柄與主機通過一支插拔頭連接。 內(nèi)有水冷，染料共4只不銹鋼管和氙燈放電主線及控制數(shù)據(jù)線。本發(fā)明主要用于皮膚血管病，特別是鮮紅斑痣的治療。結構簡單，制造成本和維護費用很低。特別適于在國內(nèi)各類醫(yī)院大量推廣。也可出口國外，與賽諾秀公司的雙波長的 Cynergy去競爭。
權利要求
1.一種帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于它是利用液體或固體染料、 或摻有染料的有機固體材料，將無治療作用的氙燈光中短波輻射轉(zhuǎn)為有治療作用的染料熒光輻射，將現(xiàn)有血管病治療中利用染料激光變?yōu)槔萌玖蠈捵V熒光；同時，保留氙燈光中的近紅外輻射，通過降低放電電流密度使其得到加強，增強對深層血管病的治療作用；所述的氙燈放電，分為強電流密度和低電流密度兩個階段，均延時以保證氧合血紅素在染料光照射轉(zhuǎn)為高鐵血紅素后，有足夠強的近紅外輻射照射，解決深層血管病的治療；治療設備包括脈沖氙燈(1)，水冷套O)，楔形聚光反射體(3)，染料盒入射窗G)，染料進出管(5)，染料盒出射窗(6)，半導體制冷片(7)，半導體制冷散熱器(8)，冷卻導光塊(9)，導熱及射頻電極 (10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所述的脈沖氙燈，其極間距在40-70mm，外徑7_8mm，充氣壓在350-450mmHg ；燈管材料為摻鈰石英玻^^ ο
3.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所采用的楔形聚光反射體，用黃銅皮拋光鍍銀，背面水冷；將氙燈光匯聚尺寸為2-5mm χ 50mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所采用的染料盒入射窗，由光學玻璃拋光制成，其一面鍍有對450nm以下截止、450nm以上高透的介質(zhì)膜片。
5.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所述的染料進出管為不銹鋼管，一端封死，一端進出；中間與染料盒相對的一段開有3-5mm的與染料盒尺寸相匹配的長槽。
6.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所述的染料盒出射窗由光學玻璃拋光制成，一面鍍有對500nm以下截止，對550_650nm ；750-1200nm 高透的介質(zhì)膜片，參見圖6。
7.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所述的氙燈放電方式為脈沖串式；前6-8個脈沖，其單個脈寬為0. 45-0. 5ms，重復率為100_200Ηζ，總寬度40-50ms，電流密度2000-3000A/平方厘米；經(jīng)一可變延時(50-100ms)，改為電流密度 1500-2000A/平方厘米的低強度放電，脈寬為10-50ms。
8.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于所采用的染料為若丹明6G，或PYRR0METHENE 597，并加入適量COT三重態(tài)淬滅劑，加寬染料熒光寬度；亦可采用摻有染料的固體材料，取代普通E-光的濾光片。
9.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于增加射頻激勵加熱作用，以提高在血管尤其深層血管凝固壞死中的輔助治療作用，減輕對表皮的負效應。
10.根據(jù)權利要求1所述的帶有染料轉(zhuǎn)化的皮膚血管病治療儀，其特征在于適應于血管的不同粗細，病變區(qū)域面積不同大小，在主治療手柄上加以輔助小治療頭，可改變治療尺寸的大小，無需更換整個手柄，以提高治療儀使用壽命，降低成本。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于皮膚血管病的治療儀。利用染料轉(zhuǎn)化功能。提高氙燈光譜輻射的利用率。通過改變氙燈放電電流密度，改變氙燈輻射的光譜分布構成，利用更強的近紅外輻射，增強對深層血管病的治療效果。與國內(nèi)外現(xiàn)有的用于血管病治療的光子機相比，治療功能大幅提高。與國外推出的染料與YAG雙波長激光一體機相比，能量利用率高(節(jié)能)，結構簡單，成本大幅度降低。具有很強的國際競爭力。
文檔編號A61N5/06GK102488972SQ20111039891
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權日2011年12月6日
發(fā)明者杜金波 申請人:杜金波