一种光传导装置导光组件的设计研究

潘少瑛

（广东工程职业技术学院，广东 广州 510520）

1 引言

本治疗仪是一种基于红外光辐射的用于治疗妇科的医疗设备，通过利用红外光波长范围的光波对妇科炎症进行物理治疗。妇科炎症是一种临床常见病，很多妇女都患有宫颈炎、阴道炎等妇科疾病。本治疗仪则是利用光源发出的可见光和红外光的光热复合效应，非接触式近距离地照射浅病变组织，局部病变组织的蛋白质被照射后，由于光热效应、光刺激效应，会发生从凝固、变性、坏死到脱落等一系列反应，而后被照射创面长出新生鳞状上皮细胞，从而达到治疗与修复创面的目的。此种治疗方法具有副作用小、对人体伤害轻、患者易于接受等优势。

2 光传导装置结构设计

本治疗仪光源发出的红外光经光传导装置输出照射到的病变组织，由于光能量密度高，病变组织的蛋白因吸热而凝固，进而蛋白变性、坏死，再到脱落，从而达到治疗效果。根据临床治疗的要求和病人病情的轻重，医生可以调节仪器的输出功率和治疗时间进行治疗。

本治疗仪由光传导装置、控制系统、冷却系统、机箱及面板操作系统、电源等组成。由于是治疗妇科疾病，为便于医生治疗，将治疗仪的光传导装置设计成手持式的治疗头，医生能灵活控制手持式的治疗头，对病灶部位进行治疗。光传导装置由治疗头壳体、光源、灯座、石英玻璃导光棒、反光镜、水循环散热装置等组成，如图1所示。治疗头壳体内装有光源，从光源发出的光经反光镜，经由导光棒到达治疗部位。

图1 结构简图

3 光传导装置导光组件设计

3.1 导光棒设计

本治疗仪主要用于妇科宫颈治疗，导光组件石英玻璃棒设计成长圆柱棒，受宫颈结构限制，圆柱棒直径不能太大，圆柱棒外还需有保护壳隔离，故圆柱棒的直径一般限制在φ11以下，才有利于医生操作。如果石英玻璃棒是等直径的长圆柱棒，则近光源端的导光棒的端面小，光源输出的光经反光镜输入到近光源的导光棒端面的光能仅有8%。为保证宫颈炎症的治疗效果，照射病灶的导光棒输出端必须有15W的光功率。为保证治疗所需要的光输出功率15W，只能加大光源的功率，经计算及实验，加大光源功率到200W以上才能保证导光棒的15W光功率输出。这就使得光源大部分的输出功率产生的热量被治疗头的壳体吸收，虽然治疗头设计有水循环散热装置，但是废热产生太多，废热在狭小的壳体空间里难以排除，且水循环散热装置的水箱体积受治疗仪的总体尺寸限制，不可能设计的超大，这就造成治疗仪在夏季连续使用十多分钟，水循环散热装置里循环的水温就可能达到40℃以上，与患者短时接触的治疗头壳体表面温度就可能达不到医用电气设备安全通用要求，这就使得医生在治疗过程中由于治疗头温度超过正常使用条件而不得不减少单次治疗时间，从而降低了治疗的效果[1]。

综上所述，等直径的导光棒由于近光源端面小，能接收的光能仅有8%。如果将圆柱状的导光棒改进为圆锥状，如图2所示，即将导光棒的近光源端的直径变大，从而就增大了光源输出的光经反光镜输入到近光源的导光棒端面的光能。由于治疗仪主要治疗妇科宫颈疾病，且光传导装置是手持式的治疗头，体积受到限制，故近光源端的导光棒直径尺寸既要有利于增加光能吸收，又要整个治疗头尺寸适中利于治疗。经计算及实验验证，将导光棒近光源端的直径增大到φ17时，光源输出的光经反光镜输入到近光源的导光棒端面的光能可增加到17%，较之等直径圆柱形导光棒，光能提高了约80%。由于光传导效率大幅度的提高，所需光源功率降低，即可将光源从24V输入电压降低到16V，就可保证治疗所需要的光输出功率15W。传导效率大幅度的提高还降低了治疗头壳体内部废热的产生，而治疗头壳体表面温升的降低，不但能延长连续治疗时间，而且有利于延长光源的使用寿命。由于光源输入电压为16V时，色温降低，光传导装置的输出功率中，增加了起有效治疗作用的红外光成分，从而提高了治疗疾病的效果。

图2 锥形棒

3.2 光源灯座设计

本治疗仪光源采用的是特种卤素灯，卤素灯的灯脚是钨杆，常用的卤素灯灯座包括有座体、导电片和引线三部分。导电片安装在灯座的导电片槽内，卤素灯钨杆插入导电片槽内，灯座导电片压紧在钨杆上。由于钨杆是圆柱状，与导电片是线接触，接触面积小，灯源的导通电流约为10A，因接触电阻偏大，会造成钨杆过热，而钨杆的膨胀系数与包封钨杆的玻璃壳的膨胀系数相差较大，在高温下，钨杆过热易导致包封钨杆的玻璃壳爆裂，卤素灯光源的使用寿命大大缩短。

由上可知，灯源的使用寿命与灯座的结构密切相关。钨杆与导电片的接触方式尤为关键。改进灯座与钨杆的接触方式，用钨杆接线柱替代导电片，如图3所示。接线柱外表面车制有外螺纹，接线柱开有中心孔，与钨杆配合，沿径向将接线柱的前段剖分成两瓣呈夹状形，钨杆插入接线柱中心孔，而后旋上螺母将呈夹状的接线柱向中心收紧，如图4所示。此时钨杆与接线柱紧密接触，不仅安全可靠，还消除了因钨杆接触不良引发过热所造成的灯源炸裂，有效地延长了灯源的使用寿命。

图3 接线柱

图4 光源与灯座连接

4 结束语

文章阐述了对治疗仪光传导装置导光组件的研究设计。采用锥形导光棒导光效率提高，废热减少，起到治疗作用的红外光增加，疗效提高。光源灯脚增加接线柱后，光源钨杆不会过热，延长光源的使用寿命。将本治疗仪送医疗检测单位检验，治疗仪各项检测指标均符合医疗注册产品的标准要求[1-2]。