一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置
阅读说明：本技术 一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置 (Semiconductor laser device for tooth root canal disinfection and periodontal disease treatment ) 是由 郭丹 张倜然 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置,不仅能用于口腔内牙齿细菌消杀,而且能够完成口腔内病变软组织的处理。本发明由激光控制装置、光纤传感笔和计算机控制系统组成,激光控制装置包括外壳、内置的PCB电路板和安装在其上的激光发射器、红外衰减器、调节旋钮、光纤耦合器、温度示数器,光纤传感笔由笔身和光纤工作头组成。该发明可以通过控制外部供给电压和旋转衰减器达到调节激光功率的效果,主要应用于牙齿根管治疗过程中的消毒和牙周病的治疗。针对口腔设计,操作方便,通过外壳上的旋钮调节激光功率,满足不同的工作需求,适用于大部分患者的多次重复使用,危害性小,安全可靠,能对整个口腔杀菌消毒。(The invention discloses a semiconductor laser device for root canal disinfection and periodontal disease treatment of teeth, which can be used for killing dental bacteria in an oral cavity and treating pathological soft tissues in the oral cavity. The invention is composed of a laser control device, an optical fiber sensing pen and a computer control system, wherein the laser control device comprises a shell, a built-in PCB circuit board, a laser transmitter, an infrared attenuator, an adjusting knob, an optical fiber coupler and a temperature counter which are arranged on the PCB circuit board, and the optical fiber sensing pen is composed of a pen body and an optical fiber working head. The invention can achieve the effect of adjusting the laser power by controlling the external supply voltage and the rotary attenuator, and is mainly applied to the disinfection and the treatment of periodontal diseases in the process of tooth root canal treatment. Aiming at the oral cavity design, the laser disinfection device is convenient to operate, the laser power is adjusted through the knob on the shell, different working requirements are met, the laser disinfection device is suitable for repeated use of most patients, the harmfulness is small, safety and reliability are realized, and the whole oral cavity can be disinfected and disinfected.)
技术领域
本发明涉及一种口腔医疗器械领域，特别涉及一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置。
背景技术
半导体激光治疗主要利用激光产生的生物刺激效应，通过半导体激光的激光束照射人体病变组织，达到减轻或消除病痛，改善局部血液循环，组织修复组织，快速消炎等作用。激光为近红外波段，可深入组织内部作用于机体，使组织良好的吸收光能量，使炎症减轻。
半导体激光不仅可以直接照射血流减少发炎的部位或间接照射支配此范围的交感神经节均可引起血流增加，促进致痛物质代谢，缓解炎症。它也可以抑制刺激的传导速度，亦抑制刺激的强度及冲动频率。激光对炎症刺激引起的末梢神经冲动、传导速度、强度及冲动频率均有抑制的作用。与此同时，激光所产生的光子能量会破坏口腔内绝大部分细菌微生物的细胞核，达到杀菌的效果。
在现有口腔医疗中，对于根管治疗过程中牙齿的杀菌消毒主要是通过服用抗生素药物，对身体的副作用很大，而激光杀菌也只能在大医院进行，设备较大，不易移动和携带，治疗过程复杂，十分不便，有些光电消毒产品也利用光能，但功率太小，光波控制能力差，无法完全发挥功效，临床效果并不理想。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置，该激光功率可调，利用近红外激光进行口腔杀菌消毒。
本发明提供以下技术方案：由激光控制装置、光纤传感笔和计算机控制系统组成；激光控制装置分别与光纤传感笔和计算机控制系统连接；
激光控制装置包括外壳，内置的PCB电路板及安装在其上的激光发射器、红外衰减器、调节旋钮、光纤耦合器、温度示数器、固定装置、光纤；
激光发射器通过光纤与红外衰减器连接，红外衰减器顶部设置调节旋钮，红外衰减器通过光纤与光纤耦合器连接；光纤耦合器通过温度传感元件与温度示数器连接，温度传感元件监测装置工作温度，并实时显示在温度示数器上；光纤耦合器通过光纤与光纤传感笔连接；
光纤传感笔由笔身和光纤工作头组成；光纤工作头为包裹着光纤的可塑性金属保护套；光纤工作头为可更换部件；金属光纤保护套具有一定可塑性，能与其内光纤弯曲至任意角度，适应口腔内部复杂环境。
所述的光纤通过固定装置固定在外壳的内壁。
所述的光纤为近红外光纤；光纤传感笔中所使用光纤为单芯光纤，芯径约为300μm，直径约为1mm，覆盖波长633nm至1900nm。
光纤传感笔长度为15cm，最大宽度为2cm。
激光控制装置内的PCB电路板型号为I1505；激光发射器型号为PLD-40，中心波长975nm，属于近红外波段，激光发射器内的泵浦二极管单芯结，光电转换率达到30%以上，独特的谐振腔结构，使97%的反射光被输出镜再次反射出去，保证装置功率稳定。
红外衰减器型号为HB1064，光谱覆盖范围700nm至2000nm，具有滤光作用。
计算机控制系统主要用于控制装置开关、显示激光控制装置与光纤工作笔的状态、供给外部电压，显示供给电压示数、装置工作功率和装置工作温度。当工作温度超过治疗边界时，报警并调节工作功率。计算机控制系统提供的供给电压U为30至40V，激光工作功率P可调范围为0至30W；二者之间的关系满足：
P = 0.45e0.10U；
e 为自然常数，取值2.718281828459。
本发明还包括以下控制步骤：
步骤1、启动计算机控制系统，通过激光控制装置产生激光，并通过光纤经红外衰减器、光纤耦合器传导至光纤工作头的光纤处；
步骤2、通过旋转激光控制装置外壳上的调节旋钮带动红外衰减器转动，二者通过齿轮传动，高精度调节激光工作功率；
步骤3、红外衰减器根据光纤衰减系数α的计算公式：
α = 10lg（Pi/P0）/L，
其中Pi为输入功率，P0为输出功率，L为传输距离，为减少光纤传输损耗，使用光纤耦合器减少损耗，使光功率损失为2%；
步骤4、光纤耦合器上设有温度传感元件监测装置工作温度并实时显示在温度示数器上，当温度超过治疗边界45℃时，会触发警告并降低激光功率，保证治疗安全性；激光工作功率P与装置工作温度T之间满足关系：
P = 1/（0.025+78.2e-T）；
e 为自然常数，取值2.718281828459。
步骤5，经过衰减的激光通过光纤传导至光纤传感笔的光纤工作头的光纤处，并用于牙齿根管消毒和牙周病治疗。
本发明的有益效果是，与现有口腔杀菌消毒技术相比，其方便实用，减少对人体的伤害。并且，应用较大功率以达到良好的治疗效果，激光工作功率可通过改变外部供给电压和旋转红外衰减器两种方式进行调节，满足不同的工作需求，适宜推广至各类医疗机构使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，如附图所示的仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为该发明的整体示意图。
图2为光纤传感笔示意图。
图3为光纤工作头示意图。
图4为激光控制装置内部结构示意图。
图5为激光发射器结构示意图。
图6为红外衰减器和调节旋钮结构示意图。
图7为光纤耦合器和温度示数器示意图。
激光控制装置，2-光纤传感笔，3-计算机控制系统，11-激光发射器，12-红外衰减器，13-控制旋钮，14-光纤耦合器，151-温度传感元件，15-温度示数器，16-固定装置，17-PCB电路板，18-光纤，21-笔身，22-光纤工作头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念；
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制；
口腔激光手术的原理是：通过激光来释放出高能量的光子有效的穿透牙龈作用于皮下，能够精准的产生光切割作用，而且根据临床观察表明，使用激光进行牙周手术时激光照射可以封闭毛细血管和淋巴管，容易止血，使手术区视野更加清晰，方便医生临床操作。激光辅助牙周手术可使手术创口的损伤最小化，包括减少术后炎症反应、减轻患者的不适。总的来说，更少的收缩和瘢痕，使得手术创口和术后效果更易被接受。
本发明消毒的工作原理是：近红外光能够激活或诱导 T、B 淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统，增强巨噬细胞的吞噬能力，提高非特异性免疫和特异性免疫的作用来达到消除炎症的目的。与此同时，光子能量会破坏牙齿根管内的绝大部分细菌微生物的细胞核，达到杀菌的效果。
红外衰减器的工作原理是：激光在衰减片表面的反射光强与其厚度有关，在光纤连接处插入不同厚度的一系列衰减片，通过旋转改变衰减片厚度，进而改变反射光强度，即可得到不同的衰减量。现有激光治疗技术出于安全性与功率损耗过大的考虑并未采用类似的衰减技术，但本发明通过创造性劳动，配合光纤耦合器的使用将光功率损耗仅控制在2%，并通过温度控制系统来保证治疗安全性；从而解决现有技术的问题，并达到功率可调的目的。
下面结合附图1至7来描述本发明实施例的一种用于牙齿根管消毒和牙周病治疗的半导体激光装置，由激光控制装置1、光纤传感笔2和计算机控制系统3组成；激光控制装置1分别与光纤传感笔2和计算机控制系统3连接；
激光控制装置1包括外壳10，内置的PCB电路板17及安装在其上的激光发射器11、红外衰减器12、调节旋钮13、光纤耦合器14、温度示数器15、光纤18；
激光发射器11通过光纤18与红外衰减器12连接，红外衰减器12顶部设置调节旋钮13，红外衰减器12通过光纤18与光纤耦合器14连接；光纤耦合器14通过温度传感元件151与温度示数器15连接，温度传感元件151监测装置工作温度，并实时显示在温度示数器15上；光纤耦合器14通过光纤18与光纤传感笔2连接；
光纤传感笔2由笔身21和光纤工作头22组成；光纤工作头22为包裹着光纤18的可塑性金属保护套；光纤工作头22为可更换部件；金属光纤保护套具有一定可塑性，能与其内光纤弯曲至任意角度，适应口腔内部复杂环境。
所述的光纤18通过固定装置16固定在外壳10的内壁。
所述的光纤18为近红外光纤；光纤传感笔2中所使用光纤18为单芯光纤，芯径约为300μm，直径约为1mm，覆盖波长633nm至1900nm。
光纤传感笔2长度为15cm，最大宽度为2cm。
激光控制装置1内的PCB电路板17型号为I1505；激光发射器11型号为PLD-40，中心波长975nm，属于近红外波段，激光发射器11内的泵浦二极管单芯结，光电转换率达到30%以上，独特的谐振腔结构，使97%的反射光被输出镜再次反射出去，保证装置功率稳定。
红外衰减器12型号为HB1064，光谱覆盖范围700nm至2000nm，具有滤光作用。
计算机控制系统3主要用于控制装置开关、显示激光控制装置与光纤工作笔的状态、供给外部电压，显示供给电压示数、装置工作功率和装置工作温度。当工作温度超过治疗边界时，报警并调节工作功率。计算机控制系统3提供的供给电压U为30至40V，激光工作功率P可调范围为0至 30W；二者之间的关系满足：
P = 0.45e0.10U；
e 为自然常数，取值2.718281828459。
本发明还包括以下控制步骤：
步骤1、启动计算机控制系统3，通过激光控制装置1产生激光，并通过光纤18经红外衰减器12、光纤耦合器14传导至光纤工作头22的光纤18处；
步骤2、通过旋转激光控制装置外壳上的调节旋钮13带动红外衰减器12转动，二者通过齿轮传动，高精度调节激光工作功率；
步骤3、红外衰减器12根据光纤衰减系数α的计算公式：
α = 10lg（Pi/P0）/L，
其中Pi为输入功率，P0为输出功率，L为传输距离，为减少光纤传输损耗，使用光纤耦合器14减少损耗，使光功率损失为2%；
步骤4、光纤耦合器14上设有温度传感元件151监测装置工作温度并实时显示在温度示数器15上，当温度超过治疗边界45℃时，会触发警告并降低激光功率，保证治疗安全性；激光工作功率P与装置工作温度T之间满足关系：
P = 1/（0.025+78.2e-T）；
e 为自然常数，取值2.718281828459；
步骤5，经过衰减的激光通过光纤18传导至光纤传感笔2的光纤工作头22的光纤18处，并用于牙齿根管消毒和牙周病治疗。
发明装置的使用流程为，打开开关时，外部电压供给默认为30V，半导体激光器产生中心波长为975nm的近红外光，激光控制装置1上的旋钮置零，激光无法通过衰减片，输出功率为0W，通过调节计算机控制系统改变外部供给电压和配合旋钮旋转红外衰减器可以使杀菌笔的工作功率在0-30W范围内调节。外部供给电压U与激光工作功率P之间的关系满足：P = 0.45e0.10U。本发明装置调节不同功率以适用于不同的工作目的，0-15W主要用于根管的消炎杀菌，15W未达到损伤口腔组织的阈值，不会对人体产生损伤，对口腔内绝大多数细菌消杀效果良好；15-30W主要用于牙周手术，该功率可以精准对口腔病变组织进行切除，创伤小，精准度高。当光纤传感笔工作温度超过治疗边界（45℃）时，会触发警告并降低激光功率，保证治疗安全性。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
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