高强度红外光的医疗系统设计理念探析

摘要:高强度红外光的医疗系统利用光波导的传输增强了红外光治疗的能力,提高整体系统的医疗功能,特殊的传导输出能力,先进的光源控制和严格的材料选用使医疗系统更加的完善和科学。

Abstract: High intensity infrared health care system using optical waveguide transmission enhanced abilities, improved the infrared treatment of the whole system of medical function, and special transmission output capacity and advanced light control and strict material selection made medical system be more scientific and perfect.

关键词:高强度红外光;医疗系统;设计理念

Key words: high intensity infrared;medical system;design concept

中图分类号:Q63文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0097-01

1红外线的医疗作用

太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当作传输之媒界。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.75～1.50μm之间;中红外线,波长为1.50～6.0μm之间;远红外线,波长为6.0～l000μm之间。在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线,红外线是不可见光线。所有高于绝对零度(-273℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。近红外线或称短波红外线,波长0.76～1.5微米,穿入人体组织较深,约5～10毫米;远红外线或称长波红外线,波长1.5～400微米,多被表层皮肤吸收,穿透组织深度小于2毫米。人体对红外线是有反射和吸收作用的,红外线照射体表后,一部分被反射掉了,另一部分会被皮肤所吸收。皮肤对红外线的反射程度与色素沉着的状况有关,用波长0.9微米的红外线照射时,无色素沉着的皮肤反射其能量约60%;而有色素沉着的皮肤反射其能量约40%。长波红外线(波长1.5微米以上)照射时,绝大部分被反射和为浅层皮肤组织吸收,穿透皮肤的深度仅达0.05～2毫米,因而只能作用到皮肤的表层组织;短波红外线(波长1.5微米以内)以及红色光的近红外线部分透入组织最深,穿透深度可达10毫米,能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织。足够强度的红外线照射皮肤时,可出现红外线红斑,停止照射不久红斑即消失。大剂量红外线多次照射皮肤时,可产生褐色大理石样的色素沉着,这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关。红外线的治疗作用,红外线治疗作用的基础是它具有温热效应。在红外线照射下,组织温度升高,毛细血管会扩张,血管内血流加快,物质的代谢能力增强,组织细胞活力和再生的能力显著提高。红外线治疗慢性炎症时,能够改善血液循环,增加了细胞的吞噬功能,可以消除肿胀,促进炎症的消散。红外线也可降低神经系统的兴奋性,还有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等等作用。红外线在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡的时候,具有改善组织营养,消除肉芽水肿,促进肉芽生长,加快伤口愈合的作用。红外线照射有减少烧伤创面渗出的作用。红此外外线还经常用于治疗扭挫伤,促进组织肿张和血肿消散以及减轻术后粘连,促进瘢痕软化,减轻瘢痕挛缩等。

2红外光的光源设计

在进行高强度的红外光医疗系统设计中,对光源的设计是至关重要的,是整个系统的核心部件,本文重点探析高强度红外光利用其聚焦特点节省成本而且简化系统结构。在选择光源材料方面要考虑材料的实用性,造价成本,可用性和使用的方便性等等的问题。目前社会上的红外光医疗设备大部分采用的是卤钨灯。这是利用了钨的蒸发率很小,熔点高(3680K),在可见光波段的选择性很好,即使在高温下也能表现很好的机械强度且容易加工等等优点,所以钨丝灯在近红外测量中常常被用作辐射源。可是由于玻璃对红外辐射有限制,所以这种灯的波长一般在3μm以下了。为了提高它的波长,把钨丝灯装置在一个充满了惰性气体并且带有红外透射窗口的灯泡里,可以延长钨丝灯的红外波段。红外装置中灯丝的形状也是至关重要的。灯丝设计也决定了能否减少外部的辐射影响,能否更好实现自聚焦的功能,把钨丝灯设计作毛刷状,把钨丝放入钨皮制作的管内,管内的钨丝就是发光断面了。它的外罩形状前部是形是半凸透镜的自聚焦长形灯罩,前面凸透镜的焦距是7mm,保证了光点在焦点上,灯的直径是7mm,光源的表面厚度是33mm,材料是石英玻璃,其壁厚小于1.0mm,保证了材料的透明度好而且无气线,灯的长度是15mm±1mm,它的功率在150W~250W之间。

3提高光能利用率

只有光源在焦点出射成平行光线,透过透镜的聚焦才能使能量进一步的加强,这就需要设计出一个反射率高,反射损耗小的并且能将光源发射的光变成平行光发射出来的光束,这样有利于光的聚焦和光波导的耦合传输。根据凹面的反射原理,照射在凹面镜上部的光线向下反射,中间的被反射回去,下面的向上反射。再结合实际的仪器和光源的要求,确定了焦距为5mm,在此抛物面的反射镜内表面镀金膜以增强它的反射率,将此平行光束再进一步聚焦使光能进一步加强,为下一步的耦合光波做好准备。经过试验得出使用双凸透镜的聚焦能力强。

4光波导的导光

光波导的导光在高强度红外光的医疗系统中起着举足轻重的作用,系统发出的光经过聚焦会变成圆锥形,只有在光的射入角小于45度的时候才能进入到光波导,才能进行传输功能。在射入角为0度时即入射光与断面垂直时,耦合的效率能达到最高,因此,在高强度红外光的医疗系统中,把光波导的入射端面加工为梯形,从而可以很好的减小光的入射角。此外,根据在实际应用中的不同情况,还加工了各种不同规格的光波导,辐射的输出方式可以用不同规格的光波导来完成,从而使整个高强度红外光医疗系统在使用起来更加的方便和人性化。通过使用光波导传输高强度红外光能量,使这样的光能的密度可以提高到两倍以上,以上的两点就足以把原有的红外光医疗系统的输出光能提高四倍,这样看来,就会使治疗面积上的光能提高好几倍。

5结论

高强度红外光医疗系统,把原有红外光的能力通过光波导的传输而增强,在传输性能和系统功率方面有了很大提高。红外光的传输能力至少80%以上,系统的治疗作用得到更好的完善。系统中采用的双凸透镜向结合的自聚焦系统,采用的不同的直径的光波导完成辐射输出,采用了极耐高温的卤钨灯作为光源装置,采用了先进的控制光源来达到不同的连续时间,不同的照射功率内灵活变换,实现了高强度红外线系统的全部功用,是红外线医疗系统的进步,改善了传统红外线医疗系统的不足之处,更好的服务医疗事业。

参考文献:

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