组合治疗激光和固化光的系统的制作方法

组合治疗激光和固化光的系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年7月29日提交的、申请号为62/879,898的在先美国申请的非临时完善的优先权，并通过引用将其整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及医疗、牙科和工业仪器领域，并且更具体地，涉及可以交替发射辐射能量作为治疗激光或固化光的系统。


背景技术：

4.在过去的几十年中，人类已经将辐射能的能量用于多种目的，特别是在医疗和牙科领域。固化灯是在各种行业中使用光活化材料的重要工具。特别地，固化灯是牙科从业者用于固化复合材料、粘合剂和其他材料的日常工具。固化灯在理想情况下具有高功率平行光束，可调节光束尺寸，在10mm至20mm之间的发光位置没有光衰减，并且通过有线或电池供电操作而具有紧凑性。使用led作为光源的固化灯在当今的工业中得到广泛应用。随着不同波长范围的先进二极管激光器的发展，二极管激光器可以成为固化光的替代光源。二极管激光器还可以作为光源用于治疗应用，包括牙科和医学中的手术、疼痛管理、愈合、凝血等。
5.从历史上看，从业者需要单独的装置用于不同目的(即，激光器用于切割或其他治疗目，固化灯用于材料操纵)。本发明将这些功能组合在单个设备中。在治疗激光和其他辐射能量功能方面使用同一设备可以节省宝贵的占地面积，并允许从业者在可能需要激光的切割能力和更温和的效果(例如，固化光)的手术中使用同一仪器。


技术实现要素：

6.鉴于前述已知类型的治疗激光(therapeutic laser)和固化光(curing light)中固有的缺点，改进的组合治疗激光和固化光可以提供一种作为两种基本工具操作的系统。这种组合应满足以下目标：提供有效的激光和有效的固化光功能；简单、直观、有效地激活其中一种功能；最终单元不比单独完成所述功能之一的单元(“独立单元”)占用更多的占地面积或其他操作空间；与独立单元相比价格合理；可以简单、有效地组装以使复杂性和成本最小化。因此，一种新的改进的辐射能量系统可以包括激光源，该激光源与可选择的发射器头部或尖端相结合，这些发射器头部或尖端会影响来自激光源的激光输出，以实现这些目标。
7.因此，已经概述了本发明的更重要的特征，以便可以更好地理解以下更详细的描述并且可以更好地理解对本领域的当前贡献。本发明的附加特征将在下文中描述并且将形成所附权利要求的主题。
8.本发明的许多目的将从以下描述和所附权利要求中显现，其中参考了对形成本说明书的一部分的附图，其中相同的附图标记表示若干视图中的相应部分。
9.在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于在以
下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和组件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践和执行。此外，应当理解，本文采用的措辞和术语是为了描述而不应被认为是限制性的。
10.因此，本领域的技术人员将理解，本公开所基于的概念可以容易地用作设计其他结构、方法和系统以实现本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求被认为包括这种等效构造，只要它们不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
11.图1是作为本发明的一个实施例的利用固化光头部的组合治疗激光和固化光系统的示意图。
12.图2是图1的示意图，其中组合治疗激光和固化光系统利用切割激光头部。
13.图3是图1的示意图，其中组合治疗激光和固化光系统利用漫射激光头部。
14.图4是作为本发明第二实施例的利用固化光头部的组合治疗激光和固化光系统的示意图。
15.图5是图4的示意图，其中组合治疗激光和固化光系统利用切割激光头部。
16.图6是图4的示意图，其中组合治疗激光和固化光系统利用漫射激光头部。
17.图7是描绘具有固化光头部的组合治疗激光和固化光系统的一个实施例的示意图。
18.图8是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有替代的固化光附接头部。
19.图9是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有另一种替代的固化光附接头部。
20.图10是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有另一种替代的固化光附接头部。
21.图11是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有另一种替代的固化光附接头部。
22.图12是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有治疗切割激光头部的实施例。
23.图13是图7的组合治疗激光和固化光系统，并且具有治疗大面积激光头部的实施例。
24.图14是利用组合治疗激光和固化光系统的实施例的台式系统的示意图。
25.图15是用于组合治疗激光和固化光系统的二极管激光模块的示意图。
26.图16是描绘用于组合治疗激光和固化光系统的替代二极管激光模块的示意图。
27.图17是描绘用于组合治疗激光和固化光系统的电池附件的一个实施例的示意图。
28.图18是描绘用于组合治疗激光和固化光系统的头部附件的一个实施例的示意图。
具体实施方式
29.现在参考附图，本文描述了组合治疗激光和固化光系统的多个实施例。应当注意，除非内容另有明确说明，否则本说明书中使用的冠词“一”、“一个”和“该”包括复数指称。
30.在图1中，固化光和激光系统(100)具有可以由金属、塑料、复合材料或任何其他耐用材料制成的主手持件主体(101)。固化光发射器头部(102)包括光出口(103)。在一些实施
例中，光出口(103)可以相对于固化头部(102)的水平轴(图1中的虚线)成0度至90度的角度θ。固化头部(102)也可以由金属、塑料、复合材料或任何其他耐用材料制成。固化头部(102)可以围绕主体(101)旋转并且可从主体移除。显示器(104)可以显示灯操作状态。该显示器(104)可以是lcd、oled、led模块或任何其他类型的显示器。可以为光激活(105)、计时器(106)和调整操作模式(107)提供各种选择按钮，这可以包括激活激光模块上的多个激光发射芯片中的一个，其中每个发射芯片都有独特的频率。可以利用主电源开/关开关(108)和紧急停止开关(109)来停止灯操作。该灯可以由ac/dc电源或电池供电。如果使用ac/dc电源，则电源可以直接插入灯。可选地，可充电电池(110)可附接到主体(101)或与主体(101)分离。可以为电池(110)提供充电站(111)，由此可以为电池(110)或主体(101)提供空间(112)。电池(110)可以通过接触或无线感应充电来充电，或者可以通过将电线插入单元来充电。可以在充电站(111)中测量系统状态，特别是潜在的光输出强度，因为可以提供光强度窗口(114)和指示器(113)。充电站(111)可以由具有ac壁式插头部的电线(115)供电。
31.图2示出了一种治疗激光系统(120)，其通过改变图1中描述的系统上的发射器头部来实现。所示的实施方案是相同的，除了灯头部改为利用治疗切割头部，这对各种治疗目的是有用的。头部(121)的主体(122)可以由金属、塑料、复合材料或任何其他耐用材料制成。虽然头部(121)的一端附接到系统的主体，但另一端具有套管部分(123)，光纤(124)从该套管部分(123)中挤出。套管部分(123)可以由金属或塑料制成，并且可以根据需要弯曲至任何角度。光纤(124)的尺寸可以小至100微米，但是整个头部(121)可以被配置成传送不同大小或形状的光束。
32.治疗系统(130)的替代布置可以具有用于通过大面积光束进行治疗的头部(图3)。与图2所示的系统(120)一样，该治疗激光系统(130)也可以通过改变图1和图2中描述的系统的发射器头部来实现。所有实施例都是相同的，除了灯头部改为不同的治疗头部(131)。在该实施例中，用于其他治疗目的的头部(131)具有可以由金属、塑料、复合材料或任何其他耐用材料制成的主体(132)。光在锥体(133)处从头部射出(134)并且其大小和形状可以通过锥体(133)的尺寸和形状而改变。
33.虽然图1至图3中描绘的实施例主要依靠交替的头部来使系统适应不同的目的，还提供了功率控制(107)以针对给定目的微调系统。该控制(107)是可选的，因为系统可以为其目的而工作，同时完全依赖于使用不同的头部。图4至图6描述了发明的使用二极管激光器作为光源的固化光和治疗系统的另一个示意图，仅仅没有功率控制开关。图4是固化灯系统，图5和图6是治疗激光系统。
34.在图4中，提供了固化灯(200)，其中(201)是主体并且固化灯发射器头部(202)具有光出口(203)。与先前实施例一样，出口(203)的方向可以相对于固化头部(202)的水平轴(图2中的虚线)成0至90度范围内的角度θ。与先前实施例一样，固化灯(200)可以由金属、塑料、复合材料和任何其他耐用材料构造，固化头部可以围绕主体旋转并且可以从主体移除。可以为单个电源按钮(204)提供多种功能。按钮(204)可以在固定时间内打开和关闭灯，或者在频率选项中循环。按钮(204)可以具有多种颜色的背光，以通过不同的颜色来指示电池状态和光发射状态。本发明的灯可以由ac/dc电源或电池供电。如果使用ac/dc电源，则电源可以直接插入灯，电源的插头部可以用作主电源开关和紧急停止。该单元也可以通过电池(205)供电，电池(205)附接主体(201)并且可以容易地附接和分离并还可以用作单元的主
电源开关和/或紧急停止。还可以提供具有用于电池或单元主体的开口(207)的充电站(206)。充电站(206)由具有壁式插头部的电线(210)供电。电池(205)可以在站内通过接触或无线感应充电或通过将单元直接插入电源来充电。与图1至图3所示的先前实施例一样，可以通过所提供的光强度窗口(209)和指示器(208)测量和报告系统状态。
35.治疗切割激光系统(220)通过改变系统(图5)的发射器头部(221)来实现。治疗发射器头部具有可以由金属、塑料、复合材料和任何其他耐用材料制成的主体(222)，并且具有光纤(224)从中挤出的套管部分(223)。套管部分(223)可以由金属或塑料制成，并且可以根据需要弯曲至任何角度。光纤(224)可以小至100微米。与第一系统实施例一样，头部(221)可以利用不同的配置来传递不同尺寸/形状的光束。
36.图6描绘了大光束治疗系统(230)。该实施例与前两个实施例相同，除了头部(231)发射用于治疗目的的大光束。如前所述，主体(232)可以由金属、塑料、复合材料和任何其他耐用材料制成。锥体(233)位于光出口(234)处以允许更宽的光束通过。光束尺寸可能受到出口尺寸和形状的影响。
37.对于不同功能的头部，存在许多潜在的设计。图7至图11描绘了治疗灯头部的各个实施例，而图12和图13描绘了治疗头部。这些设计是示例性的，不一定相互配合，但示出了描绘可以在本发明的实践中利用的许多设计中的一些。在图7中，系统手持件(300)的一个实施例具有主手持件外壳(301)，主手持件外壳(301)具有控制按钮(302)和显示器(303)。头部外壳(304)可从手持件主体(301)移除和更换，同时还提供电池或其他电源(305)，例如ac/dc电源。控制电路(306)控制光功率输出、激光操作控制(包括时间)、输出功率、脉冲率、电池状态以及固化灯和激光系统操作所需的其他特征。从控制电路到不同的组件存在以下连接：(307)是与激光模块(312)的连接；(308)是与电池或ac/dc电源(305)的连接；(309)是与显示器(303)的连接；(310)表示与控制按钮(302)的连接。激光模块(312)在理想情况下安装在散热器(311)上。此时，包括光纤(313)、准直透镜(316)和反射器(318)的光学系统将从激光模块(312)发射的光转换成准直光束(319)。附接到激光模块(312)的光纤(313)首先收集发射的光并将光束(315)引导至准直透镜(316)中，然后准直透镜(316)将光束转换成准直的平行光束(317)，这在固化操作中是必需的。光纤(313)可以用套圈端接，或者是光纤侧具有劈开界面的独立方式。光纤(313)的长度取决于头部(304)的要求。光纤的尺寸或直径的范围可以为50至1000微米。支架(314)可以用于将光纤(313)固定在一个位置。透镜从光纤端部的位置取决于准直透镜(316)的焦距，平行光束(317)的大小将取决于准直透镜(316)的直径。平行光束(317)行进到反射器(318)，反射器将根据头部(304)的几何形状要求将光束(317)转向。所描绘的反射器(318)相对于透镜(316)位置呈45度角，以将光束转向90度方向形成光束(319)以到达棒出口(320)。反射器(318)的位置或角度可以变化以沿不同方向和沿不同角度传导光。透镜和反射器之间的距离取决于头部长度的要求。可以提供光检测器(321)来测量光强度并通过连接件(322)将信号反馈到控制电路(306)，然后控制电路(306)可以基于该反馈信号调整光强度。光纤支架(314)之后的所有组件都在头部外壳(304)中，并且可以与头部一起从手持件主体(301)中移除。
38.图8描绘了与图7中相同的系统，其利用替代的固化光头部设计(400)。在激光模块(412)通过光纤(413)发射激光束(415)之后，光束(415)行进到反射器(418)，反射器(418)将光束(417)引向位于出口附近的透镜(416)。准直透镜(416)将光束(417)转换成平行光束
(419)以用于固化应用。光纤支架(414)之后的所有组件都在头部外壳(404)中，并且可以与头部一起从手持件中移除。将从激光模块(412)发射的光转换成平行光束(419)的光学系统包括光纤(413)、反射器(418)和准直透镜(416)。
39.图9也描绘了与图7中相同的系统，其利用替代的固化光头部设计(500)。在该实施例中，激光模块(512)将光束(513)发射到透镜(514)中。光束(513)通常为椭圆形。然后透镜(514)可以将光束(513)聚焦到一个点，然后变成圆形光束(515)。存在将光束(515)转换成平行光束(517)的准直透镜(516)。透镜相对于彼此和激光模块(312)的位置将取决于它们的焦距，平行光束的大小将取决于透镜(516)的直径。透镜(514)和(516)可以是单个透镜，这取决于将从激光模块(512)直接发射的光获得平行光束的设计。平行光束(517)行进到反射器(518)，反射器(518)将反射的光束(519)引导至棒出口(520)。激光模块(512)之后的组件将位于头部外壳(504)中并且可以从手持件中移除。将从激光模块(512)发射的光转换成平行光束(519)的光学系统包括透镜(514)和(516)以及反射器(518)。
40.图10也描绘了与图7中相同的系统，其利用另一种替代的固化光头部设计(600)。在该实施例中，光纤(613)可以附接到激光模块(612)并朝向头部(604)的端部延伸。然后它进行90度转向(615)并指向光出口。从激光模块(612)发射的光束穿过光纤(613)并作为光束(617)发射。位于出口处的准直透镜(616)将激光束转换成平行光束(619)。光出口相对于固化头部的水平轴的方向由光纤(615)的角度确定。光纤支架(614)之后的组件将在外壳中并且可以从手持件中移除，同时提供支架(614)以稳定从激光模块(612)延伸的光纤(613)的长度。将从激光模块(612)发射的光转换成平行光束(619)的光学系统包括光纤组件(613)、(615)以及准直透镜(616)。
41.图11也描绘了与图7中相同的系统，其利用另一种替代的固化光头部设计(700)。在该实施例中，散热器(711)沿其大部分长度位于头部外壳(704)内。模块连接件(707)同样延伸到头部外壳(704)中。激光模块(712)附接到散热器(711)和连接件(707)并发射光束(713)。光束行进到位于头部外壳出口处的准直透镜(716)。透镜(716)将激光束转换成平行光束(719)。光出口相对于固化头部的水平轴的方向由激光模块(712)和透镜(716)的位置确定。激光模块(712)、其连接件和透镜(716)是外壳(704)的一部分并且可以在需要时从手持件中移除。将从激光模块(712)发射的光转换成平行光束(719)的光学系统包括准直透镜(716)。
42.图12也描绘了与图7中相同的系统，其利用用于手术或其他治疗应用的治疗激光头部(800)。激光模块(812)安装在散热器(811)上并且附接有光纤(813)。光纤(813)可以用套圈端接或是光纤侧具有劈开界面的独立方式，并且光纤的尺寸或直径的范围可以在50至1000微米。支架(814)814将光纤(813)固定到一个位置，并且提供耦合器(815)以将光纤(813)从激光模块(812)对准头部外壳(804)中的光纤(816)。头部光纤(816)也可以用套圈端接，或者是具有劈开界面的独立方式。耦合器(815)应具有严格的公差以对准两根光纤并确保从光纤(813)传输到头部光纤(816)的激光束具有最小的损耗。耦合器(815)可以在光纤(813)和头部光纤(816)之间具有可选的透镜(817)。透镜(817)可以在光纤之间耦合光以提高传输效率。头部光纤(816)进一步通过可弯曲管(818)延伸到外壳(804)的外部，可弯曲管(818)可以通过弯曲该管(818)将头部光纤(816)弯曲到所需的任何角度。头部外壳(804)中光纤支架(814)之后的所有组件可以与头部一起从手持件中移除。
43.图12也描绘了与图7中相同的系统，其利用用于手术或其他治疗应用的治疗激光头部(900)。一些治疗应用仅需要给定频率的宽光束，这种配置(900)发射宽的、非切割的、非准直的光。激光模块(912)安装在散热器(911)上，并且附接光纤(913)从激光模块(912)延伸。光纤(913)可以用套圈端接，或者是光纤侧具有劈开界面的独立方式。如在其他实施例中一样，光纤的尺寸或直径的范围可以为50至1000微米。支架(914)将光纤固定到一个位置。光纤(913)将外壳(904)中的激光束(915)提供给透镜(916)，透镜(916)根据所需的尺寸和形状对光束进行放大和定形，并将光(919)引导至锥形出口(918)。光纤支架(914)之后的所有组件都在头部外壳(904)中，并且可以与头部一起从手持件中移除。
44.上述头部中的任何一个都可以用在传统的操作单元中，例如图14所示的台式单元(1000)。台式单元(1000)具有主体(1001)和用于系统操作的控制显示器(1002)。控制显示器(1002)可以是触摸板、触摸屏或像ipad一样的可移除模块。电力通过电源(1004)提供，单元应具有紧急停止(1003)。系统可以利用可充电电池或ac/dc电源输入。光纤(1005)和控制电缆(1006)延伸到手持件(1007)，附件(1009)附接在手持件(1007)上。该手持件附件(1009)可以是如上所述的固化灯尖端、光纤尖端或治疗尖端。控制开关可以位于手持件(1008)上，或者通过脚踏开关，例如无线脚踏开关(1010)。可以在手持件(1008)上的开关或无线脚踏开关(1010)中控制系统，同时可以在控制显示器(1002)上控制更详细的细节。
45.图15和图16描绘了激光模块的替代实施例。在图15中，激光模块1100具有底座(1101)和壳体(1102)，其中壳体(1102)中的窗口(1103)允许发射光射出。壳体(1102)和底座(1101)通常由金属或任何导热材料制成。激光模块内部存在向激光器(1106)和检测器(1105)芯片供电的电极，其中(1104)为公共电极。在壳体内部，存在附接到底座(1101)的散热器(1107)。至少一个激光芯片(1108)附接到散热器(1107)，并且分别通过导线(1109)和(1110)连接到公共电极(1104)和芯片电极(1106)。激光芯片(1108)应发射系统操作所需的光。激光芯片(1108)可以是单个芯片或芯片阵列或多个芯片，并且可以由algainn、gainp、algaas或其他化合物制成。激光芯片(1108)发射的光的波长应为系统要求的波长。例如，400nm至480nm的波长可以用于细菌减少和固化。650nm左右的波长可以用于疼痛治疗。固化复合材料或粘合剂的典型波长范围可以为280nm至520nm。手术和其他治疗用途的典型波长可以是650nm、780nm、810、980nm、1160nm等。激光模块应该能够以超过一个离散频率发射辐射能量，间隔约为50nm。激光芯片的光束发射侧与窗口(803)对准，并且通常发射发散的光束(1111)。可选的光电检测器(1112)可以附接到壳体(1102)内部的散热器(1107)或任何位置。光电检测器(1112)可以用于监控激光芯片发射功率，作为控制激光输出的反馈。光电检测器(1112)可以分别通过导线(1113)和(1114)连接到检测器电极(1105)和公共电极(1104)。光电检测器(1112)的目的是测量来自激光模块(1100)的光并且将反馈信号提供给控制电路以控制激光芯片的光束发射。图16中描绘的替代激光模块(1200)在靠近射出窗口(1203)处具有可选的透镜结构。透镜(1215)收集激光束并将其转换成光束(1216)，光束(1216)将聚焦到光纤(1217)端部的一个点。因此，激光被合并到光纤中以在光纤中进一步传输。如果光纤的直径范围为50至1000微米，可以使用或不使用套圈进行端接。如果在激光模块中使用多个芯片，则需要使用光学系统将来自多个芯片的激光束合并到光纤中。
46.图17示出了电池附件的一个实施例，其可以用作激光单元的主电源开关和紧急按钮。电池(1302)附接到灯单元(1301)的手持件。在手持件(1301)的端部是两个电触点
(1303)和(1304)。电池(1302)还具有两个电触点(1305)和(1306)。两个主体中的触点机械对准并且在附接两个主体时相互接触。可以使用磁体促进两个主体的附接，其中至少一个磁体(1307)位于电池主体中，并且至少另一个磁体(1308)位于手持件中。在实践中，手持件(1301)或电池主体(1302)中可以存在磁体，而另一个的壳体由像铁一样的磁性材料制成。磁体的强度应选择在两个主体在一起时将电池固定在主体上，并且还可以很容易地与手持件分离。
47.磁性固定也可以用于将头部固定到手持件。图14示出了用于本发明系统的头部附接的一个实施例，其中固化灯(1401)的手持件和头部(1402)是可移除的。在手持件(1401)的端部，存在至少一个电触点(1403)。在头部主体(1402)中，存在相应的电触点(1404)。两个主体中的触点机械对准并且在附接两个主体时相互接触。每个主体中的触点可以是多个引脚以传送不同的信号。主体可以利用磁体固定，其中至少一个磁体(1405)位于固化头部主体(1402)中并且至少另一个磁体(1406)位于手持件主体(1401)中。与上述电池一样，在手持件或固化头部主体中可以存在一个磁体或一组磁体，而另一个的壳体可以包含像铁一样的磁性材料。磁体的强度应选择在两个主体在一起时将固化头部固定在主体上，并且还可以很容易地与手持件分离。
48.尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但可以进行许多修改和变化，并且结果仍将落入本发明的范围内。对本文公开的特定实施例的限制并非旨在或不应被推断。