專利名稱：激光驅(qū)動無針注射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)用無針注射裝置，特別是一種采用激光作為驅(qū)動力，產(chǎn)生高速
射流，實現(xiàn)無針注射的激光驅(qū)動無針注射裝置。
背景技術(shù)：
—直以來，有針注射給藥成為預(yù)防與治療疾病的重要方式之一。然而，有針注射不 良反應(yīng)較多，如針剌疼痛，感染，脂肪萎縮，脂肪墊，硬結(jié)，漏液，暈針、斷針等。 針對上述問題，上世紀三十年代開始研發(fā)無針注射器，既通過采用一定動力裝置 將藥物高速射出，投送到組織中?，F(xiàn)有報道關(guān)于無針注射的動力源主要采用彈簧動力、高壓 氣體動力、彈藥激發(fā)動力，以及壓電驅(qū)動。無針注射器的研發(fā)，在一定程度上緩解了有針注
射給藥的不良反應(yīng)。但是由于目前無針注射器的自身缺點，仍然不能更好的滿足臨床需要。 主要表現(xiàn)為一、彈簧動力無針注射器工作穩(wěn)定性差，易引起給藥劑量差異。高壓氣體動力 無針注射器產(chǎn)生極其難受的爆破噪音，并可能造成嚴重的局部剌激性，安全性差。彈藥激發(fā) 動力可操作性不強，尚處于理論階段。壓電驅(qū)動動力有限，常用于納升級微噴治療，射流藥 物量較小。二、目前，無針注射器還不能實現(xiàn)連續(xù)注射給藥，使給藥效率降低。三、有研究顯 示，如果噴射部位限制在表皮，不會出現(xiàn)疼痛和青腫等不良反應(yīng)，同時不影響藥物吸收。而 無針注射需要高壓噴射穿透皮膚或者組織，往往注射部位較深，如果觸及真皮層神經(jīng)，血管 等，仍可能出現(xiàn)疼痛，青腫等反應(yīng)。四、隨著再生技術(shù)的發(fā)展，基因，干細胞治療研究成為熱 點，但目前的給藥方式卻成為限制其發(fā)展的瓶頸之一，如果能夠微型化無針注射系統(tǒng)，通過 導(dǎo)管進入人體，發(fā)揮其高壓噴射，擴散高效吸收，無針剌損傷等優(yōu)勢，將會更好的促進再生 治療。但是由于動力系統(tǒng)的限制，目前報道的無針注射器尺寸普遍較大，尚不能深入體腔內(nèi) 給藥。而將激光做為驅(qū)動力，通過調(diào)整激光發(fā)生器功率，改變輸出能量，應(yīng)用光纖傳導(dǎo)，可提 供一種動力、尺寸可調(diào)控的無針注射系統(tǒng)。目前尚無應(yīng)用激光驅(qū)動的無針注射方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本實用新型目的一是提供一種激光驅(qū)動無針注射裝置。 為實現(xiàn)所述目的采用的技術(shù)方案如下(i)激光選擇 由于激光作用于注射器內(nèi)液體，令其瞬間膨脹，產(chǎn)生動能推動藥物形成高壓噴射。 因此，首先選擇接近動能腔內(nèi)液體吸收峰值的激光。例如動能腔內(nèi)液體選擇為雙蒸水，而 水在中紅外波段有兩個強的吸收譜帶，分別為2. 5 4. 0 ii m和5. 6 10 ii m。鉺激光波 長2940nm，接近水的最大吸收峰3000nm，因此可作為選擇激光。C02激光波長10600nm，接 近水的次吸收峰10000nm，作用在腔內(nèi)預(yù)置雙蒸水，仍可達到驅(qū)動目的，也可以選擇(如 LASY-50型二氧化碳激光器。功率5w-50w連續(xù)可調(diào))。 [OOOS] (2)光纖選擇CN 201453778 U 為實現(xiàn)微型化技術(shù)，拓展無針注射應(yīng)用范圍，我們選擇光纖作為傳導(dǎo)激光介質(zhì)。分
別選擇工作波長接近上述所選激光的波長，降低激光傳輸過程中的損耗。
(3)激光器選擇 為滿足不同輸出能量要求，選擇功率可調(diào)式激光器，根據(jù)不同輸出激光采用相應(yīng) 激光器。
(4)激光驅(qū)動動力 激光器發(fā)出所需激光，通過擴束鏡調(diào)整光束準直性，經(jīng)過聚焦鏡聚焦，最后耦合入 選擇光纖。光纖輸出端連接注射器動能腔部分，作用在動能腔內(nèi)預(yù)置液體，通過液體吸收激 光產(chǎn)生的熱能，瞬間蒸發(fā)膨脹，產(chǎn)生動能，推動藥物形成高壓噴射，實現(xiàn)激光驅(qū)動動力技術(shù)。 根據(jù)上述技術(shù)方案，本實用新型提供的激光驅(qū)動無針注射裝置包括活塞給藥方式 的無針注射裝置和無活塞給藥方式的無針注射裝置。它們均能實現(xiàn)無針連續(xù)給藥。 活塞給藥方式的無針注射裝置包括激光器、光纖及注射器，激光器發(fā)出所需激 光，通過擴束鏡調(diào)整光束準直性，經(jīng)過聚焦鏡聚焦，最后耦合入光纖； 注射器為活塞式注射器由活塞將注射器腔體分隔成動能腔和給藥腔，光纖輸出 端連接注射器動能腔部分；動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管連通；給藥腔前端設(shè)有噴 射口，側(cè)壁通過單向活瓣與加藥管連通； 或注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥腔，為一口徑細小直管，直 管前端為噴射口，直管側(cè)壁通過單向活瓣與加藥管連通；注射器腔體的后部為動能腔，動能 腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖的激光輸出端，動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管連 通。
上述激光驅(qū)動無針注射裝置的工作原理如下 由激光器發(fā)生激光，經(jīng)擴束鏡調(diào)整激光準直性，聚焦鏡聚焦，耦合入光纖，傳輸至 注射器動能腔，作用腔內(nèi)液體，吸收激光后，經(jīng)過光熱轉(zhuǎn)化，液體膨脹推動活塞作用給藥腔 經(jīng)噴射口向組織噴射給藥，或者利用無活塞注射器，直接作用藥液將藥物噴射到給藥部位。
— 利用活塞注射器實現(xiàn)連續(xù)給藥 激光器通過控制面板選擇開關(guān)及功率，發(fā)生激光，實現(xiàn)能量可控。當激光作用動能 腔液體產(chǎn)生動能時，推動活塞做功，將給藥腔內(nèi)藥液高速噴出進入治療部位，給藥腔排空。 由于激光器關(guān)閉，動能腔氣態(tài)液體失去激光能量作用，轉(zhuǎn)換成液態(tài)，腔內(nèi)負壓吸引將活塞復(fù) 位，同時促進給藥腔加藥。再次開啟激光器控制面板開關(guān)，完成第二次給藥。從而實現(xiàn)連續(xù) 給藥技術(shù)。
二 利用無活塞注射器實現(xiàn)連續(xù)給藥 激光器通過控制面板選擇開關(guān)及功率，發(fā)生激光，實現(xiàn)能量可控。當激光作用動能 腔液體產(chǎn)生動能，將給藥腔內(nèi)空氣推出，腔內(nèi)負壓吸引加藥管內(nèi)藥液進入給藥腔，藥液在動 能作用下高速噴出進入治療部位，給藥結(jié)束。再次開啟激光器控制面板開關(guān)，完成第二次給 藥。從而實現(xiàn)連續(xù)給藥技術(shù)。 體外應(yīng)用技術(shù) 選擇合適功率，開啟激光器控制面板開關(guān)，將激光器發(fā)生激光耦合入粗外徑光纖， 作用在自制注射器動能腔內(nèi)液體，使之膨脹產(chǎn)生動能，將注射器內(nèi)藥液通過噴射口高速噴 入用藥部位，實現(xiàn)體外無針注射給藥。
4[0026] 體內(nèi)給藥技術(shù) 本實用新型除可以應(yīng)用到體外，進行無針注射，還可以通過微型化動力驅(qū)動，實現(xiàn)體內(nèi)無針注射給藥。由于通過光纖傳導(dǎo)激光，可實現(xiàn)微型化動力驅(qū)動，配備自制微型化注射器，制成不同規(guī)格注射管(包括光纖和注射器)，滿足體內(nèi)不同組織器官無針注射需要。如制成7F注射管，可通過血管，進入心腔實現(xiàn)無針注射給藥進行再生治療；利用直徑l. 0cm導(dǎo)管，經(jīng)消化道給藥，實現(xiàn)消化道內(nèi)病變局部給藥治療。 其中上述注射器尺寸根據(jù)注射心臟、消化道、泌尿系統(tǒng)，子宮，體表等不同部位制備成7F、1. 0cm、2cm等相應(yīng)口徑。 激光器主機包括激光器部分和主機控制部分。所述激光發(fā)生器電纜、供電線、信
號線與主機控制部分連接；主機控制部分由注射控制單元組成，包括中央控制CPU、控制面
板、顯示器等，用于顯示和控制激光發(fā)生器開關(guān)、激光發(fā)生器功率變換等。在主機CPU控制
下，通過控制面板上的操控系統(tǒng)可啟動或切換到不同的激光發(fā)生器功率，而激光輸出時功
率和作用時間在控制面板上由數(shù)字顯示，直觀方便。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型產(chǎn)生的積極效果是 1.無針注射器以激光作為驅(qū)動源關(guān)于無針注射器的動力源主要采用彈簧動力、高壓氣體動力、彈藥激發(fā)動力，少數(shù)采用壓電驅(qū)動力。本實用新型采用激光驅(qū)動，由于動力在較大范圍內(nèi)可控，能量可精確控制，光纖輸出，因此具有安全無痛，連續(xù)注射，廣泛應(yīng)用的優(yōu)點。 2.注射器尺寸可調(diào)本實用新型將聚焦后的激光束通過光纖傳遞，根據(jù)不同直徑光纖(最小可至100um)，連接相應(yīng)注射器，可以滿足體表及體腔或者深部組織無針注射的需要。 3.可以連續(xù)注射體內(nèi)給藥時，需要通過介入手段或者體表腔道進入體內(nèi)，給病人帶來痛苦，因此要求一次進入體內(nèi)既可以完成治療，而當多部位或者同一部位較大劑量給藥時，只有連續(xù)注射才能滿足要求。本實用新型利用激光驅(qū)動，激光能量通過控制面板開關(guān)裝置可控。通過自制活塞或者無活塞注射器注射，可以實現(xiàn)連續(xù)給藥。滿足體內(nèi)多次給藥要求。此外，體表連續(xù)注射明顯提高給藥效率，尤其適用于大規(guī)模預(yù)防接種，疫病流行的防治。 4.速度、深度及劑量方便精確可調(diào)激光發(fā)生器的功率輸出精確可控，小功率輸出時，適用于密度相對較小的組織，如黏膜及內(nèi)臟，大功率輸出時，適用皮膚等較堅韌的組織。同時調(diào)整劑量和輸出功率后，注射的深度亦可以調(diào)整。由于深度可調(diào)，可以避免藥液觸及真皮層神經(jīng)、血管，實現(xiàn)絕對安全無痛給藥。 5.安全可控儀器由電腦程序控制，采用輕觸式薄膜開關(guān)控制功能及功率變換，使激光功率輸出精確，穩(wěn)定，操作更安全。激光輸出時，控制面板上有指示燈顯示，同時蜂鳴器發(fā)出警示聲，提高了操作的安全性。

本實用新型的上述方法及裝置可以通過附圖列舉的非限定性的實施例進一步說明。本實用新型實施例有如下附圖 圖1激光驅(qū)動無針注射裝置的無活塞注射器(自然冷卻)示意5[0038] 圖2激光驅(qū)動無針注射裝置的有活塞注射器(自然冷卻)示意圖； 圖3激光驅(qū)動無針注射裝置的無活塞注射器(帶有冷卻裝置)示意圖； 圖4激光驅(qū)動無針注射裝置的有活塞注射器(帶有冷卻裝置)示意圖。 圖中l(wèi)-光纖2-加藥管3-冷卻液加入管4-動能腔5-單向活瓣6-活塞
7-噴射口8-給藥腔9-冷卻腔10-液體加入管11-激光器主機 12-主機控制部分
13-激光器14-注射管15-光纖16-注射器
具體實施方式實施例l，活塞給藥方式的無針注射裝置 包括激光器、光纖1及注射器，激光器發(fā)出所需激光，通過擴束鏡調(diào)整光束準直性，經(jīng)過聚焦鏡聚焦，最后耦合入光纖；激光器可采用市售LASY-50型二氧化碳激光器，其功率5w-50w連續(xù)可調(diào)。 參見附圖2，在該實施例中，注射器為活塞式注射器由活塞6將注射器腔體分隔成動能腔4和給藥腔8，光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管10連通；給藥腔前端設(shè)有噴射口 7-，側(cè)壁通過單向活瓣5與加藥管5連通。[0045] 實施例2，無活塞給藥方式的無針注射裝置 參見附圖l，在該實施例中，注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥腔8，為一口徑細小直管，直管前端為噴射口 7，直管側(cè)壁通過單向活瓣5與加藥管連通2 ;注射器腔體的后部為動能腔4，動能腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖1的激光輸出端，動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管10連通。激光器可采用市售LASY-50型二氧化碳激光器，其功率5w-50w連續(xù)可調(diào)。 實施例3，無活塞給藥方式的無針注射裝置的冷卻結(jié)構(gòu) 參見附圖3，注射器的動能腔4設(shè)計有冷卻結(jié)構(gòu)，即在動能腔4外面涂有冷卻涂層；或動能腔4外具有冷卻腔9，冷卻腔連接冷卻液加入管10。[0049] 實施例4，活塞給藥方式的無針注射裝置的冷卻結(jié)構(gòu) 參見附圖4，注射器的動能腔4設(shè)計有冷卻結(jié)構(gòu)，即在動能腔4外面涂有冷卻涂層；或動能腔4外具有冷卻腔9，冷卻腔連接冷卻液加入管10。[0051] 實施例5，本實用新型上述注射器，即激光無針注射管的技術(shù)要求[0052] 根據(jù)不同組織的需要，設(shè)計不同尺寸及外形的噴射管，根據(jù)不同部位，選擇不同尺寸的光纖。進行體表皮膚給藥的注射管口徑較粗，為1. 5-2. 5cm ;進入消化道，泌尿系統(tǒng)，子宮等部位進行治療的注射管，口徑0. 5-1. 5cm ;而進入心血管腔的導(dǎo)管有嚴格的尺寸要求，為5F-llF:如進入動脈系統(tǒng)導(dǎo)管的外徑要求在8F(2.67mm)以內(nèi)， 一般在7F(2. 33mm)以內(nèi)，靜脈系統(tǒng)(管徑可放寬到11F(3. 3mm))到達右心系統(tǒng)，對右心室及室間隔進行注射。建立上述符合心臟組織要求的激光無針注射管，可用于心肌再生治療、心肌化學(xué)消融，心肌無針打孔等。經(jīng)介入超聲成像和電生理標測，找到理想的靶點，然后向此靶點無針注入藥物(血管再生因子、無水酒精等)。激光心肌打孔可以改善缺血區(qū)心肌血運，但其長期通暢性欠佳，而且激光對心肌的不可逆損傷將產(chǎn)生瘢痕，因此可以調(diào)整激光發(fā)生器的功率來進行無針打孔，以促進心肌血運重建。 上述實施例中，所述噴射口 7可為藍寶石加工成的帶有一定角度的縮口結(jié)構(gòu)。
6[0054] 建立上述激光無針注射管，尺寸根據(jù)進入的臟器而定，如進入膀胱、腎盂的導(dǎo)管大小與上述進入心血管腔的類似，而進入子宮等空腔較大臟器時，可根據(jù)進入臟器和目的不同改變注射管大小。操作過程與臨床的膀胱鏡、子宮鏡檢查一樣。根據(jù)不同的靶組織、空間大小、組織的厚度、敏感性、投遞的藥物不同等選用不同的注射管并設(shè)定相應(yīng)的激光發(fā)生器的功率，準確定位后經(jīng)無針注射管裝置投遞藥物到靶部位。激光無針注射管由體外主機控制，操作過程均為臨床常規(guī)的技術(shù)手段，病人能耐受，簡單，方便安全。 對于體表部位的無針注射管無特殊要求。而實施例中一部分進入心血管腔的注射管外形尺寸類似于心室造影導(dǎo)管，注射管前端注射器部分經(jīng)肝素化處理后，不會在血液中形成血凝塊，借助血管鞘可經(jīng)股動脈、橈動脈等途徑進入左心室，經(jīng)股靜脈可進入右心室。而進入其他器官(如膀胱、腎盂)的激光無針注射管尺寸類似于膀胱鏡，前端裝置不需要肝素化處理。 實施例6使用激光驅(qū)動無針注射裝置的基本操作過程 建立上述激光驅(qū)動無針注射裝置，注射器準確加藥，然后將噴射口緊貼注射部位，選擇功率，開啟控制面版選擇開關(guān)，完成無針注射。經(jīng)加藥管加藥，開啟開關(guān)，完成連續(xù)無針注射。 用于心臟組織的激光驅(qū)動無針注射裝置，將注射管以普通介入導(dǎo)管方式送入體內(nèi)，進入心腔的注射管的操作與心室造影相似，通過對其延伸到達心室和血管腔不同深度。進入其他器官和組織的注射管的操作與相應(yīng)的臨床檢測相似，如進入膀胱類似膀胱鏡的操作過程。通過加藥管將物質(zhì)注射到給藥腔，經(jīng)過介入超聲成像、電生理標測等儀器定位后，通過控制面版選擇開關(guān)及功率即可對靶組織投遞藥物。[0059] 實施例7激光器 激光器主機包括激光器部分和主機控制部分。激光器發(fā)出所需激光，經(jīng)擴束鏡獲得較好的準直性，然后經(jīng)過聚焦鏡聚焦，聚焦后的激光束耦合入光纖。激光器部分數(shù)據(jù)線等與主機控制部分相連。主機控制部分由注射控制單元組成，用于顯示和控制激光發(fā)生器開關(guān)、激光發(fā)生器功率變換等。在主機CPU控制下，通過控制面板上的操控系統(tǒng)可啟動或切換到不同的激光發(fā)生器功率。在主機上調(diào)節(jié)輸出功率，從而可以方便的調(diào)節(jié)液體注入肌體的速度及深度。激光輸出時功率和照射時間在面板上由數(shù)字顯示，直觀方便，為醫(yī)務(wù)人員總結(jié)臨床資料提供正確的數(shù)據(jù)?？刹捎檬惺跮ASY-50型二氧化碳激光器，所述激光器的激光波長10600nm，功率5w-50w連續(xù)可調(diào)。
權(quán)利要求一種激光驅(qū)動無針注射裝置，其特征是包括激光器、光纖及注射器，激光器發(fā)出所需激光，通過擴束鏡調(diào)整光束準直性，經(jīng)過聚焦鏡聚焦，最后耦合入光纖(1)；其中，注射器為活塞式注射器由活塞(6)將注射器腔體分隔成動能腔(4)和給藥腔(8)，光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管(10)連通；給藥腔前端設(shè)有噴射口(7)，側(cè)壁通過單向活瓣(5)與加藥管(5)連通；或注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥腔(8)，為一口徑細小直管，直管前端為噴射口(7)，直管側(cè)壁通過單向活瓣(5)與加藥管連通(2)；注射器腔體的后部為動能腔(4)，動能腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖(1)的激光輸出端，動能腔內(nèi)注有液體，并與液體加入管(10)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光驅(qū)動無針注射裝置，其特征是注射器的動能腔(4)設(shè) 計有冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)為在動能腔(4)外面涂有冷卻涂層；或在動能腔(4)外具有冷 卻腔(9)，所述冷卻腔連接冷卻液加入管(10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光驅(qū)動無針注射裝置，其特征是所述噴射口 (7)為藍寶 石加工成的帶有一定角度的縮口結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光驅(qū)動無針注射裝置，其特征是所述激光器的激光波長 為接近動能腔液體最大吸收峰或次吸收峰波長。
專利摘要本實用新型涉及一種采用激光作為驅(qū)動力，產(chǎn)生高速射流，實現(xiàn)無針注射的激光驅(qū)動無針注射裝置。包括激光器、光纖及注射器，激光器發(fā)出所需激光，通過擴束鏡調(diào)整光束準直性，經(jīng)過聚焦鏡聚焦，最后耦合入光纖；注射器為活塞式注射器或為無活塞式注射器；光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內(nèi)注有液體，注射器的給藥腔前端設(shè)有噴射口。由激光器發(fā)生激光，經(jīng)擴束鏡調(diào)整激光準直性，聚焦鏡聚焦，耦合入光纖，傳輸至注射器動能腔，作用腔內(nèi)液體，吸收激光后，經(jīng)過光熱轉(zhuǎn)化，液體膨脹推動活塞作用給藥腔經(jīng)噴射口向組織噴射給藥，或者利用無活塞注射器，直接作用藥液將藥物噴射到給藥部位。
文檔編號A61M5/303GK201453778SQ20092012788
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者劉地川, 吳奇, 周大燕, 周志益, 朱愨, 楊剛, 江永紅, 趙純亮, 鄧昌明, 郭睿, 陳洪, 黃晶 申請人:重慶醫(yī)科大學(xué)