медицинское лазерное устройство

Формула изобретения

МЕДИЦИНСКОЕ ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее квантрон, глухое и выходное зеркала оптического резонатора, измеритель мощности излучения, источник подсветки, световоды и электронную систему управления работой лазера, включающую в себя выпрямитель, блок непрерывной накачки, блок управления и блок поджига и дежурной дуги, выход которого соединен с потенциальным входом квантрона, выходное зеркало резонатора оптически связано со световодами через последовательно установленные селективное зеркало и оптико-механический переключатель, а источник подсветки оптически связан со световодами через селективное зеркало, отличающееся тем, что в него введены первый и второй ключевые элементы, блок импульсной накачки, выход которого через первый ключевой элемент соединен с потенциальным входом квантрона, который соединен с выходом второго ключевого элемента, вход которого соединен с выходом блока непрерывной накачки, управляющие входы ключевых элементов соединены с управляющими выходами блока управления, причем выходное зеркало резонатора выполнено с коэффициентом отражения r_о, удовлетворяющим следующему соотношению:



где нерезонансные потери в активном элементе квантрона, см^-1;

n_о концентрация активных атомов, см^-3;

l длина активного элемента, см;

s эффективное поперечное сечение вынужденного излучения, см²;

K₁ уровень мощности непрерывной накачки;

K₂ уровень мощности импульсной накачки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и представляет собой лазерное устройство, предназначенное для проведения оперативных вмешательств, включая операции, выполняемые через эндоскоп, а также для проведения лазерных лечебных мероприятий.

Наиболее близким известным решением является хирургическое лазерное устройство, содержащее источник основного излучения непрерывный твердотельный лазер, источник излучения подсветки, световоды, оптический переключатель, измеритель мощности излучения. Указанное решение предполагает использование непрерывного излучения, что ограничивает круг реализуемых задач.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей медицинской установки.

Сущность данного изобретения заключается в том, что в устройстве применен твердотельный лазер с оптической накачкой, который может излучать наряду с непрерывным также импульсное и комбинированное (одновременно импульсное и непрерывное) излучения. Комбинация режимов излучения лазера и возможность независимого изменения параметров их выходной мощности расширяет области применения лазерной установки в медицине. Это объясняется существенным отличием характера физико-биологического воздействия на ткань организма импульсного, непрерывного и комбинированного излучений.

В основе заявляемого технического решения лежит использование единого активного элемента для одновременной генерации непрерывного и импульсного излучений. Данный режим реализуется путем дополнительного введения в электронную систему устройства последовательно соединенных ключевого элемента, блока импульсной накачки, вход которого соединен с одним из выходов блока управления и регулирования, и выполнения выходного зеркала резонатора с коэффициентом отражения, определяемым выражением.

r_o= exp -2l+2l

где нерезонансные потери в активном элементе (см^-1);

l длина активного элемента (см);

эффективное поперечное сечение вынужденного излучения (см²);

n_о концентрация активных атомов (см^-3);

К₁ уровень мощности непрерывной накачки;

K₂ уровень мощности импульсной накачки.

На чертеже изображено хирургическое лазерное устройство.

Оптическая часть устройства содержит источник 1 подсветки в виде газового лазера, источник основного излучения твердотельный лазер, включающий в себя излучатель 2, состоящий из квантрона 3 и зеркал резонатора 4 и 5, систему охлаждения 6, зеркала 7 и 8, селективное зеркало 9, которое пропускает основное излучение и отражает излучение источника 1, подсветки, полупрозрачное зеркало 10, оптико-механический переключатель 11, обеспечивающий попадание излучения обоих источников на одну из линз 12 или 13, и два световолокна 14 и 15.

Узел выходного конца световолокна 14 или 15 содержит переходник, позволяющий подключать на выходе различные оптические элементы линзы, сапфировые или кварцевые наконечники. Возможна также работа и открытым концом световода. Применение специальных наконечников существенно снижает требуемые для проведения операций мощности излучения, что дополнительно уменьшает в итоге область некроза и соответственно сокращает период восстановления организма после операции.

Оптическая часть устройства предназначена для формирования излучения с требуемыми параметрами и передачи его по одному из каналов световолокна. Газовый лазер 1 или другой источник видимого излучения предназначен для визуализации невидимого излучения основного лазера. Система охлаждения 6 предназначена для обеспечения продолжительной работы лазера. Устройство может содержать встроенный или автономный измеритель мощности излучения 16.

Система накачки лазера содержит ключевые элементы 17, 18 (например, тиристоры), блок 19 непрерывной накачки, блок 20 импульсной накачки, блок 21 поджига и дежурной дуги, выпрямитель 22, блок 23 управления.

Устройство работает следующим образом.

После подключения к сети включается система 6 охлаждения, обеспечивающая теплосъем с элементов квантрона 3. Затем включаются электронные блоки установки. По команде с блока 23 управления поступает сигнал в блок 21 поджига и дежурной дуги для включения лампы накачки, установленной в квантроне. Блок 21 обеспечивает стабильность разряда в лампе накачки при малых уровнях тока разряда. Лазер подготовлен к работе в любом из режимов работы.

Для получения режима одновременной генерации непрерывного и импульсного излучений с блока 23 управления одновременно подаются сигналы на ключевые элементы 17 и 18. При их открытом состоянии на лампу накачки подается как непрерывное, так и импульсное напряжение. В результате на выходе излучателя формируется излучение, содержащее как непрерывную, так и импульсную составляющие. Комбинированный режим работы реализуется при зеркале с коэффициентом отражения r_o, что обеспечивает высокую эффективность обоих режимов. При этом угол расходимости непрерывного и импульсного излучения одинаков, так как использован общий оптический резонатор 4, 5. Формирование лучей с одинаковой расходимостью крайне важно для введения их в световолокно с помощью единой оптической системы (линз 12 или 13).

Выполнение зеркала с коэффициентом отражения r_о, ведет к выравниванию энергетических характеристик лазера в каждом из режимов.

Проведение операции требует установки требуемых уровней интенсивностей непрерывной и импульсной составляющих излучения. При необходимости величины интенсивностей поверяют по измерителю мощности 16. Затем врач подносит инструмент, в котором находится волокно 14 или 15, к месту воздействия излучения на ткань. Оператором включается режим поджига лазера. Подвод волокна к ткани можно осуществлять на различные расстояния. Излучение обоих лазеров (лазера подсветки и основного лазера) передается по одному световолокну, в результате чего одновременно освещается (подсвечивается) место воздействия основного лазерного излучения и производится разрез. Для осуществления разреза включается импульсное излучение. Если наблюдается обильное выделение крови, по команде хирурга оператор производит включение необходимого уровня интенсивности непрерывного излучения для обеспечения надежной коагуляции крови, затем опять можно вернуться к режиму импульсного излучения для разреза ткани.

При проведении сложных операций, требующих одновременного наличия различных оптических выходных устройств (оптических наконечников разного диаметра, линз, открытого волокна разного диаметра) переключение их производится с помощью оптико-механического переключателя, выполненного в виде призмы. Выполнение переключателя в виде призмы, установленной в схеме устройства с возможностью перемещения, позволяет быстро без оптических потерь подвести лазерное излучение к ткани.

Таким образом используются четыре основных варианта подведения лазерного излучения к ткани:

1) подведение конца световода к ткани на различном расстоянии регулирует плотность падающей энергии, что позволяет применять устройство для проведения лечебных терапевтических мероприятий расфокусированным лучом;

2) концентрация энергии излучения в точку с помощью конечного устройства, содержащего фокусирующую линзу, позволяет проводить хирургические операции;

3) подведение энергии к ткани путем прямого контакта световода либо его специального оптического наконечника используется для усиления режущего эффекта при хирургических и эндоскопических операциях.

4) подведение энергии в глубину ткани путем погружения в нее световода можно использовать для гипертонического воздействия на ткань.

В проведенных экспериментах было изучено воздействие комбинированного излучения (непрерывного и импульсного одновременно) на различные биологические объекты. Непрерывное излучение твердотельного лазера на "АИГ:Nd³⁺" с длиной волны 1,06 мкм избирательно поглощается пигментными структурами и оказывает выраженное гемокоагулирующее действие. В то же время режущий эффект выражен слабо в связи с малой степенью абсорбции излучения непигментными структурами. Импульсный режим излучения той же длины волны при высокой плотности энергии (около 1 Дж/мм³) и при коротких импульсах излучения (около 10^-3С) вызывает локальное разрушение тканей, в связи с чем режущий эффект возрастает.

Проведенные экспериментальные и клинические испытания с комбинированным режимом излучения с длиной волны 1,06 мкм показали новые возможности установки, позволяющие одновременно достигнуть эффективного режущего и кровоостанавливающего эффектов.

Медицинские испытания установки показали следующие ее качества:

возможность достижения "сухого" разреза кровоснабжаемых тканей, что важно при выполнении операций и особенно принципиально для эндоскопических операций;

возможность использования установки в сочетании с конечными устройствами, снабженными оптическими наконечниками, существенно повышающими режущий эффект при контактном подведении энергии к объекту;

значительное снижение энергозатрат на производство разреза по сравнению с существующими аналогами за счет специфических особенностей биологического действия комбинированного импульсно-непрерывного излучения;

значительно меньшее тепловое повреждение тканей по краю разреза по сравнению с разрезами, выполненными другими типами лазеров, что обеспечивает благоприятное течение процессов заживления;

значительно более широкий спектр возможного использования в медицине по сравнению с существующими медицинскими лазерными установками в связи с возможностью применения импульсного режима (эффективного в стоматологии, дерматологии, пластической хирургии, при биологической лазерной сварке тканей и др.), непрерывного режима излучения (применяемого с терапевтическими целями, для осуществления гемостаза, фототермического лечения опухолей и др.), различных комбинаций импульсного и непрерывного режимов, применимых во всех областях хирургии и эндоскопии.