способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких, газовый лазер и лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительным процессами с микробной флорой

Формула изобретения

1. Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких, включающий трансторакальное воздействие на полость каверны лазерным излучением, отличающийся тем, что используют расфокусированное частотно-импульсное излучение азотного лазера с плотностью мощности 3 30 мВт/см², плотностью энергии в импульсе 100 250 мкДж/см², пиковой плотностью мощности 70 200 кВт/см² и экспозицией 1 15 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сначала воздействие осуществляется с плотностью мощности 15 30 мВт/см² в течение 1 3 мин, а затем с плотностью мощности 3 10 мВт/см² в течение 4 12 мин.

3. Газовый лазер, содержащий установленный в разрядной камере резонатор и электродный узел, включающий диэлектрическую пластину, анод, расположенный на одной из ее поверхностей, и катод, установленный на расстоянии от анода с образованием разрядного промежутка, соосного с резонатором и охватывающего диэлектрическую пластину с противоположной ее стороны по меньшей мере до проекции рабочей кромки анода, а также содержащий источник питания, подключенный к накопителю конденсаторов блока накачки, соединенного с электродным узлом, отличающийся тем, что в корпусе разрядной камеры герметично установлены два распределительных токопровода, один из которых контактирует с анодом, а другой с катодом на участке, по крайней мере частично противолежащем разрядному промежутку, а конденсаторы накопителя непосредственно установлены на сторону одного из распределенных токопроводов, расположенную вне разрядной камеры, при этом корпус разрядной камеры и блок накачки заключены в общую токопроводящую заземленную оболочку, непосредственно контактирующую с участком, расположенным вне разрядной камеры, другого распределенного токопровода.

4. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что анод выполнен в виде токопроводящей полосы, расположенной на диэлектрической пластине вблизи ее центра, при этом края анода расположены на одинаковом расстоянии от краев катода.

5. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что корпус разрядной камеры совмещен с токопроводящей оболочкой и одним из распределенных токопроводов и выполнен в виде металлического цилиндра с фланцем на боковой поверхности со сквозной прорезью, параллельной оси фланца, на котором герметично закреплена диэлектрическая плита, при этом другой распределенный токопровод установлен герметично вблизи центра плиты, а электродный узел расположен в диагональной плоскости металлического цилиндра перпендикулярно диэлектрической плите.

6. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что корпус разрядной камеры выполнен в виде пустотелого диэлектрического параллелепипеда, а электродный узел закреплен на одной из внутренних его поверхностей.

7. Лазер по п. 6, отличающийся тем, что электродный узел закреплен на нижней внутренней стенке параллелепипеда, а верхняя стенка выполнена в виде металлической пластины с ребрами, перпендикулярными оси разрядного промежутка.

8. Лазер по п. 4, отличающийся тем, что корпус разрядной камеры совмещен с токопроводящей заземленной оболочкой и одним из распределенных токопроводов, выполнен металлическим и имеет фланец со сквозной прорезью, на котором герметично установлена диэлектрическая плита, в которую вблизи ее центра установлен другой распределенный токопровод, непосредственно контактирующий с анодом, при этом катод контактирует с внутренней поверхностью корпуса.

9. Лазер по п. 8, отличающийся тем, что катод представляет собой часть металлического корпуса разрядной камеры, контактирующей с диэлектрической пластиной, а анод контактирующей с ней частью распределенного токопровода.

10. Лазер по пп. 3 9, отличающийся тем, что резонатор образован диэлектрическими прямоугольными зеркалами, установленными соосно с разрядным промежутком на диэлектрическую пластину вблизи ее торцов и перпендикулярно ее плоскости.

11. Лазер по пп. 3 9, отличающийся тем, что резонатор совмещен с диэлектрической пластиной, выполненной из материала, прозрачного для лазерного излучения, и имеющей на торцах выступы, высота которых превышает толщину плазмы разряда, а их поверхность, обращенная к разрядному промежутку, перпендикулярна плоскости диэлектрической пластины и снабжена диэлектрическим отражающим покрытием.

12. Лазер по п. 11, отличающийся тем, что поверхность выступа, обращенная к выходу газового лазера, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна плоскости диэлектрической пластины.

13. Лазер по пп. 3 12, отличающийся тем, что в качестве газовой среды использован азот.

14. Лазер по пп. 3 12, отличающийся тем, что в качестве газовой среды использован воздух.

15. Лазер по пп. 3 12, отличающийся тем, что в качестве газовой среды использован неон.

16. Лазер по пп. 3 12, отличающийся тем, что в качестве газовой среды использован водород.

17. Лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, содержащая последовательно расположенные друг за другом оптически связанные между собой лазер с резонатором и системой управления, узел фокусировки и световод, отличающаяся тем, что в качестве газовой среды в лазере используют азот или воздух.

18. Установка по п. 17, отличающаяся тем, что выходной узел резонатора совмещен с узлом фокусировки и выполнен в виде плосковыпуклой линзы, плоская грань которой обращена внутрь лазера.

19. Установка по п. 18, отличающаяся тем, что на плоскую грань плосковыпуклой линзы нанесено отражающее полупрозрачное покрытие.

20. Установка по пп. 17 и 18, отличающаяся тем, что корпус узла фокусировки выполнен в виде пустотелого цилиндра, соосного с плосковыпуклой линзой, и в него установлена с возможностью перемещения вдоль его оси фокусирующая цилиндрическая линза, образующие поверхностей которой перпендикулярны плоскости диэлектрической пластины.

21. Установка по п. 17, отличающаяся тем, что узел фокусировки выполнен в виде соосной с резонатором вогнуто-выпуклой цилиндрической линзы, образующие поверхностей которой взаимно перпендикулярны и одна из них параллельна плоскости диэлектрической пластины, а радиус кривизны ее поверхности относится к радиусу кривизны другой цилиндрической поверхности как величина разрядного промежутка к толщине плазмы разряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к способам лечения деструктивных форм туберкулеза легких, газовым лазерам и лазерным установкам для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, лазерной и медицинской технике и может найти широкое применение для эффективного лечения вплоть до полного выздоровления заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, в частности деструктивных форм туберкулеза легких, для создания компактных газовых лазеров с высоким КПД и, на их основе, простых и компактных лазерных медицинских установок.

Известен способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких (В.Л. Добкин и др. Проблемы туберкулеза, 1987, N 5, с. 25), основанный на резекции пораженного участка легкого или реконструкции путем торакомиопластики с использованием мощного непрерывного излучения CO₂-лазера. Этот способ лечения относится к хирургическим и является высокоэффективным не только в достижении абацилирования, но в морфологическом лечении больных. Однако хирургические способы лечения сопряжены с большой травмой, возможны интра- и послеоперационные осложнения, косметические дефекты. Кроме того, у значительного количества больных осложнение течения деструктивного процесса и наличие сопутствующих заболеваний не дают возможность использовать хирургические методы лечения.

Известен другой способ лечения (авт. св. СССР N 1572653, кл. A 61 N 1/00 5/06, 1990), включающий внутривенное введение химиопрепаратов с одновременной гальванизацией грудной клетки в области проекции очага поражения, а непосредственно перед введением химиопрепаратов проводят аутотрансфузию УФ облучения крови. Данный способ позволяет уменьшить побочные реакции от химиотерапии. Однако большое число больных в силу хронического течения заболевания не поддаются лечению существующими методами терапии в силу возникновения устойчивости микобактерий туберкулеза к химиопрепаратам.

Известен способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких (В.Г. Добкин и др. Проблемы туберкулеза, 1987, N 5, с. 25 28), основанный на эндоскопическом трансторакальном облучении полости деструкции излучением неодимового лазера с длиной волны 1,06 мкм при средней плотности мощности излучения 500 600 Вт/см². Высокая эффективность лечения обусловлена малотравматичностью операции при испарении гнойно-некротических масс. За счет высокой проникающей способности лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм оно вызывает термический ожог на глубину до 5 мм, создавая на поверхности коагуляционную пленку. Однако, данный способ лечения является хирургическим по своей сути, хотя и органощадящим. Кроме того, резервуар инфекции полностью не очищается, так как идет просто отторжение (выжигание) только поверхностной части деструкции, концентрация микобактерий туберкулеза в целом остается высокой вблизи обработанной полости деструкции. Отсутствует механизм, подавляющий жизнеспособность микобактерий, что приводит к возможности постоперационных рецидивов при сохранении общих недостатков, присущих хирургическим методам.

Эффективность любого способа лечения с использованием лазерного излучения зависит от типа и конструкции применяемых лазеров.

Известен газовый лазер (патент США N 4509176, кл. H 01 S 3/097, 1985), содержащий зеркала резонатора, установленные по обе стороны от разрядной трубки, включающей в себя две коаксиальные стеклянные трубки с несколькими равномерно разнесенными на боковой поверхности металлическими кольцами, соединенные центральным заземленным электродом и оканчивающиеся двумя внешними электродами, причем кольца через первый электронный ключ, а внешние электроды через второй электронный ключ соединены с импульсным генератором. Генератор через первый электронный ключ формирует импульс напряжения отрицательной полярности и подает его одновременно на все металлические кольца. При этом в зоне, каждой окруженной металлическим кольцом, возникает коронный разряд, приводящий к предионизации газовой смеси в разрядной трубке. Генератором через второй электронный ключ формируется импульс напряжения отрицательной полярности и одновременно подается на внешние электроды с задержкой относительно импульса напряжения, подаваемого на металлические кольца. В результате в разрядной трубке возбуждается продольный разрез накачки. В газовой среде создается инверсия населенностей, и с помощью зеркал резонатора осуществляется генерация лазерного излучения.

Данный лазер является лазером с продольным разрядом. Его отличает относительно низкий удельный энергосъем, что определяется большой длиной разрядного контура. Увеличение энергии излучения в импульсе возможно за счет увеличения длин разрядных трубок, то есть длины лазера. Однако, увеличение длины разрядных трубок приводит к росту напряжения накачки, что значительно увеличивает габариты и вес генератора.

При фиксированной энергии в импульсе повышение средней мощности излучения возможно за счет увеличения частоты следования импульсов накачки. Однако в этом случае, вследствие увеличения поступательной температуры газа и медленной релаксации колебательных состояний, происходит спад импульсной мощности генерации, что ограничивает выходную мощность излучения. Мощные лазеры с продольным разрядом требуют жидкостного охлаждения, что усложняет конструкцию и увеличивает их габариты и вес.

Известен другой лазер (патент США N 4802185 кл. H 01 S 3/097, 1989), содержащий зеркала резонатора, установленные по обе стороны от разрядной камеры, в которой расположен напротив друг друга анод и катод, соединенные с одним устройством высоковольтного напряжения, и, по крайней мере, одна пара дополнительных электродов, расположенных напротив друг друга на расстоянии короче первого разрядного промежутка между катодом и анодом и соединенная с другим устройством высоковольтного напряжения, причем основной и дополнительный разрядные промежутки разделены диэлектрической стенкой, прозрачной для УФ-излучения. Одно устройство высоковольтного напряжения формирует импульс напряжения на дополнительных электродах, приводящий к развитию между ними дугового разряда. УФ-излучение дугового разряда проходит через диэлектрическую стенку и ионизирует газ, заполняющий разрядный промежуток. Второе устройство высоковольтного напряжения формирует импульс напряжения между анодом и катодом, который приводит к развитию поперечного разряда в ионизованном газе. В поперечном разряде осуществляется накачка газа с созданием инверсной населенности, приводящая к генерации лазерного излучения с помощью зеркал резонатора.

Данный лазер является лазером с поперечным разрядом, характеризующийся значительно большим удельным энергосъемом и меньшим уровнем напряжения накачки по сравнению с лазером с продольным разрядом. Однако для эффективной его работы требуется устройство предварительной ионизации среды, увеличивающее габариты и вес лазера. Частота следования импульсов в таком лазере ограничена перегревом газовой среды в основном разрядном промежутке. Кроме того, источник УФ-излучения находится вне основного разрядного промежутка, что, во-первых, снижает эффективность предионизации, а, во-вторых, приводит к неоднородности ионизации основного разрядного промежутка в поперечном направлении. Это в свою очередь приводит к снижению КПД лазера или к необходимости увеличения мощности УФ-излучения. И то и другое ведет к росту габаритов и веса лазера.

Известен другой газовый лазер (заявка Японии N 63-2117680, кл. H 01 S 3/03, 1989), содержащий оптический резонатор, установленный на разрядной камере, включающей в себя два главных электрода, разделенных газовым зазором и соединенных с системой накачки, причем главные электроды образованы скользящим разрядом, развивающимся между электродом скользящего разряда, установленным в центральной части диэлектрика перпендикулярно оптической оси и электродами скользящего разряда, расположенными на краях на той же поверхности диэлектрика, а электроды скользящего разряда соединены с системой возбуждения.

Система возбуждения формирует импульс напряжения между центральным и краевыми электродами на поверхности диэлектрика, который приводит к развитию скользящего разряда по поверхности диэлектрика. Скользящий разряд является источником УФ-излучения, ионизирующим газ в основном разрядном промежутке. Одновременно скользящий разряд образует поверхность главных электродов, на которые подается импульс напряжения от системы накачки, под действием которого в ионизированном газе развивается поперечный разряд. В поперечном разряде происходит накачка газовой среды и с помощью резонатора осуществляется генерация лазерного излучения.

В данном лазере, за счет введения источника предионизации (скользящего разряда) практически в область основного разрядного промежутка, обеспечивается высокая однородность разряда, а, следовательно, и высокие КПД и выходная энергия лазера. Однако, по-прежнему, для обеспечения работы с высокой частотой следования импульсов (высокой средней мощностью) необходимо прокачивать газ через основной разрядный промежуток. Для обеспечения работы лазера требуется наличие двух высоковольтных систем (накачки и возбуждения), что увеличивает габариты и вес лазера. Кроме того, использование для накачки объемного поперечного разряда требует высоких напряжений, по крайней мере значительно больших, чем при использовании скользящего разряда. Это ведет к высоким уровням напряжения системы накачки, что в свою очередь значительно увеличивает габариты и вес лазера.

Уменьшение напряжения системы накачки возможно за счет уменьшения основного межэлектродного зазора. Однако при этом резко уменьшается КПД лазера за счет относительно большого размера зон приэлектродных эффектов (катодный слой, анодная неустойчивость), в которых накачка идет неэффективно.

Известен газовый лазер (см. Брынзалов П.П. и др. Квантовая электроника, 1988, 10, с. 1971), наиболее близкий по своей технической сути к заявляемому и содержащий резонатор, установленный на разрядной камере круглого сечения с диэлектрическим корпусом, в центре которой установлен электродный узел, соединенный с блоком накачки, с разрядником и накопителем конденсаторов, вынесенным за пределы корпуса и соединенным с источником питания, и включающий в себя диэлектрическую пластину из кристаллического лейкосапфира, стальной анод, расположенный на одной поверхности диэлектрической пластины, и стальной катод, расположенный на той же ее поверхности на некотором расстоянии от анода, являющимся разрядным промежутком, соосным резонатору, и охватывающий диэлектрическую пластину с противоположной ее стороны вплоть до проекции рабочей кромки анода на противоположную поверхность диэлектрической пластины. Источник питания производит зарядку накопителя конденсаторов, который с помощью разрядника замыкается на разрядный промежуток. За счет емкостной связи через слой диэлектрика, образующейся за счет охватывания диэлектрической пластины катодом, по поверхности диэлектрической пластины, на которой находятся анод и катод, развивается скользящий разряд при существенно меньших напряжениях, чем в случае скользящего разряда по поверхности без емкостной связи. Плазма скользящего разряда имеет толщину 0,5 мм и определяет активную область лазера, в которой осуществляется накачка газа и съем энергии излучения с помощью резонатора, соосного разрядному промежутку.

Ввиду высокой плотности тока скользящего разряда достигается высокий удельный энерговклад, что обеспечивает компактность лазера. Однако ввиду длинного контура накачки (блок накачки вынесен за пределы корпуса лазера), его индуктивность относительно велика, что увеличивает длительность импульса накачки и снижает эффективность генерации лазера. Кроме того, при данных длительностях скользящий разряд представляет собой плазменный лист с неоднородным распределением тока вдоль оси симметрии разрядного промежутка, то есть плазменный лист содержит регулярные (с шагом 0,1 0,5 см) токовые линии с высокой концентрацией электронов (близкой к искровой фазе). Это снижает КПД лазера и увеличивает расходимость его излучения. Повышение энерговклада, его длительности или давления газа приводит к увеличению неоднородности распределения тока в плазменном листе. Данные неоднородности приводят к локальному перегреву диэлектрической пластины, локальной эрозии электродов, что значительно уменьшает ресурс лазера и ограничивает частоту следования импульсов.

Данный лазер является лазером низкого давления, поэтому охлаждение газа в активной области за счет конвекции идет медленно, тем более, что корпус лазера диэлектрический. Кроме того, диэлектрическая пластина практически теплоизолирована и в частотном режиме работы служит дополнительным источником тепла, непосредственно примыкающим к активной области. Охлаждение газа в активной области могло бы происходить за счет естественной конвекции в промежутке между импульсами накачки. Однако "горячая" диэлектрическая пластина этому препятствует, так как она производит нагрев прилегающего к ней тонкого слоя газа, являющегося активной областью, гораздо быстрее, чем идет его охлаждение за счет естественной конвекции. Эти факторы ограничивают частоту следования импульсов, энергетические возможности лазера, его ресурс, КПД, а также ведут к росту габаритов и веса лазера. Кроме того, данный лазер является мощным источником электромагнитного излучения (плазменный лист не экранирован), что определяет высокий уровень помех, и, следовательно, ограничивает возможности его применения, в частности в медицинской технике.

Эффективность медицинских лазерных установок определяется, во-первых, реализуемым способом лечения, а, во-вторых, эффективностью работы ее отдельных систем и в первую очередь лазера. Важны также эксплуатационные качества лазерной установки, в частности простота управления, мобильность, отсутствие вспомогательных систем, например систем охлаждения. Данные качества достигаются при низком энергопотреблении, компактности, малом весе, хорошем естественном охлаждении.

Известна лазерная установка (патент США N 4561440 кл. A 61 N5 5/00, 1985), содержащая лазер, заключенный в корпус с отверстием, через которое выводится лазерное излучение, а по обе стороны от отверстия вблизи него расположены датчики, определяющие расстояние от отверстия до облучаемого участка, подключенные к выключателю.

Лазерная установка работает следующим образом. Лазерное излучение через отверстие направляется на облучаемый участок. При этом датчики контролируют должное расстояние между отверстием и поверхностью облучаемого участка, прерывая пучок лазерного излучения с помощью выключателя, когда это расстояние не выдерживается. Это обеспечивает при заданных расстоянии и мощности лазера облучение участка с постоянной заданной плотностью мощности излучения. Однако в данной лазерной установке отсутствует система транспортировки излучения, что делает практически невозможным ее использования для транторакального облучения полости деструкции.

Известна другая лазерная установка (патент США N 4144888, кл. A 61 N 5/01, 1979, ), содержащая последовательно расположенные лазер и зеркальный световод, включающий в себя последовательно расположенные держатели с зеркалами, имеющими две оси вращения. Лазерное излучение, генерируемое лазером (который неподвижен), с помощью зеркального световода направляется на участок облучения. Причем за счет наличия двух осей вращения в каждом держателе данный зеркальный световод позволяет направить излучение практически на любую точку организма. Однако диаметр зеркального световода имеет значительную величину, определяемую по крайней мере габаритами зеркал, что позволяет использовать данную лазерную установку для лечения деструктивных форм туберкулеза только при хирургическом вмешательстве.

Известна другая лазерная установка (заявка ФРГ N 3836377, кл. G 02 B 6/42 F 21 S 5/00, 1989), содержащая последовательно расположенные лазер, узел фокусировки и волоконный световод, входной конец которого имеет зеркальное покрытие. Зеркальное покрытие торца волоконного световода выполняет функцию полупрозрачного зеркала резонатора лазера. За счет минимизации количества оптических элементов (исключено одно из зеркал резонатора) достигается компактность лазерной установки. Однако, такая конструкция может использоваться в установках с большим диаметром волоконного световода, так как при малом диаметре резко возрастают дифракционные потери излучения в резонаторе, что с одной стороны ведет в падению КПД лазера, в с другой к уменьшению выходной мощности излучения лазерной установки за счет увеличения потерь излучения на входном торце световода. Это резко ограничивает возможность применения подобной установки и повышает ее травматичность при использовании для транторакального эндокавитарного облучения за счет относительно большого диаметра волоконного световода. Кроме того, в подобной системе возрастают потери, связанные с астигматизмом элементов узла фокусировки, входящего в резонатор, так как через данные элементы лазерный луч проходит многократно.

Известна лазерная установка (Добкин В.Г. и др. Проблемы туберкулеза, 1987, N5, с. 25 28), наиболее близкая к предлагаемой и содержащая последовательно расположенные и оптически связанные между собой лазер, узел фокусировки и световод. В качестве лазера использован неодимовый лазер, а световод кварцевый световод диаметром 400 мкм. Лазерное излучение, генерируемое лазером, с помощью узла фокусировки, вводится в световод, который вводится в плевральную полость через троакатор. Эффективность лечения с использованием лазерной установки в значительной мере зависит от типа используемого лазера, поэтому данная установка может использоваться только для испарения гнойно-некротических масс. Это достигается за счет высокой плотности мощности излучения (до 800 Вт/см²), то есть для этого необходимо использовать лазеры с высокой средней мощностью излучения, а значит, высоким энергопотреблением. Как следствие, установка имеет большие габариты и вес, требует жидкостного охлаждения. Кроме того, потери в многоэлементной оптической системе лазерной установки снижают ее КПД.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности лечения за счет нарушения жизнедеятельности микобактерий туберкулеза, снижение травматичности и сокращения сроков лечения, а также повышение КПД лазера, уменьшение его веса и габаритов, повышение эффективности работы лазерной установки при обеспечении ее компактности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе лечения деструктивных форм туберкулеза легких на основе трансторакального воздействия на полость каверны лазерным излучением воздействие осуществляют расфокусированным частотно-импульсным излучением азотного лазера с плотностью мощности от 3 до 30 мВт/см², плотностью энергии в импульсе от 100 до 250 мкДж/см², пиковой плотностью мощности от 70 до 200 кВт/см² и экспозицией от 1 до 15 мин.

Это дает возможность повысить эффективность лечения за счет нарушения жизнедеятельности микобактерий туберкулеза и других микробных флор под действием излучения азотного лазера при минимальной травматичности процедуры, и, как следствие, ведет к сокращению сроков лечения. Выбранный диапазон изменения параметров азотного лазера обеспечивает при любых размерах каверны фиксированную плотность высокоэнергетичных фотонов, падающих на облучаемую поверхность, строгую дозировку лазерного воздействия и, как следствие, исключает возможность нанесения травмы, в том числе ожога.

Воздействие осуществляют сначала с плотностью мощности от 15 до 30 мВт/см² в течение 1 3 мин, а затем с плотностью мощности от 3 до 10 мВт/см² в течение 4 12 мин.

Это дает возможность повысить эффективность лечения за счет максимального сочетания бактерицидного воздействия, наиболее ярко проявляющегося при больших интенсивностях и малых длительностях воздействия, и стимулирующего воздействия, наиболее выраженно проявляющегося при малых интенсивностях воздействия в течении большего времени.

Поставленная цель осуществляется также тем, что газовый лазер содержит установленный в разрядной камере резонатор и электродный узел, включающий диэлектрическую пластину, анод, расположенный на одной из ее поверхностей, катод, установленный на расстоянии от анода с образованием разрядного промежутка, соосного резонатору и охватывающего диэлектрическую пластину с противоположной ее стороны, по меньшей мере, до проекции рабочей кромки анода, а также содержащий источник питания, подключенный к накопителю конденсаторов блока накачки, соединенного с электродным узлом, отличающийся тем, что в корпусе разрядной камеры герметично установлено два распределенных токопровода, один из которых контактирует с анодом, а другой с катодом на участке, по крайней мере, частично противолежащем разрядному промежутку, а конденсаторы накопителя непосредственно установлены на сторону одного из распределенных токопроводов, расположенную вне разрядной камеры, при этом корпус разрядной камеры и блок накачки заключены в общую токопроводящую заземленную оболочку, непосредственно контактирующую с участком, расположенным вне разрядной камеры другого распределенного токопровода.

Это позволяет обеспечить высокий КПД и высокую частоту следования импульсов при одновременном обеспечении его помехозащищенности и компактности за счет минимизации индуктивности контура разряда, оптимального токоподвода к электронному узлу и эффективного охлаждения диэлектрической пластины.

Анод выполнен в виде токопроводящей полосы, расположенной на диэлектрической пластине вблизи ее центра, при этом края анода расположены на одинаковом расстоянии от краев катода.

Такое выполнение электродного узла позволяет снизить габариты и вес лазера за счет снижения потребного напряжения блока накачки.

Корпус разрядной камеры совмещен с токопроводящей оболочкой и одним из распределенных токопроводов и выполнен в виде металлического цилиндра с фланцем на боковой поверхности со сквозной прорезью, параллельной оси фланца, на котором герметично закреплена диэлектрическая плита, при этом другой распределенный токопровод установлен герметично вблизи центра плиты, а электродный узел расположен в диагональной плоскости металлического цилиндра, перпендикулярно диэлектрической плите.

Это позволяет повысить компактность лазера при одновременном увеличении КПД и частоты следования импульсов за счет эффективного охлаждения.

Корпус разрядной камеры выполнен в виде пустотелого диэлектрического параллелепипеда, а электродный узел закреплен на одной из внутренних его поверхностей.

Это дает возможность исключить деформации диэлектрической пластины и тем самым стабилизировать энергетические и пространственные характеристики излучения.

Электродный узел закреплен на нижней внутренней стенке диэлектрического параллелепипеда корпуса разрядной камеры, а верхняя стенка выполнена в виде металлической пластины с ребрами, перпендикулярными оси разрядного промежутка.

Это позволяет организовать эффективное конвекционное охлаждение активной области и, как следствие, повысить КПД при высокой частоте следования импульсов.

Корпус разрядной камеры совмещен с токопроводящей заземленной оболочкой и одним из распределенных токопроводов, выполнен металлическим и имеет фланец со сквозной прорезью, на котором герметично установлена диэлектрическая плита, в которую вблизи ее центра установлен другой распределенный токопровод, непосредственно контактирующий с анодом, при этом катод контактирует с внутренней поверхностью корпуса.

Это дает возможность добиться максимальной компактности лазера при одновременном оптимальном токопроводе, эффективном охлаждении и помехозащищенности.

Катод представляет собой часть металлического корпуса разрядной камеры, контактирующей с диэлектрической пластиной, а анод контактирующей с ней частью распределенного токопровода.

Это упрощает конструкцию лазера и обеспечивает его компактность.

Резонатор образован диэлектрическими прямоугольными зеркалами, установленными соосно с разрядным промежутком на диэлектрическую пластину вблизи ее торцов и перпендикулярно ее плоскости.

Это позволяет уменьшить габариты и вес лазера за счет исключения юстировочных узлов резонатора.

Резонатор совмещен с диэлектрической пластиной, выполненной из материала, прозрачного для лазерного излучения и имеющей на торцах выступы, высота которых превышает толщину плазмы разряда, а их поверхность, обращенная к разрядному промежутку, перпендикулярна плоскости диэлектрической пластины и снабжена диэлектрическим отражающим покрытием.

Это позволяет максимально интегрировать резонатор с электродным узлом и, как следствие, повысить компактность лазера при снижении его веса.

Поверхность выступа, обращенная к выходу газового лазера, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна плоскости диэлектрической пластины.

Это обеспечивает компактность лазера при формировании лазерного излучения с одновременной его фокусировкой.

В качестве газовой среды использован азот.

Это позволяет осуществлять эффективную генерацию лазерного излучения в ближнем УФ диапазоне на длине волны 337 нм.

В качестве газовой среды использован воздух.

Это позволяет осуществлять эффективную генерацию лазерного излучения в ближнем УФ диапазоне на длине волны 337 нм.

В качестве газовой среды использован неон.

Это позволяет осуществлять эффективную генерацию лазерного излучения в видимом диапазоне на длине волны 540.1 нм.

В качестве газовой среды использован водород.

Это позволяет осуществлять эффективную генерацию лазерного излучения в вакуумном УФ диапазоне спектра.

Поставленная цель достигается тем, что в лазерной установке для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, содержащей последовательно расположенные друг за другом оптически связанные между собой лазер с резонатором и системой управления, узел фокусировки и световод, в качестве газовой среды в лазере используют азот или воздух.

Это повышает эффективность ее работы при обеспечении ее компактности, мобильности, низком уровне энергопотребления и простоте эксплуатации и управления.

Выходной узел резонатора совмещен с узлом фокусировки и выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, плоская грань которой обращена внутрь лазера.

На плоскую грань плоско-выпуклой линзы нанесено отражающее полупрозрачное покрытие.

Это позволяет снизить оптические потери и повысить КПД лазерной установки.

Корпус узла фокусировки выполнен в виде пустотелого цилиндра, соосного плоско-выпуклой линзе, и в него установлена с возможностью перемещения вдоль его оси фокусирующая цилиндрическая линза, образующие поверхностей которой перпендикулярны плоскости диэлектрической пластины.

Это позволяет за счет улучшения фокусировки уменьшить диаметр используемых световодов и, как следствие, снизить травматичность лечения.

Узел фокусировки выполнен в виде соосной резонатору вогнуто-выпуклой цилиндрической линзы, образующие поверхностей которой взаимно перпендикулярны и одна из них параллельна плоскости диэлектрической пластины, а радиус кривизны ее поверхности относится к радиусу кривизны другой цилиндрической поверхности как d: h, где d величина разрядного промежутка, а h толщина плазмы разряда в тех же единицах измерения.

Это обеспечивает эффективную фокусировку излучения лазера на входной торец световода и позволяет уменьшить диаметр используемого световода, что эквивалентно снижению травматичности лечения.

Изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, так как из последнего не выявляется предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками на достижение технического результата, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Заявляемые способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких, газовый лазер и лазерная установка при их осуществлении предназначены для использования в здравоохранении, что обуславливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Заявляемые способ, готовый лазер и лазерная установка отличаются от прототипа совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый лазер с конденсаторами накопителя, установленными на распределительный токопровод, контактирующий с катодом; на фиг. 2 лазер с конденсаторами накопителя, установленными на распределительный токопровод, контактирующий с анодом; на фиг. 3 пример принципиальной схемы разрядного контура с импульсом напряжения накачки положительной полярности; на фиг. 4 пример принципиальной схемы разрядного контура с импульсом напряжения накачки отрицательной полярности; на фиг. 5 - пример выполнения электродного узла с анодом, расположенным вблизи центра диэлектрической пластины; на фиг. 6 пример выполнения газового лазера с цилиндрическим металлическим корпусом; на фиг. 7 поперечное распределение токовых линий в газовом лазере с цилиндрическим металлическим корпусом; на фиг. 8 пример выполнения газового лазера с прямоугольным диэлектрическим корпусом; на фиг. 9 поперечное распределение токовых линий в газовом лазере с прямоугольным диэлектрическими корпусом; на фиг. 10 пример выполнения газового лазера с прямоугольным диэлектрическим корпусом с верхней металлической пластиной с ребрами; на фиг. 11 пример выполнения газового лазера с металлическим корпусом, прилегающим к катоду; на фиг. 12 пример выполнения газового лазера с металлическим корпусом, прилегающим к диэлектрической пластине электродного узла; на фиг. 13 пример выполнения резонатора в виде зеркал, установленных на диэлектрическую пластину; на фиг. 14 пример выполнения резонатора, совмещенного с электродным узлом в виде диэлектрической пластины с выступами, прозрачными для лазерного излучения; на фиг. 15 пример выполнения электродного узла в виде диэлектрической пластины с выступами, один из которых имеет цилиндрическую поверхность; на фиг. 16 - схема лазерной установки для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой; на фиг. 17 пример выполнения лазерной установки с совмещенными выходным узлом резонатора и узлом фокусировки; на фиг. 18 пример выполнения лазерной установки с совмещенными выходным узлом резонатора и узлом фокусировки и дополнительной фокусирующей цилиндрической линзой; на фиг. 19 оптическая схема хода лучей в лазерной установке с одной цилиндрической линзой; на фиг. 20 оптическая схема лучей в лазерной установке с одной сферической линзой; на фиг. 21 оптическая схема хода лучей в лазерной установке с вогнуто-выпуклой цилиндрической линзой.

Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких на основе трансторакального воздействия на полость каверны лазерным излучением включает в себя пункцию полости каверны иглой для плевральных пункций с очищением от содержимого полости каверны, например путем отсоса, затем через пункционную иглу в полость каверны вводится световод вплоть до освещения его выходного торца с центром полости и производится облучением поверхности полости расфокусированным излучением азотного лазера, работающего в частотно-импульсном режиме с плотностью энергии в импульсе Q, пиковой плотностью мощности Wi, средней плотностью мощности W (частота следования импульсов f W/Q) в течение времени воздействия T.

Выбор диапазона изменения параметров f, Q, Wi, W определяется следующими факторами.

Эффективность нарушения жизнедеятельности микобактерий туберкулеза и других микробных флор каверны под воздействием лазерного излучения зависит от энергии фотонов e=hc/, фиксированной для выбранной длины волн l и плотности числа фотонов n Q/e, где h постоянная Планка, c скорость света. Очевидно, что необходимая плотность числа фотонов n пропорциональна концентрации микробных тел в области поражения. Однако фотоны взаимодействуют не только с микобактериями, но и клетками окружающей ткани, поэтому существует предельный уровень плотности энергии, начиная с которого воздействие на окружающие ткани становится существенным побочным фактором.

Поскольку проникающая способность лазерного излучения в биоткань пропорциональна длине волны, то излучение азотного лазера практически полностью поглощается в приповерхностном слое. В связи с этим существует также ограничение на скорость ввода фотонов, т.е. на пиковую плотность мощности Wi.

Проведенные исследования с молодой десятидневной культурой, а также опытов на кусочках послеоперационного материала позволили определить оптимальные значения энергии в импульсе от 100 до 250 мкДж/см² при пиковой плотности мощности от 70 до 200 кВт/см².

Увеличение средней плотности мощности W излучения за счет повышения частоты следования импульсов f (то есть при фиксированном значении плотности энергии в импульсе) при сохранении интегральной дозы облучения (то есть общего числа фотонов) позволяет сократить время облучения T. Однако величина средней мощности W ограничена сверху величиной мощности, приводящей к пораженному воздействию на окружающие ткани организма. Вплоть до W 30 мВт/см², и времени от 3 до 8 мин, как показали клинические исследования, такое отрицательное воздействие на организма не проявляется, а при средних плотностях мощности W, меньших 10 мВ/т/см², не наблюдается полноценного заживления туберкулезной каверны рубцом.

Помимо бактерицидного воздействия излучение азотного лазера способствует стимуляции иммунологической реактивности организма, активации микрофогальной реакции и репаративных процессов в зоне облучения. Причем стимулирующий характер проявляется при меньших плотностях мощности излучения. Поэтому целесообразно в течение первых 1 3 мин вести облучение с плотностью мощности 15 30 мВт/см² (мощное бактерицидное воздействие) с последующим уменьшением частоты следования импульсов и, соответственно, средней мощности излучения до 3 10 мВт/см² в течение более длительного времени 1 12 мин.

Высокая эффективность данного способа лечения подтверждается следующими примерами из клинической практики.

Пример 1.

Больной Х. 40 лет, история болезни N 1697, поступил 15.09.88, длительность заболевания 1,5 г. Клинический диагноз фиброзно-кавернозный туберкулез верхней доли правого легкого в фазе обсеменения. Бацилловыделение - постоянное, чувствительность ко всем препаратам. Характер течения заболевания с рецидивами. Рентгенографическая характеристика до лечения: слева в 1 2 сегмента полость деструкции (каверны) 4 х 2 см и несколько полостей меньших размеров.

Лечение. 10.12.88 произведена пункция каверны и осуществлено разовое воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, плотностью энергии 200 мкДж/см² и средней плотностью мощности 10 мВт/см² в течение 3 мин.

Клинические, бактериологические, гематологические изменения после лечения: показатели крови нормализовались через месяц, прекратилось бацилловыделение.

Рентгенологические изменения: ретнгенотомографически отмечено рассасывание перифокальной инфильтрации через 2,5 мес. Максимальное уменьшение каверны в легком через 3 3,5 мес. В настоящее время здоров.

Пример 2.

Больной У. 26 лет, история болезни N 1821, поступил 08.10.88, длительность заболевания 3 г. Клинический диагноз фиброзно-кавернозный туберкулез верхней доли обоих легких в фазе обсеменения. Бацилловыделение - постоянное, чувствительность ко всем препаратам. Характер течения заболевания с рецидивами. Рентгенографическая характеристика до лечения: в верхней доле правого легкого имеется кольцевидная тень размером 4 см в диаметре, слева в 1 и 2 сегментах несколько кольцевых теней от 2 до 0,5 см с очаговым обсеменением.

Лечение. 03.11.88 произведена пункция каверны и осуществлено разовое воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, плотностью энергии 200 мкДж/см² и средней плотностью мощности 12 мВт/см² в течение 6,5 мин.

Клинические, бактериологические, гематологические изменения после лечения: интоксикация исчезла через 20 дн, поправился на 8 кг в течение 2 мес. абациллярность через 2 мес.

Рентгенологические изменения: рентгенотомографически через месяц отмечена значительное уменьшение полости деструкции справа до 3 см, слева 1,5 см, через 60 дн. осталась кистовая полость с тонкими стенками до 1,0 см. Полное закрытие полостей с двух сторон через 4 мес. Процесс стабилизирован. Рецидивов болезни до настоящего времени не наблюдалось.

Пример 3.

Больной Ш. 46 лет, история болезни N 38, поступил 08.10.88, длительность заболевания 6 мес, не лечился. Клинический диагноз инфильтративный туберкулез верхней доли левого легкого в фазе распада. Бацилловыделение - постоянное. Острый характер течения заболевания. Рентгенографическая характеристика до лечения: в верхней доле правого легкого имеется полость деструкции размером 4 х 5 см с инфильтрацией и очаговым обсеменением вокруг и в правом легком.

Лечение. 03.11.88 произведена пункция каверны и осуществлено разовое воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, плотностью энергии 200 мкДж/см² и средней плотностью мощности 12,5 мВт/см² в течение 6,5 мин.

Клинические, бактериологические, гематологические изменения после лечения: интоксикация исчезла через неделю, бацилловыделение прекратилось со следующего дня. Рентгенологические изменения: рентгенографически и томографически через месяц значительное уменьшение полости деструкции до 3 см с рассасыванием инфильтрации. Через 60 дн уменьшение полости деструкции до 1 х 2 см. Рецидивы болезни до настоящего времени отсутствовали.

Пример 4.

Больная С. 37 лет, история болезни N 2112, поступила 22.11.88, длительность заболевания 3 г. Клинический диагноз фиброзно-кавернозный туберкулез верхней доли обоих легких в фазе обсеменения. Бацилловыделение - постоянное, чувствительность ко всем препаратам. Характер течения заболевания с рецидивами. Рентгенографическая характеристика до лечения: правое легкое уменьшено в объеме, в области верхней доли правого легкого имеется каверна размером 5 х 6 см с толстыми стенками, обсеменение вокруг и в левом легком.

Лечение. 27.12.88 и повторно 01.02.89 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, плотность энергии 200 мкДж/см² и средней плотностью мощности 14 мВт/см² в течение 4 мин и повторно в течение 8 мин со средней мощностью 6 мВт/см².

Клинические, бактериологические, гематологические изменения после лечения: показатели крови нормализовались в течение 1,5 мес. бацилловыделения прекратились через неделю.

Рентгенологические изменения: после первого лечения полость деструкции уменьшилась в размере, после 9 дн имелась на месте каверны интенсивная тень в пределах доли легкого; через 30 дн справа полость не обнаружена, а на месте каверны интенсивная однородная тень в пределах доли. После повторного лечения рентгенографически 7 8 см уплотнение интенсивности тени, верхняя доля сморщена, средостение подтянуто вправо вверх, очаговые обсеменения рассосались; через 15 дн картина сохранилась, через 10 мес сморщивание верхней доли еще интенсивней, бывшая полость не выявлена, наступил пирроз верхней доли справа, самочувствие хорошее, анализы в пределах нормы. В настоящее время больная здорова, рецидивов болезни до настоящего времени не наблюдалось.

Пример 5.

Больной С. 28 лет, история болезни N 1933, поступил 26.10.88, давность заболевания 3 г, лечился систематически стационарно, амбулаторно. Течение заболевания с рецидивами в течение года в среднем 2 раза. Бацилловыделение постоянное, чувствительность сохранена к основным препаратам.

Рентгенографическая характеристика до лечения: в верхней доле правого легкого имеется каверна размером 6 х 7 см на фоне ячеистого пневмосклероза и очагового обсеменения.

Лечение: 10.12.88 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, плотностью энергии 200 мкДж/см² со средней плотностью мощности 15 мВт/см² в течение 4 мин.

Клинические, бактериологические, гематологические сдвиги: показатели крови нормализовались в течение 10 дн, абацилляция наступила сразу же после лечения.

Рентгенологические сдвиги: через 5 дн уменьшение размеров каверны до 5,5 см, рассасывание инфильтрации; через 2 нед до 4 см; через 60 дн - уменьшение каверны до 1,5 1,0 см, пирротические изменения. Процесс в легком стабилизирован. В настоящее время больной здоров.

Наблюдения показали, что больные переносят облучение хорошо. Нарушений функций основных органов не наблюдается. Максимальный лечебный эффект достигается при временах облучения 3 8 мин. Интоксикация исчезает в течение 1-ой недели. Отмечается резкое уменьшение количества выделяемых мокрот, снижение температуры до нормальной, появление аппетита и улучшение показателей крови. Результаты микробиологических исследований доказывают полное абациллирование больных. Результаты рентгенологического анализа показывают, что у 80% больных наблюдается через 1,5 2 мес рубцевание полостей деструкций, формирование кистозных полостей или посттуберкулезных пневмосклерозов. Длительные (свыше 6 лет) наблюдения показали отсутствие отдаленных отрицательных последствий и повторных рецидивов заболевания.

Патентуемый способ характеризует техническая простота, возможность его реализации в амбулаторных условиях, высокая эффективность лечения вплоть до полного выздоровления, достигаемая за короткие сроки, снятие эпидемиологической опасности за счет быстрого абациллирования.

Лазер (фиг. 1 и 2) содержит разрядную камеру 1, блок накачки 2, источник питания 3 и резонатор, образованный зеркалами 4, установленными вблизи разрядной камеры 1. Камера 1 включает в себя электродный узел, состоящий из диэлектрической пластины 5, анода 6 и катода 7, расположенных на пластине 5, и помещенный в корпус 8, в который герметично установлены токопроводы 9, 10, непосредственно контактирующие, соответственно, с анодом 6 и катодом 7. Блок накачки 3 содержит конденсаторы 11 накопителя, установленные на внешнюю поверхность токопровода 10, обострительные емкости 12 и коммутатор 13. Корпус 8 и блок накачки 2 окружены токопроводящей заземленной оболочкой 14. Источник питания 3 электрически соединен с блоком накачки 2 и оболочкой 14. Позицией 15 обозначена плазма разряда (плазменный лист, разрядный промежуток). В качестве коммутатора 13 на фиг. 1, 2 использован управляемый разрядник.

Токопроводы 9, 10 выполнены, например в виде металлических полос с утолщениями на торцах, обладают высокой интегральной теплопроводностью и обеспечивают равномерно распределенный токопровод к катоду 6 и аноду 7, однако могут быть использованы токопроводы 9, 10 и другой формы, если они обеспечивают распределенный по длине разрядного промежутка 15 подвод тока. Лазерам, приведенным на фиг. 1, 2, соответствуют электрические принципиальные схемы, приведенные на фиг. 3, 4 и различающиеся схемой подключения анода и катода к блоку 2 и, соответственно, полярностью импульса напряжения накачки. На фиг. 3, 4 C_н эквивалентная емкость конденсаторов 11 накопителя, C_о эквивалентная емкость обострительных емкостей 12, L_н - собственная индуктивность контура накопителя, L_о собственная индуктивность контура обострителя, L_з зарядная индуктивность, U_о зарядное напряжение, подаваемое на коммутатор 13 от источника 3, пунктиром показана заземленная оболочка 14.

Лазер работает следующим образом. Источник 3 питания (фиг. 1) проводит зарядку конденсаторов 11 накопителя до напряжения U_о через зарядную индуктивность L_з (фиг. 3 и 4). Затем источником 3 формируется управляющий импульс U, включающий коммутатор 13 и замыкающий разрядный контур, т.е. замыкающий заряженные конденсаторы 11 через токопроводы 9, 10 и оболочку 14 на разрядный промежуток 15. В начальный момент времени емкость C_н (конденсаторы 11) заряжает емкость C_о (обострительные емкости 12), которая значительно меньше по величине C_н и также замкнута на разрядный промежуток 15. За счет обострительных емкостей 12 происходит повышение напряжения на разрядном промежутке 15 в 2/(1 + C_о/C_н) раз и происходит пробой разрядного промежутка 15 по поверхности диэлектрической пластины 5 между катодом 7 и анодом 6 с образованием плазмы скользящего разряда, которая поддерживается далее током разряда конденсаторов 11. За счет емкостной связи через диэлектрик пластины 5 плазма практически полностью заполняет поверхность пластины 5 между анодом 6 и катодом 7 и имеет толщину h 0,3 0,5 мм, т.е. имеет форму плазменного листа 15. В объеме плазменного листа 15, являющегося активным объемом лазера, происходит инверсия заселенности молекул (или атомов) газа, находящегося в камере 1. Излучение формируется резонатором лазера, образованным зеркалами 4, соосными разрядному промежутку 15.

В процессе накачки газ, находящийся в активном объеме лазера, перегревается, особенно в частотно-импульсном режиме работы. Поскольку данный лазер является лазером низкого давления, то охлаждение газа в активной области за счет конвекции идет медленно. Однако, в патентуемом лазере реализован механизм эффективного охлаждения газа, связанный с наличием эффективного теплопроводящего канала: пластина 5 токопроводы 9, 10 конденсаторы 11 - оболочка 14. Действительно, пластина 5, выполненная, например из лейкосапфира или высокотемпературной керамики, непосредственно контактирует с нагретым газом по большой площади и обладает высокой теплопроводностью. Пластина 5 непосредственно контактирует с металлическим токопроводом 9 (или 10) с высокой интегральной теплопроводностью вблизи области разрядного промежутка, где газ имеет наиболее высокую температуру. Непосредственно на токопровод 9 (или 10) установлены конденсаторы 11, которые имеют развитую поверхность, находящуюся в газовой среде атмосферного давления, а изоляционный материал высоковольтных конденсаторов 11 обладает высокой теплопроводностью. Итак, конденсаторы 11 за счет развитой поверхности, находящейся в плотной газовой среде, выступают не только как накопители энергии, но и как радиаторы. Наконец, конденсаторы 11 (через коммутатор 13) и токопровод 10 (или 9) передают тепло на оболочку 14, эффективно его рассеивающую за счет максимально развитой поверхности. Оболочка 14, кроме выполнения функций токопровода и радиатора, экранирует электромагнитное излучение плазменного листа 15 и блока 2 накачки, что определяет высокую помехозащищенность лазера.

При использовании в качестве конденсаторов 11 керамических конденсаторов с керамикой с отрицательным коэффициентом температурной емкости существует дополнительный механизм, стабилизирующий тепловой режим работы лазера. Он заключается в следующем. При увеличении перегрева газа в активной области по какой-либо причине увеличивается температура конденсаторов 11, что эквивалентно для конденсаторов данного типа уменьшению емкости C_н. При этом энерговклад в активную область уменьшается, так как уменьшается энергия, запасаемая в конденсаторах 11. За счет этого будет уменьшаться перегрев газа в активной области, то есть имеет место эффект саморегуляции, который с одной стороны стабилизирует параметры лазера, а с другой увеличивает его ресурс.

Эффективное охлаждение без принудительного охлаждения позволяет обеспечить работу с высокой частотой следования импульсов и высокой средней мощностью без увеличения габаритов и веса лазера.

Для многих газов, например азота, расселение нижних лазерных уровней идет при столкновении молекул (или атомов) со стенками, а эффективность расселения зависит от ее температуры. Поэтому присутствие "холодной" пластины 5 вблизи активной области также является фактором, повышающим КПД.

За счет распределенного токопровода и установки конденсаторов 11 накопителя непосредственно на токопровод 9 (или 10), т.е. вблизи разрядного промежутка 15, достигается малая индуктивность разрядного контура при максимальной конструктивной простоте компановки. Это позволяет обеспечить энерговклад в активную область за малое время. В этом случае плотность тока плазменного листа 15 является практически постоянной вдоль оси резонатора и не имеет токовых линий с концентрацией электронов, близкой к искровой фазе. Это позволяет избежать локальных перегревов пластины 5, увеличить ресурс, КПД лазера и уменьшить расходимость его излучения.

Электродный узел (фиг. 5) может содержать анод 6, выполненный в виде токопроводящей полосы, прилегающей к диэлектрической пластине 5 вблизи ее центра, и катода 7, охватывающего пластину 5 так, что его края находятся на одинаковом расстоянии d от краев анода 6. Здесь h толщина плазменного листа 15.

Выполнение электродного узла в виде, представленном на фиг. 5, позволяет при сохранении той же суммарной величины разрядного промежутка 15 по сравнению с электродным узлом, представленным на фиг. 1, 2, вдвое снизить питающее напряжение. Это для высоковольтных систем эквивалентно значительному снижению веса и габаритов, то есть повышает компактность лазера.

Газовый лазер (фиг. 6) содержит разрядную камеру 1, образованную металлическим цилиндрическим корпусом 8, блок 2 накачки, резонатор, образованный зеркалами 4. На боковой поверхности корпуса 8 имеется фланец 16, на котором герметично установлена диэлектрическая плита 17 с токопроводом 10, установленным вблизи ее центра. По диагонали корпуса 8 установлена пластина 5 с анодом 6 и катодом 7, закрепленная к корпусу 8, например пружинным зажимом 19. На токопроводе 10 установлены конденсаторы 11 накопителя, соединенные через коммутатор 13 с металлической крышкой 20 блока 2, соединенной с фланцем 16. Обострительные емкости 12 расположены по обе стороны от токопровода 10 по поверхности плиты 17 и соединены с токопроводом 10 и крышкой 20.

Токовые линии в поперечном сечении разрядного контура (фиг. 7) для лазера (фиг. 6), представляют собой два симметричных полукольцевых витка со встречным течением тока: ABCA и ADCA для контура обострителя, AEFBCA и AEGDCA для контура накопителя. Здесь участки BA и DA соответствуют протеканию тока от крышки 20 через емкости 12 токопроводу 10, AG протеканию тока последовательно по токопроводу 10, зажиму 12, катоду 7, плазменному листу 15, аноду 6, зажиму 18, GB и GD боковой поверхности корпуса 8 и фланцу 16, BF-DE и DG-GE по боковой поверхности крышки 20, EA через коммутатор 13 и конденсаторы 11.

В лазере (фиг. 6), цилиндрический металлический корпус 8 выполняет роль распределенного токопровода 9, экранирующей оболочки 14 и радиатора за счет развитой поверхности, что обеспечивает компактность лазера. Симметрия в расположении пластины 5 относительно корпуса 8, плиты 17 и блока 2 приводит к тому, что токовые линии (фиг. 7) представляют собой два симметричных полуцилиндра с встречным течением тока, а подобная электрическая схема обладает наименьшей индуктивностью при прочих равных условиях.

Это приводит к уменьшению длительности, эффективному естественному охлаждению газа в активной области и повышению КПД.

Газовый лазер (фиг. 8) содержит разрядную камеру 1 с диэлектрическим прямоугольным корпусом 8, к стенке 21 которого с помощью упора 22 и токопровода 9 закреплена пластина 5 с анодом 6 и катодом 7, прилегающим к токопроводу 10, установленному в стенку 21. На токопровод 10 установлены конденсаторы 11 накопителя. Обострительные емкости 12 подключены между токопроводом 10 и токопроводящей оболочкой 14, с которой контактирует токопровод 9.

Токовые линии разрядного контура (фиг. 9) для лазера, приведенного на фиг. 8, охватывают область, площадь которой практически определяется толщиной пластины 5 и стенки 21. Здесь участок K соответствует течению тока по части катода 7, расположенной со стороны пластины 5, обратной разрядному промежутку 15, LM по части катода 7, расположенной на торце пластины 5, MN - последовательно по катоду 7, плазменному листу 15, аноду 6, токопроводу 9, NP по оболочке 14 от токопровода 9 до места подсоединения емкости 12, PS от емкости 12 до токопровода 10, SK по токопроводу 10, PO-OR по оболочке 14 до места подключения коммутатора 13, RS через коммутатор 13 и конденсаторы 11 до токопровода 10.

В лазере, приведенном на фиг. 8, пластина 5 прижимается к стенке 21 за счет упора 22 и токопровода 9, т.е. стенка 21 служит установочной поверхностью, что позволяет избежать каких-либо деформаций пластины 5 в процессе работы, которые могут приводить к уходу оси плазменного листа 15 от оси резонатора.

Разрядный контур лазера представляет собой одновитковую спираль (фиг. 9), индуктивность которого определяется площадью сечения области, охватываемой контуром. Площадь сечения для данного варианта выполнения лазера минимальна, так как практически определяется только суммарной толщиной пластины 5 и стенки 21. Это эквивалентно минимально возможной длительности импульса накачки и увеличению ресурса, КПД лазера.

Газовый лазер (фиг. 10) содержит разрядную камеру 1 с диэлектрическим корпусом 8, на нижней стенке 21 которого закреплена с помощью упора 22 и токопровода 9 диэлектрическая пластина 5 с анодом 6 и катодом 7, контактирующим с токопроводом 10, установленном в стенке 21. С внешней стороны стенки 21 корпуса 8 установлен блок 2 накачки.

Верхняя стенка корпуса 8 выполнена в виде металлической пластины 23 с ребрами 24, перпендикулярными оси разрядного промежутка 15. Здесь d величина разрядного промежутка 15.

Эффективность охлаждения повышается при введении в диэлектрический корпус 8 верхней металлической пластины 23 с ребрами 24 (фиг. 10) за счет оптимального формирования конвекционных потоков по наиболее короткому пути. Кроме того, расположение "холодной" пластины 23 сверху, а "горячей" пластины 5 снизу создает температурный градиент, который способствует выводу перегретого газа из разрядного промежутка 15. Это позволяет повысить КПД лазера и частоту следования импульсов.

Газовый лазер (фиг. 11) содержит разрядную камеру 1 с металлическим корпусом 8, прилегающим к катоду 7, охватывающему с обеих сторон диэлектрическую пластину 5, вблизи центра которой расположен анод 6. Корпус 8 имеет фланец 16, на котором герметично закреплена диэлектрическая плита 17, на которой установлен блок 2 накачки с металлической крышкой 20, закрепленной к фланцу 16. Вблизи центра плиты 17 установлен токопровод 9 непосредственно в месте установки анода 6, прижимающий пластину 5 к корпусу 8.

В лазере, представленном на фиг. 11, металлический корпус 8 прилегает к катоду 7 и выполняет роль токопровода с максимально развитой поверхностью. Одновременно он выполняет функции экранирующей оболочки и радиатора, что приводит к высокой компактности лазера. Причем ввиду контакта "массивного" корпуса 8 со всей поверхностью катода 7 и, соответственно, пластины 5 в данном случае обеспечивается режим теплоотвода с максимальной скоростью. В данной конструкции наряду с малой площадью области, охватываемой разрядным контуром (т.е. малой индуктивностью) осуществляется и симметричный подвод тока с двух сторон с встречным течением тока (от краев катода 7 к аноду 6 и далее по токопроводу 9), что еще более уменьшает индуктивность. Эти факторы приводят к увеличению КПД, повышению частоты следования импульсов и средней мощности излучения.

Газовый лазер (фиг. 12) содержит разрядную камеру 1, металлический корпус 8, который непосредственно прилегает к диэлектрической пластине 5, опертой центром противоположной стороны на торец 25 токопровода 9, а блок 2 накачки смонтирован на диэлектрической плите 17, герметично установленной на фланце 16.

В лазере, представленном на фиг. 12, с металлическим корпусом 8, прилегающим непосредственно к диэлектрической пластине 5, роль катода и анода 6 выполняют непосредственно конструктивные элементы лазера, часть корпуса 8, прилегающая к пластине 5 роль катода, а внешний торец 25 токопровода 9 - роль анода.

Резонатор газового лазера (фиг. 13) образован прямоугольными диэлектрическими зеркалами 4, установленными вблизи торцов диэлектрической пластины 5, так что их ось совпадает с осью 25 разрядного промежутка 15.

Выполнение резонатора в виде диэлектрических прямоугольных зеркал 4 (фиг. 13), установленных вблизи торцов на пластину 5 значительно упрощает конструкцию лазера и повышает его компактность, так как жесткая привязка зеркал 4 к активной области (плазменному листу 15) позволяет исключить юстировочные узлы из конструкции лазера.

Резонатор (фиг. 14) совмещен с электродным узлом, содержащим анод 6 и катод 7, прилегающие к диэлектрической пластине 5, выполненной из материала прозрачного для лазерного излучения, а на торцах пластины 5 имеются выступы 27 с диэлектрическим отражающими покрытием 28. Поверхность выступов 27 перпендикулярна плоскости пластины 5, а их высота превосходит толщину плазменного листа 15.

Выполнение пластины 5 с выступами 27 с диэлектрическим отражающим покрытием 28 (фиг. 14) позволяет еще более упростить конструкцию лазера и исключить потери излучения на местах крепления зеркал 4, которые имеют место в лазере, приведенном на фиг. 13.

Электродный узел (фиг. 15) содержит диэлектрическую пластину 5 из материала, прозрачного для лазерного излучения, и выступы 27, поверхность одного из которых, обращенная к выходу лазера, выполнена в виде цилиндрической поверхности 29, образующая которой перпендикулярна плоскости пластины 5. Стрелкой A обозначено лазерное излучение с длиной волны

Если поверхность 29 выступа 27 выполнить цилиндрической, то излучение на выходе лазера будет сфокусировано, что полезно при создании установок со световолоконными приставками.

Предлагаемый лазер характеризуется малой длительностью импульса накачки, поэтому он наиболее оптимален для генерации излучения в молекулах газа на самоограниченных переходах. Следовательно, в качестве газовой среды в данном лазере можно использовать азот, неон или водород. Поскольку воздух содержит большое количество азота, а при малой длительности энерговклада разряд не успевает перейти в искровую фазу, то данный лазер может работать на воздухе.

При использовании в качестве анода 6 и катода 7 легко окисляющихся металлов (например, меди) имеется механизм, дополнительно повышающий эффективность генерации. Он связан с тем, что окисная пленка является дополнительным потенциальным барьером, который приводит к росту напряжения на разрядном промежутке 15. При достижении критической напряженности поля происходит пробой этой пленки, который имеет взрывной характер с образованием большого числа электронов. Они инициируют развитие однородного плазменного листа 15 с высокой плотностью и скоростью нарастания тока, то есть происходит укорочение импульса накачки и повышение пиковой мощности.

Лазер имеет высокий КПД и высокую частоту следования импульсов при одновременном обеспечении его компактности и помехозащищенности. Его характеризует высокая помехозащищенность, малые габариты и вес, конструктивная простота.

Лазерная установка (фиг. 16) для лечения заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, в частности деструктивных форм туберкулеза легких, содержит последовательно расположенные друг за другом и оптически связанные лазер 30 на азоте (или воздухе) с системой 31 управления, узел 32 фокусировки, световод 33 со сферическим рассеивателем 34 на конце. Позицией 35 обозначена пункционная игла, позицией 36 рассеянное излучение, позицией 37 поверхность облучения (в частности полость каверны).

Лазерная установка (фиг. 16) работает следующим образом.

Световод 33 устанавливается вблизи поверхности 37 облучения. При лечении деструктивных форм туберкулеза легких он вводится через иглу 35 в полость 37 вплоть до совмещения рассеивателя 34 с центром полости 37. Системой 31 управления формируется цуг управляющих импульсов, обеспечивающих работу лазера с заданной частотой f в течении времени T облучения. Причем частота f зависит от величины площади поверхности облучения 37 и выбирается из условия обеспечения требуемого значения средней мощности излучения. Излучение лазера 30 с помощью узла 32 фокусировки вводится в световод 33, с помощью которого оно транспортируется и далее рассеивается (расфокусируется) рассеивателем 34. Расфокусированное излучение 36, выходящее из рассеивателя 34, попадает на поверхность 37. Компактность лазерной установки обеспечивается типом используемого лазера, а ее эффективность определяется высокой выходной мощностью и высокой частотой следования импульсов (за счет увеличения энерговклада и КПД лазера и его хорошего охлаждения), позволяющей облучать поверхности различной величины.

Лазерная установка (фиг. 17) содержит лазер 30 с резонатором, образованным глухим зеркалом 4 и плоско-выпуклой линзой 38, плоская грань 39 которой обращена во внутрь лазера 30 и может иметь диэлектрическое отражающее покрытие 28.

Совмещение выходного узла резонатора с узлом 32 фокусировки (фиг. 17) позволяет уменьшить оптические потери при значительном упрощении конструкции и уменьшении продольных габаритов лазерной установки.

За счет большого коэффициента усиления в азотном лазере в качестве зеркала можно использовать линзу 38 и без отражающего покрытия 28, так как отражения от плоской грани 39, которое как правило составляет несколько процентов, уже достаточно для развития генерации и формирования лазерного излучения.

Однако для получения максимального КПД лазера требуется обеспечить оптимальные значения коэффициента отражения, которое обычно превышает величину коэффициента отражения от грани 39 без покрытия 28.

На фиг. 19 представлена оптическая схема фокусировки лазерного излучения 42, имеющего поперечное сечение hd, при использовании цилиндрической плоско-выпуклой линзы 38. Позицией 43 обозначен фокус, D размер перетяжки лазерного излучения в фокусе 43.

На фиг. 20 представлена оптическая схема фокусировки лазерного излучения 42 при использовании сферической плоско-выпуклой линзы 38. Позициями 44 и 45 обозначены перетяжки, соответствующие лазерным лучам, имеющим различную расходимость в двух взаимно-перпендикулярных направлениях по сечению луча.

Использование в качестве плоско-выпуклой линзы 38 цилиндрической линзы (фиг. 19) приводит к сжатию пучка только в одной плоскости, поэтому диаметр D пятна в фокусе не может быть меньше толщины плазмы разряда h.

При использовании сферической плоско-выпуклой линзы 38 (фиг. 20) за счет разной расходимости (на порядок или более) излучения в плоскости вдоль плазменного листа и в перпендикулярной ей плоскости (им соответствуют фокальные точки 44 и 45) диаметр D перетяжки лазерного луча как правило не меньше h.

Лазерная установка (фиг. 18) содержит лазер с диэлектрической пластиной 5 и резонатором, образованным глухим зеркалом 4 и плоско-выпуклой линзой 38, узел 32 фокусировки содержит дополнительную фокусирующую цилиндрическую линзу 40, установленную в цилиндрическом корпусе 41 с возможностью перемещения вдоль ее оси, совпадающей с осью 26 резонатора.

Введение дополнительной фокусирующей цилиндрической линзы 40 (фиг. 18) позволяет за счет перемещения вдоль оси цилиндра 41 совместить точки 44 и 45, что приводит к значительному уменьшению диаметра D, что снижает травматичность процедуры лечения.

На фиг. 21 представлена оптическая схема фокусировки с использованием вогнуто-выпуклой линзы 46, радиусы кривизны поверхностей которой относятся как R₁:R₂ d:h.

Поскольку расходимость излучения патентуемого азотного лазера во взаимно-перпендикулярных плоскостях по отношению к пластине 5 разная и пропорциональна отношению соответствующего размера поперечного сечения плазменного листа 15 к его длине, то использование вогнуто-выпуклой цилиндрической линзы 46 позволяет обеспечить оптимальные условия ввода излучения в световод 34 при использовании одного оптического элемента. Это повышает эффективность лазерной установки при одновременном упрощении ее конструкции.

В целом в лазерной установке наряду с простотой и компактностью конструкции уменьшены оптические потери и упрощена конструкция за счет интегрирования функций оптических элементов.

Лазерная установка за счет общего характера бактерицидного и стимулирующего воздействия излучения предлагаемого лазера на аорте (или воздухе) и широкого диапазона изменения параметров выходного излучения при измерении (управлении) частоты следования импульсов обладает высокой эффективностью лечения различных заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами с микробной флорой, в частности деструктивных форм туберкулеза легких, воспалений слизистых и кожных покровов, желудочно-кишечного тракта, верхних дыхательных путей, мочеполовых органов, органов гениталий, нагноившихся послеоперационных, травматических и трофических ран.

Лечением с использованием лазерной установки подвергнуто более 600 больных. При этом клиническое улучшение состояния и выздоровление достигнуто у 90% больных.

Длительные наблюдения (до 6 лет) не выявили отдаленных отрицательных последствий.

Лазерную установку характеризует компактность, низкое энергопотребление, мобильность, малые габариты и вес, отсутствие вспомогательных систем обеспечения, высокие эксплуатационные качества.

Техническая простота лазерной установки, ее высокая эффективность, а также создаваемое эпидемиологическое благополучие наряду с морально-этической стороной проблемы дают большой экономический эффект.