ДИОДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛЕЧЕБНЫХ И КОСМЕТОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ
FORCED-COOLED DIODE LASER EMITTER FOR EXECUTING THERAPEUTIC AND COSMETOLOGICAL MEASURES

Уровень техники
Ранее косметическое удаление волос осуществлялось с применением различных методик. Традиционные методы лечения, такие как бритье, выщипывания, вощение, химическая депиляция и электролиз не считаются идеальными для многих людей. Эти методы могут быть утомительными и болезненными, и большинство дают краткосрочные результаты. Удаление волос лазером и интенсивный импульсный свет стал обычным явлением и в настоящее время является третьей по популярности нехирургической косметической процедурой в мире. В последнем случае электромагнитное излучение надлежащей длиной волны (в типичном случае в интервале приблизительно 600-900 нм) направляют к коже таким образом, чтобы какая-то часть его энергии поглощалась соском волосяного мешочка. В результате указанный орган под воздействием этой энергии получает повреждение, приводящее к гибели мешочка с последующим удалением волоса.
Лазерная эпиляция становится все более популярным методом удаления нежелательных волос. Лазерное излучение направляют к коже, причем излучение поглощается в волосяном фолликуле и на поверхности кожи. Длина волны лазерного излучения выбирается так, чтобы оно поглощалось в фолликуле меланином, с тем, чтобы волос нагревался до температуры, которая вызывает прекращение его роста. Хотя падение лазерного излучения на кожу тоже может вызывать местный нагрев кожи, нагрев волосяного фолликула является гораздо более сильным.
Удаление с помощью лазера, выполняемое для одного волоса за один прием с помощью узко сфокусированного лазерного луча, является достаточно неэффективным и занимает много времени. Для уменьшения времени обработки многие современные устройства для удаления волос (эпиляторы) выполняют удаление волос путем фокусирования нескольких лазеров на участок с тем, чтобы обрабатывать несколько волосяных фолликулов одновременно. Однако лазерный излучатель обычно является наиболее дорогим компонентом лазерного эпилятора, поэтому обеспечение наличия нескольких лазерных излучателей в одном устройстве удорожает его изготовление, увеличивает его массогабаритные размеры и, следовательно, делает непригодным для широкого внутреннего рынка.
Таким образом, существует потребность в устройстве для удаления волос, которое одновременно являлось бы мощным, но при этом экономичным в изготовлении, компактным и легким для работы оператора, а также без излишней травматизации кожных покровов.
Изобретение относится к лазерной технике в медицине и косметологии, в частности для проведения лазерных лечебных мероприятий, а также в обработке материалов и представляет собой многоцелевое лазерное устройство.
Известен лазерный медицинский прибор - патент на полезную модель №138858 (А61В 18/20) содержащий корпус с размещенными в нем электрическими элементами - лазерными излучателями, источниками подсветки, блоком фокусировки, модулем видеонаблюдения, отличающийся тем, что корпус устройства выполнен в виде толстостенной цилиндрической оболочки, причем с внешней стороны цилиндрической оболочки расположены термоэлектрические элементы Пельтье, которые выполнены криволинейными, с цилиндрической внутренней поверхностью и плотно прижаты к цилиндрической оболочке корпуса с ее внешней стороны. Недостатком данного устройства является то, что используемые элементы Пельтье для отвода тепла от излучателя охлаждаются при помощи потока воздуха. Данное решение ограничивает отводимую мощность, а также позволяет лишь незначительно уменьшить температуру излучателя.
Известно лазерное устройство для удаления волос, патент на изобретение №2426514 (А61В 18/20). Лазерное устройство для удаления волос имеет базовый блок и удерживаемый в руке корпус лазера, имеющий форму жезла. Лазер генерирует световые импульсы, которые имеют энергию и длительность, достаточные для повреждения соска каждого волосяного мешочка, находящегося на пути пучка. Устройство снабжено одним или несколькими предохранительными узлами для предотвращения случайного нарушения условий его эксплуатации. В частности, в устройство введен высокоинтенсивный светоизлучающий диод, благодаря которому человек, смотрящий на будущую траекторию лазерного пучка, испытывает неприятное ощущение, создаваемое мигательным рефлексом. Кроме того, устройство можно снабдить датчиком контакта/зазора с кожей и/или одним или несколькими блокирующими средствами. С помощью указанного датчика предотвращается использование лазера, отведенного от кожи, а блокирующие средства предотвращают случайную подачу питания на лазер. Недостатком данного устройства, является то, что оно не содержит системы охлаждения, что уменьшает максимальную энергию воздействия.
Известны диодные лазерные установки для удаления волос немецкого производителя Альма Лазере, например, модели Alma Soprano с длиной волны 810 нм. и Soprano ICE с длиной волны александрита 755 нм, что предполагает более комплексное решение для более широкого спектра типы кожи. Такие системы имеют большие массогабаритные параметры и высокое энергопотребление, а также высокую стоимость изготовления. Данные установки имеют высокие требования безопасности при эксплуатации.
Наиболее близким известным решением является устройство для контактного облучения с электронной системой охлаждения, включающее источник лазерного излучения, соединенный с ним световод, охлаждающий блок, включающий сапфировое окно. Устройство включает электронный элемент Пельтье с центральным отверстием, при этом сапфировое окно, оснащенное термодатчиком, соединено с «холодной» стороной элемента Пельтье, а «горячая» сторона элемента Пельтье снабжена радиатором с развитой поверхностью и отверстием для прохождения света, приспособление для крепления волокна, а также электронный блок, состоящий из драйвера, ПИД регулятора, блока индикации (RU 20008 U1, A61N 5/00, 10.09.2012).
Недостатками указанных технических решений является недостаточная эффективность их охлаждающих элементов, так как охлаждается только конец оптического волновода, который контактирует с кожей и, как следствие, возможность перегрева компонентов устройств.
При разработке лазерных излучателей для медицины, дерматологии и косметологии необходимо учитывать, что лазер должен обладать минимально возможными массогабаритными параметрами высокой эффективностью и высокой надежностью.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является повышение долговечности и стабильности работы компонентов устройства, уменьшение массогабаритных размеров устройства, а также уменьшение излишней травматизации кожных покровов.
Таким образом, технический результат, получаемый при осуществлении описываемого изобретения, состоит в упрощении конструкции прибора и долговечности и стабильности работы компонентов устройства за счет единой и компактной системы охлаждения, которая позволяет охлаждать как оптический волновод обеспечивая менее болезненные процедуры, так и излучающий полупроводниковый модуль, обеспечивая более высокую мощность и срок эксплуатации, а также в уменьшении массогабаритных параметров, что позволяет узел излучателя помещаться в руке оператора. Все эти факторы способствуют существенному повышению эффективности устройства, повышению удобства эксплуатации и его высокой надежности.
Данный технический результат достигается тем, что диодный лазерный излучатель, содержащий излучающий полупроводниковый модуль, оптический волновод и радиатор, при помощи термоэлектрических элементов производится охлаждение радиатора, а также оптического волновода до температур ниже 0 С. Охлаждение термоэлектрических модулей производится при помощи системы жидкостного охлаждения комнатной температуры. Охлаждение оптического волновода приводит к охлаждению кожи контактным способом, что позволяет увеличивать энергии излучения без травматизации кожных покровов, улучшая эффективность селективного воздействия. Охлаждение радиатора приводит к уменьшению температуры полупроводниковых лазерных излучателей, что приводит к увеличению генерируемой пиковой мощности, а также увеличению наработки на отказ. Охлаждающие термоэлектрические элементы (элементы Пельтье) имеют две рабочие поверхности одна сторона охлаждает оптический волновод и радиатор с полупроводниковым модулем, вторая сторона охлаждается посредством передачи тепла накладкам охлаждения, через которые во время работы циркулирует охлаждающая жидкость. С введением единой системы охлаждения сразу для нескольких элементов устройства одновременно обеспечивается возможность работы устройства длительное времени без перегрева и уменьшению массогабаритных параметров, что позволяет одновременно увеличить ресурс и мощность, при этом уменьшив болезненность процедуры за счет охлаждения контактирующего с кожей оптического волновода.
Заявленное устройство поясняется рис. 1, на котором схематично изображена конструкция устройства, а именно, вид данного устройства в разрезе, и рис. 2, на котором представлено схематичное изображение работы охлаждающей системы.
На рис. 1: 1 - оптический волновод, 2 - излучающий полупроводниковый модуль, 3 - охлаждающие термоэлектрические элементы (элементы Пельтье), 4 - накладки охлаждения, 5 - радиатор, 6 - контакты питания полупроводникового модуля.
На рис. 2 сплошными стрелками указаны потоки охлаждающей жидкости. Пунктирные стрелки излучение.
Данное устройство работает следующим образом:
Излучение от излучающего полупроводникового модуля транспортируется через оптический волновод (1) до поверхности кожи. Избыточное тепло, создаваемое излучающим полупроводниковым модулем, передается в радиатор (5). При помощи термоэлектрических элементов (3) производится охлаждение радиатора, а также оптического волновода до температур ниже 0 С. Охлаждение термоэлектрических модулей производится при помощи системы жидкостного охлаждения комнатной температуры. Охлаждение оптического волновода (1) приводит к охлаждению кожи контактным способом. Это позволяет увеличивать энергии излучения без травматизации кожных покровов, улучшая эффективность селективного воздействия. Охлаждение радиатора (5) приводит к уменьшению температуры полупроводниковых лазерных излучателей. Это в свою очередь приводит к увеличению генерируемой пиковой мощности, а также увеличению наработки на отказ. Охлаждающие термоэлектрические элементы (элементы Пельтье) (3) имеют две рабочие поверхности: одна поверхность охлаждается до температуры ниже комнатной (холодная - синяя), вторая сторона нагревается до температуры выше комнатной (горячая - красная). Холодная сторона охлаждает оптический волновод (1) и радиатор (5) с полупроводниковым модулем (2). Горячая сторона охлаждается посредством передачи тепла накладкам охлаждения (4), через которые во время работы циркулирует охлаждающая жидкость
Отличительными характеристиками заявленного устройства являются:
1. В предложенной схеме производится охлаждение как излучателя, так и волновода. При этом элементы Пельтье охлаждаются потоком воды, что увеличивает суммарно отводимую мощность, а также обеспечивает возможность охлаждения до температур близких к 0°С в рабочем состоянии. Охлаждение лазерного излучателя до низких температур приводит к увеличению пиковой мощности оптического излучения, а также увеличению рабочего ресурса лазерного излучателя. Процедура лазерной эпиляции проходит менее болезненно и более эффективно. Таким образом единая и компактная система охлаждения, построенная на элементах Пельтье позволяет одновременно увеличить ресурс и мощность, при этом уменьшив болезненность процедуры за счет охлаждения контактирующего с кожей оптического волновода.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Таким образом, описываемое изобретение представляет собой мощный, компактный, экономичный и надежный прибор, который позволяет эффективно уменьшить болезненность процедуры удаления волос с кожного покрова, а также обеспечивает более высокий срок эксплуатации.
Устройство по настоящему изобретению являются эффективным, производительным, экономичным и безопасным для использования в медицине и косметологии.
Описание устройства для удаления волос приведено только в качестве не ограничивающего изобретение примера, и поэтому очевидно, что в рамках следующей ниже формулы изобретения возможны изменения и варианты, возникшие как в процессе создания, так и применения устройства.