Универсальное лазерно-диодное медицинское устройство
UNIVERSAL LASER DIODE MEDICAL DEVICE

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к лазерным установкам, и может быть использовано для проведения научных исследований в медицине, биологии для изучения воздействия лазерного излучения на биологические ткани в различных режимах работы и генерации возбужденных частиц в тканях, в частности для изучения фото динамических эффектов без использования экзогенных фотосенсибилизаторов.
Одним из основных направлений физиотерапии в последнее время стало применение терапевтических лазерных приборов, в том числе аппаратов, с длиной волны излучения, соответствующей пикам поглощения собственных (эндогенных), или вводимых (индуцированных) фотосенсибилизаторов.
Известно устройство для лазерной терапии (РФ №2122873), содержащее последовательно соединенные блок питания, микропроцессорный блок управления и оптический блок с полупроводниковыми лазерными источниками, излучающими в видимой и ИК областях спектра, и сменный волоконно-оптический инструмент, Устройство снабжено волоконно-оптическим преобразователем для сведения излучения источников, выполненных в виде полупроводниковых лазерных диодов, выход которого связан со входом сменного волоконно-оптического инструмента, при этом микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью обеспечения раздельной или совместной работы лазерных диодов, выход которого связан со входом сменного волоконно-оптического инструмента, при этом микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью обеспечения раздельной или совместной работы лазерных диодов при различных параметрах излучения в видимой и ИК областях спектра: длительности, мощности и частоте модуляции.
Однако данное устройство предназначено только для терапевтического лечения различных заболеваний путем облучения требуемой области лазерным излучением на длинах волн 635-670 нм и 810-840 нм и имеет выходную мощность лазерных диодов в видимой области спектра до 20 мВт, а в инфракрасной области - до 99 мВт. Устройство не позволяет использовать разные длины волн и диапазоны инфракрасной области в одном световоде. Излучение выводится на выходной световод диаметром не менее 600 мкм, что не дает возможности проводить гипертермию, коагуляцию и получать фотодинамический эффект.
Известно лазерное медицинское устройство (РФ №2172190), блок питания, соединенный с микропроцессорным блоком управления, к которому подключен оптический блок, включающий полупроводниковые лазерные источники, излучающие в видимой и инфракрасной областях спектра, световоды от которых, являющиеся составляющими оптического узла юстировки волоконно-оптического преобразователя, сведены в одно волокно, выполненное в виде плотного цилиндра с полированным дистальным торцом, выходом подключенного к сменному волоконно-оптическому инструменту, имеющему световод диаметром 200-400 мкм, при этом мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в видимой области, не превышает 5 Вт, а мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в инфракрасной области в диапазоне 780-950 нм и 960-1060 нм, не превышает 25 Вт.
Известно универсальное лазерно-диодное трехволновое медицинское устройство (РФ ПМ №90685), выбранное в качестве прототипа, содержащее блок питания, панель управления с цифровым жидкокристаллическим экраном, оптические излучатели, съюстированные с выводными световодами моноволоконных излучателей, и насадки. Дополнительно устройство содержит сумматор-коллектор, соединяющий выводные световоды с выходным световодом, к которому подключаются насадки, а также лазерные драйверы источников оптического излучения, регулирующие фронты импульсов от низкочастотного до высокочастотного оптического излучения, причем регулировка мощности излучения возможна от 1 до 100%. Оптические излучатели устройства подбираются в диапазонах длин волн 380-420 нм, 630-688 нм, 1264-1273 нм и с мощностями излучения до 3 Вт, 5 Вт, 10 Вт соответственно, причем длина волны излучения второго канала соответствует длине волны второй гармоники излучения третьего канала. Основным недостатком прототипа является невысокая мощность в импульсе, отсутствие в устройстве импульсно-модулированного и квазинепрерывного режима излучения.
Недостатком существующих конструкций устройств, используемых при лечении, в частности, заболеваний челюстно-лицевой области, является высокая стоимость применяемых светопроводных инструментов из-за их конструктивной сложности.
Также, особенности конструкции известных устройств не учитывают последние достижения техники в использовании длин волн в области пика поглощения кислорода для создания фотодинамических эффектов и явлений в биологических средах, которые могут быть использованы с применением выбора длин волн, являющихся гармониками друг друга.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является оптимизация медицинских воздействий при комплексном воздействии лазерного излучения, повышение эффективности лечения различных заболеваний и расширение функциональных возможностей за счет расширенного диапазона настроек устройства, различных режимов излучения (непрерывный, импульсно-модулированный, квазинепрерывный) и усиления излучения на заданных диапазонах длин волн излучения, а также проведение научных исследований по поиску оптимальных параметров генерации возбужденных молекул кислорода при проведении фотодинамической терапии.
Технический результат достигается за счет повышения максимальной мощности устройства рабочего излучения на выходе оптических разъемов комплекта в непрерывном режиме до 2 Вт за счет введения дополнительного инфракрасного излучателя с длиной волны 1255-1275 нм в пиковом спектре поглощения атомарного кислорода биологическими тканями, а также за счет введения драйвера квазинепрерывного режима излучения с длительностью импульса и паузы 2000нс. Кроме того результат достигается за счет оптимизации связи между конструктивными элементами - драйвером режимов излучения, драйвером управления устройством, драйвером клавиатуры, двумя излучателями - лазерным и диодным.
Указанный технический результат достигается за счет использования универсального лазерно-диодного медицинского устройства, содержащего в корпусе блок питания, панель управления с цифровым жидкокристаллическим экраном, драйверы управления устройством, оптический излучатель, драйверы режимов излучения, регулирующие фронты импульсов от низкочастотного до высокочастотного оптического излучения, оптический выход со световодом, к которому подключаются насадки. При этом устройство содержит в качестве оптических излучателей лазерный излучатель с длинной волны 1255-1275 нм и диодный излучатель с длиной волны 660 нм в красном спектре излучения,, соединенные каждый в отдельности с драйвером управления устройством, при этом драйвер режимов излучения работает в трех режимах - непрерывном, импульсно-модулированном и квазинепрерывном, и соединен с драйверами управления устройством и драйвером клавиатуры, имеющим связь с пультом управления.
Устройство является универсальным и предназначено для высокоинтенсивной лазеротерапии, фотодинамической терапии, гипертермии, коагуляции. Устройство может применяться самостоятельно или совместно с другими терапевтическими или хирургическими лазерными приборами, лазерными спектральными анализаторами и иными диагностическими приборами в клиниках, больницах и научно-исследовательских медицинских учреждениях. Кроме того, устройство имеет компактные размеры, что является неоспоримым преимуществом перед аналогами и может быть встроено в роботизированный медицинский мультифункциональный комплекс для проведения роботических операций, в том числе в челюстно-лицевой области с использованием лазерного излучения.
Электронное управление предложенного устройства позволяет выбирать непрерывный, импульсно-модулированный, квазинепрерывный режимы излучения, устанавливать мощность, длительность импульсов и время (скважность) между импульсами, запоминать с целью быстрой подготовки к рабочему состоянию и долговременному сохранению часто повторяющихся параметров до 8-ми типов режимов (программ) установленных на дисплее энергетических и временных параметров, выбранных пользователем,
На фигуре 1 представлена схема устройства, где 1 - корпус, 2 - панель управления, 3 - блок управления. Панель управления (2) включает 4 - пульт управления, соединенный с 5 - жидкокристаллическим дисплеем. Блок управления (3) включает 6 - драйвер клавиатуры, 7 - драйвер управления устройством, 8 - драйвер режимов излучения. В корпусе (1) размещены панель управления (2), блок управления (3), лазерный излучатель (9) и диодный излучатель (10). Корпус подключен к блоку питания (11) адаптированного к сети бытового электротока, соединенного с драйвером клавиатуры (6), драйвер управления устройством (7). На внешней стороне корпуса расположен оптический выход (12) и сменный световод (13). Внутри корпуса (1) установлен вентилятор (14), соединенный с блоком питания. Драйверы (6), (7), (8) соединены между собой и сигнал с них поступает на пульт управления (4). Сигнал с драйвера управления устройством (7) поступает на лазерный излучатель (9) и диодный излучатель (10). Диодный излучатель (10) относится к пилотному лучу, в котором происходит возбуждение фотонов под действием электрической энергии. Фотонный поток лазерной энергии с излучателя (9) фокусируется в оптическом выходе (12) и затем поступает в световод (13). Пилотный луч указывает направление воздействия лазера, так как излучение основного излучателя невидимо глазу находится в инфракрасной области (1265-1275 нм).
Устройство может использоваться с различными световодами, как с боковым выходом излучения (фиг. 2), так и с торцевым выходом излучения (фиг. 3).
Для удобства позиционирования излучения на нужную область обработки перед началом облучения в комплекте предусмотрен диодный излучатель (10) с длиной волны 660 нм, мощность излучения которого не превышает 0,3 Вт, для использования в качестве пилотного луча в красном диапазоне излучения, который позволяет контролировать местоположение рабочего излучения. Устройство обеспечивает выполнение установок времени экспозиции в диапазоне от 1 до 60 мин с шагом 1 мин и с погрешностью (±5) %.
На фигуре 4 показана панель управления устройством, силовая секция. На лицевой панели корпуса расположена кнопка (15 - программа), которая позволяет устанавливать время экспозиции (в минутах) с помощью стрелок вверх и вниз (над и под кнопкой (24-пуск), сохранять до 8-ми наборов, установленных режимов, по энергетическим и временным параметрам и использовать каждый режим в процессе дальнейшей эксплуатации. Длительное нажатие кнопки (15) позволяет сохранить установленные на данный момент параметры (режимы, время, интервалы); кнопка (16 -пауза) позволяет менять значение паузы между импульсами; кнопка (17 - мощность) позволяет выбрать параметр мощности излучения; кнопка (18 - импульс) позволяет выбрать режим изменения длительности импульса; кнопка (19 - режим) позволяет выбрать режим излучения: непрерывный, импульсно-модулированный, квазинепрерывный. Длительное нажатие кнопки (19) позволяет выбрать, из сохраненных ранее набор энергетических и временных параметров. Выбор значений осуществляется кнопками-стрелками вверх-вниз; кнопка (20) уменьшает значение выбранного параметра; кнопка (21) увеличивает значение выбранного параметра; кнопка (22) уменьшает яркость пилотного лазера; кнопка (23-пилот) - обеспечивает включение/выключение диодного лазера (10); кнопка (24- пуск-стоп) обеспечивает включение или выключение лазерного излучения; кнопка (25) - аварийная кнопка.
Все выше перечисленные кнопки и индикаторы связаны с соответствующими элементами блока управления, и с панелью управления устройством.
Устройство имеет боковые панели секции: ключ включения в сеть; гнездо подключения шнура питания; гнездо оптического выхода для подключения световода.
После подключения блока питания и шнура питания к сетевой розетке и поворота ключа по часовой стрелке начинает работать источник питания, обеспечивающий работу лазерного (9) и диодный (10) излучателей, которые генерируют излучение нужной длины волны и мощности. Излучение генерации с помощью электронных и оптических блоков устройства (6) (7) (8) (9) (10) формируется в излучение с характеристиками, необходимыми для работы и направляется в оптический выход (12), а затем в гибкий световод (13).
Параметры излучения задаются с помощью электронных схем, кнопки управления которыми расположены на передней панели комплекта.
Устройство работает следующим образом: перед запуском устройства оператор присоединяет световод (13) к гнезду оптического выхода (12). После подключения блока питания (11) на панели управления (2) с помощью соотвествующих кнопок выбирает параметры излучения необходимые для проведения эксперимента или медицинской процедуры для каждого конкретного заболевания и области приложения, которые отображаются на жидкокристаллическом дисплее (5). Поскольку устройство оснащено основным лазерным излучателем (9) с длиной волны в невидимом инфракрасном спектре 1265-1275 нм, то проведение процедуры необходимо сопроводить визуализацией с помощью подключения диодного излучателя (10) с длиной волны 660 нм в красном спектре излучения, для чего оператор выбирает мощность излучения данного излучателя с помощью кнопки (23), что также находит отображение на жидкокристаллическом дисплее (5). Чем выше мощность, тем больше световой поток и ярче излучение в красном спектре. После этого оператор направляет световод (13) на зону воздействия и затем нажимает кнопку (24) для включения основного лазерного излучателя (9). В течение установленного времени экспозиции излучение поступает через световод (13) на область воздействия. После проведения процедуры в течение запланированного времени отключение основного излучателя происходит автоматически. На устройстве в случае возникновения аварийной (нештатной) ситуации предусмотрена кнопка (25) аварийного выключении, которую оператор может нажать экстренно для аварийного выключения устройства в любой момент процедуры.
Предлагаемое устройство позволяет расширить арсенал технических средств медико-биологического назначения. Отличительными характеристиками устройства является наличие оптимизированной связи между конструктивными элементами -драйвером режимов излучения, драйвером управления устройством, драйвером клавиатуры и двумя излучателями - лазерным и диодным.
Заявляемое устройство имеет непрерывный, импульсно-модулированный и квазинепрерывный режим излучения.
Номинальные, допустимые и действительные значения основных технических данных устройства представлены в таблице 1.
Технические характеристики режимов представлены в таблице 2.
Устройство обеспечивает выполнение установок времени экспозиции в диапазоне от 1 до 60 мин с шагом 1 мин и с погрешностью (+5) %. Время установления рабочего режима после включения комплекта - не более 10 с. Вес устройства не более 4 кг.
Предлагаемое устройство можно использовать для коагуляции и
фотодинамической терапии, для высокоинтенсивной лазеротерапии, фотодинамической терапии, гипертермии, коагуляции.
Достигаемый при этом технический результат, заключающийся в меньшей фотохимической травме при проведении хирургических манипуляций с применением устройства, что позволяет сократить сроки реабилитации пациентов в 2 раза в лечении сложных заболеваний с применением малоинвазивных методик, обеспечивается за счет установки излучателя с длиной волны 1265-1275 и наличие квазинепрерывного импульсного режима излучения с частотой следования импульсов и пауз 2000 нc, что в свою очередь обуславливает увеличение выхода активных форм кислорода, в частности синглетного кислорода без использования экзогенных фотосенсибилизаторов. Эффекты синглетной окситерапии в данном диапазоне длин волн, являющиеся пиковыми для поглощения атомарного кислорода с генерацией активных его форм с использованием наносекундного импульсного излучения описаны в множестве исследований in vitro.
После проведения научных доклинических испытаний устройство будет предназначено для широкого применения в различных областях медицины, в том числе в челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, пародонтологии, гинекологии, урологии, дерматологии, флебологии и другое.
Устройство позволяет расширить арсенал технических средств медико-биологического назначения, за счет применения новых конструктивных элементов и наличия оптимизированной связи между ними.
Устройство в целом представляет собой настольный прибор, с выходом излучения по моноволокну от лазерного и диодного излучателей. Предполагаемые методы воздействия на биологические ткани могут быть фотохимическими, фототермическими, фото динамическими, терапевтическими.
Предлагаемое устройство позволяет достичь новых эффектов, в частности фотодинамических эффектов в тканях без использования экзогенных фотосенсибилизаторов, оптимизировать параметры воздействия лазерного излучения на ткани организма человека при невысокой стоимости.