ЛАЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Полезная модель относится к медицине и может быть использована в хирургии, нейрохирургии, неврологии, онкологии, дерматологии, гинекологии, отоларингологии, стоматологии, и др. областях, например, для резки ткани и удаления различных образований.
Известен лазерный скальпель-коагуллятор ЛС-097 (ИРЭ-Полюс, РФ, http://www.ntoire-polus.ru). Устройство состоит из мощного полупроводникового генератора лазерного излучения, узла ввода в оптическое волокно и оптического волокна. Недостатком известного устройства является то, что в ней используется излучение с длиной волны 0,97 мкм, которое недостаточно хорошо поглощается в тканях, что зачастую приводит к нежелательному перегреву ткани, низкой эффективности при резке ткани или удалении различных образований.
Известен лазерный инструмент (патент РФ №103302), выбранный в качестве прототипа, эффективность которого достигается за счет использования поглощающего покрытия на торце волокна. Известное устройство состоит из генератора лазерного излучения, узла ввода в оптическое волокно и оптического волокна, снабженного поглощающим покрытием на рабочем торце. При воздействии на ткань, например, в процессе резки, на ткань действует не непосредственно само излучение, выходящее с торца оптического волокна, а разогретое лазерным излучением поглощающее покрытие. Это приводит к увеличению эффективности лазерного воздействия по сравнению с использованием волокна без поглощающего покрытия. Известное устройство имеет несколько недостатков. Первый заключается в том, что воздействие на ткань не является оптимальным с точки зрения максимальной скорости формирования разреза при минимальном перегреве окружающих тканей. Другой недостаток связан с тем, что в процессе воздействия на ткань торец волокна с поглощающим покрытием быстро разрушается из-за лазероиндуцированных гидродинамических процессов (Yusupov, V.I., Chudnovskii, V.М., & Bagratashvili, V.N.. Laser-induced hydrodynamics in water-saturated biotissues: 2. Effect on delivery fiber // Laser Physics. 2011. V. 21. N. 7. P. 1230-1234) и эффективность резки уменьшается.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности при резке ткани.
Поставленная задача решается лазерным инструментом, который состоит из генератора лазерного излучения, узла ввода в оптическое волокно и оптического волокна, снабженного сапфировой насадкой с поглощающим покрытием на рабочем торце, плоскость которого наклонена к оптической оси сапфировой насадки под углом от 30 до 60 градусов.
На фиг. 1 представлена блок схема заявляемого устройства.
На фиг. 2 условно показана схема разрушения ткани при ее резке.
На фиг. 3 представлено сечение ткани с разрезом, а - при выполнении разреза ткани прототипом, б - при выполнении разреза ткани лазерным инструментом. В качестве ткани применялось сырое дерево.
Как видно из фиг. 1, лазерный инструмент состоит из генератора (1) лазерного излучения, узла ввода (2) в оптическое волокно, оптического волокна (3) и сапфировой насадки (4), снабженной поглощающим покрытием (5) на рабочем торце.
Достижение заявленного технического результата, а именно, повышение эффективности при резке ткани происходит за счет повышения износостойкости рабочего торца с поглощающим покрытием и большего частичного разрушения ткани в направлении движения рабочего торца при резке. Технически это достигается добавлением к рабочему торцу оптического волокна (3) сапфировой насадки (4) с поглощающим покрытием (5) на рабочем торце, плоскость которого наклонена к оптической оси сапфировой насадки под углом от 30 до 60 градусов.
Лазерный инструмент работает следующим образом. Излучение от генератора (1) лазерного излучения через узел ввода (2) в оптическое волокно попадает в оптическое волокно (3) и через него через сапфировую насадку (4) на поглощающее покрытие (5), расположенное на рабочем торце. В результате поглощения лазерного излучения в поглощающем покрытии (5) оно разогревается до высоких температур, что при контакте с водонасыщенной тканью обеспечивает генерацию лазероиндуцированных гидродинамических процессов (V.I. Yusupov, V.M. Chudnovskii, and V.N. Bagratashvili. Laser-Induced Hydrodynamics in Water-Saturated Biotissues. 1. Generation of Bubbles in Liquid // Laser Physics. 2010. V. 20. №7. P. 1641-1647; Чудновский В., Буланов В., Юсупов В. Лазерное индуцирование акустогидродинамических эффектов в хирургии // Фотоника. 2010. №1. С. 30-36), приводящих к частичному разрушению ткани вблизи торца. При этом, в случае плоского торца максимальное разрушение ткани происходит в направлении перпендикулярном плоскости торца. На фиг. 2 условно показаны сапфировая насадка (4) с поглощающим покрытием (5), ткань (6), область частичного разрушения ткани (7) и направление движения (8) оптического волокна при резке ткани. Как видно из фиг. 2, при наклоне плоскости торца под углом от 30 до 60 градусов к оптической оси сапфировой насадки (4), область частичного разрушения ткани (7) несимметрична относительно оптической оси. В этом случае направление движения (8) при разрезе ткани (6) является оптимальным, поскольку сапфировая насадка (4) с поглощающим покрытием (5) двигаются в сторону уже частично разрушенной ткани (7).
В отличие от прототипа, в данном случае резка ткани происходит в направлении, в котором ткань частично разрушена в большем объеме, что приводит к увеличению эффективности резки ткани. Применение дополнительной сапфировой насадки приводит к увеличению износостойкости торца с поглощающим покрытием, что также увеличивает эффективность резки.
Конкретное оформление заявляемого устройства, а именно, генератор лазерного излучения, узел ввода в оптическое волокно и оптическое волокно являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи. В качестве генератора лазерного излучения может быть применены практически любые лазерные аппараты с длиной волны в видимой или инфракрасной области спектра, излучающие непрерывное или импульсное излучение с мощностью от 0.1 Вт до 100 Вт. Например, для многих медицинских приложений может использоваться лазерный скальпель-коагуллятор ЛС-097 (ИРЭ-Полюс, РФ) с длиной волны 0.97 мкм, снабженный кварцевым оптическим волокном с диаметром по кварцу 400 мкм. Сапфировая насадка может быть изготовлена из сапфирового цилиндра с диаметром большем или равным диаметру кварца оптического волокна. При этом плоскость одного торца сапфировой насадки, который соединяется с оптическим волокном, должна быть перпендикулярна оптической оси, а плоскость другого торца, который контактирует с поглощающим покрытием, выполняется под углом от 30° до 60° к оптической оси. Поглощающее покрытие может быть выполнено путем нанесения поглощающего вещества на рабочий торец сапфировой насадки с помощью напыления, химическим, механическим или другим способом. Так, например, поглощающее покрытие можно сформировать путем кратковременного (1-3 с) контакта рабочего торца сапфировой насадки с деревянным бруском или другим органическим веществом при включенной мощности лазерного излучения. При этом в результате сгорания ткани и частичного плавления сапфира на рабочем торце образуется слой сапфира с углеродом. Такое покрытие хорошо поглощает лазерное излучение и является устойчивым к механическому повреждению. Оптическое волокно и сапфировая насадка могут быть соединены между собой с помощью оптического клея. Для получения более прочного соединения место стыковки оптического волокна и сапфировой насадки может быть помещено в муфту. Такая муфта может быть выполнена, например, из отрезка металлической трубки подходящего диаметра.
Авторами был изготовлен образец лазерного инструмента. В качестве генератора лазерного излучения использовался лазерный скальпель-коагуллятор ЛС-097 (ИРЭ-Полюс, РФ) с длиной волны 0.97 мкм, снабженный кварцевым оптическим волокном с диаметром по кварцу 400 мкм. Было изготовлено несколько образцов сапфировых насадок в виде сапфировых цилиндров с диаметром 400 мкм и длиной 10 мм. Плоскость одного торца сапфировых насадок была наклонена к оптической оси на угол 30°, 45° или 60°. Поглощающее покрытие было сформировано путем кратковременного (3 с) контакта рабочего торца сапфировой насадки с деревянным бруском при включенной мощности лазерного излучения 5 Вт. Место стыковки оптического волокна и сапфировой насадки помещалось в муфту, выполненную из отрезка металлической трубки с внутренним диаметром 500 мкм.
Проведенные исследования на различных тканях показали высокую эффективность лазерного инструмента при резке ткани. Как видно из фиг. 3, при выполнении разреза ткани с помощью прототипа (а) глубина разреза составила около 450 мкм, а при выполнении разреза ткани лазерным инструментом (б) глубина разреза увеличилась в два раза и достигла 900 мкм. Т.е. эффективность при резке ткани значительно возросла. Экспериментальные исследования также показали, что при выполнении разреза ткани прототипом длина разреза до значительного разрушения торца с поглощающим покрытием составляет примерно 70 см. При использовании лазерного инструмента из-за применения сапфировой насадки длина разреза до значительного разрушения торца с поглощающим покрытием превышает 850 см.
Таким образом, добавление к рабочему торцу оптического волокна сапфировой насадки с поглощающим покрытием на рабочем торце, плоскость которого наклонена к оптической оси сапфировой насадки под углом от 30 до 60 градусов, привело к достижению заявленного технического результата, а именно, повышению эффективности при резке ткани.