ЛАЗЕРНАЯ РОБОТИЗИРОВАННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к медицине, а именно к роботизированной медицинской технике, и может быть использована в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии с возможностью выполнения тренажерной функции.
Использование лазеров открывает широкие возможности для применения светотерапии в медицине, так как лазерные генераторы позволяют получать монохроматическое излучение высокой мощности и благодаря этому избирательно поражать необходимые мишени, избегая повреждения других структур. При этом так же, как при использовании других источников света, сохраняется возможность бесконтактного воздействия, что обеспечивает стерильность и минимальный побочный болевой и деструктивный эффект.
Известно устройство для лазерной терапии, 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 с 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 (РФ 2122873). Наличие сменного волоконно-оптического инструмента позволяет использовать устройство во многих областях медицины, в том числе в стоматологии.
Недостатком известного устройства для лазерной терапии является невозможность широкой вариации параметров излучения из-за импульсной работы источников излучения, не учитываются условия для создания фотодинамических эффектов и явлений в биологических средах, которые могут быть использованы с применением выбора длин волн.
Известно универсальное лазерно-диодное трехволновое медицинское устройство, 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. Оптические излучатели 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 (РФ ПМ 90685).
Наиболее близким техническим устройством выбрана лазерная медицинская установка, содержащая блок питания, связанный с ним микропроцессорный блок управления, соединенный с оптическим блоком, включающим полупроводниковые лазерные источники, световоды, оптический узел юстировки, и адаптер для подключения сменного волоконно-оптического инструмента. Установка дополнительно включает функционально связанные с блоком управления блок стабилизации длины волны излучения лазеров (РФ ПМ 46435).
Недостатком существующих конструкций устройств, используемых при лечении, в частности, заболеваний челюстно-лицевой области, являются конструктивные сложности светопроводных инструментов и низкие технические возможности при использовании лазерных установок.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей и функциональных возможностей устройства.
Технический результат, достигаемый в предлагаемой полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет точного дозирования облучения по основным параметрам управления: скорость движения и точность перемещения сменного волоконно-оптического инструмента; в возможности реализации тренажерных движений, позволяющих добиться высокой повторяемости точных движений на операциях.
Указанный технический результат достигается за счет того, что лазерная медицинская установка, содержащая блок питания, связанный с ним микропроцессорный блок управления, соединенный с оптическим блоком, включающим полупроводниковые лазерные источники, световоды и оптический узел юстировки, адаптер для подключения сменного волоконно-оптического инструмента. Установка дополнительно снабжена шарнирным манипулятором, управляемым контроллером и соединенным с помощью фланца с адаптером, в корпусе которого размещены световоды, соединенные в пучок и зафиксированные прижимными винтами, сменный волоконно-оптический инструмент, а на наружной поверхности корпуса закреплена магнитная база для установки координатно-измерительного отражателя.
Предлагаемая лазерная медицинская установка позволяет осуществлять хирургическое вмешательство с использованием манипулятора, частично выполняющего функции хирурга и выполнять тренажерную функцию, позволяющую определять положение и ориентацию медицинского инструмента при его мануальном перемещении хирургом для последующего анализа за счет использования координатно-измерительного отражателя, установленного на корпусе адаптера. Кроме того, конструкция предлагаемого адаптера позволяет точно дозировать облучение и перемещать сменный волоконно-оптический инструмент.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется рисунками 1-3, наиболее полно поясняющими сущность предложенного технического решения.
На рис. 1 изображена блок-схема лазерной медицинской установки. Установка включает блок питания (1), связанный с ним микропроцессорный блок управления (2), соединенный с оптическим блоком (3), включающим многомодовые полупроводниковые лазерные источники, световоды и оптический узел юстировки, адаптер (4) для подключения сменного волоконно-оптического инструмента (5) с шарнирным манипулятором (6), управляемым контроллером (7), фланец (8), соединяющий манипулятор с адаптером с помощью крепежных отверстий с резьбой.
Манипулятор (6) с закрепленным на последнем звене фланцем (8) соединяется с адаптером (4), что позволяет осуществлять функциональные движения со сменным волоконно-оптическим инструментом (5). Манипулятор (6) представляет собой шарнирный семизвенный механизм с последовательной кинематической структурой. Приводы манипулятора имеют модульную компоновку и состоят из электродвигателя, волнового редуктора, датчика положения и датчика момента.
На рис. 2 изображена конструкция адаптера, на рис. 2а - внутренние установочные элементы. В корпусе (9) адаптера размещены световоды, соединенные в пучок (10), которые зафиксированы прижимными винтами (11) для устранения вращательного движения, и соединенные со сменным волоконно-оптическим инструментом (5). В корпусе (9) адаптера выполнено отверстие (12) для установки магнитной базы (13) для установки координатно-измерительного отражателя (14). Съемный наконечник (15) обеспечивает подвод дистального торца световода (10) в зону операции. Наконечник (15) крепится к корпусу при помощи резьбового соединения. Фиксация световода внутри корпуса (9) осуществляется при помощи цанги (16). Собранное в пучок излучение лазеров по световоду (10) поступает на адаптер (4), к которому присоединяют сменный волоконно-оптический инструмент (5) для непосредственного воздействия на облучаемую зону.
Для соединения с фланцем манипулятора адаптер имеет 4 отверстия (17). Резьбовая часть винта завинчивается в крепежные отверстия, расположенные на фланце манипулятора. Также на корпусе адаптера имеется 4 отверстия (18) для фиксации положения адаптера при помощи пальца или штифта. Для входа световода в корпус адаптера предусмотрен цилиндрический паз (19).
На рис. 3 изображен общий вид адаптера в сборке. Адаптер конструктивно представляет собой цилиндрический корпус (9) со съемными наконечниками (15), которые обеспечивают подвод дистального торца световода в зону операции. Наконечник крепится к корпусу при помощи резьбового соединения. Фиксация световода внутри корпуса осуществляется при помощи цанги (16).
Адаптер (4) предназначен для непосредственного удержания объектов, перемещаемых в пространстве при совершении функциональных движений, и для сопряжения с дистальным торцом сменного волоконно-оптического инструмента (5). Закрепленный на его корпусе координатно-измерительный отражатель (14), соединенный с координатно-измерительным блоком (на схеме не показан), необходим для контроля положения и скорости сменного волоконно-оптического инструмента (5) при движении его по траектории при проведении тренажерных работ. Световоды (10) вставляются в отверстие корпуса и фиксируется с помощью цанги (16).
Предлагаемая конструкция адаптера (4) предназначена для проведения научных и лабораторных исследований, а также для любых других сфер применения, в которых требуется лазерное излучение высокой мощности на выходе из оптического волокна.
Порядок сборки и юстировки адаптера, устанавливаемого на манипулятор: 1. Продеть световод через цилиндрический паз (19), затем через цангу (16) в торце корпуса, предварительно ослабив ее. Закрепить световод в съемном наконечнике (15) таким образом, чтобы выход свободного конца из корпуса не превышал 1-1,5 мм. 2. Зафиксировать наконечник относительно корпуса при помощи резьбового соединения. Закрепить световод в корпусе при помощи цанги (16). 3. Провести инициализацию дистального торца световода в соответствии с инструкцией к лазеру. 4. Вставив световод (10) в адаптер (4), закрепить его от осевого смещения при помощи двух винтов, ввинчиваемых в отверстия (11). 5. При помощи винта закрепить на отверстии (12) магнитную базу (13) для координатно-измерительного отражателя (14). 6. Вывести манипулятор (6) в позицию, удобную для проведения монтажа адаптера на фланец (8). 7. Закрепить адаптер на фланце манипулятора. 8. Сделать отметку напротив одного из отверстий (11), необходимую для обеспечения неизменной ориентации рабочего органа, относительно фланца манипулятора в случае повторного монтажа. 9. Откалибровать установленный адаптер в системе координат манипулятора по методу четырех точек.
Все элементы адаптера обладают достаточной жесткостью, поэтому погрешность определения координаты положения медицинского инструмента не превышает общей погрешности требуемых измерительных устройств.
Как в случае хирургического вмешательства, так и при осуществлении тренажерной функции с помощью координатно-измерительного отражателя (14) регистрируется расположение инструмента (5) для последующего анализа, передавая информацию в координатно-измерительный блок, содержащий и стереофотограметрический блок.
Применение предлагаемой лазерной медицинской установки направлено на минимизацию инвазивных вмешательств и выполнения тренажерных функций при сложной патологии челюстно-лицевой области.
Использование манипулятора позволит врачу:
- Управлять скоростью движения сменного волоконно-оптического инструмента (5), что в принципе не может хирург на мануальных операциях, так как человек не имеет естественных датчиков контроля скорости;
- Повысить точность перемещений сменного волоконно-оптического инструмента (5), что особенно важно на сложных траекториях (например, филенчатого вида);
- Точно реализовать движения, когда требуется держать фиксированное расстояние между сменным волоконно-оптическим инструментом (5) и десной (обычно в диапазоне 0.1-1 мм для медицинского лазера с длиной волны 1270 нм);
- Добиться высокой повторяемости точных движений на операциях, где требуется выполнять несколько проходов по одной траектории.
- Автоматически программировать траектории движения лазерного инструмента через дружелюбный интерфейс «хирург - манипулятор», что позволяет не обременять врача техническими задачами программирования и выполнения движений, оставляя ему только функции постановки задачи роботу, задания режима работы лазера, реализации тренажерных движений и контроля хода операции;
- Программировать режимы работы медицинской лазерной установки индивидуально для каждого пациента с помощью специализированного программного модуля.
Опытный образец предложенной роботизированной лазерной медицинской установки прошел клинические испытания, в результате чего рекомендован для сертификации и промышленного серийного выпуска. Испытаниями определена практическая целесообразность предлагаемой лазерной роботизированной медицинской установки.