Сканирующие лазерные установки в медицине

СКАНИРУЮЩИЕ ЛАЗЕРНЫЕ УСТАНОВКИ В МЕДИЦИНЕ Е.В. Шалобаев, Г.Н. Юркова, В.Т. Ефименко, А.В. Ефименко,

Н.В. Леонтьева

В работе представлены достижения отечественного медицинского приборостроения в производстве сканирующих лазерных стимуляторов для профилактики и терапевтического лечения.

Более 30 лет лазерная терапия изучает влияние низкоинтенсивного излучения на течение различных заболеваний у человека. В результате появилось достаточно большое число методик лечения и профилактики рецидивов различных заболеваний. Создано большое число типов лазерных аппаратов, например "Муравей", "Мотылек", "Мустанг".

В последние годы, благодаря совершенствованию аппаратуры для проведения лазеротерапии, появилось много приборов, обеспечивающих различные варианты доставки излучения [1]. Среди них особого внимания заслуживают сканирующие устройства [2, 3], имеющие низкоэнергетические источники лазерного излучения красного (670 нм) и инфракрасного (830 нм) диапазонов, которые предназначены для бесконтактного воздействия на патологически измененные ткани для получения лечебного эффекта и проведения медико-биологических исследований [4-5].

Обычно лазерное излучение расфокусируют для получения пятна, соответствующего облучаемой зоне. Это вызвано тем, что в большинстве случаев нерасфокусированный луч имеет достаточно высокую плотность мощности, что при терапии биологических тканей нежелательно. Однако при расфокусировке обязательно возникает неравномерность распределения по площади, а плотность излучения снижается. Расфокусировка обеспечивает получение пятна излучения в форме круга, другие фигуры можно получить только с помощью специальной сетки, использование которой также снижает полезную мощность установки. Кроме того, задача расчета терапевтической дозы излучения при таком способе доставки излучения является достаточно сложной.

Метод сканирующей лазеротерапии позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков и сложностей. Особенность метода заключается в бесконтактном воздействии сфокусированным лазерным лучом без потери мощности на поверхности кожи с различной частотой сканирования. Режим сканирования позволяет обработать зону любой конфигурации сфокусированным лучом и равномерно воздействовать дозированным излучением на каждую точку пораженной поверхности.

Воздействие на большие поверхности сфокусированным лучом обеспечивает передачу энергии тканям за более короткое время по сравнению с облучением аналогичной пораженной поверхности расфокусированным лазерным лучом, так как за счет перемещения луча создаются условия для последовательного периодического воздействия и равномерного распределения энергии излучения в зоне обрабатываемой поверхности, что позволяет получить лечебный эффект.

Существенным в этом случае является тот факт, что при непрерывном излучении лазера создается импульсный режим облучения за счет пространственного перемещения луча для каждой отдельной точки поверхности. Это обеспечивает благоприятный режим лечения, так как импульсный режим не дает возможности облучаемой клетке адаптироваться к излучению.

Благодаря сканирующему устройству можно подобрать форму сканирования в соответствии с площадью и состоянием поверхности подлежащей лечению, т.е. проводить лечение пациентов по индивидуальной программе.

В установках применяются сканеры, представляющие собой оптико-механические дефлекторы - двухкоординатные электромагнитные устройства управления лазерном лучом в пространстве.

Режим сканирования устанавливается путем выбора необходимого поля сканирования с возможностью плавного изменения его геометрических параметров по обеим координатам или по каждой в отдельности, в зависимости от размеров и формы облучаемой поверхности.

Поля сканирования могут быть различными и задаются в соответствии с патологическим процессом, имеющимся у больного, и формой облучаемой поверхности. Применение ряда простейших кадров (точка или отрезок) возможно с изменением частотного режима. При использовании более сложных кадров применяют амплитудную модуляцию фигур сканирования, что позволяет воздействовать на каждую точку облучаемой поверхности с определенной частотой, которая накладывается на частоту сканирования. Например, из неподвижной окружности можно получить спираль Архимеда, а из овала Кассиани - комбинацию спирали Архимеда и вращающейся окружности с преобразованием в точку и с возвратом в исходной конфигурации. Горизонтальные и вертикальные "очки" Лемниската можно преобразовать в точки, а последние возвратить к первоначальным фигурам. Из фигуры Лиссажу при включении фазового вращения и модуляции можно получить точку, которую затем превратить в исходную фигуру.

Необходимая конфигурация сканирования задается путем фазового вращения базовых фигур с возможностью остановки в требуемой фазе. Предусмотрено изменение частоты сканирования от 0 до 100 гц.

Для повышения стимулирующего эффекта применяют режим амплитудной модуляции фигур сканирования в точку от заданного или до заданного параметра и исключение облучения определенной зоны с возможностью дискретного изменения частоты модуляции, т. е. применяемая модуляция позволяет воздействовать с определенной частотой на каждую точку, заключенную внутри фигур сканирования.

Помимо непрерывного режима излучения лазера, в установке предусмотрен импульсный режим работы с изменением длительности импульсов и скважности. Максимальная частота следования импульсов - 50 Гц, а максимальное отношение длительности импульса к задержке 1:100. Максимальное расстояние от среза сканирующего устройства до обучаемой поверхности кожи - 1 м.

При уменьшении амплитуды сканирования, т.е. размеров соответствующих кадров, доля энергетической экспозиции для каждой точки облучаемой поверхности увеличивается. Расчет терапевтической дозы лазерного облучения для индивидуально подобранных кадров проводят по формуле [1]

н _ Р [90 - агс8т( 1 - В / Ь )] _ 180 ' где Р - мощность источника лазерного излучения; В - диаметр лазерного пятна; Ь -геометрический размер фигуры; / - суммарная частота сканирования; £ - площадь фигуры.

Блок управления аппарата предназначен для выработки управляющих сигналов, поступающих на оптико-механический дефлектор и в блок излучателя, в соответствии с программой, которая задается с пульта управления. В блоке управления используются два вида памяти: постоянная (ПЗУ) и оперативная (ОЗУ). В ПЗУ находятся 10 наиболее часто используемых кадров (из около 100 разработанных), которые можно модифицировать. Управление параметрами сканирования и лазерного излучения осуществляется так же с помощью пульта управления.

Таблица 1. Технические характеристики сканеров

Характеристика СЛСФ-01.20К (СЛСФ-03.2ИК) СЛСО-02П/П К

Мощность лазерного излучения, мВт 18 ±3 (0...20, плавно регулируемая) 0,8...1

Длина волны, нм 632*° (830) 670

Частота сканирования, Гц 0...100 0...100

Амплитуда сканирования на расстоянии 1м от дефлектора, мм 200 200

Диапазон автоматической установки 0...3599 0...3599

время проведения процедуры, с.

Потребляемая мощность, Вт 50 50

Диаметр луча, мм 1 1

*)

Вариант - полупроводниковый излучатель с длиной волны 670 нм.

Возможна установка прибора СЛСФ-01.20К на УЛФ-01 "Ягода" заказчика.

В работе [5] показано, что сканирующая лазеротерапия, как и другие методики лазеротерапии, в клинической практике может использоваться как самостоятельный метод лечения, а также при комплексном лечении в сочетании с лекарственными препаратами и методами эфферентной терапии (т.е. терапии, при которой импульсы передаются от нервных окончаний к рабочим органам). Лазерное облучение можно сочетать с физиотерапевтическими процедурами, массажем, лечебной физкультурой.

В клинической практике комплексный подход к лечению пациентов с использованием различных физических факторов осуществляют в двух вариантах - в сочетанном и в комбинированном. Первый представляет собой одновременное воздействие двух и более физических факторов на пораженную область тела пациента, например, магнито-лазерная терапия, лекарственный фотофорез. Используют и сочетанное воздействие лазерного излучения в красной и инфракрасной областях спектра. Второй представляет собой последовательное (разнесенное во времени) воздействие лечебными физическими факторами, которые применяют в один день, разные дни или курсами.

Сканирующая лазеротерапия применяется при лечении патологий - сердечнососудистых [6], бронхолегочных, нервной системы, желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, заболеваний ЛОР-органов, стоматологических.

В последние годы многочисленные исследования сузили круг противопоказаний к лазеротерапии следующими заболеваниями: злокачественные и доброкачественные быстро прогрессирующие новообразования, болезни крови опухолевого генеза, кровотечения или наклонность к ним, индивидуальная непереносимость лагерного излучения.

С 1992 г. научно-производственная организация "СкаЛа" (Санкт-Петербург, г. Ломоносов) является единственным отечественным серийным производителем лазерных сканирующих физиотерапевтических и офтальмологических стимуляторов, предназначенных для бесконтактного воздействия низкоэнергетическим лазерным излучением красного и инфракрасного диапазонов на различные биологические структуры человека для терапевтического лечения широкого спектра заболеваний.

Выпущено более 500 установок, которые хорошо зарекомендовали себя во многих известных медицинских учреждениях России - в Центре лазерной медицины СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова, в Центральном военно-клиническом госпитале им. акад. А. А. Вишневского (Москва), в Центральном военном санатории (г. Кисловодск), в НИИ им. АЛ. Поленова.

НПО "СкаЛа" имеет разрешительные документы от Министерства здравоохранения и медицинской промышленности РФ, а установки - сертификаты соответствия Госстандарта РФ.

В государственный реестр медицинских методик РФ внесена методика, базирующаяся на приборы фирмы "СкаЛа" [7]. Однако указанные методики не учитывают индивидуальные особенностей как пациента, так и медперсонала. В связи с этим ведутся интенсивные работы по созданию биоуправления разработанными приборами на основе обратной связи по многоканальному принципу [8-10].

Перспективным направлением в развитии сканирующей лазеротерапии является использование ее в режиме диагностики для выяснения индивидуальных особенностей пациента.

Литература

1. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии. М.: Инотех-Прогресс, 1992. 123с.

2. Шалобаев Е.В., Ефименко В.Т., Юркова Г.Н. Сканирующие лазерные стимуляторы // Сб.: Электроника, информатика и управление. Владимир: ВГУ, 2001. С.179-181.

3. Шалобаев Е.В., Юркова Г.Н., Ефименко В.Т., Ефименко А.В. Лазерные стимуляторы // Датчики и системы. 2001. № 8. С.63-64.

4. Ефименко В.Т., Шалобаев Е.В., Ефименко А.В., Юркова Г.Н. Сканирующие лазерные датчики в системе лечения и диагностики заболеваний // Датчики и системы. 2001. № 11. С.47-49.

5. Леонтьева Н.В., Ефименко В.Т., Ефименко А.В. К вопросу о возможности использования метода сканирующей лазеротерапии в клинической практике // Сб.: Актуальные проблемы лазерной терапии / Под ред. Н.Н.Петрищева. СПб.: ГМУ, 2001. С.207-219.

6. Леонтьева Н.В. Применение сканирующей лазеротерапии в лечении больных с клиническими проявлениями атеросклероза / Под ред. Н.Н.Петрищева. СПб: ГМУ, 2001. 31с.

7. Государственный реестр новых медицинских технологий / С.Б.Ткаченко и др. М., 2001. 350с.

8. Тимофеев Б.П., Шалобаев Е.В., Ефименко В.Т. и др. Адаптируемая биотехническая диагностическая система // Тез. докл. науч.-техн. конф. В 2-х ч. Ч.2. СПб: ИТМО, 2000. С.49.

9. Тимофеев Б.П., Шалобаев Е.В., Млокосевич С.Ю. и др. Биотехнические системы // Тез. докл. Рос. науч.-практ. конф.: Оптика и научное приборостроение. СПб.: ИТМО, 2000. С.64.

10. Шалобаев Е.В., Юркова Г.Н., Ефименко В.Т. и др. Управление в биотехнической системе // Сб.: Управление в технических системах. Ковров: КГТА, 2000. С.89-91.