CZ30056U1 - Terapeutický laser - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká originálního úpravy terapeutického laseru.

Dosavadní stav techniky

Již v době vzniku kvantové teorie neušlo Albertu Einsteinovi, že neexistují pouze dva procesy při vzájemném působení látky a záření (absorpce a emise energie), ale procesy tři (k výše uvedeným ještě stimulovaná emise). Setká-li se další kvantum energie s atomem, který je již na vyšší energetické hladině a odmítá tuto hladinu přechodně opustit, lze ho donutit vyzářit další kvantum energie (elektromagnetického záření) a přejít na nižší hladinu. Původní dopadající kvantum se ale nepohltí. Výsledkem jsou dvě kvanta světelné energie, světlo o dvojnásobné energii. Hovoříme o vynucené (neboli indukované) emisi záření, tedy o fyzikálním jevu, na kterém je činnost laserů založena. Tento jev Albert Einstein předpověděl již v roce 1916. Anglický fyzik Paul Adrien Maurice Dirac provedl koncem dvacátých let XX. století detailnější matematickou analýzu kvantové teorie záření a dále rozvinul Einsteinovy myšlenky. Einstein i Dirac si byli vědomi vlastností, jaké by vynucené záření mělo. Na rozdíl od chaotické spontánní emise musí být vyzařování při vynucené emisi mnohem uspořádanější. Dopadající i vyzářené kvantum budou mít stejnou vlnovou délku a stejnou fázi a budou vzájemně koherentní. Světlo vyzářené při vynucené emisi nebude pouze zesíleno, zachová si i charakter sinusové vlny, u níž je možné v každém okamžiku a v každém místě určit, zda právě prochází vrcholem či jinou fází, bude se tudíž vyznačovat vlastností zvanou koherence.

První funkční laser (pojem složený z počátečních písmen anglického názvu Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) demonstroval 16. května 1960 Theodore Harold Maiman. Jako aktivní prostředí použil krystal rubínu, do kterého promítal záblesky světla. Přesto až dosud tomuto vědci a vynálezci nebyla udělena Nobelova cena. Na vývoji laserů však pracovala řada dalších špičkových vědců, z nichž za objevy v oblasti kvantové elektroniky zaměřené na oblasti teorie a aplikace laseru byly v roce 1964 Nobelovu cenou odměněny americký fyzik Charles Hard Townes a dva ruští fyzici, Nikolaj Genadijevič Basov a Alexandr Michajlovič Prochorov.

I když první poznatky týkající se laseru byly využity především v armádním výzkumu a v rozvoji fyzikálních technologií, byla cesta laserového záření k využití v medicíně rychlá a laser umožnil rozvoj nových léčebných metod - v oblasti neinvazivních aplikací pak především rozvoj fototerapie. Fototerapie v té nejpřirozenější podobě, tj. v podobě ošetřování člověka přirozenými slunečními paprsky, byla ovšem v léčitelství a medicíně využívána v podstatě vždy. Z již moderní doby lze vzpomenout dánského lékaře prof. Nielse Ryberga Finsena, kterému byla za výsledky v terapii pacientů s nejrůznějšími kožními chorobami v roce 1903 udělena Nobelova cena. Na začátku 20. století byly v celém civilizovaném světě zakládány „světloléčebné ústavy“ užívající lampy emitující světlo v nej různějších vlnových délkách. A to jak viditelné, tak i infračervené a ultrafialové. Rozvoj fototerapie podnítil rozvoj lázeňství a budování známých letovisek v Řecku, v Itálii nebo na francouzské Riviéře. Protože se prokázal klíčový význam fototerapie v boji proti plicní tuberkulóze, zaznamenáváme intenzivní budování lázeňských míst ve vysokohorském prostředí, která poskytovala nemocným dlouhodobé pobyty na horském vzduchu spojené se sluněním (helioterapie, případně klimatoterapie), kvalitní stravou a s dostatkem odpočinku.

Do medicíny začaly lasery pronikat od konce roku 1961, ovšem nejdříve jako invazivní lasery pro oftalmologii. Zřejmě jako první Charles Campbell a Charles Koester odstranili nádor sítnice pomocí rubínového laseru. Elias Snitzer popsal první operaci s neodymovým laserem. Pro zajímavost, tento laser se stal prvním, který byl použit i jako laserová zbraň. Od poloviny 60 let se věnoval možnostem využití neinvazivního laseru v medicíně profesor chirurgie Semmelweisovy university v Budapešti Endre Mester. Právem ho lze považovat za otce zakladatele této formy léčby. Své první práce věnoval studiu působení laseru na melanom. Záhy si také všiml stimulačních vlastností laseru a svou pozornost přenesl tímto směrem. V roce 1974 zakládá Laserové

-1 CZ 30056 Ul výzkumné centrum, které se věnuje biologickým účinkům paprsků laseru na živou tkáň v celé šíři.

V roce 1923 Aleksandr Gavrilovič Gurvič, profesor histologie a embryologie Moskevské státní univerzity a později ředitel Ústavu experimentální medicíny v tehdejším Leningradu, jako první na světě v roce 1923 pozoroval, že buňky emitují ultrafialové světlo jako důsledek mezibuněčné komunikace. Popisuje jej jako mitogenní záření a předpokládá, že stimuluje dělení buněk aktivací nitrobuněčných chemických (enzymatických) reakcí.

Mezi nej výraznější osobnosti v oblasti laserové medicíny patřil profesor plastické chirurgie Isaac Kaplan, zakladatel a první předseda Mezinárodní společnosti pro laserovou chirurgii a medicínu. Profesor Kaplan byl jedním z prvních, který již začátkem 60. let pochopil význam přínosu laseru pro medicínu a zejména chirurgii. Zároveň si uvědomil nutnost vývoje takového zařízení, které by umožnilo dostat paprsek laseru nad operační stůl a chirurg by jej mohl ovládat podobně jako skalpel. Nezbytností muselo být jeho spolehlivé napájení, volná kloubová ramena a přesná zrcadla k přenosu paprsku. Násadec, se kterým by měl operatér pracovat, musel být dostatečně malý, lehce ovladatelný a bez problémů se dát sterilizovat. Výsledkem byl první CO₂ laser SHARPLAN, který zkonstruoval společně se Sharonem v roce 1972. Ten přinesl malou revoluci v některých dosavadních chirurgických přístupech.

Je na místě připomenout některé další významné odborníky, jejichž jména zná každý, kdo se danou problematikou zajímá a pravidelně sleduje zahraniční literaturu. Jedním z nich prof. Tiina I. Karu, vedoucí Laboratoře laserové biologie a medicíny Institutu laserových a informačních technologií Akademie lékařských věd Ruské federace. Je autorkou několika monografií, věnovaných především studiu působení laseru na celulámí a subcelulámí úrovni. Dalším, světově uznávaným odborníkem v oblasti laserové medicíny se zaměřením na dermatologii a estetickou chirurgii je absolvent Lékařské fakulty Národní univerzity v Barceloně, profesor Katolické univerzity Nejsvětějšího Srdce Ježíšova v Římě a hostující profesor Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně Dr. Mario A. Trelles. Dalším světově uznávaným odborníkem zejména v oblasti využití laseru v plastické a rekonstrukční chirurgie je rodák z Okinawy, absolvent lékařské fakulty univerzity Keio, současný přednosta Ohshiro kliniky v Keio a ředitel Japonské lékařské laserové laboratoře prof. Toshio Ohshiro. V roce 1988 byl zvolen prvním prezidentem Mezinárodní asociace laserové terapie. Na místě je zde rovněž připomenout ředitele Ústavu lékařské optiky Mnichovské univerzity prof. Wilhelma Waidelicha, Dr. Jana Tunéra, zubního lékaře ze Stockholmu, který má ve svém osobním archivu obrovské množství informací týkající se neinvazivní laseroterapie ze všech lékařských oborů za posledních 25 let či spoluautora převážné většiny jeho učebnic prof. Lars Hode, prezidenta a zakladatele Švédské laserové lékařské společnosti. Samozřejmě, tím výčet uznávaných specialistů nekončí, je třeba připomenout prof. Juanitu Anders z Bethesdy, profesora stomatologie Univerzity Utah G. Lynn-Powella, vynikajícího rumunského fyzika prof. Mihaila Luciana Pascu z Bukurešti, doc. Aurelii Vaitkuviene z Vilnjuské univerzity nebo prof. Kiru Aleksandrovnu Samojlovu z Cytologického ústavu Akademie věd Ruské federace v Sankt Peterburgu.

Významné postavení mezi mezinárodními odbornými společnostmi věnující se problematice možnosti využití laseru v medicíně má Mezinárodní akademie pro využití laseru v medicíně a v chirurgii, jejímž zakladatelem a dlouholetým prezidentem je prof. Leonardo Longo z Florencie.

V Československé, později České a Slovenské republice se laseroterapií zabývala a zabývá řada odborníků; jmenovat lze například představitele otorinolaryngologie prof. MUDr. Jiřího Hubáčka, DrSc., představitele radiobiologie a fyzikální medicíny prof. MUDr. Leoše Navrátila, CSc., představitelka lékařské biofyziky prof. RNDr. Hana Kolářová, CSc. a další.

Neinvazivní terapeutické čili stimulační lasery pro fototerapii jsou technicky rozvíjeny již po několik desetiletí. Jejich konstrukce využívala jako zdroje laserového záření zpočátku zejména He-Ne laseru. Později - spolu s rozvojem technologií výroby polovodičových diodových laserů zaujaly dominantní postavení právě tyto zdroje laserového záření. Zpočátku byly aplikovány laserové diody výkonů v řádu jednotek mW, poněvadž výkonnější polovodičové lasery jako op-2CZ 30056 Ul toelektronické součástky nebyly za přijatelnou cenu běžně ani k dispozici. Postupem času se laserové diody s výkony desítek mW až stovek mW stávaly dostupnými a v souvislosti s tím rostl i výkon terapeutických laserů. Lasery s výkonem nad 500 mW však již legislativně představují další, vyšší třídu rizika a proto pronikaly do konstrukce terapeutických stimulačních laserů pomaleji.

Obecně lze v současnosti vyrábět polovodičové laserové struktury poskytující výkony stovek mW až kolem 10 W. Polovodičové lasery s těmito výkony lze při dobrém, ale ještě standardním chlazení kovovými chladiči (případně s Peltierovými články) krátce používat i v kontinuálním režimu, obvykle jsou však určeny pro provoz pulzní. Pokud je však požadován vyšší výkon laserové diody, je nutno vzhledem k větším rozměrům součástky počítat s horšími parametry laserového záření a především pak s nemožností takovouto strukturu za kontinuálního provozu úspěšně chladit. Proto je u polovodičových laserů s vyššími výkony zatím možný jen impulzní režim nebo alespoň krátká doba provozu následovaná dlouhou pauzou nezbytnou pro ochlazení polovodičového generátoru laserového záření. V pulzním režimu musí být doba trvání pulzů přiměřeně krátká (donedávna to bývaly maximálně stovky nanosekund, v posledních letech lze zářivý tok polovodičového laseru těchto výkonů produkovat v impulzech trvajících až stovky milisekund). Po každém pulzu světla však musí následovat dlouhá pauza a teprve pak se může opakovat další pulz atd. Periodické záblesky se přirozeně mohou opakovat s frekvencemi vysoko nad několika desítkami Hz, které je lidské oko schopno ještě rozlišit, takže svit takového laseru na viditelných vlnových délkách bude člověk vnímat jako zdánlivě spojitý. Podílu doby trvání světelného záblesku a periody říkáme pracovní cyklus (duty cycle) a vyjadřujeme jej obvykle v procentech.

Pokud se tedy setkáme s polovodičovým laserem, třeba právě stimulačním, který se prezentuje výkonem např. 30 W, pak je jasné, že se jedná o laser s impulzním provozem a je třeba se ptát, jaká je doba záblesku a jaký je pracovní cyklus. Např. typický „výkonný“ laser tradiční konstrukce má tento impuls délky 100 ns. Pak i při maximální možné frekvenci tohoto laseru 10 000 Hz je poměr impulz: pauza = 1:1 000, duty cycle je 0,1 %. Během periody doby trvání 100 ps = 100 000 ns přichází světelný záblesk o době trvání pouhých 100 ns, zatímco po dobu 99 900 ns je tma. Střední hodnota výkonu nebude tedy 30 W, ale hodnota tisíckrát menší, pouhých 30 mW, na něž jsme byli zvyklí u laserů prvních generací. Samozřejmě si lze položit otázku, zda pro biologickou odezvu organismu je významná právě tato střední hodnota v čase, nebo zda i mimořádně krátký záblesk s vysokou hustotou toku fotonů může vyvolat specifickou reakci. Časová střední hodnota hustoty toku fotonů je ovšem stejná jako u 30 mW laseru, a je tomu tak dobře. Kdyby na tělo pacienta dopadalo stálé laserové záření o výkonu skutečně 30 W, nešlo by už v žádném případě o stimulaci. Lasery tohoto výkonu už totiž spolehlivě propalují materiály.

Poněkud jinak je tomu u stimulačních laserů označovaných dosud neustálenou terminologií jako „výkonové“ nebo „vysokovýkonné“ stimulační lasery HPLT (high-power laser therapy) nebo HILT (high intensity laser therapy). Na rozdíl od stimulačních laserů typu LLLT (low level laser therapy) pracují vždy s výkonem větším něž-li 500 mW a náležejí tudíž do třídy IV, nikoliv do třídy III b, kam spadá LLLT s výkonem laserových diod do 0,5 W). Především však jsou určeny k aplikaci dávek laserové fototerapie řádově ve stovkách J/cm² (obvykle 400 - 600 J/cm²), poskytovanou za poměrně krátkou dobu několika minut, zatímco lasery LLLT byly schopny za typickou dobu procedury podat dávku sotva do 10 J/cm². Vysokovýkonné lasery mohou být osazeny laserovou diodou s výkonem několika W (někdy až do 12 W, případně 15 W i více, dle toho, jakou laserovou diodu a za jakou cenu si výrobce na trhu zajistil). V tomto případě bychom měli hovořit výlučně o high-power laser therapy (HPLT), někdy krátce o High-power (HP). Pokud je však jako zdroje laserového záření využíváno laseru typu Nd:YAG, pak je na místě termín HILT, respektive „Hilterapie“. Laser typu Nd:YAG však přirozeně není polovodičový, nýbrž laser pevnolátkový pracující na vlnové délce 1 064 nm, kde se jako chromofor uplatňuje zejména voda. Na této vlnové délce ovšem může pracovat i diodový laser. Zásadní rozdíl je v tom, že Nd:YAG laserový zdroj poskytne bez problémů výkon až kolem 3 kW, ovšem vždy a výlučně jen po dobu kratičkého pulzu (obvykle 100 mikrosekund). Vyzařované světlo je ovšem dosti kolineámí, takže ozařovaná plocha mívá obvykle několik málo desetin cm². Plošná hustota výkonu

-3CZ 30056 Ul během světelného impulzu je tedy obrovská (kolem 15 kW/cm²). Během krátkého pulzu se však realizuje výkon kolem 300 mJ. Pri frekvenci záblesků 10 Hz bude tak během jedné sekundy předávat energii 3 J, takže kupříkladu za 3 minuty aplikace při ozařování 1 cm² předáme dávku 540 J/cm². Je zřejmé, že se zvyšující se frekvencí impulzů HILT bude vzrůstat termický efekt terapie. Po každém aplikovaném pulzu se ozařovaná tkáň poněkud zahřeje, zvláště v důsledku intenzivní absorpce záření vlnové délky 1 064 nm vodou. Toto zahřátí může mít vynikající vliv na tišení bolestí, ovšem může též snadno překročit práh tepelného poškození tkání. Rozhodně nelze již hovořit o pouhých fotochemických stimulačních efektech fototerapie (fotostimulace, fotomodulace), ale je nutné uvážit i účinky fototermické, které mohou účinek léčby podporovat, ovšem mohou léčené tkáně též poničit. U terapie HILT s Nd:YAG laserem je i v každém jednotlivém impulzu uplatněn tak velký výkon, že se uvažuje i o účincích fotomechanických.

Ovšem i s pomocí vysokovýkonných diodových laserů lze v krátké době procedury dosáhnout podání dávky řádově několika set J/cm². Zde se obvykle využívají laserové diody s výkony alespoň 0,5 W, typicky několika wattů; v současné době jsou nejvyšší dosažitelné výkony 12 až 15 W. Tyto výkony jsou spojeny s problémy přehřívání vlastní laserové diody (a tím i zkracování její životnosti), jakož i s riziky termického poškození léčených tkání. Aplikované vlnové délky bývají nejčastěji 810 nm (zde se uplatňuje jako hlavní chromofor cytochrom-c-oxidáza a lze tudíž předpokládat především účinky stimulační) a 980 nm (zde se již více uplatňuje pohlcování světla laseru vodou s následným zvyšováním teploty tkání). Někdy se aplikují i laserové diody produkující ve shodě s metodou HILT 1 064 nm. Vysokovýkonné polovodičové diody nejsou schopny produkovat několika impuls o výkonu několika kW, jak tomu je u Nd:YAG laseru, zato mohou z principu vytvářet kontinuální zářivý tok o výkonu několika Wattů. Pokud by však laserové záření tohoto výkonu bylo aplikováno na určitou plochu povrchu těla po delší dobu, zničila by se nejen sama laserová dioda, ale především by byly závažně popáleny léčené tkáně. To znamená, že i vysokovýkonné diodové lasery se obvykle provozují v impulsním režimu. Požadovaný neinvazivní efekt spojený se zachováním integrity a intaktnosti stimulovaných tkání je tudíž zajištěn tím, že vysoká světelná intenzita laseru působí jen po dobu krátkého impulzu laserového světla. Pokud je zvolen kontinuální režim, i pak je jeho trvání omezeno na několik sekund, po nichž následuje nezbytná pauza. Zároveň se světelný výkon rozkládá na větší plochu povrchu těla pacienta řádově jednotek až desítek cm² (snížení hustoty výkonu), čímž se sice snižuje riziko popálení, ale snižuje se i dávka podaná za určitou dobu (snížení hustoty energie).

Určitou kompromisní cestou je využití vícekanálových systémů. Laserová záření z laserových diod obvykle středního nebo i vysokého výkonu je rozděleno do několika světlo vodných kanálů světlovodných kabelů a jimi je vedeno k místům aplikace. Pokud koncovky těchto kabelů jsou umístěny blízko sebe a zamířeny na léčený okrsek povrchu těla, hovoří se často o tzv. laserové sprše. Například při 10 kanálech s výkonem 0,3 W (tedy ještě „bezpečnější“ třídy laserů III b) se aplikuje bezproblémově kontinuální výkon 3 W. Při ozářené ploše 10 cm² se aplikuje za 10 minut trvání procedury 180 J/cm². Jednotlivé světlovody však můžeme též distribuovat na více přesně alokovaných míst povrchu těla a přitom je umístit tak, že bude zcela vyloučeno odražené spekulámí záření, které může způsobit ztrátu až poloviny aplikovaného výkonu, můžeme též kombinovat různé potřebné vlnové délky.

Zmíněnou cestou vícekanálových systémů, tvořených několika polovodičovými zdroji laserového záření a na ně opticky navázanými ohebnými světlovody s koncovkami schopnými fixace přímo na léčeném okrsku povrchu těla pacienta, se začaly zřejmě jako první ubírat konstruktéři akupunktumích laserových stimulátorů. Vedla je k tomu především snaha dopravit stimulující laserové záření přesně do vybraných hypotetických akupunktumích bodů v počtu obvykle do deseti. Příkladem takového řešení je například přístroj Kolína vyráběný německou společností Lasemeedle Entwicklung dle patentu Dr. rer. nat. Detlefa Schikory - Schikora, Detlef. Device for Performing Acupuncture Using Laser Radiation. Inventor: Detlef Schikora, Wehrden (DE). United States Patent Application Publication. US 2004/0092859 Al. 13. 05. 2004. Obdobně byl řešen i přístroj švýcarské společnosti Lasemeedle vycházející z téhož patentového řešení z prací Dr. Schikory (Univerzita Paderbom, Německo) a Prof. Gerharda Litschera z Lékařské univerzity v Grazu v Rakousku - Lasemeedle Entwicklungsgesellschaíit GmbH, Beverungen (DE). Device

-4CZ 30056 Ul for Performing Acupuncture Using Laser Radiation. Inventor: Detlef Schikora, Wehrden (DE). United States Patent Application Publication. US 7 179 278 B2. 20. 02. 2007. Vědecké poznatky spojené s uplatněním mltikanálových terapeutických stimulačních laserů, zejména s cílem lokálního zlepšení krevní perfuze, jsou souhrnně publikovány v monografii - Litscher, Gerhard; Schikora, Detlef. Lasemadel - Akupunktur: Wissenschaft und Praxi. Past Science Publisher, D-49525 Lengerich, 2004. Tradičně se výrobou multikanálových laserových přístrojů s ohebnými světlovody zabývá též další německá společnost vedená Dr. med. Michaelem Weberem - Weber Medical, jejíž přístroje nesou typové označení Webemeedle. Tyto výrobky souvisí s patentem - Weber, Michael. Acupuncture Device Using a Laser Beam. Inventor: Michael Weber, Lauenfórde (DE). United States Patent Application Publication. US 8 043 348 B2. 25. 10. 2011, kterým je chráněno celé řešení i patentem Weber, Michael. Vorrichtung zur Anbringung wenigstens einer Lasemadel am Korper eines Patienten. Inventor: Michael Weber, Lauenfórde (DE). European patent application. EP 1 429 709 Bl. 01. 08. 2007, kterým je chráněno řešení aplikátoru světlovodů v místech těla nedovolujících obvyklý způsob fixace přilepením speciální axiální koncovky, například na hlavě, uších apod., což je v oblasti akupunktury zvláště významné. Již od roku 1982 jsou na trh dodávány rovněž multikanálové německé lasery společnosti Reimers a Janssen, vynikající jiným, rovněž patentovaným způsobem upevnění koncovky ohebného světlovodu na povrchu těla pacienta s využitím zrcátka integrovaného v koncovce světlo vou a odklánějícího svazek laserového záření pod 90° úhlem - Reimers & Janssen GmbH, Winden (DE). Applicator fůr die Laserakupunktur. Inventors: Nanesen, Josephus; Reimers, H. Werner, Lauenfórde (DE).Deutsches Patent. DE 20 2009 017 135 Ul. 01. 06. 2011. Jiná technická řešení vícekanálového terapeutického laseru je chráněno patentem Ming, Lai; Meijuan, Juan. Multiple Diodě Laser Apparatus and Metod for Laser Acupuncture Therapy. Inventors: Ming, Lai; Meijuan, Juan, both of Carlsbad, Califomia (USA). United States Patent Application Publication. US 6 074 411. 13.06. 2000.

Žádný z uvedených terapeutických laserů nevyniká však možností proces laseroterapie během podávání procedury, tedy v reálném čase řídit, čili měnit parametry terapeutického laserového záření tak, aby bylo dosahováno optimálního cíle léčebné stimulace tímto zářením. Veškeré současné řízení terapeutických laserů spočívá v možnosti nastavit před zahájením procedury parametry laserového záření dle víceméně empirických doporučení publikovaných některými lékaři nebo výrobci laserů. Stimulační terapeutické lasery dovolují tímto způsobem nastavovat výkon (ve Wattech) a dobu aplikace, ze známé plochy ozařovaného povrchu těla pacienta lze pak vypočítat energii aplikovanou na jednotku plochy (obvykle J/cm²). Častá je i možnost volit kontinuální časový průběh zářivého toku nebo průběh s určitou periodicky časově přerušovaný, takřka ve všech případech s rektangulámím časovým průběhem, tedy s režimem on-off. U vícekanálových laserů přistupuje navíc možnost kombinovat laserové záření různých vlnových délek, což lze uskutečnit buďto kombinací více kanálů s odlišnou vlnovou délkou monochromatického světla nebo navázáním více laserových zdrojů s různými vlnovými délkami do jediného kanálu. Teoreticky by bylo možno využívat i laserů s přeladitelnou vlnovou délkou. Tato možnost se však zatím v laseroterapii neobjevuje.

Podstata technického řešení

Uvedená technická řešení překonává zpětnovazební řízení terapeutického laseru technicky realizované tak, že terapeutický laser je doplněn snímačem v podobě spektrofotometru, uzpůsobeného jako transmisní i remisní, s jehož pomocí je získávána jednak informace o oblasti dosahu terapeuticky významného laserového záření v průmětu na povrch těla pacienta a jednak informace o změnách oxygenace hemoglobimu, ke kterým může vlivem působení terapeutického laserového záření docházet, přičemž obě tyto informace lze dále využívat ke zpětnovazebnímu řízení terapeutického laseru, kterou je možno uskutečnit zejména úpravou hodnoty aplikovaného výkonu, doby aplikace procedury, charakteru časového průběhu záření, včetně volby konstantního zářivého toku nebo toku časově proměnného s optimálním typem časových změn a jej ích frekvencí, přičemž u vícekanálových laserů lze uskutečnit i změny použité vlnové délky laserového záření, nebo k zavedení kombinace laserového záření více vlnových délek.

-5CZ 30056 Ul

Popisované technické řešení využívá spektrofotometr, který je schopen pracovat jak v transmisním, tak i remisním módu a může mezi těmito módy střídavě přecházet. Splnit tento požadavek je pro běžná současná technická řešení spektrofotometrů bezproblémové. Pro tento účel lze požadovaný spektrofotometr snadno navrhnout a realizovat, například z komponent společnosti OceanOptics (USA), které zahrnují difrakční mřížku, senzor i mnohé prvky SW pro spektrofotometru; ostatní SW i HW řízení lze lehce doplnit. Optická sonda spektrofotometru může být řešena jako svazkový optický kabel, kde část svazku slouží k vedení transmisního, respektive remisního signálu k vlastnímu refrakčnímu prvku zabezpečujícímu disperzi světla, tj. mřížce nebo hranolu, na který navazuje CCD detektor (součást spektrofotometru), zatímco další část svazku poslouží k přivedení polychromatického světla do léčených tkání, kdy toto pomocné světlo bude zastávat roli nedestruktivního senzoru pronikajícího do tkání pacienta léčených laserem, interagujících s jejich chromatofory, kdy remitující část tohoto záření spektrálně změněná touto interakcí a vyhodnocená v remisním spektrofotometru nese informaci o změně oxygenace hemoglobinu, případně další biologicky a biomedicíncky významné informace.

Naproti tomu v režimu transmisivního měření je prostřednictvím ohodnocení výše píku léčebně aplikované vlnové délky určován dosah účinného laserového záření. Na základě této informace je pak zpětnovazebně řízen potřebný výkon laseru nebo doba podávání procedury, což lze technicky řešit plně automaticky (režim „in-line“); ovšem za situace absence znalosti vztahu mezi podanou dávkou laserového záření a odezvou léčeného organismu lépe prostřednictvím operátora - lékaře či terapeuta, který sám generuje změnu parametrů laserové terapie. V režimu remisní spektrofotometrie lze s využitím pomocného polychromatického světla, jehož zdroj se předpokládá jako součást spektrofotometru, získat remisní optické spektrum a z něj ve výpočetním bloku vypočítat změnu stavu oxygenace hemoglobinu; tímto způsobem změny oxygenace hemoglobinu ocenit a na jejich základě pomocí bloku zpětnovazebního řízení parametrů laseroterapie parametry laseru automaticky řídit (režim „in-line“), nebo toto řízení zabezpečit opět prostřednictvím terapeuta v režimu „on-line“.

Objasnění výkresu

Terapeutický laser podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schéma příkladného zapojení a na obr. 2 je schéma dalšího příkladného zapojení.

Příklad uskutečnění technického řešení

Příklad provedení je blíže osvětlen pomocí obr. 1 charakteru blokového schématu. Popisované technické řešení využívá spektrofotometru 2, který se nachází v blízkosti terapeutického stimulačního laseru 1 působícího svým zářením 3 na léčené tkáně 4 a který je střídavě zapojován jako transmisní - obr. 1 i remisní - obr. 2, přičemž informace 6 získávaná z povrchu těla pacienta 5 v blízkosti aplikace stimulačního laserového záření 3 pri transmisní spektrofotometru slouží prostřednictvím ohodnocení výše píku 7 léčebně aplikované vlnové délky k určení dosahu účinného laserového záření 3 a k následnému řízení výkonu laseru 1, případně doby podávání procedury ve zpětné vazbě 10 řešené automaticky nebo prostřednictvím operátora 9 - lékaře či terapeuta, který sám generuje změnu 8 parametrů laserové terapie 3, zatímco v režimu remisní spektrofotometrie s využitím pomocného polychromatického světla 6a je možné z povrchu léčené oblasti, osvětlené tímto světlem 6a jakožto neinvazivním senzorem, získat remitované světlo 6b a po jeho vyhodnocení ve spektrofotometru 2 a získání spektra 12 vypočítat ve výpočetním bloku 11 změnu stavu oxygenace hemoglobinu, tím změny oxygenace hemoglobinu ocenit a na jejich základě pomocí zpětné vazby 10 řízení parametrů laseroterapie parametry laseru automaticky řídit, nebo toto řízení zabezpečit prostřednictvím terapeuta, který sám generuje změnu 8 parametrů terapeutického laseru 1, oboje s cílem podání optimální stimulační procedury, přičemž cíleně lze řídit všechny parametry terapeutického laseru, tedy výkon, dobu podávání procedury, časový průběh laserového zářivého toku a u multikanálových laserů s laserovými zdroji produkujícími záření různých vlnových délek lze zavést též další stimulační laserové záření 3b o jiné vlnové délce, než kterou mělo původní záření 3a, případně lze využívat kombinací více laserových záření různých vlnových délek.

-6CZ 30056 Ul

Obr. 1 ukazuje blokové schéma popisovaného technického řešení zpětnovazebního řízení terapeutického laseru pro transmisní režim spektrofotometru a zároveň příklad jeho provedení, obr. 2 ukazuje blokové schéma popisovaného technického řešení zpětnovazebního řízení terapeutického laseru pro remisní režim spektrofotometru a zároveň příklad jeho provedení.

Průmyslová využitelnost

Terapeutický laser podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění především v medicíně v oblasti neinvazivních aplikací a především u fototerapie.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. Terapeutický laser, vyznačující se tím, že v blízkosti terapeutického stimulačío ního laseru (1) působícího svým zářením na léčené tkáně se nachází spektrofotometr (2), opatřený zařízením pro střídavé zapojování jako transmisní a remisní, přičemž spektrofotometr (2) je přes zpětnou vazbu (10) propojen s řízením výkonu laseru (1).

2. Terapeutický laser podle nároku 1, vyznačující se tím, že spektrofotometr (2) je opatřen výpočetní jednotkou (11) pro určení změny stavu oxygenace hemoglobinu, propojenou

15 přes zpětnou vazbu (10) s řízením výkonu laseru (1).