RU2040214C1

RU2040214C1 - Laser surgery device

Info

Publication number: RU2040214C1
Authority: RU
Inventors: И.И. Столяров; Г.В. Аристов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Пермские моторы"
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has casing having external tube 1 and internal tube 2, collet chuck 3 and spring 4. Flexible hose 5 for supplying cooling agent is connected to collet chuck 3. Light guide 6 with light- reflecting protection envelope 7 made of flexible polymer material is located inside of flexible hose 5 and internal tube 2. The input end of light guide 6 is made in the form of hemisphere 8 with flat end face 9. The output end of light guide 6 is made in the form of hemisphere 10 with concave meniscus 11 on its distal part. The diameter of hemisphere 11 is equal to 0.7-1.0 of diameter of hemisphere 10 and meniscus curvature radius is equal to the focal length. Input and output ends of light guide 6 have metal coating 12 made of light-reflecting heat conducting metal. External tube 1 of the casing is removable and attached to collet chuck 3. EFFECT: wider range of functional capabilities; lower level of traumatic injuries; higher stability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к лазерным устройствам с системой охлаждения, и может быть использовано в медицине для рассечения тканей, в технологических пpоцессах машиностроительных предприятий при обработке различных материалов лучом лазера, обработке труднодоступных участков в различных конструкциях и т.д. The invention relates to instrumentation, in particular to laser devices with a cooling system, and can be used in medicine for dissecting tissues, in technological processes of machine-building enterprises when processing various materials with a laser beam, processing of hard-to-reach areas in various designs, etc.

В технике, как правило, световоды используют в качестве гибкой системы транспортировки луча, а фокусировку луча на выходе из световода осуществляют с помощью систем линз (объектива). При этом диаметр оптических линз многократно превосходит диаметр световода. При использовании световодов, не изменяющих коэффициент преломления света при изгибе световода, например кварцевых световодов, на выходе световода наблюдается сильное искажение волнового фронта и для обеспечения удовлетворительной фокусировки пучка приходится располагать первую линзу сравнительно далеко от торца световода, в связи с чем увеличиваются габариты инструмента. Применение систем линз также снижает мощность пучка из-за потерь на отражение, рассеивание и поглощение энергии материалом линз. In technology, as a rule, optical fibers are used as a flexible system for transporting a beam, and the beam is focused at the exit from the optical fiber using lens systems (lenses). Moreover, the diameter of optical lenses is many times greater than the diameter of the fiber. When using optical fibers that do not change the refractive index of the light when the optical fiber is bent, for example, quartz optical fibers, a strong distortion of the wavefront is observed at the output of the optical fiber, and to ensure satisfactory focusing of the beam, the first lens must be positioned relatively far from the optical fiber end, which increases the dimensions of the instrument. The use of lens systems also reduces beam power due to losses in reflection, scattering and energy absorption of the lens material.

Известно устройство для лазерной хирургии, содержащее оптический квантовый генератор, световод, манипулятор с тубусом и фокусирующей оптической системой, два диаметрально расположенных световых проектора видимого диапазона и две направляющих пластины [1]
Недостатками этого устройства являются его увеличенные габариты, значит громоздкость, создающая неудобство при оперативной хируpгии в рассеченных полостях, его негибкость.A device for laser surgery containing an optical quantum generator, a light guide, a manipulator with a tube and a focusing optical system, two diametrically located light projectors of the visible range and two guide plates [1]
The disadvantages of this device are its increased dimensions, which means cumbersomeness, which creates inconvenience during surgical surgery in dissected cavities, its rigidity.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для лазерной ангиопластики, содержащее оптический световод с шаром на конце, при этом диаметр шара выбран из условия, определяемого по соответствующей формуле [2]
Данное устройство предназначено для контактного воздействия на ткань пациента и разрушения ее за счет нагрева шара и не позволяет производить рассечение тканей бесконтактно (на расстоянии) из-за малой величины фокусного расстояния и недостаточной степени фокусировки луча с требуемой степенью концентрации для резки и испарения. Устройство используется только для разрушения атеросклеротических образований и тромбов на стенках кровеносных сосудов и не может быть применено для рассечения тканей, т.е. функциональные возможности его ограничены.Closest to the proposed is a device for laser angioplasty containing an optical fiber with a ball at the end, while the diameter of the ball is selected from a condition determined by the corresponding formula [2]
This device is designed for contacting the patient’s tissue and destroying it by heating the ball and does not allow dissection of tissues non-contact (at a distance) due to the small focal length and insufficient degree of focusing of the beam with the required degree of concentration for cutting and evaporation. The device is used only for the destruction of atherosclerotic formations and blood clots on the walls of blood vessels and cannot be used to dissect tissues, i.e. its functionality is limited.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, уменьшение зоны травмирования и повышение надежности. The aim of the invention is to expand the functionality, reduce the area of injury and increase reliability.

Цель достигается тем, что в устройстве содержащем корпус, выполненный из наружной и внутренней трубок, центральный гибкий световод с защитной светоотражающей оболочкой, входной конец световода, выходной конец световода с фокусирующим элементом на его дистальной части, и гибкий шланг для подачи хладагента, фокусирующий элемент выполнен в виде полушара с вогнутым мениском диаметром равным 0,7-1,0 диаметра полушара, а входной конец световода выполнен в виде полушара с плоским торцом, при этом защитная светоотражающая оболочка на наружной поверхности входного и выходного концов световода выполнена из теплопроводного материала, например, металла. Наружная трубка корпуса при этом выполнена съемной. The goal is achieved in that in a device comprising a housing made of outer and inner tubes, a central flexible fiber with a protective reflective sheath, an input end of a fiber, an output end of a fiber with a focusing element on its distal part, and a flexible hose for supplying refrigerant, the focusing element is made in the form of a hemisphere with a concave meniscus with a diameter equal to 0.7-1.0 of the diameter of the hemisphere, and the input end of the fiber is made in the form of a hemisphere with a flat end, while the protective reflective sheath on the outer surface The surface of the input and output ends of the fiber is made of heat-conducting material, for example, metal. The outer tube of the housing is removable.

Указанные отличительные от прототипа признаки обуславливают соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна". These distinctive features from the prototype signs determine the conformity of the proposed technical solution to the criterion of "novelty."

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемом изобретении и признать техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". Analysis of the known technical solutions in the studied area allows us to conclude that they lack features similar to the essential distinguishing features in the present invention and recognize the technical solution as meeting the criterion of "significant differences".

В связи с тем, что кварцевый световод используют для твердотельных АИГ (алюмоитриевый гранат) лазеров, не обеспечивающих достаточной монохроматичности пучка, и в связи с многократным преломлением пучка в гибком световоде волновой фронт на выходе световода имеет хаотичный характер. При таком характере волнового фронта поверхность торца световода можно рассматривать как излучающую поверхность, формирующую вторичный волновой фронт. Чтобы обеспечить сходимость пучка, необходим волновой фронт в виде сферической или параболической поверхности. Изготовление вогнутого мениска равным 0,7-1,0 диаметра полушара ограничено возможностями его шлифовки полировки. Кроме того, уменьшение диаметра мениска менее 0,7 диаметра полушара уменьшает излучаемую поверхность до 50% В связи с этим при постоянно вводимой мощности растет теплонагружение, ухудшается качество фокусировки луча. Дальнейшее уменьшен ие диаметра мениска нецелесообразно. Due to the fact that a quartz fiber is used for solid-state AIG (aluminum garnet garnet) lasers that do not provide sufficient beam monochromaticity, and due to multiple refraction of the beam in a flexible fiber, the wavefront at the output of the fiber has a chaotic character. With this nature of the wave front, the surface of the end of the fiber can be considered as a radiating surface, forming a secondary wave front. To ensure beam convergence, a wave front in the form of a spherical or parabolic surface is required. The manufacture of a concave meniscus equal to 0.7-1.0 of the diameter of the hemisphere is limited by the possibilities of polishing it. In addition, reducing the diameter of the meniscus to less than 0.7 of the diameter of the hemisphere reduces the emitted surface by up to 50%. In this regard, with constant input of power, the heat load increases, and the quality of the beam focusing deteriorates. A further reduction in the diameter of the meniscus is impractical.

Такое выполнение дистальной части световода обеспечивает достижение цели изобретения. This embodiment of the distal part of the fiber ensures the achievement of the objective of the invention.

Выполнение наружной поверхности входного и выходного концов световода, за исключением плоского торца и вогнутого мениска, со светоотражающим теплопроводным металлическим покрытием снижает потери светового потока и одновременно выполняет роль жесткого каркаса, предупреждающего поломку концов световода. Металлическое покрытие вместо полимерного позволяет эффективно охлаждать концы световодов и предохранять их от термораскалывания при повышенных мощностях излучения. Выполнение наружной трубки корпуса съемной позволяет производить быструю стерилизацию. The execution of the outer surface of the input and output ends of the fiber, with the exception of a flat end and a concave meniscus, with a reflective heat-conducting metal coating reduces the loss of light flux and at the same time acts as a rigid frame that prevents breakage of the ends of the fiber. Instead of a polymer coating, a metal coating can effectively cool the ends of optical fibers and protect them from thermal cracking at increased radiation powers. The implementation of the outer tube of the removable housing allows for quick sterilization.

На чертеже представлено устройство для лазерной хирургии. The drawing shows a device for laser surgery.

Устройство содержит корпус, состоящий из наружной 1 и внутренней трубки 2, цанги 3 и пружины 4. К цанге 3 присоединен гибкий шланг 5 для подачи хладагента. Внутри гибкого шланга 5 и внутренней трубки 2 размещен световод 6 с защитной светоотражающей оболочкой 7 из гибкого полимерного материала. Входной конец световода 6 выполнен в виде полушара 8 с плоским торцем 9, а выходной конец световода 6 в виде полушара 10 с вогнутым мениском 11 на его дистальной части. Диаметр мениска 11 равен 0,7-1,0 диаметра полушара 10, а радиус кривизны мениска равен фокусному расстоянию. Входной и выходной концы световода 6 выполнены с металлическим покрытием 12 из светоотражающего теплопроводного металла. Наружная трубка 1 корпуса выполнена съемной и закреплена в цанге 3. The device comprises a housing consisting of an outer 1 and an inner tube 2, a collet 3 and a spring 4. A flexible hose 5 for supplying refrigerant is connected to the collet 3. Inside the flexible hose 5 and the inner tube 2 there is a light guide 6 with a protective reflective sheath 7 made of flexible polymer material. The input end of the fiber 6 is made in the form of a hemisphere 8 with a flat end 9, and the output end of the fiber 6 in the form of a hemisphere 10 with a concave meniscus 11 on its distal part. The diameter of the meniscus 11 is 0.7-1.0 of the diameter of the hemisphere 10, and the radius of curvature of the meniscus is equal to the focal length. The input and output ends of the fiber 6 are made with a metal coating 12 of reflective heat-conducting metal. The outer tube 1 of the housing is removable and fixed in a collet 3.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Стерилизуют наружную трубку 1. Входной конец световода 6 закрепляют в приемнике фокусирующего светового устройства (на чертеже не показано). Штуцер гибкого шланга 5 подключают к системе подачи хладагента. На плоский торец 9 входного конца световода 6 подают излучение гелиенеонового лазера, которое поступает в фокусирующий элемент, выполненный в виде полушара 10 с вогнутым мениском 11. Выполнение фокусирующего элемента на дистальной части центрального гибкого оптического световода в виде полушара с вогнутым мениском, обеспечивает получение вторичного волнового фронта и сходимость пучка. Фокусное расстояние такого пучка определяется кривизной мениска и будет равно радиусу кривизны мениска. Сфокусированный пучок лазерного излучения направляют на обрабатываемую ткань, включают основное излучение АИГ лазера и ведут обработку ткани. После завершения обработки прекращают подачу основного и гелиенеонового лазерного излучения и подачу хладагента. На этом работа устройства заканчивается. The outer tube 1 is sterilized. The input end of the optical fiber 6 is fixed in the receiver of the focusing light device (not shown in the drawing). The fitting of the flexible hose 5 is connected to the refrigerant supply system. On a flat end face 9 of the input end of the optical fiber 6, a helium-ion laser radiation is supplied, which enters the focusing element made in the form of a hemisphere 10 with a concave meniscus 11. The focusing element on the distal part of the central flexible optical fiber in the form of a hemisphere with a concave meniscus provides a secondary wave front and beam convergence. The focal length of such a beam is determined by the curvature of the meniscus and will be equal to the radius of curvature of the meniscus. A focused laser beam is directed to the treated tissue, the main radiation of the AIG laser is turned on, and the tissue is processed. After processing, the supply of the main and helieneon laser radiation and the supply of refrigerant are stopped. On this, the operation of the device ends.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества:
расширяет его функциональные возможности, т.е. позволяет вести обработку не только тканей, но и различных материалов, например, изделий из металла;
повышает его надежность за счет нанесения металлического покрытия вместо полимерного на наружную поверхность входного и выходного концов световода;
уменьшает повреждение окружающих тканей и органов, исключает кровотечения и сокращает время заживления ткани.The use of the invention in comparison with the prototype provides the following advantages:
expands its functionality, i.e. allows you to process not only fabrics, but also various materials, for example, metal products;
increases its reliability by applying a metal coating instead of a polymer coating on the outer surface of the input and output ends of the fiber;
reduces damage to surrounding tissues and organs, eliminates bleeding and reduces the healing time of tissue.

Claims

1. DEVICE FOR LASER SURGERY, comprising a housing, a flexible optical fiber with a protective reflective sheath, a focusing element at its output end and a flexible hose for supplying refrigerant, characterized in that the focusing element is made in the form of a hemisphere with a concave meniscus with a diameter of 0.7 1, 0 of the hemisphere diameter, and the input end of the fiber is made in the form of a hemisphere with a flat end, while the protective reflective sheath on the outer surface of the input and output ends of the fiber is made of heat-conducting material.

2. The device according to claim 1, characterized in that the outer tube of the housing is removable.