RU2053815C1

RU2053815C1 - Medical laser device

Info

Publication number: RU2053815C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Бутуханов; В.Р. Дубешко; В.М. Хулугуров; В.Т. Николаенко; Д.В. Иншаков
Original assignee: Инновационный медицинский центр "Корпсан"
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: medical equipment. SUBSTANCE: medical laser device has semiconductor laser diode with power supply unit. Power supply unit contains successively connected noise generator, low-pass filter, generator controlled by voltage and power amplifier whose output is connected with laser diode. EFFECT: higher therapeutic effect due to coincidence of frequency spectrum of biopotentials of organs and tissues varying by random law with frequency spectrum of mean power of laser radiation. 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для физиотерапевтического воздействия лазерным излучением при лечении нервных, мышечных, сердечно-сосудистых, пульмонологических, иммунологических, септических, гастроэнтерологических заболеваний. The invention relates to medical equipment, in particular to devices for physiotherapeutic exposure to laser radiation in the treatment of nervous, muscle, cardiovascular, pulmonological, immunological, septic, gastroenterological diseases.

Известно устройство для лазерной терапии, содержащее блок управления, схему возбуждения лазера и полупроводниковый лазерный диод. Амплитудная модуляция средней мощности излучения лазерного диода осуществляется в частотном интервале от 1 до 512 Гц периодическим сигналом, что, однако, нефизиологично, так как импульсный характер функционирования органов и систем организма нехарактерен для биологических процессов. A device for laser therapy containing a control unit, a laser drive circuit and a semiconductor laser diode is known. Amplitude modulation of the average radiation power of the laser diode is carried out in the frequency range from 1 to 512 Hz with a periodic signal, which, however, is not physiological, since the pulsed nature of the functioning of organs and systems of the body is not typical for biological processes.

Известно устройство для локального лечения с использованием лазерного излучения (прототип). Устройство содержит лазерный диод, соединенный посредством гибкого кабеля с источником питания, блок управления, обеспечивающий излучение лазерным диодом световых импульсов. Блок питания обеспечивает подачу на блок управления регулируемой периодической последовательности импульсов. На лазерный диод обеспечивается подача двух уровней напряжения, больший из которых используется в лечебных целях. Средняя мощность излучения изменяется по периодическому закону, что также нефизиологично. A device for local treatment using laser radiation (prototype). The device comprises a laser diode connected by means of a flexible cable to a power source, a control unit for emitting light pulses by the laser diode. The power supply unit provides an adjustable periodic sequence of pulses to the control unit. Two voltage levels are supplied to the laser diode, the larger of which is used for medicinal purposes. The average radiation power varies according to the periodic law, which is also unphysiological.

Общим недостатком аналога и прототипа является то, что характер изменения средней мощности оптического излучения является периодическим и не совпадает с параметрами микродвижений и органов и тканей, что существенно снижает терапевтический эффект. A common disadvantage of the analogue and prototype is that the nature of the change in the average power of optical radiation is periodic and does not coincide with the parameters of micromotion and organs and tissues, which significantly reduces the therapeutic effect.

Из существующего уровня техники известно, что все органы и ткани совершают микродвижения с частотой, 0,1-3 Гц, которые сопровождаются медленными электрическими волнами. Эти микродвижения обеспечивают высокую скорость прохождения крови через органы, высокий обмен газов и веществ между кровью и тканями, то есть повышают проницаемость клеточной мембраны и улучшают дренаж жидкости из клеточных пространств в лимфатические сосуды. Известно также, что механизм взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с тканью живого организма имеет фотохимическую (нетепловую) природу и изменяет физико-химическую структуру клеточной мембраны. From the existing level of technology it is known that all organs and tissues perform micromotion with a frequency of 0.1-3 Hz, which are accompanied by slow electric waves. These micromotion provide a high speed of passage of blood through organs, a high exchange of gases and substances between blood and tissues, that is, they increase the permeability of the cell membrane and improve the drainage of fluid from the cell spaces into the lymphatic vessels. It is also known that the mechanism of interaction of low-intensity laser radiation with the tissue of a living organism has a photochemical (non-thermal) nature and changes the physicochemical structure of the cell membrane.

Также известно, что биологические эффекты воздействия импульсного лазерного излучения для разных частот следования импульсов более выражены, чем для непрерывного излучения одинаковой средней мощности, при этом каждая определенная частота следования соответствует соматическому эмбрионологическому патологическому состоянию. It is also known that the biological effects of exposure to pulsed laser radiation for different pulse repetition frequencies are more pronounced than for continuous radiation of the same average power, with each determined repetition rate corresponding to a somatic embryological pathological condition.

Задача изобретения разработка медицинского лазерного устройства с низкоинтенсивным импульсным излучением, обеспечивающего при лечении повышение терапевтического эффекта за счет совпадения спектра частот биопотенциалов органов и тканей, изменяющегося по случайному закону, со спектром частот средней мощности лазерного излучения. The objective of the invention is the development of a medical laser device with low-intensity pulsed radiation, which provides an increase in the therapeutic effect during treatment due to the coincidence of the frequency spectrum of the biopotentials of organs and tissues, which varies according to a random law, with the frequency spectrum of the average laser radiation power.

Для решения поставленной задачи предложено устройство, сущность которого заключается в том, что в устройстве, содержащем блок управления, блок питания, полупроводниковый лазерный диод; блок управления выполнен в виде генератора случайных сигналов и последовательно соединенного с ним фильтра нижних частот. Блок питания выполнен из последовательно соединенных генератора управляемого напряжением и усилителя мощности. При этом, к выходу усилителя мощности подключен лазерный диод. To solve this problem, a device is proposed, the essence of which is that in a device containing a control unit, a power supply, a semiconductor laser diode; the control unit is made in the form of a random signal generator and a low-pass filter connected in series with it. The power supply is made up of a voltage-controlled generator and a power amplifier connected in series. At the same time, a laser diode is connected to the output of the power amplifier.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора случайных сигналов и фильтра нижних частот, а блок питания выполнен в виде последовательно соединенных генератора управляемого напряжением и усилителя мощности. New in the proposed device is that the control unit is made in the form of series-connected random signal generator and low-pass filter, and the power supply unit is made in the form of series-connected voltage-controlled generator and power amplifier.

Из анализа существующего уровня техники не обнаружено ни одно устройство с признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого лазерного терапевтического устройства. Предложенное устройство соответствует критерию "новизна". Все признаки являются существенными и необходимыми в достижении технического результата. From the analysis of the existing prior art, not a single device was found with features identical to all the essential features of the proposed laser therapeutic device. The proposed device meets the criterion of "novelty." All signs are essential and necessary in achieving a technical result.

Генератор случайных сигналов выполнен на основе сдвиговых регистров. Цепь, звеньями которой являются 4 группы последовательно соединенных сдвиговых регистров, замыкается с помощью элементов "исключающее или", осуществляющее суммирование по модулю двух последовательных импульсов, вырабатывающих на выходе отдельных звеньев. При этом генератор вырабатывает последовательность одинаковых по амплитуде прямоугольных по форме и случайных по длительности импульсов. The random signal generator is based on shift registers. The chain, the links of which are 4 groups of series-connected shift registers, is closed using the "exclusive or" elements, which modulo sums two consecutive pulses that produce individual links at the output. In this case, the generator generates a sequence of identical in amplitude rectangular in shape and random in duration pulses.

Фильтр нижних частот выполнен на операционном усилителе КР 140УД2. Он преобразует импульсный сигнал в аналоговую форму. The low-pass filter is made on the operational amplifier KR 140UD2. It converts a pulse signal into analog form.

Генератор, управляемый напряжением, собран по схеме ждущего одновибратора, который в отсутствии управляющего напряжения настроен на частоту 1 кГц. При поступлении управляющего аналогового случайного напряжения с фильтра нижних частот, происходит изменение частоты следования импульсов генератора также по случайному характеру. The voltage-controlled generator is assembled according to the scheme of a standby single-shot, which in the absence of a control voltage is tuned to a frequency of 1 kHz. Upon receipt of a control analog random voltage from a low-pass filter, a change in the pulse repetition rate of the generator occurs also by random nature.

Усилитель мощности обеспечивает усиление импульсов по току, достаточному для возбуждения лазерного полупроводникового диода. The power amplifier provides amplification of the current pulses sufficient to excite the laser semiconductor diode.

Предложенная взаимосвязь элементов и их взаимодействие обуславливает генерацию оптического лазерного излучения, величина средней мощности которого носит случайный характер, причем изменение средней мощности происходит в частотном интервале 0,2-0,3 Гц, что соответствует параметрам микродвижений органов и тканей, сопровождающихся медленноволновой электрической активностью. The proposed interconnection of elements and their interaction causes the generation of optical laser radiation, the average power of which is random in nature, and the average power changes in the frequency range 0.2-0.3 Hz, which corresponds to the parameters of micromotion of organs and tissues accompanied by slow-wave electrical activity.

Предлагаемое устройство является промышленно применимым, так как оно может быть выполнено на основе стандартных элементов и схем, безопасно и надежно при использовании. The proposed device is industrially applicable, since it can be made on the basis of standard elements and circuits, safely and reliably in use.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 осциллограмма сигналов на выходе генератора случайных сигналов; на фиг. 3 осциллограмма сигналов на выходе фильтра нижних частот; на фиг. 4 осциллограмма сигналов на выходе генератора управляемого напряжением. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 waveform of signals at the output of the random signal generator; in FIG. 3 waveform of the signals at the output of the low-pass filter; in FIG. 4 waveform of signals at the output of a voltage controlled generator.

Устройство содержит блок управления 1, состоящий из генератора случайных сигналов 2, включенного последовательно с ним фильтра нижних частот 3 и блока питания 4, состоящего из генератора, управляемого напряжением 5 и включенного последовательно с ним усилителя мощности 6. К выходу блока питания 4 подключен полупроводниковый лазерный диод 7. The device comprises a control unit 1, consisting of a random signal generator 2, a low-pass filter 3 connected in series with it and a power supply 4, consisting of a voltage-controlled generator 5 and a power amplifier 6 connected in series with it. A semiconductor laser is connected to the output of the power supply 4 diode 7.

Устройство работает следующим образом: генератор случайных сигналов 2 вырабатывает последовательность одинаковых по амплитуде и случайных по длительности импульсов, имеющую широкий спектральный состав (см. фиг. 2). Эта последовательность поступает на фильтр нижних частот 3 с частотой среза не выше 3 Гц, где последовательность преобразуется в аналоговый сигнал случайной формы в спектральном диапазоне 0,2-3 Гц (см. фиг. 3). Спектральный состав аналогового сигнала определяется со стороны нижних частот спектром последовательности, а со стороны верхних частот частотой среза фильтра. Генератор, который в отсутствии управляющего напряжения вырабатывает последовательность стандартных по амплитуде с частотой 1 кГц, в присутствии аналогового сигнала, поступившего с фильтра нижних частот 3, генерирует импульсы, частота которых изменяется по случайному закону (см. фиг. 4). При этом глубина модуляции достигает 60% Промодулированный сигнал поступает на усилитель мощности 6, где происходит усиление импульсов по току до величины, необходимой для нормальной работы полупроводникового лазерного диода 7. Импульсы тока, поступающие на лазерный диод 7, возбуждают в нем генерацию оптического излучения, средняя мощность которого изменяется по случайному закону в спектральной области 0,2-3 Гц аналогично сигналу случайной формы (см. фиг. 3). The device operates as follows: a random signal generator 2 generates a sequence of identical in amplitude and random in duration pulses having a wide spectral composition (see Fig. 2). This sequence is fed to a low-pass filter 3 with a cutoff frequency of no higher than 3 Hz, where the sequence is converted into a random waveform in the spectral range of 0.2-3 Hz (see Fig. 3). The spectral composition of the analog signal is determined from the low frequencies by the spectrum of the sequence, and from the high frequencies by the cutoff frequency of the filter. The generator, which in the absence of a control voltage generates a sequence of amplitude-standard ones with a frequency of 1 kHz, in the presence of an analog signal from a low-pass filter 3, generates pulses whose frequency varies randomly (see Fig. 4). In this case, the modulation depth reaches 60%. The modulated signal is fed to a power amplifier 6, where current pulses are amplified to a value necessary for the normal operation of the semiconductor laser diode 7. The current pulses arriving at the laser diode 7 excite optical radiation in it, average whose power varies according to a random law in the spectral region of 0.2-3 Hz, similar to a signal of a random shape (see Fig. 3).

Для лечения больных использовался импульсный полупроводниковый лазер со следующими техническими характеристиками: длина волны излучения 850 нм: средняя мощность излучения изменяется по случайному закону в пределах до 2 мВт; частота модуляций в пределах 0,2-3 Гц спектральной области. For the treatment of patients, a pulsed semiconductor laser was used with the following technical characteristics: radiation wavelength of 850 nm: the average radiation power varies randomly up to 2 mW; modulation frequency within 0.2-3 Hz of the spectral region.

С помощью вышеописанного лазерного устройства было проведено лечение 25 больных. У 10 больных хроническим остеомиелитом при комплексном лечении (фармпрепараты, физиолечение) наблюдалось стойкое септическое состояние. После проведения внутривенного лазерного облучения крови уже через сутки наблюдали: нормализацию температуры, стабилизацию дыхания и АД, уменьшение воспалительного процесса, при этом улучшались микрофлора и микроциркуляция тканей с нормализацией их трофики. Using the above laser device, 25 patients were treated. In 10 patients with chronic osteomyelitis with complex treatment (pharmaceuticals, physiotherapy), a persistent septic state was observed. After intravenous laser blood irradiation, the following days were observed: normalization of temperature, stabilization of respiration and blood pressure, reduction of the inflammatory process, while microflora and microcirculation of tissues with normalization of their trophism improved.

Устройство также успешно было применено при лечении дегенеративно-дистрофических и посттравматических заболеваний двигательной системы. У 15 больных с ложным суставом дополнительно проводилось лазерное облучение рефлексогенных точек по общепринятой схеме. Во всех случаях получено полное сращение костей. The device has also been successfully used in the treatment of degenerative-dystrophic and post-traumatic diseases of the motor system. In 15 patients with a false joint, laser irradiation of reflexogenic points was additionally carried out according to the generally accepted scheme. In all cases, a complete fusion of bones was obtained.

Использование медицинского лазерного устройства обеспечивает повышение эффективности лазерной терапии благодаря слабому поглощению в тканях, его высокому проникающему действию и совпадению частотных параметров излучения с параметрами медленноволновой электрической активности органов и тканей. The use of a medical laser device provides an increase in the effectiveness of laser therapy due to weak absorption in tissues, its high penetrating effect and the coincidence of the frequency parameters of radiation with the parameters of the slow-wave electrical activity of organs and tissues.

Claims

A MEDICAL LASER DEVICE comprising a semiconductor laser diode with a power supply, characterized in that the power supply comprises a noise generator, a low-pass filter, a voltage controlled oscillator, and a power amplifier with an output connected to a laser diode.