RU2085231C1

RU2085231C1 - Laser therapeutic installation

Info

Publication number: RU2085231C1
Application number: RU95120653A
Authority: RU
Inventors: Лариса Михайловна Штех; Людмила Ивановна Кательницкая; Игорь Григорьевич Иванов; Ольга Ивановна Нахрацкая
Original assignee: Лариса Михайловна Штех; Людмила Ивановна Кательницкая; Игорь Григорьевич Иванов; Ольга Ивановна Нахрацкая
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-07-27

Abstract

FIELD: medical technics. SUBSTANCE: laser installation, which may be used for treating patients carrying human immunodeficiency virus, including power-supply unit, control unit, and semiconductor laser emitter is supplemented with attachment consisting of waveguide optical emission concentrator coupled with light conductor. The concentrator constitutes a fragment of light conductor in the form of truncated cone, outer conical surface of which is covered with alternating quarter-wave dielectric layers with different refractory index values. The first layer immediately abutting upon cone surface as well as all odd layers have refractory index lower than that of cone material, whereas all even layers have higher refractory index than odd layers. EFFECT: improved structure. 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к медицине и найдет применение в лечебной практике для улучшения воздействия лазерного луча на биологически активные точки организма больного. The invention relates to medicine and will find application in medical practice to improve the effect of the laser beam on the biologically active points of the patient's body.

Известны лазерные установки, применяемые в терапевтической практике для лечения ХИБС (хроническая ишимическая болезнь сердца), патологии желудочно-кишечного тракта и т.д. в том числе, на базе низкоэнергетических гелий-неоновых лазеров установки "Ягода", "УФЛ-01", и на базе полупроводниковых лазеров установки "Узор", "Катарасис-001 Л" и др. Known laser installations used in therapeutic practice for the treatment of HIBS (chronic coronary heart disease), pathology of the gastrointestinal tract, etc. including, on the basis of low-energy helium-neon lasers of the Yagoda, UFL-01 setup, and on the basis of the Uzor, Katarasis-001 L semiconductor lasers, etc.

Так, в работе "Применение излучения гелий-неонового лазера для лечения ХИБС" (Москва, 1987 г.) описана лазерная установка, состоящая из излучателя, источника питания, индикатора плотности мощности излучения. Недостаток данного прибора высокая расходимость пучка лазерного излучения, достигающая десятков градусов, что определяет большой размер пятна на биологической ткани и малый уровень плотности мощности излучения. Следствием этого является небольшая глубина проникновения лазерного луча на биологически активные точки организма. So, in the work "Application of helium-neon laser radiation for the treatment of CIDI" (Moscow, 1987), a laser installation is described, which consists of an emitter, a power source, and an indicator of the radiation power density. The disadvantage of this device is the high divergence of the laser beam, reaching tens of degrees, which determines a large spot size on biological tissue and a low level of radiation power density. The consequence of this is a small depth of penetration of the laser beam on the biologically active points of the body.

В данной работе в качестве прототипа взят лазерный терапевтический аппарат "Узор", который предназначен для исследования влияния низкоинтенсивного лазерного импульсного излучения ближней ИК-области спектра от полупроводниковых излучателей на биологические ткани. Аппарат состоит из блока питания, управления и излучателя полупроводникового лазера. In this work, the Uzor laser therapeutic apparatus is taken as a prototype, which is designed to study the effect of low-intensity laser pulsed radiation from the near infrared region of the spectrum from semiconductor emitters on biological tissues. The device consists of a power supply, control and a semiconductor laser emitter.

Недостатком "Узора" является низкая степень проникновения лазерного излучения в биоткани. The disadvantage of "Pattern" is the low degree of penetration of laser radiation into biological tissues.

Цель изобретения улучшение результатов лечения больных ХИБС путем увеличения глубины проникновения лазерного луча в биологические ткани. The purpose of the invention is the improvement of treatment results for patients with CHDI by increasing the depth of penetration of the laser beam into biological tissues.

Новая лазерная терапевтическая установка, состоящая из стандартных блоков питания и управления, излучателя полупроводникового лазера, отличается тем, что для увеличения глубины проникновения лазерного излучения в биологические ткани содержит насадку, в которую входит волноводный оптический концентратор излучения, состыкованный со световодом. The new laser therapeutic installation, consisting of standard power supply and control units, a semiconductor laser emitter, is characterized in that to increase the depth of penetration of laser radiation into biological tissues, it contains a nozzle, which includes a waveguide optical radiation concentrator coupled to the optical fiber.

На фиг. 1 изображена блок-схема лазерной терапевтической установки; на фиг. 2 волноводный оптический концентратор. In FIG. 1 shows a block diagram of a laser therapy unit; in FIG. 2 waveguide optical hub.

Установка состоит из блока питания и управления 1, излучателя полупроводникового лазера 2, волноводного оптического концентратора излучения 3 с многослойным диэлектрическим покрытием 5 и световода 4. Волноводный оптический концентратор излучения 3 представляет собой отрезок световода, выполненного в виде усеченного конуса, наружная коническая поверхность которого покрыта чередующимися четвертьволновыми слоями диэлектриков с двумя различными значениями показателя преломления. Он состыкован со световодом 4 посредством стыковочного узла 6. Насадка лазерной терапевтической установки состоит из волноводного оптического концентратора излучения 3, который представляет собой отрезок световода, выполненного в виде усеченного конуса, сужающегося в направлении от излучателя полупроводникового лазера 2 к световоду 4. The installation consists of a power supply and control unit 1, a semiconductor laser emitter 2, a waveguide optical radiation concentrator 3 with a multilayer dielectric coating 5, and a fiber 4. The waveguide optical radiation concentrator 3 is a segment of a fiber made in the form of a truncated cone, the outer conical surface of which is covered with alternating quarter-wave layers of dielectrics with two different values of the refractive index. It is connected to the optical fiber 4 by means of the docking unit 6. The nozzle of the laser therapeutic unit consists of a waveguide optical radiation concentrator 3, which is a segment of a fiber made in the form of a truncated cone, tapering in the direction from the emitter of the semiconductor laser 2 to the fiber 4.

Диаметр основания конуса (входная апертура) равен ширине кристалла излучателя полупроводникового лазера 2, а диаметр вершины конуса (выходная апертура) равен диаметру световода. The diameter of the base of the cone (input aperture) is equal to the width of the crystal of the emitter of the semiconductor laser 2, and the diameter of the top of the cone (output aperture) is equal to the diameter of the fiber.

Входящий в волноводный оптический концентратор излучения 3 сильно расходящийся пучок излучения лазера за счет многократных отражений внутрь от покрытой слоями диэлектриков поверхности усеченного конуса и за счет явлений полного внутреннего отражения света концентрируется на входном торце концентратора, состыкованного со световодом. Due to multiple reflections inward from the surface of the truncated cone covered with layers of dielectrics and due to the phenomena of total internal reflection of light, a strongly divergent laser beam entering the waveguide optical radiation concentrator 3 is concentrated at the input end of the concentrator coupled to the fiber.

Снаружи концентратор излучения 3 покрыт чередующимися четвертьволновыми слоями диэлектрика с двумя различными значениями показателя преломления. Первый слой, непосредственно прилегающий к поверхности конуса, а также последующие нечетные слои, имеют показатель преломления n₁, меньший, чем показатель преломления материала конуса n₀, т. е. n₁<n₀. Этим обеспечивается полное внутреннее отражение излучения лазера от границы раздела конус первый слой покрытия для лучей, распространяющихся под малыми углами θ к оси конуса, q < θ_o, где θ_o- предельный угол, который может быть определен из уравнения

где ψ угол при вершине конуса.Outside, the radiation concentrator 3 is covered with alternating quarter-wave dielectric layers with two different refractive indices. The first layer immediately adjacent to the surface of the cone, as well as the subsequent odd layers, have a refractive index n ₁ less than the refractive index of the cone material n ₀ , i.e., n ₁ <n ₀ . This ensures complete internal reflection of the laser radiation from the cone interface, the first coating layer for rays propagating at small angles θ to the axis of the cone, q <θ _o , where θ _o is the limiting angle that can be determined from the equation

where ψ is the angle at the vertex of the cone.

Для лучей, распространяющихся под большим углом (θ > θ_o), возникает отражение внутрь от чередующихся слоев диэлектрика, оптическая толщина каждого из которых равна четверти длины волны излучения лазера, за счет интерференции света в слоях. Значения показателя преломления для первого и каждого нечетного слоя n₁, а каждого четного слоя n₂, причем n₁<n₂. Слои располагаются следующим образом: первым нанесен слой со значением коэффициента преломления n₁, следующим n₂ и т.д.For rays propagating at a large angle (θ> θ _o ), there is a reflection inward from alternating layers of the dielectric, the optical thickness of each of which is equal to a quarter of the wavelength of the laser radiation, due to interference of light in the layers. The values of the refractive index for the first and each odd layer are n ₁ , and each even layer is n ₂ , and n ₁ <n ₂ . The layers are arranged as follows: the first layer is applied with a refractive index of n ₁ , the next n ₂ , etc.

Для данной лазерной терапевтической установки конус был изготовлен из кварца (n₀= 1,46), в качестве нечетных диэлектрических слоев использовался фтористый магний MgF₂ с коэффициентом преломления n₁=1,38, а четных сульфид цинка ZnS с n₂=2,35. Также, могут быть применены другие пары веществ, например: LiF Zns, MgF₂ - ZrO₂ и др.For this laser therapeutic installation, the cone was made of quartz (n ₀ = 1.46), magnesium odoride MgF ₂ with a refractive index of n ₁ = 1.38 was used as odd dielectric layers, and even zinc sulfide ZnS with n ₂ = 2 was used. 35. Also, other pairs of substances can be used, for example: LiF Zns, MgF ₂ - ZrO ₂ , etc.

Угол при вершине конуса зависит от величины расходимости излучения лазера и от коэффициентов преломления материалов концентраторов и диэлектрических слоев. The angle at the apex of the cone depends on the divergence of the laser radiation and on the refractive indices of the materials of the concentrators and dielectric layers.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

При включении блока питания 1 излучатель полупроводникового лазера 2 генерирует сильно расходящийся пучок лазерного излучения. Указанный пучок попадает на входной торец волноводного оптического концентратора излучения и за счет многократных отражений концентрируется на выходном торце и через стыковочный узел 6 попадает в световод 4. When you turn on the power supply 1, the emitter of the semiconductor laser 2 generates a strongly divergent beam of laser radiation. The specified beam enters the input end of the waveguide optical radiation concentrator and, due to multiple reflections, concentrates on the output end and through the docking unit 6 enters the optical fiber 4.

Посредством световода 4 лазерное излучение проводится к биологически активным точкам пациента. Время облучения 1-й точки 1,5 мин, на курс лечения пациента устанавливается 15 процедур. Through the optical fiber 4, laser radiation is conducted to the biologically active points of the patient. The exposure time of the 1st point is 1.5 minutes, 15 procedures are set for the patient’s treatment.

Проведем обоснование повышения эффективности работы лазерной терапевтической установки путем расчета физических параметров. Let us justify the increase in the efficiency of the laser therapeutic installation by calculating the physical parameters.

Показатели физического расчета по обычной методике лечения ХИБС полупроводниковым аппаратом "Узор" следующие. The physical calculation indices according to the usual method for the treatment of CHDs with the "Pattern" semiconductor device are as follows.

Типичный размер пятна излучения лазера на теле пациента 4 мм на 6 мм, следовательно площадь пятна:
S=A•B,
где S площадь пятна;
A и B длины сторон пятна, следовательно в нашем случае:
S=4 мм•6 мм=24 мм².The typical size of the laser radiation spot on the patient’s body is 4 mm by 6 mm, hence the spot area:
S = A • B,
where S is the area of the spot;
A and B are the lengths of the sides of the spot, therefore, in our case:
S = 4 mm • 6 mm = 24 mm ² .

Плотность мощности излучения пятна:

где P_вых-мощность,
S площадь пятна,
следовательно, в нашем случае:

.Spot radiation power density:

where P _o is power
S is the spot area,
therefore, in our case:

.

При этом глубина проникновения луча лазера составляет около 2 мм. In this case, the penetration depth of the laser beam is about 2 mm.

Использование заявляемой лазерной терапевтической установки и моноволоконного световода марки КПО600, позволяет получить пятно на теле пациента диаметром 0,6 мм, а его площадь составляет:
S = πR²,
где S площадь пятна,
R радиус пятна,
следовательно:

Мощность за счет возникновения дополнительных потерь в концентраторе и стыковочном узле снижается до 1,4 Вт, а плотность мощности возрастает и будет равняться:

где P_вых мощность,
S площадь пятна,
следовательно:

.The use of the claimed laser therapeutic unit and monofilament fiber brand KPO600, allows you to get a spot on the patient’s body with a diameter of 0.6 mm, and its area is:
S = πR ² ,
where S is the spot area,
R is the radius of the spot,
hence:

The power due to the occurrence of additional losses in the hub and the docking unit is reduced to 1.4 W, and the power density increases and will be equal to:

where P _o power
S is the spot area,
hence:

.

При этом глубина проникновения лазерного луча увеличивается до 50 мм, так как увеличивается плотность мощности на выходе световода, чем и достигается лечебный эффект. At the same time, the depth of penetration of the laser beam increases to 50 mm, since the power density at the output of the fiber increases, thereby achieving a therapeutic effect.

Предлагаемая лазерная терапевтическая установка была апробирована на 25 больных ХИБС. В результате установлено, что луч лазера, проникая на большую глубину, улучшает воздействие на БАТ и на очаг поражения. The proposed laser therapeutic unit was tested on 25 patients with CHD. As a result, it was found that the laser beam, penetrating to a greater depth, improves the effect on the BAP and on the lesion.

В то же время, по данным И.М. Корочкиной (1987 г.), применяющей стандартную лазерную терапевтическую установку, на 5-7 процедуре наблюдалось учащение приступов заболевания. Такое своеобразное обострение заболевания отмечалось 2-3 дня, но в процессе лечения оно повторялось с кратностью, соответствующей дню начала 1-го обострения (на 6, 12, 18 дни). At the same time, according to I.M. Korochkina (1987), using a standard laser therapeutic unit, an increase in seizures was observed during the 5-7 procedure. Such a peculiar exacerbation of the disease was observed for 2-3 days, but during the treatment it was repeated with a frequency corresponding to the day of the onset of the 1st exacerbation (on 6, 12, 18 days).

У больных, лечение которых осуществлялось предлагаемой лазерной терапевтической установкой, таких явлений не наблюдалось. In patients whose treatment was carried out by the proposed laser therapeutic unit, such phenomena were not observed.

Одновременно с этим исследовалось перекисное окисление липидов крови методом хемолюминисценций до начала лечения, через 10 процедур и через 15 процедур после лазеротерапии, оценивались процессы пероксидации липидов. Согласно перекисной теории ХИБС (Меерсон ф. 3. 1986 г.), заболевание происходит в результате срыва физиологической антиоксидантной системы, когда цепной лавинообразный процесс свободно-радикального окисления липидов вызывает комплекс патологических проявлений, названный синдромом пероксидации. At the same time, lipid peroxidation was studied by chemoluminescence before treatment, 10 procedures and 15 procedures after laser therapy, lipid peroxidation processes were evaluated. According to the peroxidation theory of HIBS (Meerson F. 3. 1986), the disease occurs as a result of a breakdown of the physiological antioxidant system, when the chain avalanche-like process of free-radical lipid oxidation causes a complex of pathological manifestations called peroxidation syndrome.

На основании анализов полученных данных был сделан вывод, что лучший эффект у больных ХИБС наступал под влиянием воздействия заявляемой лазерной терапевтической установки с частотой импульсов 80 Гц и мощностью излучения 2 Вт. При этих параметрах, с учетом увеличения глубины проникновения лазерного луча, отсутствовал болевой синдром, быстрее наступало улучшение ЭКГ. Побочных явлений при данном методе лечения не отмечено. В процессе лечения болевой синдром уменьшается вплоть до полного исчезновения. Based on the analysis of the data obtained, it was concluded that the best effect in patients with CHDI occurred under the influence of the claimed laser therapeutic unit with a pulse frequency of 80 Hz and a radiation power of 2 watts. With these parameters, taking into account the increase in the depth of penetration of the laser beam, there was no pain, faster ECG improvement. Side effects with this method of treatment are not marked. In the process of treatment, the pain syndrome decreases until it disappears completely.

Противопоказания к лечению:
1. Наклонность к кровотечениям.Contraindications to treatment:
1. The tendency to bleeding.

2. Новообразования различной этиологии. 2. Neoplasms of various etiologies.

3. Высокая температура. 3. High temperature.

4. Открытая форма туберкулеза. 4. An open form of tuberculosis.

5. Заболевания крови. 5. Blood diseases.

6. Тиреотоксикоз. 6. Thyrotoxicosis.

7. Острые инфекционные заболевания. 7. Acute infectious diseases.

8. Застойная сердечная недостаточность II-III степени. 8. Congestive heart failure II-III degree.

Пример 1. Больной З. 45 лет, поступил в кардиологическое отделение железнодорожной больницы с диагнозом ХИБС, стабильная стенокардия, напряжения ФК-II. Example 1. Patient Z. 45 years old, was admitted to the cardiology department of a railway hospital with a diagnosis of CHD, stable angina, FC-II stress.

В момент поступления состояние больного средней тяжести. Жалобы на загрудные боли, возникающие при физической нагрузке. На ЭКГ нормальное положение электрической оси сердца, ритм синусовый, с.с.с. 67 в мин. Гипертрофия миокарда левого желудочка с перегрузкой, диффузные изменения миокарда. При выполнении велоэргометрической пробы отмеченная пороговая нагрузка составила 440 кгм/мин. At the time of admission, the patient's condition is moderate. Complaints of chest pain arising from physical exertion. On the ECG, the normal position of the electrical axis of the heart, sinus rhythm, s.s.s. 67 per minute Left ventricular myocardial hypertrophy with overload, diffuse changes in the myocardium. When performing a bicycle ergometric test, the noted threshold load was 440 kgm / min.

Назначен курс лазерной терапии по биологически активным точкам (верх. кр. гр. верх. тон.) заявленной лазерной терапевтической установкой. На 5-7 процедуре обострения заболевания не отмечалось. После 7-й процедуры наступил анальгетический эффект (см. табл. 1). A course of laser therapy has been prescribed at biologically active points (upper cr. Gr. Top. Tone.) Of the claimed laser therapeutic unit. At 5-7 procedure, exacerbation of the disease was not observed. After the 7th procedure, an analgesic effect occurred (see table. 1).

Пример 2. Больной М. 47 лет, находился на лечении в кардиологическом отделении железнодорожной больницы. Example 2. Patient M., 47 years old, was treated in the cardiology department of a railway hospital.

Диагноз: ХИБС, постинфарктный кардиосклероз, стабильная стенокардия напряжения II ФК, экстросистология, НК I ст. Diagnosis: CHD, post-infarction cardiosclerosis, stable angina pectoris II FC, extrosystology, NK I Art.

При поступлении имелись жалобы на сжимающие боли в области сердца, возникающие при физической нагрузке (до 5-6 таблеток нитроглицерина в сутки), одышка. On admission, there were complaints of compressive pain in the region of the heart that occurs during physical exertion (up to 5-6 tablets of nitroglycerin per day), shortness of breath.

Из анамнеза следует, что в 1987 г. больной перенес инфаркт миокарда. From the anamnesis it follows that in 1987 the patient suffered myocardial infarction.

Объективно: кожные покровы обычной окраски, периферических отеков нет. Ад 140/90 мм рт.ст. ч.с.с. 80 в/мин. Границы сердца: правая по правому краю грудины, левая 1,2 см к наруже от левой средне-ключичной линии, верхняя 3 межреберье. Objectively: the skin is of a normal color, there are no peripheral edema. Hell 140/90 mmHg h.s. 80 rpm Borders of the heart: right on the right edge of the sternum, left 1.2 cm to the outside of the left mid-clavicular line, upper 3 intercostal space.

Тоны сердца аритмичны, приглушены, акцент II тона. Экстросистолы 1-2 в мин. Аускультавтативно везикулярное дыхание. Желудочно-кишечный тракт без патологии. Heart sounds are arrhythmic, muffled, accent II tone. Extrosystoles 1-2 in min. Auscultative vesicular breathing. Gastrointestinal tract without pathology.

На ЭКГ ритм синусовый. Признаки гипертрофии левого желудочка. Рубцовые изменения задней стенки левого желудочка. Ишемия в области задне-боковой стенки ("-" ST в отведениях II, III; а YF; Y₅; Y₆).On the ECG, the sinus rhythm. Signs of left ventricular hypertrophy. Cicatricial changes in the posterior wall of the left ventricle. Ischemia in the posterior-lateral wall ("-" ST in leads II, III; and YF; Y ₅ ; Y ₆ ).

При выполнении велоэргометрической пробы отмечены средняя толерантность к физической нагрузке: 440 кгм/мин, на 9-й минуте появились ангинозные боли. Больному на фоне медикаментозной терапии (нитраты 106 мг, обзидан 122 мг) проведен курс лазеротерапии, была взята кровь на перекисное окисление липидов (см. табл. 2). When performing a bicycle ergometric test, average exercise tolerance was noted: 440 kgm / min, anginal pain appeared in the 9th minute. A patient undergoing drug therapy (nitrates of 106 mg, obzidan 122 mg) underwent a course of laser therapy, blood was taken for lipid peroxidation (see table. 2).

Биохимические показатели имели положительную динамику. В результате лечения отмечен хороший клинический эффект, исчезли ангинозные боли, перебои в области сердца. Больной перестал дополнительно пользоваться нитроглицерином, через 15 дней больному были отменены нитраты, доза блокаторов уменьшена до 4 мг. На ЭКГ ритм синусовый; ST "+" II, III; а YF, Y₅-Y₆. В остальном без динамики. Отмечено повышение толерантности к физической нагрузке: мощность пороговой нагрузки возросла до 660 кгм/мин. Необходимо отметить, что у больных побочных эффектов или ухудшения состояния на фоне лазеротерапии не отмечалось.Biochemical parameters had a positive trend. As a result of treatment, a good clinical effect was noted, anginal pains and interruptions in the region of the heart disappeared. The patient stopped using nitroglycerin additionally, after 15 days the patient was canceled nitrates, the dose of blockers was reduced to 4 mg. ECG sinus rhythm; ST "+" II, III; and YF, Y ₅ -Y ₆ . Otherwise, no dynamics. An increase in exercise tolerance was noted: the power of the threshold load increased to 660 kgm / min. It should be noted that in patients with side effects or worsening of the condition on the background of laser therapy was not observed.

По сравнению с прототипом предлагаемая лазерная терапевтическая установка посредством внедрения волноводного оптического концентратора излучения и световода RG - ⌀ 600 обладает следующими преимуществами:
обеспечивается увеличение глубины проникновения лазерного луча к биологически активным точкам пациента за счет увеличения плотности мощности на выходе;
достигается малогабаритность и простота прибора в эксплуатации;
создается возможность применения установки в домашних условиях.Compared with the prototype, the proposed laser therapeutic installation through the introduction of a waveguide optical radiation concentrator and fiber RG - ⌀ 600 has the following advantages:
provides an increase in the depth of penetration of the laser beam to the biologically active points of the patient by increasing the power density at the output;
compactness and simplicity of the device in operation are achieved;
creates the possibility of using the installation at home.

Claims

A laser therapeutic installation comprising a power supply and control unit, a semiconductor laser emitter and a fiber nozzle, characterized in that the fiber nozzle is made in the form of a section of a fiber in the form of a truncated cone, while the outer conical surface of the nozzle is covered with alternating quarter-wave dielectric layers with two different refractive index values and the first layer immediately adjacent to the conical surface, as well as all the odd layers have a refractive index less e than the filling material, and all the even layers of refractive index greater than that of the odd layers.