RU2110300C1

RU2110300C1 - Device for treating biological objects with laser radiation

Info

Publication number: RU2110300C1
Application number: RU96103046A
Authority: RU
Inventors: А.А. Рунишев; В.М. Плотников; Н.Н. Евтихиев; С.В. Москвин; М.М. Ручкин; М.Н. Титов; Ю.Б. Глазков
Original assignee: Скобелкин Олег Ксенофонтович
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1998-05-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has laser light source connected to power supply source, cylindrical casing being quartz tube with end face walls covered with reflecting lining from inside. Semiconductor lasers are mounted on both end faces of the cylindrical quartz tube. Clarifying coating is applied to the inner surface of the tube. It is distributed as heterogeneous layer to improve uniform properties of radiation supply. Laser crystal is fixed on the tube in a manner that it plays the role of light guide and heat- removing unit at the same time. Reflecting coating of the end faces have spherical concave shape. End face surface has diffuse reflection properties. EFFECT: small size; uniform illumination of treated surface. 8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, используемой для лазерного облучения в терапевтических дозах различных биологических объектов, преимущественно человека. The invention relates to medical equipment used for laser irradiation in therapeutic doses of various biological objects, mainly humans.

Известные устройства для лазерного облучения биологических объектов предназначены, как правило, для локального облучения отдельных органов или определенного участка кожного покрова. Known devices for laser irradiation of biological objects are intended, as a rule, for local irradiation of individual organs or a specific area of the skin.

Известно устройство для равномерного облучения поверхности (межд. заявка N 90/00420, кл. A 61 5/06, опубл. 1990). Устройство содержит полусферу, внутренняя поверхность которой покрыта диффузным отражательным слоем, и источник света, установленный в полусфере. При использовании устройства полусферу устанавливают на облучаемую поверхность, при этом края полусферы ограничивают область облучения. Диффузный слой на внутренней поверхности предотвращает выход света. Однако при использовании данного устройства не обеспечивается равномерное облучение по всей поверхности такого сложного по форме биологического объекта, как человек. Это, как показали исследования, необходимо для одновременного воздействия излучения на нервные рецепторы всего организма. Такое одновременное воздействие необходимо для стимуляции иммунной, гормональной, кроветворной и нервной систем организма при различных заболеваниях человека. A device for uniformly irradiating the surface is known (international application N 90/00420, class A 61 5/06, publ. 1990). The device contains a hemisphere, the inner surface of which is covered with a diffuse reflective layer, and a light source installed in the hemisphere. When using the device, the hemisphere is mounted on the irradiated surface, while the edges of the hemisphere limit the irradiation area. A diffuse layer on the inner surface prevents light from escaping. However, when using this device, uniform irradiation over the entire surface of such a complex biological object as a person is not ensured. This, as studies have shown, is necessary for the simultaneous effect of radiation on the nerve receptors of the whole organism. Such a simultaneous effect is necessary to stimulate the immune, hormonal, hematopoietic and nervous systems of the body in various human diseases.

Известно также устройство для лазерного облучения жидкости (крови), которое может быть также использовано для лазерного облучения и других биологических и небиологических объектов сложной формы (авт. св. N 1669453, опубл. 1991), взятое за прототип. Also known is a device for laser irradiation of a liquid (blood), which can also be used for laser irradiation and other biological and non-biological objects of complex shape (ed. St. N 1669453, publ. 1991), taken as a prototype.

Данное устройство содержит источник света - лазер, размещенный снаружи сферического корпуса, в котором размещают облучаемый объект, внутренняя поверхность которого покрыта слоем, диффузно отражающим свет. Сферический корпус снабжен входным отверстием, за которым внутри корпуса установлено плоское зеркало, выполняющее роль отражающего элемента. При этом в корпусе может быть размещен фотодатчик для непрерывного контроля поглощаемой световой энергии. This device contains a light source - a laser located outside the spherical body, in which the irradiated object is placed, the inner surface of which is covered with a layer diffusely reflecting light. The spherical body is equipped with an inlet, behind which a flat mirror is installed inside the body, which acts as a reflecting element. At the same time, a photosensor can be placed in the housing for continuous monitoring of absorbed light energy.

Устройство работает следующим образом: луч света от лазера, пройдя входное отверстие в корпусе, попадает на плоское зеркало, которое отражает его на диффузно отражающий свет слой, покрывающий внутреннюю поверхность сферического корпуса. При этом происходит многократное отражение луча света внутри сферического корпуса, за счет чего, как полагают авторы, достигается повышение равномерности освещения поверхности облучаемого объекта. The device operates as follows: a ray of light from a laser, passing an inlet in the housing, hits a flat mirror that reflects it onto a diffusely reflecting light layer covering the inner surface of the spherical housing. In this case, a multiple reflection of the light beam inside the spherical body occurs, due to which, as the authors believe, an increase in the uniformity of illumination of the surface of the irradiated object is achieved.

Однако и при использовании данного устройства не обеспечивается равномерность освещения всей поверхности облучаемого объекта, что, как было отмечено, необходимо для одновременного воздействия одинаковой терапевтической дозы излучения на нервные рецепторы всего организма. However, when using this device, the uniformity of illumination of the entire surface of the irradiated object is not ensured, which, as was noted, is necessary for the simultaneous exposure of the same therapeutic dose of radiation to the nerve receptors of the whole organism.

Это обусловлено тем, что в данном устройстве в качестве отражателя светового пучка используют зеркало, которое направляет луч непосредственно на внутреннюю поверхность сферического корпуса. В данном случае зеркало играет вспомогательную роль (такой способ введения излучения практически эквивалентен способу, когда излучение направляют на поверхность сферы непосредственно). This is due to the fact that in this device a mirror is used as a light beam reflector, which directs the beam directly onto the inner surface of the spherical body. In this case, the mirror plays an auxiliary role (this method of introducing radiation is almost equivalent to the method when the radiation is sent directly to the surface of the sphere).

Для обеспечения большего КПД ввода излучения и создания удобства за счет сокращения размеров устройства при достижении равномерности освещения всей поверхности облучаемого объекта предлагается устройство для лазерного облучения биологических объектов, преимущественно человека, включающее источник света - лазер, подключенный к источнику питания, отражающий корпус, в котором размещен объект и поверхность которого покрыта отражающим свет слоем, вход для лазерного излучения, в котором согласно изобретению корпус отражателя выполнен в виде трубы из кварца, с торцов и внутри трубы и по его внешней поверхности нанесено отражающее покрытие, а торец трубы служит основанием для крепления полупроводниковых лазеров, расположенных равномерно по периметру торца. To ensure greater efficiency of radiation input and to create convenience by reducing the size of the device while achieving uniform illumination of the entire surface of the irradiated object, a device is proposed for laser irradiation of biological objects, mainly humans, including a light source - a laser connected to a power source, a reflective housing in which the object and the surface of which is covered with a light-reflecting layer, an input for laser radiation, in which according to the invention the reflector body is made in ide of the quartz tube, the ends and inside the tube and on its outer surface coated with a reflective coating, and the end of the pipe is the basis for mounting of semiconductor lasers arranged uniformly along the perimeter of the end face.

На чертеже изображено устройство для лазерного облучения биологических объектов. The drawing shows a device for laser irradiation of biological objects.

Устройство содержит источник света - лазер 1, цилиндрический корпус 2, отражающие стенки 3 с торцов и отражающие покрытия 4 по внешней цилиндрической поверхности. Лазеры расположены на торцах цилиндрического корпуса и дают излучение, которое обеспечивает равномерное освещение всей поверхности облучаемого объекта. The device contains a light source - a laser 1, a cylindrical body 2, reflective walls 3 from the ends and reflective coatings 4 on the outer cylindrical surface. Lasers are located at the ends of a cylindrical body and produce radiation that provides uniform illumination of the entire surface of the irradiated object.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Лазеры в виде большого числа полупроводниковых диодных излучателей равномерно установлены по торцу цилиндрической трубы из кварца. Внутри трубы помещен на прозрачных носилках человек; при этом по сравнению со сферой очевидно, что цилиндр существенно меньше по размерам, чем сфера, необходимая для установления носилок с человеком. Монтаж лазеров на кварцевое стекло обеспечивает идеальное оптическое согласование, идеальный практически 100% ввод излучения из кристалла лазерного диода в кварцевое стекло. Благодаря наличию зеркального отражения от боковых граней свет, многократно отражаясь от обеих сторон кварцевой трубы, равномерно и с КПД, практически близким к 100%, попадает внутрь камеры. Т.к. лазеров много, то исчезает неравномерность освещения вдоль радиуса цилиндра. Таким образом, все внутреннее пространство трубы является равномерно излучающей поверхностью. При этом выходящее излучение так же многократно рассеивается и отражается на торцах и боковой поверхности трубы, что еще снижает неоднородность светового потока. Lasers in the form of a large number of semiconductor diode emitters are uniformly mounted along the end of a cylindrical quartz tube. Inside the pipe a man is placed on a transparent stretcher; compared with the sphere, it is obvious that the cylinder is significantly smaller in size than the sphere necessary to establish a stretcher with a person. Mounting lasers on quartz glass provides perfect optical matching, ideal almost 100% input of radiation from a laser diode crystal into quartz glass. Due to the presence of specular reflection from the side faces, the light, repeatedly reflected from both sides of the quartz tube, uniformly and with an efficiency almost close to 100%, enters the chamber. Because there are many lasers, the unevenness of illumination along the radius of the cylinder disappears. Thus, the entire interior of the pipe is a uniformly radiating surface. In this case, the output radiation is also repeatedly scattered and reflected on the ends and side surface of the pipe, which further reduces the inhomogeneity of the light flux.

Очевидно, что равномерность облучения объекта увеличивается, если лазеры подключены с обоих торцов. При нанесении просветляющего покрытия улучшается однородность облучения, поскольку можно определить оптимальный выход света. Осевая неоднородность полностью исчезает, если создать неоднородное вдоль оси покрытие, которое линимирует неоднородность распределения светового потока. КПД лазерного диода возрастет, если ему обеспечить улучшенный теплоотвод, что обеспечивает плотный монтаж кристаллов лазера на поверхности кварцевой трубки. Как ранее было доказано, ввод излучения в биоуправляемом режиме намного повышает фактическое КПД действия лазера (Загускин С.Л., 1995). Obviously, the uniformity of the irradiation of the object increases if the lasers are connected from both ends. When applying an antireflection coating, the uniformity of the irradiation is improved, since the optimal light output can be determined. The axial inhomogeneity completely disappears if you create an inhomogeneous coating along the axis, which linearizes the inhomogeneity of the distribution of the light flux. The efficiency of the laser diode will increase if it is provided with an improved heat sink, which ensures tight installation of laser crystals on the surface of a quartz tube. As previously proved, the introduction of radiation in a biocontrol mode significantly increases the actual efficiency of the laser (Zaguskin S.L., 1995).

При применении на торцах полусферы с диффузно отражающим слоем будет обеспечена равномерность облучения вдоль оси. When using hemispheres with diffusely reflecting layer at the ends, uniform irradiation along the axis will be ensured.

Пример. На кварцевой трубе длиной 2 м и диаметром 0,5 м с обоих торцов монтируют по 100 полупроводниковых лазерных кристаллов мощностью 30 мВт красного диапазона облучения. Источник питания работает для всех лазеров либо в постоянном, либо в биоуправляемом режиме. Носилки со стеклянным дном и с пациентом помещают горизонтально внутри трубы. Две полусферы с диффузно отражающим покрытием являются крышками внутри камеры. Такое устройство при расположении любого человека обеспечивает всю поверхность тела лазерным излучением 100 мВт/см², и колебания не превышают 5%, что требуется для решения медицинских задач лазерной терапии.Example. On a quartz tube 2 m long and 0.5 m in diameter, 100 semiconductor laser crystals with a power of 30 mW of the red irradiation range are mounted at both ends. The power source works for all lasers either in constant or in biocontrol mode. Stretchers with a glass bottom and with the patient are placed horizontally inside the tube. Two hemispheres with a diffusely reflective coating are the covers inside the chamber. Such a device with the location of any person provides the entire surface of the body with laser radiation of 100 mW / cm ² , and the fluctuations do not exceed 5%, which is required to solve the medical problems of laser therapy.

Claims

1. Device for laser irradiation of biological objects, containing a light source - a laser connected to a power source, a housing in which the object is placed and the surface of which is covered with a light-reflecting layer, an input for laser radiation, characterized in that it contains many semiconductor lasers as light source, the casing is made in the form of a quartz pipe with end walls, while a reflective coating is applied to the end walls from the inside and to the outer surface of the pipe, and the pipe end is the base for fastening lasers located evenly around the perimeter of the end face.

2. The device according to claim 1, characterized in that the lasers are mounted on both ends of the quartz tube.

3. The device according to claim 1, characterized in that an antireflection coating is applied to the inner surface.

4. The device according to claim 3, characterized in that along the pipe the antireflection coating is applied unevenly for uniform illumination of the object.

5. The device according to claim 1, characterized in that the laser crystal is mounted on the tube so that it is both a light guide and a heat sink.

6. The device according to claim 1, characterized in that the laser power source is configured to provide a biocontrol mode.

7. The device according to claim 1, characterized in that the reflective coating on the end walls is made of spherical concave shape.

8. The device according to claim 7, characterized in that the surface of the end walls is made diffusely reflective.