RU2211715C2

RU2211715C2 - Ультрафиолетовая лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами

Info

Publication number: RU2211715C2
Application number: RU2001126327/14A
Authority: RU
Inventors: В.В. Аполлонов В.В. Аполлонов; В.В. Аполлонов; К.В. Константинов К.В. Константинов; К.В. Константинов; А.М. Прохоров А.М. Прохоров; А.М. Прохоров
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Энергомаштехника"
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-09-10
Also published as: WO2003026742A1

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике. Ультрафиолетовая лазерная установка содержит твердотельный лазер с излучателем, к которому подсоединен генератор синусоидальных напряжений, акустооптический затвор, размещенный между активным элементом и полупрозрачным зеркалом. Активный элемент установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси лазера. Технический результат - увеличение стабильности параметров излучения. 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для лечения кавернозных и фиброзно-кавернозных форм туберкулеза и других заболеваний легких. Кроме того, предлагаемое изобретение может быть использовано для лечения костного туберкулеза, открытых ран, лорзаболеваний и в гинекологии.

Известна установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких (патент РФ 2064801, опубл. 10.08.96, БИ 22), содержащая азотный лазер, включающий излучатель с высоковольтной системой накачки и резонатором, источник питания, газовую систему и систему управления. Установка содержит также фокусирующую систему и систему транспортировки лазерного излучения, выполненную в виде волоконного световода со сферическим рассеивателем, и пункционную иглу.

Недостатком известной установки является использование газового лазера с менее плотной средой по сравнению с твердотельными, что приводит к увеличению габаритов установки, использованию высоковольтного разряда, необходимости вакуумной системы и восстановлению активной среды. Кроме того, известная установка работает на длине волны излучения 337 нм, которая не совпадает с пиком бактерицидной активности (250-290 нм).

Известна ультрафиолетовая лазерная установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких и заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами (патент RU 2141859 С1), взятая в качестве прототипа и содержащая твердотельный ультрафиолетовый лазер, включающий низковольтный источник питания, подключенный своим выходом к системе накачки, которая оптически связана с излучателем. Лазер содержит также систему термостабилизации, подсоединенную своими выходами соответственно к системе накачки и излучателю, который связан с преобразователем излучения. Входы источника питания и системы термостабилизации подключены к соответствующим выходам системы управления. Выход преобразователя является выходом лазера и оптически связан с системой транспортировки лазерного излучения.

Недостатками известной установки являются:
1. В качестве модулятора используется пассивный затвор на кристалле YAG: Cr⁴⁺, который, во-первых, вносит пассивные потери внутри резонатора, во-вторых, изменение уровня накачки приводит к нестабильности импульсов излучения по частоте, длительности импульсов и, как следствие, к изменению пиковой мощности излучения и снижению эффективности преобразования в нелинейных кристаллах.

2. Использование внутрирезонаторного преобразования частоты излучения на кристалле КТР требует его точной подстройки температуры.

3. Отсутствие возможности контроля параметров излучения при изменении условий накачки приводит к значительному уменьшению эффективности всей системы в целом.

4. На практике при использовании пассивного затвора не удается получить мощность излучения в ультрафиолетовым диапазоне длин волн свыше 1mW, которая необходима для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами.

В основу настоящего изобретения положена задача создания ультрафиолетовой лазерной установки для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, обеспечивающей за счет конструктивного выполнения повышение мощности излучения в ультрафиолетовым диапазоне длин волн при поддержании стабильности по частоте следования импульсов вне зависимости от условий накачки лазера.

Поставленная задача решается тем, что ультрафиолетовая лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, содержащая ультрафиолетовый лазер с длиной волны в диапазоне 250-290 нм, включающий источник питания, излучатель с системой накачки, систему управления, преобразователь излучения в ультрафиолетовую область на нелинейных кристаллах и оптоволоконную систему транспортировки лазерного излучения, снабженную пункционной иглой, согласно изобретению дополнительно содержит генератор синусоидальных напряжений, а излучатель выполнен в виде твердотельного лазера с накачкой полупроводниковым диодом, состоящего из неодимсодержащего активного элемента, полупрозрачного зеркала и размещенного между ними акустооптического затвора, подключенного к генератору синусоидальных напряжений.

Использование активного акустооптического затвора по сравнению с пассивным затвором (например, на основе YAG:Cr⁴⁺) позволяет обеспечить более стабильные выходные параметры излучения, оптимизировать частоту и длительность импульсов, снизить внутрирезонаторные потери и тем самым увеличить выходные характеристики ультрафиолетового лазера. Установка позволяет также значительно (до 7 раз) увеличить мощность излучения при одних и тех же уровнях накачки. Поддержание стабильности по частоте следования импульсов вне зависимости от условий накачки обеспечивается активным акустооптическим затвором.

Целесообразно, чтобы активный элемент был бы установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси лазера для обеспечения согласования каустики излучения с параметрами затвора.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает блок-схему ультрафиолетовой лазерной установки для лечения деструктивных форм туберкулеза легких и заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, согласно изобретению;
фиг.2 - схему системы накачки;
фиг.3 - схему излучателя;
фиг.4 - схему преобразователя излучения во 2-ю гармонику;
фиг.5 - схему преобразователя излучения во 4-ю гармонику;
фиг.6 - схему системы транспортировки лазерного излучения.

Ультрафиолетовая лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, согласно изобретению содержит твердотельный лазер 1 (фиг.1) с длиной волны в диапазоне 250-290 нм, включающий низковольтный источник 2 питания, который подключен к одному входу системы 3 накачки, к другому входу которой подсоединена система 4 термостабилизации. С системой 3 накачки оптически связан излучатель 5, к которому подсоединен генератор 6 синусоидальных напряжений. Лазер 1 также содержит преобразователи 7 и 8 излучения соответственно во вторую и четвертую гармоники, которые оптически связаны с излучателем 5, и систему 9 управления, подсоединенную своими выходами соответственно к источнику 2 питания и системе 4 термостабилизации. Выход преобразователя 8 является выходом лазера 1 и оптически связан с оптоволоконной системой 10 транспортировки лазерного излучения.

Система 3 (фиг.2) накачки выполнена в виде единого блока, состоящего из лазерного полупроводникового диода 11, электрически соединенного с источником 2 питания, микрохолодильника 12 на термоэлектрическом элементе Пельтье, соединенного с системой 4 термостабилизации, и радиатора 13. Излучение лазерного диода 11 фокусируется с помощью оптической системы, состоящей из одной цилиндрической и двух сферических линз 14, 15, 16 соответственно.

Излучатель 5 (фиг. 3) выполнен в виде твердотельного лазера с накачкой полупроводниковым диодом, состоящего из активного элемента 17 (LSB, YAG, YVО₄, GdVО₄, YLF), смонтированного на юстировочном устройстве 18 и снабженного устройством 19 перемещения активного элемента относительно оси лазера. Излучатель 5 содержит также акусто-оптический затвор 20, к которому подсоединен генератор 6 синусоидальных напряжений, и полупрозрачное зеркало 21, вмонтированное в юстировочном узле 22.

Резонатор лазера 1 образован покрытиями 23 и 24, нанесенными соответственно на переднюю грань активного элемента и переднюю грань зеркала 21.

Преобразователь 7 (фиг.4) излучения во вторую гармонику состоит из соосно расположенных друг относительно друга линзы 25 и нелинейного кристалла 26 (КТР или LiJO₃), размещенных в корпусе 27.

Преобразователь 8 (фиг. 5) излучения в четвертую гармонику состоит из сферической и цилиндрической линз 28 и 29 соответственно и нелинейного кристалла 30 (ВВО или CLBO), размещенных в корпусе 31.

Система 10 (фиг. 6) транспортировки лазерного излучения содержит установленную в корпусе 32 фокусирующую линзу 33 и волоконный световод 34 со сферическим рассеивателем 35. Волоконный световод 34 соединен с корпусом 32 посредством разъема 36 и, кроме того, он связан с пункционной иглой 37. Каверна отмечена позицией 38.

Источник 2 питания, система 9 управления и система 4 термостабилизации выполнены на базе серийно выпускаемого блока питания лазерных диодов LDD-9 (см. проспект "Блок питания лазерных диодов LDD-9", ЗАО "Полупроводниковые приборы", Санкт-Петербург, 1998 г.).

Предлагаемая ультрафиолетовая лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, работает следующим образом.

После проведения пункции каверны 38 (фиг.6) пункционной иглой 37 производится подготовка лазера 1 (фиг.1), заключающаяся в достижении необходимой температуры на лазерном полупроводниковом диоде 11 (фиг.2). При лечении открытых ран используется рассеянное излучение, испускаемое волоконным световодом 34. Низковольтный источник 2 (фиг.1) тока запитывает лазерный диод 11 (фиг.2). Система 4 термостабильности поддерживает заданную температуру диода 11 для его подстройки на длину волны излучения, соответствующую длине волны линии поглощения в активном элементе 17 (фиг.3) (неодимсодержащие кристаллы YVO₄, GdVO₄, LSB, YAG и т.п.). Генератор 6 задает режим работы акустооптического затвора 20 для получения импульсно-периодического излучения лазера на заданной частоте. Устройство 19 обеспечивает перемещение активного элемента 17 вдоль оси резонатора относительно каустики излучения накачки, что дает возможность оптимизировать параметры тепловой линзы, возникающей в активном элементе 17, и согласовывать ее с параметрами резонатора лазера как в непрерывном, так и в импульсном режимах, что обеспечивает получение максимальной мощности излучения ультрафиолетового лазера.

Система 9 управления обеспечивает необходимый диапазон экспозиций облучения лазером от 0 до 20 мин. Излучение лазерного диода 11 коллимируется с помощью оптической системы, состоящей из цилиндрической и сферических линз 28, 29, 30. Непрерывное излучение накачки поглощается в активном элементе 17, в результате формируется инверсная населенность. Излучение формируется в резонаторе лазера 1, образованном двумя плоскими зеркалами 23 и 24, нанесенными на передние грани активного элемента 17 и полупрозрачного зеркала 21. Активный акустооптический затвор 20 обеспечивает модуляцию излучения лазера 1, что позволяет повысить пиковую мощность излучения лазера 1. Линза 25 фокусирует излучение в нелинейный кристалл 26. Высокая плотность падающего излучения позволяет обеспечить хорошие условия для внерезанаторного преобразования излучения во вторую гармонику. Покрытия на сферической и цилиндрической линзах 28 и 29 обеспечивают фильтрацию излучения на второй гармонике от основного излучения лазера. Далее излучение второй гармоники с помощью сферической и цилиндрической линз 28 и 29 (фиг.5) коллимируется и фокусируется в нелинейный кристалл 30, который преобразует излучение в четвертую гармонику (длина волны = 266-270 нм). Покрытие линзы 33 (фиг.6) полностью отражает излучение на второй гармонике и пропускает излучение на четвертой гармонике и является фильтром.

Излучение после преобразователя 8 фокусируется линзой 33 на входной торец волоконного световода 34, транспортируется по нему и рассеивается сферическим рассеивателем 35 в область каверны.

Твердотельные лазеры с диодной накачкой обладают большими преимуществами перед газовыми лазерами и твердотельными лазерами с ламповой накачкой. Они могут работать в различных режимах генерации, обеспечивая высокие КПД, обладают высокой стабильностью излучения при малых массогабаритных параметрах, имеют низкое энергопотребление и высокий срок службы. Используется только низковольтное питание, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и пациентов.

Возвратно-поступательное движение активного элемента необходимо для получения заданной каустики кучка на выходе лазера или подстройки спектра продольных мод. Возвратно-поступательное движение можно сравнить с подбором характеристик диафрагмы, задающей модовый состав излучения в лазерах с поперечной накачкой.

Claims

Ультрафиолетовая лазерная установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких и заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами, содержащая ультрафиолетовый лазер, включающий источник питания, излучатель с системой накачки, состоящий из активного элемента и затвора, систему управления и оптоволоконную систему транспортировки лазерного излучения, снабженную пункционной иглой, отличающаяся тем, что дополнительно содержит генератор синусоидальных напряжений, а затвор излучателя выполнен акустооптическим, установлен между активным элементом и полупрозрачным зеркалом и подключен к генератору синусоидальных напряжений, при этом активный элемент установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси лазера, обеспечивающего оптимальное согласование акустики излучения с параметрами акустооптического затвора.