RU2392018C1

RU2392018C1 - Laser medical device

Info

Publication number: RU2392018C1
Application number: RU2008146483/14A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Мартынов (RU); Александр Александрович Мартынов; Михаил Михайлович Мандрыка (RU); Михаил Михайлович Мандрыка; Владимир Алексеевич Тищенко (RU); Владимир Алексеевич Тищенко; Ольга Михайловна Баккал (RU); Ольга Михайловна Баккал; Сергей Анатольевич Ваганов (RU); Сергей Анатольевич Ваганов; Татьяна Ильинична Гаращенко (RU); Татьяна Ильинична Гаращенко
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор"
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-20

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, namely to laser devices for localised therapeutic and surgical impact with laser radiation on diseases and abnormalities of biological tissues. Laser medical device contains interconnected control microprocessor connected with transducer, and an optical unit that has two emitters generating laser radiation in visible and infrared optical spectrum respectively, to their distal end of the total fiber an interchangeable instrument is connected, at that the microprocessor is equipped with a display unit. The transducer is connected to the fiber and is made in the form of a conical diffuser with the walls diffuse reflection, which is commutated to the microprocessor through the photodiode built in the basement.

EFFECT: invention enables to expand technological capabilities of surgical impact on biological tissues of patients with an increase of the device functional reliability in whole due to application of the photoelectric method of active evaluation of laser radiation rate in optical instrument through diffusion diffuser providing control communication.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к лазерным устройствам для локализованного терапевтического лечения и оперативного воздействия лазерным излучением заболеваний и аномалий биологических тканей.The present invention relates to medical equipment, namely to laser devices for localized therapeutic treatment and surgical exposure to laser radiation of diseases and abnormalities of biological tissues.

Уровень данной области техники характеризует лазерное медицинское устройство, описанное в патенте RU 2172190, A61N 5/06, 2001 г., которое содержит микропроцессорный блок управления, связанный с блоком питания и оптическим блоком, который включает полупроводниковые лазерные источники, излучающие в видимой и инфракрасной областях спектра.The level of this technical field is characterized by a laser medical device described in patent RU 2172190, A61N 5/06, 2001, which contains a microprocessor control unit associated with a power supply and an optical unit, which includes semiconductor laser sources emitting in the visible and infrared regions spectrum.

Световоды от лазерных источников, являющиеся составляющими оптического узла юстировки волоконно-оптического преобразователя, сведены в одно волокно, выполненное в виде плотного цилиндра с полированным дистальным торцом, который выходом подключен к сменному волоконно-оптическому инструменту, имеющему световод диаметром 200-400 мкм.The optical fibers from the laser sources, which are the components of the optical adjustment unit of the fiber-optic converter, are combined into a single fiber made in the form of a dense cylinder with a polished distal end, which is connected to a replaceable fiber-optic instrument with a fiber with a diameter of 200-400 μm.

Мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в видимой области, не превышает 5 Вт, а мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в инфракрасной области спектра, не превышает 25 Вт.The power of semiconductor laser sources emitting in the visible region does not exceed 5 watts, and the power of semiconductor laser sources emitting in the infrared region does not exceed 25 watts.

Устройство может быть использовано для воздействия лазерным излучением при различных режимах работы в хирургии, при термовоздействиях, в терапии, в том числе фотодинамической терапии.The device can be used for exposure to laser radiation in various modes of operation in surgery, during thermal effects, in therapy, including photodynamic therapy.

Недостатком описанного устройства является недостаточная эффективность лазерного воздействия и продолжительность операции из-за того, что в нем не предусмотрен чувствительный термоэлемент диагностирования месторасположения пораженного участка биоткани, имеющего повышенную температуру, с целью направленного лазерного излучения.The disadvantage of the described device is the lack of effectiveness of the laser exposure and the duration of the operation due to the fact that it does not provide a sensitive thermoelement for diagnosing the location of the affected area of the biological tissue having an elevated temperature, with the aim of directing laser radiation.

Отмеченный недостаток устранен в устройстве для лечения злокачественных опухолей по патенту RU 2297858, A61N 5/067, 2007 г., который по существу и числу совпадающих признаков выбран в качестве ближайшего аналога предложенному лазерному медицинскому устройству.The noted drawback is eliminated in the device for the treatment of malignant tumors according to patent RU 2297858, A61N 5/067, 2007, which in essence and the number of matching features is selected as the closest analogue to the proposed laser medical device.

Известное устройство предназначено для применения в оториноларингологии, гастроэнтерологии, рефлексотерапии, ортопедии и травмотологии, для диагностики патологии и точного определения места локализации пораженных клеток, в котором используется встроенный в инструментальный наконечник температурный сенсор (преобразователь), коммутирующийся с микропроцессором.The known device is intended for use in otorhinolaryngology, gastroenterology, reflexology, orthopedics and traumatology, for the diagnosis of pathology and the exact determination of the location of affected cells, which uses a temperature sensor (transducer) built into the instrument tip, which commutates with a microprocessor.

С микропроцессором связан оптический блок, включающий два излучателя, генерирующих лазерное излучение в видимом диапазоне и ближней инфракрасной области оптического диапазона, подведенных через разъем преобразователя к волоконно-оптическому световоду.An optical unit is connected to the microprocessor, including two emitters that generate laser radiation in the visible range and near infrared region of the optical range, connected through the converter connector to the fiber optic fiber.

Устройство оснащено дисплеем, блоком ввода данных и портом программирования по контролируемым параметрам в режиме реального времени за счет совмещения эндоскопа с температурным сенсором, связанных через процессор с видиоконтрольным монитором.The device is equipped with a display, a data input unit and a programming port for controlled parameters in real time by combining an endoscope with a temperature sensor connected through a processor with a video monitoring monitor.

Однако недостатком известного устройства является неудовлетворительная функциональная надежность по причине отсутствия в структуре элемента объективного контроля ввода мощности лазерного излучения непосредственно в обрабатываемую ткань. Кроме того, целесообразно наличие в устройстве возможности активного управления процессом ввода мощности лазерной энергии в процессе контролируемого воздействия на пораженный участок биоткани.However, a disadvantage of the known device is the unsatisfactory functional reliability due to the absence in the structure of the element of objective control of the input of laser radiation power directly into the treated tissue. In addition, it is advisable that the device has the ability to actively control the process of inputting laser power in the process of controlled exposure of the affected area of biological tissue.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности лазерного медицинского устройства и расширение его технологических возможностей.The problem to which the present invention is directed is to increase the functional reliability of a laser medical device and expand its technological capabilities.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном лазерном медицинском устройстве, содержащем связанные между собой микропроцессор управления, соединенный с преобразователем, и оптический блок, имеющий два излучателя, генерирующих лазерное излучение, соответственно в видимом и инфракрасном диапазонах оптического спектра, к дистальному торцу общего оптоволокна которых подключен сменный инструмент, при этом микропроцессор оснащен блоком индикации, согласно изобретению преобразователь подсоединен к оптоволокну и выполнен в виде конического рассеивателя с диффузным отражением стенок, который с микропроцессором коммутируется посредством встроенного в основание фотодиода.The required technical result is achieved by the fact that in the known laser medical device containing interconnected control microprocessor connected to the transducer, and an optical unit having two emitters generating laser radiation, respectively, in the visible and infrared ranges of the optical spectrum, to the distal end of the common optical fiber of which the interchangeable tool is connected, while the microprocessor is equipped with an indication unit, according to the invention, the converter is connected to the optical fiber and nen as a conical diffuser with the diffuse reflection walls, which is switched by a microprocessor built into the base of the photodiode.

Отличительные признаки за счет применения фотоэлектрического метода активного измерения мощности лазерного излучения в волоконном инструменте посредством диффузионного рассеивателя, обеспечивающего обратную связь управления, позволили расширить технологические возможности оперативного воздействия на биоткани пациентов при повышении функциональной надежности устройства в целом.Distinctive features due to the use of the photoelectric method of active measurement of the laser radiation power in a fiber instrument by means of a diffusion diffuser, providing control feedback, made it possible to expand the technological capabilities of the operational impact on the patient’s biological tissue while increasing the functional reliability of the device as a whole.

В предложенном устройстве осуществляется активный контроль качества транспортировки лазерного излучения до цели воздействия, по результатам которого регулируется его мощность до заданного уровня, компенсируя, в частности, потери на технологические загрязнения рабочей поверхности инструмента, возможные деформации или нарушения механической целостности оптоволокна.The proposed device actively monitors the quality of transportation of laser radiation to the target, according to the results of which its power is adjusted to a predetermined level, compensating, in particular, for losses due to technological pollution of the tool’s working surface, possible deformations or violations of the mechanical integrity of the optical fiber.

Подключение преобразователя непосредственно к оптоволокну позволяет в реальном времени активно контролировать заданный уровень мощности лазерного излучения, подаваемого к обрабатываемому биологическому объекту и опосредованно целостность волоконных оптоволокна и концевого инструмента.Connecting the converter directly to the optical fiber allows real-time active monitoring of the set level of laser radiation power supplied to the biological object being processed and indirectly the integrity of the fiber optic fiber and end tool.

Выполнение преобразователя в виде конусного рассеивателя с внутренним покрытием стенок, имеющим диффузионный коэффициент отражения, обеспечивает передачу информации без потерь при произвольном расположении передатчика и приемника лазерного излучения в основании конуса.The implementation of the Converter in the form of a cone diffuser with an inner wall coating having a diffusion reflection coefficient, provides lossless information transfer with an arbitrary arrangement of the transmitter and receiver of laser radiation in the base of the cone.

Это упрощает конструкцию преобразователя и устройства в целом, снижает потребительскую стоимость изделия, в котором юстировка осуществляется без линз при равномерном распределении лазерной энергии по поверхности конического преобразователя.This simplifies the design of the transducer and the device as a whole, reduces the consumer cost of the product, in which the adjustment is carried out without lenses with a uniform distribution of laser energy over the surface of the conical transducer.

Использование в преобразователе приемника лазерного излучения в виде фотодиода обосновано его функциональностью тем, что он автоматически измеряет световой поток, замещаемый мощностью постоянного тока, значение которого поступает через микропроцессор на блок индикации.The use of laser radiation in the form of a photodiode in the converter of the receiver is justified by its functionality in that it automatically measures the luminous flux replaced by direct current power, the value of which is transmitted through the microprocessor to the display unit.

Снабжение микропроцессора блоком регулирования параметров лазерного излучения позволяет в соответствии с данными блока индикации активно регулировать мощность в заданных пределах соответственно в оптоволокне и рабочем инструменте, оптимальную для конкретного вида выбранной операции медицинского назначения.The supply of the microprocessor with the laser radiation parameter control unit allows, in accordance with the data of the display unit, to actively adjust the power within the specified limits, respectively, in the optical fiber and the working tool, which is optimal for the particular type of selected medical operation.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их устойчивое единство является достаточным для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.Therefore, each essential feature is necessary, and their stable unity is sufficient to achieve the novelty of quality that is not inherent in the signs of disunity, that is, the stated technical problem is solved not by the sum of the effects, but by a new super-effect of the sum of the attributes.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - блок-схема предложенного устройства;figure 1 is a block diagram of the proposed device;

на фиг.2 - преобразователь.figure 2 - Converter.

Лазерное медицинское устройство содержит микропроцессор 1 управления и оптический блок 2, подключенные к блоку 3 питания.The laser medical device comprises a control microprocessor 1 and an optical unit 2 connected to a power unit 3.

Оптический блок 2 включает два лазерных излучателя 4 и 5, выполненных в виде полупроводниковых лазерных диодов, генерирующих излучение соответственно в видимом диапазоне (0,53-0,67 мкм) и в инфракрасном диапазоне (0,97-1,56 мкм) спектра длин волн.The optical unit 2 includes two laser emitters 4 and 5, made in the form of semiconductor laser diodes that generate radiation, respectively, in the visible range (0.53-0.67 μm) and in the infrared range (0.97-1.56 μm) of the length spectrum waves.

Лазерные излучатели 4, 5 с блоком 3 питания связаны через блок 6 буферного управления, который соединен с выходом микропроцессора 1 для обеспечения непрерывного и импульсного (широтно-импульсная модуляция или меандр) режима работы при автономном и совместном функционировании излучателей 4, 5, согласно программно-аппаратурному регламенту.Laser emitters 4, 5 with a power supply unit 3 are connected through a buffer control unit 6, which is connected to the output of microprocessor 1 to provide continuous and pulsed (pulse-width modulation or meander) operation during autonomous and joint operation of emitters 4, 5, according to software hardware regulations.

Выходы лазерных преобразователей 4 и 5 сведены в волоконно-оптическом преобразователе 7 и через его оптический разъем 8 связаны со световодом 9 (оптоволокном), на дистальном конце которого смонтирован сменный лазерный инструмент 10, посредством которого осуществляется доставка излучения в биоткань для терапевтического лечения или оперативных воздействий.The outputs of the laser converters 4 and 5 are summarized in a fiber-optic converter 7 and, through its optical connector 8, are connected to a light guide 9 (optical fiber), at the distal end of which a replaceable laser tool 10 is mounted, by which radiation is delivered to biological tissue for therapeutic treatment or surgical intervention .

Оптический разъем 8 служит для адаптивной передачи лазерного излучения мощностью до 30 Вт от оптического блока 2 с оптоволокном 9 диаметром 200 мкм к сменному волоконному инструменту 10 диаметром не менее 400 мкм при минимальной потере мощностиThe optical connector 8 is used for adaptive transmission of laser radiation with a power of up to 30 W from an optical unit 2 with an optical fiber 9 with a diameter of 200 μm to a replaceable fiber tool 10 with a diameter of at least 400 μm with a minimum power loss

Оптоволокно 9 оснащено отводом 11, посредством которого осуществляется коммутирование с преобразователем 12, служащего для измерения мощности лазерного излучения.The optical fiber 9 is equipped with a tap 11, through which switching is carried out with the Converter 12, which serves to measure the power of the laser radiation.

Преобразователь 12 (фиг.2) выполнен в форме конуса с диффузионным отражением стенок, что позволяет без аксиальной юстировки и рассеивающих линз точно измерять мощность излучаемой энергии.The Converter 12 (figure 2) is made in the form of a cone with diffusive reflection of the walls, which allows accurate measurement of the power of radiated energy without axial adjustment and scattering lenses.

В основании конического преобразователя 12 смонтированы цанговый зажим 13 для установки оптоволокна 9 или его отвода 11, а также фотодиод 14 (приемник), укрепленный в держателе 15.At the base of the conical transducer 12, a collet clip 13 is mounted for installing the optical fiber 9 or its branch 11, as well as a photodiode 14 (receiver), mounted in the holder 15.

Фотодиод 14 соединен с одним из входов микропроцессора 1, который связан с блоком 16 индикации (дисплей) и блоком 17 ручного управления.The photodiode 14 is connected to one of the inputs of the microprocessor 1, which is connected with the display unit 16 (display) and the manual control unit 17.

Функционирует предложенное лазерное медицинское устройство следующим образом.The proposed laser medical device operates as follows.

После включения блока 3 питания (50-60 Гц, 220 В, 1А) с блока 17 проводят установку требуемых режимов и параметров излучения.After turning on the power supply unit 3 (50-60 Hz, 220 V, 1A) from the unit 17, the required radiation modes and parameters are set.

При этом в устройстве настраиваются: мощность рабочего лазерного излучения, мощность пилотного лазера, непрерывный/импульсный режим рабочего излучения, параметры импульсов.At the same time, the device configures: power of the working laser radiation, power of the pilot laser, continuous / pulsed mode of the working radiation, pulse parameters.

Для наведения рабочего лазерного излучения на обрабатываемую область биоткани применяется маломощный прицельный лазер с длиной волны 0,53 мкм. Зеленое излучение прицельного лазера распространяется по оптоволокну 9 так же, как и невидимое инфракрасное излучение, при этом размер и форма пятна совпадают.A low-power sighting laser with a wavelength of 0.53 microns is used to direct the working laser radiation onto the treated tissue area. The green radiation of the aiming laser propagates through the optical fiber 9 in the same way as the invisible infrared radiation, and the size and shape of the spot are the same.

Поскольку устройство имеет излучатель 4 видимого диапазона длины волны, то проведение лечебной процедуры инфракрасным излучателем 5 сопровождается визуализацией зоны воздействия излучением с длиной волны 0,97-1,06 мкм.Since the device has an emitter 4 of the visible wavelength range, the treatment procedure with an infrared emitter 5 is accompanied by visualization of the exposure zone with radiation with a wavelength of 0.97-1.06 μm.

Кроме того, поскольку лазерное облучение в видимом диапазоне длин волн само по себе оказывает лечебное воздействие, то процедура, по сути дела, проводится сразу на двух длинах волн при различных параметрах излучения в инфракрасном и видимом диапазонах, что расширяет технологические возможности и эффективность воздействия на биоткань.In addition, since laser irradiation in the visible wavelength range itself has a therapeutic effect, the procedure, in fact, is carried out immediately at two wavelengths with different radiation parameters in the infrared and visible ranges, which expands the technological capabilities and the effectiveness of exposure to biological tissue .

Генерируемое каждым лазерным излучателем 4, 5 излучение с помощью волоконно-оптического преобразователя 7 сводится воедино в общее оптоволокно 9 и далее - в инструмент 10.The radiation generated by each laser emitter 4, 5 by means of a fiber optic converter 7 is brought together into a common optical fiber 9 and then into a tool 10.

При этом через отвод 11 излучение подается в преобразователь 12, в котором посредством фотодиода 14 измеряется его мощность, визуализируемая на дисплее 16 микропроцессора 1.In this case, radiation is fed through a branch 11 to a converter 12, in which its power is measured by means of a photodiode 14, which is visualized on the display 16 of the microprocessor 1.

По результатам измерения мощности лазерного излучения в отводе 11 осуществляют косвенный контроль лазерного излучения инструментом 10 и активно (во время проведения облучения) изменяют величину лазерного изучения до номинала посредством блока 17 вручную.According to the results of measuring the laser radiation power in the branch 11, the laser radiation is indirectly controlled by the instrument 10 and actively (during the irradiation) change the value of the laser study to the nominal value by block 17 manually.

Для межоперационной настройки мощности лазерного излучения инструментом 10 непосредственно в биоткань и контроля целостности оптоволокна 9 последнее взамен отвода 11 устанавливают в зажим 13 преобразователя 12, измеряя тем самым посредством фотодиода 15 истинное значение излучаемой энергии инструментом 10 во время лечения и регулировку его мощности.For inter-operational adjustment of the laser radiation power by the instrument 10 directly into the biological tissue and monitoring the integrity of the optical fiber 9, the latter instead of the outlet 11 is installed in the clamp 13 of the converter 12, thereby measuring the true value of the radiated energy by the instrument 10 during treatment and adjusting its power by means of a photodiode 15.

Воздействие на биоткань в работе устройства осуществляется либо дистанционно через инструмент 10, либо при непосредственном контакте оптоволокна 9 с биотканью, когда воздействие осуществляется не только излучением, но и раскаленным концом оптоволокна 9, что неизбежно приводит к его обгоранию и снижению интенсивности светового потока.The impact on the biological tissue in the operation of the device is carried out either remotely through the tool 10, or with direct contact of the optical fiber 9 with the biological tissue, when the exposure is carried out not only by radiation, but also by the hot end of the optical fiber 9, which inevitably leads to its burning and a decrease in the intensity of the light flux.

При выходе мощности рабочего лазерного излучения на 20% от установленного номинала в микропроцессоре 1 вырабатывается звуковой сигнал частотой 50-100 Гц с уровнем звука более 45 дБ, свидетельствующий о необходимости скорректировать мощность лазерного излучения по вышеописанному или чистить подгоревший, загрязненный торец дистального конца оптоволокна 9, или заменить его в случае потери целостности.When the output power of the working laser radiation is 20% of the nominal value, the microprocessor 1 generates an audio signal with a frequency of 50-100 Hz with a sound level of more than 45 dB, indicating the need to adjust the laser radiation power according to the above or clean the burnt, dirty end of the distal end of the optical fiber 9, or replace it in case of loss of integrity.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает объективность ввода предписанной мощности лазерного излучения в обрабатываемую биоткань.Thus, the proposed technical solution provides the objectivity of entering the prescribed laser radiation power into the processed biological tissue.

Опытный образец прибора на базе предложенного лазерного медицинского устройства прошел клинические испытания, в результате чего рекомендован для сертификации и промышленного серийного выпуска.A prototype device based on the proposed laser medical device has passed clinical trials, as a result of which it is recommended for certification and industrial serial production.

Испытаниями определена практическая целесообразность, медицинское применение лазерного излучения различных длин волн:The tests determined the practical feasibility, medical use of laser radiation of various wavelengths:

0,97 мкм - общая хирургия, кожно-пластическая, лапаро- и эндоскопическая области хирургии в онкологии, гинекологии, урологии, при лечении ЛОР-заболеваний, в дерматологии и сосудистой хирургии, артроскопии, стоматологии, косметологии;0.97 microns - general surgery, plastic-skin, laparo-and endoscopic areas of surgery in oncology, gynecology, urology, in the treatment of ENT diseases, in dermatology and vascular surgery, arthroscopy, dentistry, cosmetology;

1,06 мкм - для лечения методами интерстициальной термотерапии, гипертермии в онкологии и дерматологии, общей хирургии, низкоинтенсивной лазерной терапии;1.06 microns - for treatment with interstitial thermotherapy, hyperthermia in oncology and dermatology, general surgery, low-intensity laser therapy;

1,56 мкм - сердечно-сосудистая хирургия (реваскуляризация миокарда), ЛОР-хирургия, общая хирургия;1.56 microns - cardiovascular surgery (myocardial revascularization), ENT surgery, general surgery;

0,67 мкм - низкоинтенсивная лазерная терапия, фотодинамическая терапия (онкология, дерматология, иммунология);0.67 microns - low-intensity laser therapy, photodynamic therapy (oncology, dermatology, immunology);

0,53 мкм - низкоинтенсивная лазерная терапия (дерматология, косметология, иммунология).0.53 microns - low-intensity laser therapy (dermatology, cosmetology, immunology).

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по лазерной технике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного производства лазерных медицинских устройств, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.A comparative analysis of the proposed technical solution with identified analogues of the prior art, from which the invention does not explicitly follow for a specialist in laser technology, showed that it is not known, and taking into account the possibility of industrial serial production of laser medical devices, we can conclude that the patentability criteria .

Claims

A laser medical device containing interconnected control microprocessor connected to a transducer and an optical unit having two emitters generating laser radiation in the visible and infrared ranges of the optical spectrum, respectively, to the distal end of the common optical fiber of which a replaceable instrument is connected, while the microprocessor is equipped with blocks indication and manual regulation, characterized in that the converter is connected to an optical fiber and is made in the form of a conical diffuser with a di by fuzzy reflection of the walls, which is connected to the microprocessor by means of a photodiode integrated in the base.