RU2786481C1 - Method for manufacturing a laser fiber scalpel with a temperature-stabilized thermo-optical tip - Google Patents

Method for manufacturing a laser fiber scalpel with a temperature-stabilized thermo-optical tip Download PDF

Info

Publication number
RU2786481C1
RU2786481C1 RU2022108544A RU2022108544A RU2786481C1 RU 2786481 C1 RU2786481 C1 RU 2786481C1 RU 2022108544 A RU2022108544 A RU 2022108544A RU 2022108544 A RU2022108544 A RU 2022108544A RU 2786481 C1 RU2786481 C1 RU 2786481C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
tip
laser
ablation
scalpel
Prior art date
Application number
RU2022108544A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Афанасьев
Никита Михайлович Битюрин
Владимир Иосифович Бредихин
Владислав Антониевич Каменский
Наталья Владимировна Сапогова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2786481C1 publication Critical patent/RU2786481C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medical technology.
SUBSTANCE: invention relates to medical technology, in particular to methods for manufacturing laser devices, and can be used for the production of laser scalpels used in surgery or therapy, the principle of operation of which is based on thermal exposure. The claimed method for manufacturing a laser fiber scalpel with a temperature stabilized thermo-optical tip includes applying an optically absorbing material to the distal end of the fiber light guide, annealing the tip by briefly heating it to a temperature below the ablation temperature of the absorbing material, maintaining a predetermined temperature level of the tip during operation of the laser fiber scalpel. Moreover, after annealing, the tip is heated to the ablation temperature of the material, stabilization of heat release on the layer of absorbing material is achieved by maintaining the process of ablation of this material, thereby maintaining the specified temperature level of the tip at the level of the ablation temperature during operation of the laser fiber scalpel.
EFFECT: development of a method for manufacturing a laser fiber scalpel that provides a stable temperature of the thermo-optical tip during operation without the use of additional temperature control and regulation systems.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к способам изготовления лазерных устройств, и может быть использовано для производства применяемых в хирургии или терапии лазерных скальпелей, принцип работы которых основан на термовоздействии.The invention relates to medical technology, in particular to methods for manufacturing laser devices, and can be used for the production of laser scalpels used in surgery or therapy, the principle of operation of which is based on thermal exposure.

Важным аспектом эффективности онкохирургии является выбор адекватного инструмента для резекции и методики его использования. С одной стороны, выбранный инструмент должен соответствовать принципам абластики, а с другой - позволять выполнить операцию достаточно быстро и не ухудшать возможность проведения последующей диагностики операционного поля. Термически пораженный слой, возникший от лазерного скальпеля, важен для создания бескровного разреза. Большой его размер приводит к воспалению и плохому заживлению, поэтому он должен быть оптимален. Размер разреза зависит от методики лазерной резекции, от параметров излучения, от угла наклона скальпеля к поверхности и т.д. Минимизация операционной травмы определяет степень сохранности функции органа и, тем самым, уровень качества жизни пациента, а степень радикальности удаления опухоли - возможность продолженного роста и/или возникновения рецидива процесса.An important aspect of the effectiveness of oncosurgery is the choice of an adequate instrument for resection and the method of its use. On the one hand, the selected instrument must comply with the principles of ablastics, and on the other hand, it must allow the operation to be performed quickly enough and not impair the possibility of subsequent diagnostics of the surgical field. The thermally damaged layer resulting from the laser scalpel is important for creating a bloodless incision. Its large size leads to inflammation and poor healing, so it must be optimal. The size of the incision depends on the laser resection technique, on the radiation parameters, on the angle of the scalpel to the surface, etc. Minimization of surgical trauma determines the degree of preservation of the function of the organ and, thus, the level of quality of life of the patient, and the degree of radical removal of the tumor determines the possibility of continued growth and/or recurrence of the process.

На данный момент считается, что лазерная хирургия пережила этап исследования режимов воздействия и стала медицинской технологией. Для создания ровного бескровного шва нужен одинаковый размер зоны коагуляции, который зависит от стабильного значения температуры режущей части кварцевого оптоволокна. Измерение температуры в условиях резки затруднено локальностью (диаметр волокна 400-550 мкм), рассеянием биоткани и карбонизацией биоткани в процессе резки. Попытки организовать обратную связь по мощности излучения, и таким образом стабилизировать температуру, не привели к клиническому применению. В последнее время стали появляться новые теоретические модели лазерной резекции опухолей, с помощью которых стало возможно понять физические принципы процесса и определить оптимальные параметры излучения.At the moment, it is believed that laser surgery has survived the stage of research into exposure modes and has become a medical technology. To create an even bloodless seam, the same size of the coagulation zone is needed, which depends on the stable temperature value of the cutting part of the quartz fiber. Temperature measurement under cutting conditions is hampered by locality (fiber diameter 400-550 µm), scattering of biotissue and carbonization of biotissue during the cutting process. Attempts to organize feedback on the radiation power, and thus stabilize the temperature, did not lead to clinical application. Recently, new theoretical models of laser resection of tumors have begun to appear, with the help of which it has become possible to understand the physical principles of the process and determine the optimal radiation parameters.

По патенту RU 2586847 «Лазерный волоконный скальпель с термооптическим наконечником и способ его изготовления» (публ. 10.06.2016 г., МПК А61В 18/22) известен способ изготовления лазерного волоконного скальпеля, включающий зачернение выходного конца волоконного световода путем нанесения приготовленного коллоидного раствора порошка графита в кремнийорганическом лаке на торец и на прилегающую цилиндрическую часть (~0,5 мм) волоконного световода, что позволяет длительно поддерживать на нем высокую температуру за счет поглощения им оптического излучения лазера. Способ включает также подсушку и проверку качества нанесенного покрытия. В данном патенте описан способ изготовления волоконного скальпеля с термооптическим наконечником без возможности поддержания определенного уровня температуры этого наконечника в процессе работы.According to patent RU 2586847 "Laser fiber scalpel with a thermo-optical tip and method for its manufacture" (published on June 10, 2016, IPC A61V 18/22), a method for manufacturing a laser fiber scalpel is known, including blackening the output end of the fiber light guide by applying the prepared colloidal powder solution graphite in organosilicon varnish on the end face and on the adjacent cylindrical part (~0.5 mm) of the optical fiber, which makes it possible to maintain a high temperature on it for a long time due to the absorption of optical laser radiation by it. The method also includes drying and checking the quality of the applied coating. This patent describes a method for manufacturing a fiber scalpel with a thermo-optical tip without the possibility of maintaining a certain temperature level of this tip during operation.

По патенту US 6015404 «Laser dermatology with feedback control)) (публ. 18.01.2000 г., МПК A61B 18/20, A61B 18/00) известен способ и устройство для лазерной дерматологии. В предлагаемом способе контролируют уровень температуры эпидермиса, на который воздействуют лазерным импульсом, не допуская превышения порогового уровня за счет обратной связи и управления мощностью и длительностью импульса. Однако данный способ применим только для импульсно-периодического режима, в то время как большинство лазерных хирургических аппаратов имеет также непрерывный режим излучения.According to US patent 6015404 "Laser dermatology with feedback control") (publ. 01/18/2000, IPC A61B 18/20, A61B 18/00) a method and device for laser dermatology is known. In the proposed method, the temperature level of the epidermis, which is affected by a laser pulse, is controlled, preventing the threshold level from being exceeded due to feedback and control of the power and duration of the pulse. However, this method is applicable only to the repetitively pulsed mode, while most laser surgical devices also have a continuous mode of radiation.

В качестве прототипа выбран способ изготовления лазерного хирургического скальпеля, описанный в патенте US 8956343 «Dental surgical laser with feedback mechanisms» (публ. 17.02.2015 г., МПК A61B 18/20). Известный способ изготовления термооптического наконечника включает получение оптического наконечника из оптически прозрачного материала, нанесение на дистальный конец волоконного световода оптически поглощающего материала, отжиг наконечника путем приложения мощности лазера к наконечнику. Поддержание заданного уровня температуры наконечника во время работы скальпеля осуществляют путем автоматической регулировки мощности лазера.As a prototype, a method for manufacturing a laser surgical scalpel described in US patent 8956343 "Dental surgical laser with feedback mechanisms" (published on February 17, 2015, IPC A61B 18/20) was chosen. A known method for manufacturing a thermo-optical tip includes obtaining an optical tip from an optically transparent material, applying an optically absorbing material to the distal end of a fiber light guide, and annealing the tip by applying laser power to the tip. Maintaining a predetermined temperature level of the tip during operation of the scalpel is carried out by automatically adjusting the laser power.

Недостатком данного способа является необходимость постоянного контроля и регулирования температуры наконечника во время работы, что осуществляется с помощью системы обратной связи. Такое решение усложняет конструкцию и увеличивает ее стоимость. Также недостатком предложенного способа является сложная калибровка системы обратной связи в зависимости от степени модификации биоткани, которая претерпевает несколько фазовых переходов под действием температуры, меняется спектр обратного рассеяния.The disadvantage of this method is the need for constant monitoring and regulation of the tip temperature during operation, which is carried out using a feedback system. This solution complicates the design and increases its cost. Also, the disadvantage of the proposed method is the complex calibration of the feedback system, depending on the degree of modification of the biological tissue, which undergoes several phase transitions under the influence of temperature, the backscattering spectrum changes.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является разработка способа изготовления лазерного волоконного скальпеля, обеспечивающего стабильную температуру термооптического наконечника во время работы без применения дополнительных систем контроля и регулировки температуры.The problem to be solved by the proposed invention is the development of a method for manufacturing a laser fiber scalpel that provides a stable temperature of the thermo-optical tip during operation without the use of additional temperature control and regulation systems.

Технический результат в предлагаемом способе изготовления лазерного волоконного скальпеля со стабилизированной температурой термооптического наконечника достигается за счет того, что он, как и способ-прототип, включает нанесение на дистальный конец волоконного световода оптически поглощающего материала, отжиг наконечника путем его кратковременного нагревания до температуры ниже температуры абляция поглощающего материала, поддержание заданного уровня температуры наконечника во время работы лазерного волоконного скальпеля. Новым в предлагаемом способе является то, что после отжига наконечник нагревают до температуры абляции материала, добиваются стабилизации тепловыделения на слое поглощающего материала путем сохранения процесса абляции этого материала, тем самым во время работы лазерного волоконного скальпеля поддерживают заданный уровень температуры наконечника на уровне температуры абляции.The technical result in the proposed method for manufacturing a laser fiber scalpel with a stabilized temperature of the thermo-optical tip is achieved due to the fact that it, like the prototype method, includes applying an optically absorbing material to the distal end of the optical fiber, annealing the tip by briefly heating it to a temperature below the ablation temperature absorbing material, maintaining a predetermined temperature level of the tip during operation of the laser fiber scalpel. What is new in the proposed method is that after annealing the tip is heated to the ablation temperature of the material, stabilization of heat release on the layer of absorbing material is achieved by maintaining the ablation process of this material, thereby maintaining the specified temperature level of the tip at the level of the ablation temperature during operation of the laser fiber scalpel.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками.The invention is illustrated in the following figures.

На фиг. 1 схематически показан волоконный световод с нанесенным на его торец слоем из оптически поглощающего материала.In FIG. 1 schematically shows a fiber light guide with a layer of optically absorbing material deposited on its end face.

На фиг. 2 показаны зависимости температуры термооптического наконечника от времени, измеренной экспериментально (точки) и рассчитанной с помощью модели (линии) для различных мощностей лазерного излучения: а) для мощности 3 Вт и 4 Вт, б) для мощности 5 Вт и 6 Вт.In FIG. Figure 2 shows the time dependences of the temperature of the thermooptical tip, measured experimentally (dots) and calculated using the model (lines) for various laser radiation powers: a) for a power of 3 W and 4 W, b) for a power of 5 W and 6 W.

На фиг. 3 показаны зависимости оптической плотности материала наконечника от времени, рассчитанные с помощью модели для различных мощностей лазерного излучения: а) для мощности 3 Вт и 4 Вт, б) для мощности 5 Вт и 6 Вт.In FIG. Figure 3 shows the dependences of the optical density of the tip material on time, calculated using the model for various laser radiation powers: a) for powers of 3 W and 4 W, b) for powers of 5 W and 6 W.

На фиг. 4 показаны зависимости температуры оптически поглощающего материала от времени, рассчитанные с помощью модели, в следующих приближениях: точки - учет всех видов потерь, тонкие сплошные линии - учет только абляции, толстая сплошная линия - учет только потерь на излучение и теплообмен с окружающей средой а) для мощности 3 Вт и 4 Вт, б) для мощности 5 Вт и 6 Вт.In FIG. Figure 4 shows the dependences of the temperature of the optically absorbing material on time, calculated using the model, in the following approximations: points - taking into account all types of losses, thin solid lines - taking into account only ablation, thick solid line - taking into account only losses due to radiation and heat exchange with the environment a) for power 3 W and 4 W, b) for power 5 W and 6 W.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

По разработанному способу на дистальный конец волоконного световода наносят слой оптически поглощающего материала путем погружения зачищенного конца оптического волокна в небольшое количество этого материала. Затем волокно кратковременно нагревают до температуры ниже температуры абляция поглощающего материала, что позволяет зафиксировать этот материал на волокне и получить термооптический наконечник.According to the developed method, a layer of optically absorbing material is applied to the distal end of the optical fiber by immersing the stripped end of the optical fiber in a small amount of this material. The fiber is then briefly heated to a temperature below the ablation temperature of the absorbing material, which makes it possible to fix this material on the fiber and obtain a thermo-optical tip.

В частном случае в качестве поглощающего материала использовали смесь микрочастиц пиротехнического угля и кремнийорганического лака. Коэффициент поглощения покрытия был измерен и составил 1200 см-1.In a particular case, a mixture of microparticles of pyrotechnic coal and organosilicon varnish was used as an absorbing material. The absorption coefficient of the coating was measured and amounted to 1200 cm -1 .

После отжига наконечник нагревают до температуры абляции материала, добиваются стабилизации тепловыделения на слое поглощающего материала путем сохранения процесса абляции этого материала, тем самым во время работы лазерного волоконного скальпеля поддерживают заданный уровень температуры наконечника на уровне температуры абляции.After annealing, the tip is heated to the ablation temperature of the material, stabilization of heat release on the layer of absorbing material is achieved by maintaining the ablation process of this material, thereby maintaining the specified temperature level of the tip at the level of the ablation temperature during operation of the laser fiber scalpel.

Теоретическая модель, описывающая процесс стабилизации температуры наконечника в результате абляции поглощающего материала, изложена в статье ((Investigation of the Effect of Temperature Stabilization in Radiation-Heat Converters Based on a Strong Absorbing Coating» (авторы Natalia Sapogova, Vladimir Bredikhin, Andrey Afanasiev, Vladislav Kamensky and Nikita Bityurin, публ. 02.10.2021 г.), где рассмотрена задача о распространении тепла в оптоволокне с нанесенным на торец слоем оптически поглощающего материала. Лазерное излучение, проходя через поглощающий слой, нагревает его. В модели учитывают, что при достаточном нагреве материал сильно поглощающего слоя будет испаряться. Уменьшение толщины поглощающего слоя приводит к уменьшению нагрева, происходящего за счет поглощения излучения. Расчеты показывают, каким образом будет изменяться температура в системе в результате этих процессов для различных мощностей излучения.A theoretical model describing the process of tip temperature stabilization as a result of absorbing material ablation is described in the article ((Investigation of the Effect of Temperature Stabilization in Radiation-Heat Converters Based on a Strong Absorbing Coating” (authors Natalia Sapogova, Vladimir Bredikhin, Andrey Afanasiev, Vladislav Kamensky and Nikita Bityurin, published October 2, 2021), where the problem of heat propagation in an optical fiber with a layer of optically absorbing material deposited on the end is considered. Laser radiation passing through the absorbing layer heats it. The model takes into account that with sufficient heating the material of the strongly absorbing layer will evaporate.Reducing the thickness of the absorbing layer leads to a decrease in the heating that occurs due to the absorption of radiation.Calculations show how the temperature in the system will change as a result of these processes for various radiation powers.

Для решения задачи использована следующая модель: в цилиндрической системе координат (z, r, ϕ) рассматривают полубесконечный световод цилиндрической формы радиуса R, расположенный вдоль положительного направления оси z (см. фиг. 1). Точка r=0 совпадает с центром волокна. Торец оптоволокна находится в точке z=0. Материал световода считают однородным. Считают, что по азимутальному углу ср задача однородна. На торце оптоволокна в точке z=0 находится сильно поглощающий слой, при решении задачи будем считать толщину

Figure 00000001
поглощающего слоя бесконечно малой величиной. Будем считать, что вещество поглощающего слоя однородно и толщина
Figure 00000001
слоя сохраняется одинаковой на всей площади торца волокна.The following model was used to solve the problem: in a cylindrical coordinate system (z, r, ϕ), a semi-infinite cylindrical fiber of radius R is considered, located along the positive direction of the z axis (see Fig. 1). The point r=0 coincides with the center of the fiber. The end of the fiber is at the point z=0. The material of the light guide is considered homogeneous. It is believed that the problem is homogeneous in the azimuthal angle cp. At the end of the optical fiber at the point z=0 there is a strongly absorbing layer; when solving the problem, we will consider the thickness
Figure 00000001
absorbing layer is infinitely small. We will assume that the substance of the absorbing layer is homogeneous and the thickness
Figure 00000001
layer remains the same over the entire area of the end face of the fiber.

Коэффициент поглощения нанесенного на торец волокна сильно поглощающего слоя на длине волны излучения лазерного диода λ=965 нм был измерен, и составил αsAc=1200 см-1. Коэффициент поглощения вещества световода составляет примерно 10-2 см-1, что существенно меньше поглощения вещества слоя, поэтому поглощением лазерного излучения непосредственно в световоде пренебрегают, считая его оптически прозрачным.The absorption coefficient deposited on the end of the fiber strongly absorbing layer at a wavelength of laser diode radiation λ=965 nm was measured, and amounted to α sAc =1200 cm -1 . The absorption coefficient of the fiber material is approximately 10 -2 cm -1 , which is significantly less than the absorption of the layer material, so the absorption of laser radiation directly in the fiber is neglected, considering it optically transparent.

В рамках данной модели были построены зависимости температуры сильно поглощающего слоя от времени облучения для разных мощностей лазерного излучения. Для мощностей 4 Вт и 5 Вт эксперимент проводился дважды, поэтому на графиках представлено по два набора данных для этих мощностей. Было проведено сравнение полученных кривых с имеющимися экспериментальными данными (см. фиг. 2а, б). При сравнении учитывалось, что в ходе выполнения эксперимента сильно поглощающий слой каждый раз наносился заново, и начальная толщина слоя могла варьироваться от эксперимента к эксперименту. Соответственно, в начальный момент времени величина оптической плотности поглощающего слоя D, равная произведению толщины слоя

Figure 00000001
на коэффициент поглощения αsAC, также меняется от эксперимента к эксперименту. Для каждого отдельного эксперимента величина оптической плотности в начальный момент времени задавалась в соответствии с наблюдающимися в эксперименте данными. Коэффициент поглощения αsac в ходе испарения слоя предполагается неизменным. Изменение оптической плотности сильно поглощающего слоя представлено на фиг. 3а, б. Для мощностей 4 Вт и 5 Вт также приведены по две кривые. Как видно из данных графиков, независимо от оптической толщины поглощающего слоя в начальный момент времени при нагреве в ходе абляции вещества оптическая плотность уменьшается и достигает некоторого уровня, который слабо зависит от мощности лазерного излучения. Например, на фиг. 3б представлены две зависимости оптической плотности от времени для мощности 5 Вт: несмотря на различную оптическую плотность в начале эксперимента, со временем в обоих случаях оптическая плотность начинает совпадать. Поскольку оптическая плотность пропорциональна толщине поглощающего слоя, то очевидно, что начальная толщина слоя не влияет на итоговую толщину, которая устанавливается в ходе нагрева поглощающего слоя в течение ~ 5 сек.Within the framework of this model, the dependences of the temperature of a strongly absorbing layer on the irradiation time were plotted for different laser radiation powers. For powers of 4 W and 5 W, the experiment was carried out twice, so the graphs show two sets of data for these powers. The obtained curves were compared with the available experimental data (see Fig. 2a, b). When comparing, it was taken into account that in the course of the experiment, a strongly absorbing layer was applied anew each time, and the initial thickness of the layer could vary from experiment to experiment. Accordingly, at the initial moment of time, the optical density of the absorbing layer D, which is equal to the product of the layer thickness
Figure 00000001
on the absorption coefficient α sAC also varies from experiment to experiment. For each individual experiment, the value of the optical density at the initial moment of time was set in accordance with the data observed in the experiment. The absorption coefficient α sac is assumed to be unchanged during the evaporation of the layer. The change in optical density of the highly absorbing layer is shown in Fig. 3a, b. For powers of 4 W and 5 W, two curves are also shown. As can be seen from these graphs, regardless of the optical thickness of the absorbing layer at the initial moment of time, upon heating during ablation of the substance, the optical density decreases and reaches a certain level, which weakly depends on the laser radiation power. For example, in FIG. Figure 3b shows two dependences of the optical density on time for a power of 5 W: despite the different optical density at the beginning of the experiment, over time, in both cases, the optical density begins to coincide. Since the optical density is proportional to the thickness of the absorbing layer, it is obvious that the initial thickness of the layer does not affect the final thickness, which is established during the heating of the absorbing layer for ~ 5 sec.

Как видно из данных фиг. 2а, б и фиг. 3а, б, мощность излучения, с помощью которой проводится нагрев конца оптоволокна с нанесенным на него оптически поглощающим материалом, а также начальная толщина слоя этого материала слабо влияют на устанавливаемую температуру конца оптоволокна. С увеличением нагрева сильно поглощающего слоя за счет увеличения мощности поглощаемого излучения или увеличения толщины слоя материал слоя начинает быстрее испаряться. Уменьшение толщины поглощающего слоя в свою очередь снижает дальнейшую эффективность нагрева и приводит к уменьшению температуры поглощающего слоя. В результате такого процесса саморегуляции температура торца оптоволокна через несколько секунд (~5 сек) после включения лазера достигает величины порядка 2000 К независимо от мощности лазерного излучения или начальной толщины поглощающего слоя.As can be seen from the data of Fig. 2a, b and fig. 3a and 3b, the radiation power used to heat the end of the fiber with the optically absorbing material deposited on it, as well as the initial thickness of the layer of this material, have little effect on the set temperature of the end of the fiber. With an increase in the heating of the strongly absorbing layer due to an increase in the power of the absorbed radiation or an increase in the thickness of the layer, the material of the layer begins to evaporate faster. Reducing the thickness of the absorbing layer, in turn, reduces further heating efficiency and leads to a decrease in the temperature of the absorbing layer. As a result of this self-regulation process, the temperature of the fiber tip reaches a value of the order of 2000 K a few seconds (~5 sec) after the laser is turned on, regardless of the laser radiation power or the initial thickness of the absorbing layer.

В статье также рассмотрено насколько существенна роль процесса абляции сильно поглощающего слоя в процессе стабилизации температуры. Для этого рассчитывают изменение температуры поглощающего слоя и его оптической плотности в случаях, когда: в системе не учитываются потери на излучение и теплообмен с окружающей средой, потери на абляцию учитываются; и в системе учитываются только потери на излучение и теплообмен с воздухом, слой не испаряется. Результаты расчетов приведены на фиг. 4. Из этих данных видно, что испарение вещества поглощающего слоя играет принципиальную роль в процессе стабилизации температуры. Излучение и теплообмен не существенным образом влияют на изменение температуры поглощающего слоя, тогда как в отсутствие абляции температурные графики имеют принципиально иной характер.The article also considers how significant the role of the process of ablation of a strongly absorbing layer in the process of temperature stabilization is. To do this, the change in the temperature of the absorbing layer and its optical density is calculated in cases where: the system does not take into account losses for radiation and heat exchange with the environment, losses for ablation are taken into account; and the system takes into account only losses due to radiation and heat exchange with air, the layer does not evaporate. The calculation results are shown in Fig. 4. It can be seen from these data that the evaporation of the substance of the absorbing layer plays a fundamental role in the process of temperature stabilization. Radiation and heat transfer do not significantly affect the change in the temperature of the absorbing layer, while in the absence of ablation, the temperature curves have a fundamentally different character.

Экспериментально изучена временная зависимость температуры конца оптоволокна с нанесенным на него сильно поглощающим слоем при облучении волокна непрерывным лазером. Обнаружено, что в определенном интервале лазерной мощности динамика температуры слабо зависит от величины этой мощности. При этом значение температуры выходит на почти стационарное плато.The time dependence of the temperature of the end of an optical fiber with a strongly absorbing layer deposited on it during irradiation of the fiber with a cw laser is experimentally studied. It is found that, in a certain range of laser power, the temperature dynamics weakly depends on the value of this power. In this case, the temperature reaches an almost stationary plateau.

Таким образом, заявленный способ изготовления лазерного волоконного скальпеля позволяет обеспечить стабильную температуру термооптического наконечника скальпеля во время работы без применения дополнительных систем контроля и регулировки температуры.Thus, the claimed method of manufacturing a laser fiber scalpel makes it possible to ensure a stable temperature of the thermo-optical tip of the scalpel during operation without the use of additional temperature control and adjustment systems.

Claims (1)

Способ изготовления лазерного волоконного скальпеля со стабилизированной температурой термооптического наконечника, включающий нанесение на дистальный конец волоконного световода оптически поглощающего материала, отжиг наконечника путем его кратковременного нагревания до температуры ниже температуры абляция поглощающего материала, поддержание заданного уровня температуры наконечника во время работы лазерного волоконного скальпеля, отличающийся тем, что после отжига наконечник нагревают до температуры абляции материала, добиваются стабилизации тепловыделения на слое поглощающего материала путем сохранения процесса абляции этого материала, тем самым во время работы лазерного волоконного скальпеля поддерживают заданный уровень температуры наконечника на уровне температуры абляции.A method for manufacturing a laser fiber scalpel with a stabilized temperature of a thermo-optical tip, which includes applying an optically absorbing material to the distal end of the fiber light guide, annealing the tip by briefly heating it to a temperature below the ablation temperature of the absorbing material, maintaining a predetermined temperature level of the tip during operation of the laser fiber scalpel, characterized in that that after annealing the tip is heated to the ablation temperature of the material, stabilization of heat release on the layer of absorbing material is achieved by maintaining the process of ablation of this material, thereby maintaining the specified temperature level of the tip at the level of the ablation temperature during operation of the laser fiber scalpel.
RU2022108544A 2022-03-29 Method for manufacturing a laser fiber scalpel with a temperature-stabilized thermo-optical tip RU2786481C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786481C1 true RU2786481C1 (en) 2022-12-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5366456A (en) * 1993-02-08 1994-11-22 Xintec Corporation Angle firing fiber optic laser scalpel and method of use
US8956343B2 (en) * 2009-12-31 2015-02-17 Laser Abrasive Technologies, Llc Dental surgical laser with feedback mechanisms
RU2586847C1 (en) * 2014-12-12 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук Fibre laser scalpel with thermo-optical tip and method of making same
RU181933U1 (en) * 2017-10-17 2018-07-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева" DEVICE FOR ENDOLUMINAL TREATMENT OF BLOOD VASCULA

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5366456A (en) * 1993-02-08 1994-11-22 Xintec Corporation Angle firing fiber optic laser scalpel and method of use
US8956343B2 (en) * 2009-12-31 2015-02-17 Laser Abrasive Technologies, Llc Dental surgical laser with feedback mechanisms
RU2586847C1 (en) * 2014-12-12 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук Fibre laser scalpel with thermo-optical tip and method of making same
RU181933U1 (en) * 2017-10-17 2018-07-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева" DEVICE FOR ENDOLUMINAL TREATMENT OF BLOOD VASCULA

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Altshuler et al. Extended theory of selective photothermolysis
Kauvar et al. A histopathological comparison of “char‐free” carbon dioxide lasers
US6159204A (en) Pulsed light source method for cutting away biological tissue
JP4495894B2 (en) Device for medical treatment using long-term electromagnetic radiation
Nelson et al. Active skin cooling in conjunction with laser dermatologic surgery.
US7431719B2 (en) System for electromagnetic radiation dermatology and head for use therewith
KR101470877B1 (en) Vein treatment device and method
Hibst et al. Effects of laser parameters on pulsed Er-YAG laser skin ablation
BRPI0606804B1 (en) SYSTEM FOR HEATING A TISSUE VOLUME UNDER AN INDIVIDUAL SKIN SURFACE
JP2002538883A (en) Hair removal device and method
JP2000504617A (en) Alexandrite laser system for treating dermatological specimens
WO2001068185A1 (en) Tissue cooling rod for laser surgery
JP2006334438A (en) Apparatus and method for photocosmetic and photodermatological treatment
WO2005004737A1 (en) Endovascular treatment of a blood vessel using a light source
Welch Laser irradiation of tissue
US20210059752A1 (en) Methods for photoacoustic temperature measurement
Li et al. Experimental study on the vascular thermal response to visible laser pulses
Tunnell et al. Epidermal protection with cryogen spray cooling during high fluence pulsed dye laser irradiation: an ex vivo study
JP2004261288A (en) HIGH REPETITIVELY PULSED LASER APPARATUS WITH WAVELENGTH RANGE OF 6.1 mum FOR TREATING BIOLOGICAL TISSUE
RU2786481C1 (en) Method for manufacturing a laser fiber scalpel with a temperature-stabilized thermo-optical tip
Thongsima et al. Histological comparison of two different fractional photothermolysis devices operating at 1,550 nm
KR20190075973A (en) Methods and systems for thermal gradient preprocessing for selective photothermal targeting
Lukač et al. Influence of tissue desiccation on critical temperature for thermal damage during Er: YAG laser skin treatments
Li et al. Experimental investigation on the vascular thermal response to near-infrared laser pulses
Brunetaud et al. Non-PDT uses of lasers in oncology