SU946559A1

SU946559A1 - Device for determining the degree of penetration of laser beams into organism

Info

Publication number: SU946559A1
Application number: SU813334645A
Authority: SU
Inventors: Георгий Васильевич Тупикин; Валентин Павлович Гурбанов; Андрей Юлианович Себрант; Мария Александровна Степанова
Original assignee: Второй Московский Ордена Ленина Государственный Медицинский Институт Им.Н.И.Пирогова; Научно-Исследовательский Институт Ревматизма Амн Ссср
Priority date: 1981-05-25
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-07-30

Description

Изобретение относитс к медицине , в частности к способам опреде бни степени проникновени лучей лазера через ткани организма, формирующие стенки полостей.The invention relates to medicine, in particular, to methods for determining the degree of penetration of laser beams through body tissues that form cavity walls.

Известно устройство дд определени степени проникновени лазерHtjix лучей, содержащее источник лазерного излучени , световод и фотоэлектронный умножитель 1.A device for determining the degree of penetration of laser htjix rays is known, which comprises a laser radiation source, a light guide, and a photomultiplier 1.

Недостатком известного устройства вл етс то, что оно позвол ет исследовать образцы тканей толщиной 2-4 мм, причем глубина проникновени лазерного излучени может быть рассчитана лишь дл уровн 0,37, т.е. уменьшениЯ интенсивности излучени . Кроме того, данноеустройство может быть применено только в остром эксперименте на биопсированных ткан х в услови х нарушенной, циркул ции крови и тканевой жидкости и не. может быть применено при исследовании проникновени лучейлазера на живом организме.A disadvantage of the known device is that it allows examining tissue samples with a thickness of 2-4 mm, and the penetration depth of laser radiation can be calculated only for a level of 0.37, i.e. reduction of radiation intensity. In addition, this device can only be used in an acute experiment on biopsies under conditions of disturbed circulation of blood and tissue fluid and not. can be used in the study of penetration of a ray-laser on a living organism.

Цель изобретени - повышение точности определени in vivo.The purpose of the invention is to improve the accuracy of in vivo determination.

Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл определени сте-пени проникновени лазерных лучей вThis goal is achieved by the fact that the device for determining the degree of penetration of laser beams into

организм, содержащее источник лазерного излучени , световод и фотоэлектронный умножитель, снабжен о. призмойAn organism containing a laser source, a light guide and a photomultiplier tube is equipped with an o. prism

g полного внутреннего отражени , аg total internal reflection, and

световод расположен на выходе источника лазерного излучени , при этом призму полного внутреннего отражени и световод в момент определени пени проникновени лазерного луча устанавливают в полости организма. На фиг.1-изображено устройство дл определ.ени степени проникновени лазерного луча через ткани живого организма; на фиг.2 - то же, с набо5 ром светофильтров-ослабителей.;The light guide is located at the output of the laser radiation source, while the prism of total internal reflection and the light guide are installed in the body cavity at the time of determining the penetration of the laser beam. Figure 1 shows a device for determining the degree of penetration of a laser beam through a tissue of a living organism; Fig. 2 - the same, with a set of attenuating optical filters .;

Устройство содержит источник 1 лазерного излучени , световод 2, заключенный в пункционную иглу,вводи20 мую в полость коленного сустава 3, фотоэлектронный умножитель 4, стабилизированный .источник 5 питани , усилитель 6 посто нного тока, микроамперметр 7, набор калиброванных све25 тофильтров-ослабителей 8 и рассеивающую .призму 9 полного внутреннего оражени .The device contains a laser radiation source 1, a light guide 2 enclosed in a puncture needle, inserted into the cavity of the knee joint 3, a photomultiplier 4, a stabilized power source 5, a DC amplifier 6, a microammeter 7, a set of calibrated light attenuator 8 and 8 scattering prism 9 complete internal enclosures.

Измерение степени поглощени лучей лазера осуществл етс пр полном Measurement of the degree of absorption of laser beams is carried out directly

30 затемнении следующим образом. По световоду 2, устанавливаемому .в полости организма, вводитс лазер ное излучение. К коже над пучком из лучени плотно прижимаетс фотокато фотоэлектронного умножител 4, при этом измер етс интенсивность свето вого потока, прошедшего через ткани организма. Оценка пропускани луча лазера через ткани производитс по формуле Т Т i IT, где Т - пропускание исследуемой ткани; Т. - пропускание подобранного комплекта калиброванных светофильтров; 1ф - сила тока на выходе усили тел после прохождени лу . ча через комплект калибро ванных светофильтров-осла бителей; I сила тока на выходе усили тел после прохождени лу ча через исследуемые ткан Измерение силы тока 1ф производ так: .между концом извлеченного из сустава световода и фотокатодом фотоэлектронного умножител - подбира ётс такой комплект светофильтров, ..чтобы ток на выходе усилител был близким или равным току после прохождени лучей лазера через облучаемую ткань, т.е. пропускание подоб .ранного комплекта калиброванных све тофильтров должно соответствовать пропусканию тканей . Определение степени пропускани лазерного луча осуществл ют при облучении коленного сустава. Пример 1. Определение сте пени проникновени -ге ий-неонового лазерного излучени через-стенку коленного сустава проводилось у больной Б. 53 лет с диагнозом ревматоидный артрит с поражением коленных суставов. В полость правого коленного сустава через пункционную иглу светово дом вводилось гелий-неоновое излучение . К коже над выходом излучени плотно прижималс фотокатод фотоэлек тронного умножител и измер лс световой поток, прошедший через ткани сустава. Затем световод извлекалс из сустава, и с применением калиброванных светофильтров-ослабителей измер лс св.етовой поток на Тзыходе св товода. Пропускание гелий-неонового лазер нрго излучени ткан ми в области вер хнего заворота правого коленного сус тава при этом было равно 6-10. Пропускание тк.аней не зависит от направлени прохождени их лучом лазера , т.е. пропускание при прохождеНИИ- лучей в направлении от внутренней оболочки к коже равно пропусканию этих тканей в направлении от кожи к внутренней оболочке сустава при условии неизменности мощности излучени . С учетом этого расчет энергии лазерного излучени , поступающей на внутреннюю оболочку сустава при наружном его облучении, провод т следующим образом. При мощности гелий-неонового лазера 0, (использован тип ОКГ-12), равной 10 Вт, и площади светового п тна 78,54 см (S при диаметре 10 см) плотность мощности излучени (WQ.J-) на коже составл ет 10 78,54 « lO Вт/см Плотность мощности излучени на внутренней поверхности сустава ( WQ,, ) при измеренном пропускании тканей, формирующих стенку сустава, составл ет Wo,633 Qfii Т 1,27. . 6 .10 7,62-10 При п тиминутном (t) наружном облучении гелий-неоновым лазерным излучением квадратный сантиметр внутренней оболочки сустава получает энергию, равную %ЪЗ,653- ,62.10- 3-10 22,86.-10 Дж/см. (Вз то оптимальное эмпирическое врем внешнего облучени сустава, дающее максимальный терапевтический эффект у больных ревматоидным артритом). Пример 2. Измерение степени проникновени аргоновых лучей (ЛГ-106-М1 ) через стенку коленного сустава проводилось у больной С. 41 года с диагнозом ревматоидный артрит с поражением коленных суставов. Пропускание тканей в области верхнего заворота левого коленного сустава на длине волны 0,488 мкм было равно 6-10. При мощности аргонового лазера в 1 Вт. и той е площади светового п тна (78,54 см ) плотность мощности излучени на коже составл ет %8.7875Г - Плотность мощности излучени на внутренней поверхности сустава при имеющемс пропускании тканей, формирующих стенку суртава составл ет Wo,48e 1,27.10-. - 6-10 7,62-10 При п тиминутном наружном облучении аргоновым лазером квадратный сантиметр внутренней оболочки сустава30 blackout as follows. Laser radiation, introduced into the body cavity, is introduced through the light guide 2. Photocathode 4 multiplier 4 is tightly pressed against the skin above the beam of radiation, and the intensity of the light flux transmitted through the tissues of the body is measured. The evaluation of the transmission of the laser beam through the tissue is made according to the formula T T i IT, where T is the transmission of the test tissue; T. - transmission of a selected set of calibrated light filters; 1f is the current strength at the output of the forces of the bodies after the passage of the lu. tea through a set of calibrated light-damper filters; I current intensity at the output of the bodies after the passage of the beam through the tissues under study. Measurement of the current strength 1f is as follows: between the end of the optical fiber extracted from the joint and the photocathode of the photomultiplier tube is selected such a set of light filters, so that the output current of the amplifier was close or equal the current after the passage of the laser beams through the irradiated tissue, i.e. the transmission of a selected set of calibrated light filters should correspond to the transmission of tissues. The degree of transmission of the laser beam is determined by irradiating the knee joint. Example 1. The determination of the degree of penetration of ге-и neon laser radiation through the wall of the knee joint was performed in patient B., 53 years old, diagnosed with rheumatoid arthritis with a lesion of the knee joints. The helium-neon radiation was injected into the cavity of the right knee joint through the puncture needle of the light house. The photocathode of the photoelectron multiplier was tightly pressed against the skin over the radiation output and the light flux transmitted through the tissues of the joint was measured. The fiber was then removed from the joint, and using a calibrated light-attenuating filter, the net flux was measured at Tsychod. The transmission of a helium – neon laser with radiation from tissues in the area of the upper turn of the right knee joint was 6–10. The transmission of the PMC does not depend on the direction of their passage by the laser beam, i.e. the transmission during the passage of the N-ray in the direction from the inner shell to the skin is equal to the transmission of these tissues in the direction from the skin to the inner shell of the joint, provided that the radiation power is unchanged. With this in mind, the calculation of the energy of the laser radiation entering the inner shell of the joint during its external irradiation is carried out as follows. When the power of the helium-neon laser is 0 (the type OKG-12 is used), equal to 10 W, and the light spot area is 78.54 cm (S with a diameter of 10 cm), the radiation power density (WQ.J-) on the skin is 10 78.54 "lO W / cm The radiation power density on the inner surface of the joint (WQ ,,) with the measured transmission of the tissues that form the joint wall is Wo, 633 Qfii T 1.27. . 6 .10 7,62-10 With minute (t) external irradiation with helium-neon laser radiation, a square centimeter of the inner sheath of the joint receives energy equal to% ЬЗ, 653-, 62.10- 3-10 22,86.-10 J / cm . (This is the optimal empirical time of external irradiation of the joint, which gives the maximum therapeutic effect in patients with rheumatoid arthritis). Example 2. Measuring the degree of penetration of argon rays (LG-106-M1) through the wall of the knee joint was performed in patient S., 41 years old, diagnosed with rheumatoid arthritis with lesions of the knee joints. Tissue transmission in the area of the upper inversion of the left knee joint at a wavelength of 0.488 μm was 6-10. With an argon laser power of 1 watt. And that area of the light spot (78.54 cm), the radiation power density on the skin is% 8.7875G. The radiation power density on the inner surface of the joint with the transmission of tissues that form the surfactant wall is Wo, 48e 1,27.10-. - 6-10 7.62-10 With five minutes of external irradiation with an argon laser, a square centimeter of the inner joint sheath

получает энергию лазерного излучени равнуюreceives laser energy equal to

Eo,,,62 . 3-10 22,86-10 Дж/садEo ,,, 62. 3-10 22.86-10 J / garden

Следовательно, внутренн оболочка сустава при внешнем его облучении гелий-неоновым и аргоновым лазерами получает одинаковую энергию лазерного излучени (22,86-10 Дж/см). Эт обусловлено тем, что пропускание ткан ми аргонового лазерного излучёни ниже пропускани гелий-неонового в 100 раз, а мощность использованной в эксперименте аргоновой лазерной установки (тип ЛГ-106-М1) в 100 раз выше мощности гелий-неонОБОЙ (тип ОКГ-12).Consequently, the inner shell of the joint, when it is irradiated externally by helium-neon and argon lasers, receives the same laser energy (22.86-10 J / cm). This is due to the fact that the transmission of argon laser radiation by tissues is 100 times lower than the transmission of helium-neon, and the power of the argon laser installation used in the experiment (type LG-106-M1) is 100 times higher than the power of helium-neon (type OKG-12) .

Равенство получаемой энергии лазерного излучени внутренней оболочкой сустава объ сн ет одинаковый клинический эффект при поверхностном облучении суставов указанными лазерными установками, различающимис по мощности в 100 раз.The equality of the received energy of laser radiation by the inner sheath of the joint explains the same clinical effect when the joints are superficially irradiated by the indicated laser units differing in power by a factor of 100.

Результаты измерени .степени пропускани тканей, формирующих стенку коленного сустава, согласуютс с данными, полученными на ткан х крыс. При толщине субстрата 13 мм коэффициент пропускани излучени длиной волны 0,633 мкм у крыс составл ет 0,58-10 и на длине волны 0,488 мкм 2. 10 . Эти различи обусловлены кровенаполнением живых тканей. Коэффициент поглощени гемоглобина на длине волны 0,488 мкм составл ет 5 ммоль см , а на длине волны 0,633 1ЛКМ 0,1 ммоль-см. Таким образом, слой крови толщиной в 1 мм измен ет степень поглощени луча аргонового лазера в 3 раза.The results of the measurement of the degree of transmission of the tissues that form the wall of the knee joint are consistent with the data obtained on the tissues of rats. With a substrate thickness of 13 mm, the transmittance of radiation with a wavelength of 0.633 µm in rats is 0.58-10 and at a wavelength of 0.488 µm 2. 10. These differences are due to the blood supply of living tissues. The absorption coefficient of hemoglobin at a wavelength of 0.488 µm is 5 mmol cm, and at a wavelength of 0.633 1 LKM 0.1 mmol-cm. Thus, a layer of blood 1 mm thick changes the degree of absorption of an argon laser beam by 3 times.

Использование предлагаемого устройства дл определени степени про .никновени лучей лазера с длиной волны видимой части спектра (0,4000 ,800 мкм) через ткани организма, формирующие стенки полости, по сравнению с известными позвол ет наиболее точно определить степень проникновени лучей лазера через ткани живого организма при нормальном и патологическом состо ни х. Полученные результаты измерени степени проникновени лучей лазера позвол ют рассчитать плотность мощности излучени в полост х организма при различной плотности излучени на поверхности кожи, а также определить оптимальное врем поверхностного облучени .The use of the proposed device to determine the extent of laser radiation from the visible spectral wavelength (0.4000, 800 µm) through the body tissues that form the cavity walls, as compared to the known ones, most accurately determine the degree of laser beam penetration through the tissues of a living organism. under normal and pathological conditions. The results of measuring the degree of penetration of laser beams make it possible to calculate the radiation power density in the body cavities at different radiation densities on the skin surface, as well as to determine the optimal time of surface irradiation.

Устройство может быть использовано дл измерени степени проникновени лучей лазера череэ -ткани организма , формирующие стенки полостей, в которые возможно введение световода , такие как мочеполовые органы, желудочно-кишечный тракт, плевральна полость и т.д. Это значительно расшир ет возможности лазерной терапии и позвол ет теоретически обосновать ее использование в урологии, гастроэнтерологии, пульмонологии.The device can be used to measure the degree of penetration of laser beams through the body's body tissue, forming cavity walls into which fiber can be inserted, such as urinary organs, gastrointestinal tract, pleural cavity, etc. This greatly expands the possibilities of laser therapy and allows theoretically substantiating its use in urology, gastroenterology, and pulmonology.

Claims

1. Pletnev S.D. and others. Gas lasers in experimental and clinical oncology. M ,, Medicine, 1978, pp.31-43.

Il