UA134621U

UA134621U - ADAPTIVE LASER MEDICAL APPARATUS

Info

Publication number: UA134621U
Application number: UAU201812820U
Authority: UA
Inventors: Микола Федорович Терещенко; Оксана Григорівна Шмендель; Ілля Анатолійович Данилюк
Original assignee: Микола Федорович Терещенко; Оксана Григорівна Шмендель; Ілля Анатолійович Данилюк
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-05-27

Abstract

Адаптивний лазерний медичний апарат містить зв'язані між собою мікропроцесор керування, з'єднаний з перетворювачем, і оптичний блок, що має два випромінювачі, що генерують лазерне випромінювання відповідно у видимому і інфрачервоному діапазонах оптичного спектра, до дистального торця загального оптоволокна під'єднаний змінний інструмент з температурним сенсором, при цьому мікропроцесор оснащений блоками індикації і ручного регулювання, а перетворювач підключений до оптоволокна і виконаний у вигляді конічного розсіювача з дифузним відображенням стінок, який комутується з мікропроцесором за допомогою вбудованого в основу фотодіода, а температурний сенсор містить температурні датчики, закріплені в кінцевій частині оптоволокна в поперечній площині з можливістю кутового переміщення і вбудовані в роз'єм змінного інструменту та з'єднані з мікропроцесором. Містить датчики визначення типу шкіри, розміщені на оптоволокні і з'єднані з мікропроцесором.The adaptive laser medical apparatus comprises a microprocessor-coupled control coupled 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. a tool with a temperature sensor, the microprocessor is equipped with blocks of indication and manual adjustment, and the converter is connected to the fiber and made in the form of a conical diffuser with diffuse in display of walls, which switched from using the integrated microprocessor based photodiode, and temperature sensor provides temperature sensors mounted in the final of the fiber in the transverse plane with the possibility of angular displacement connector and built-in AC instrument and connected to the microprocessor. Contains fiber type sensors located on a fiber optic and connected to a microprocessor.

Description

Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до лазерних апаратів для локалізованого терапевтичного лікування та оперативного впливу лазерним випромінюванням захворювань та аномалій біологічних тканин.The utility model belongs to medical equipment, namely to laser devices for localized therapeutic treatment and operative exposure to diseases and abnormalities of biological tissues with laser radiation.

Відомий лазерний медичний апарат (Патент України на корисну модель ША Ме 97054, МПК АбІ М5/067, Аб61В 18/22; Аб1В 18/20, опубл. 25.02.2015, Бюл. 4), що має зв'язані між собою мікропроцесор керування, з'єднаний з перетворювачем, і оптичний блок, що має два випромінювачі, що генерують лазерне випромінювання відповідно у видимому (4 інфрачервоному діапазонах оптичного спектра, до дистального торця загального оптоволокна під'єднаний змінний інструмент з температурним сенсором, при цьому мікропроцесор оснащений блоками індикації і ручного регулювання, а перетворювач підключений до оптоволокна і виконаний у вигляді конічного розсіювача з дифузним відображенням стінок, який комутується 3 мікропроцесором за допомогою вбудованого в основу фотодіода, а температурний сенсор містить температурні датчики, закріплені в кінцевій частині оптоволокна в поперечній площині з можливістю кутового переміщення і вбудовані в роз'єм змінного інструменту та з'єднані з мікропроцесором.A well-known laser medical device (Patent of Ukraine for utility model Sha Me 97054, IPC AbI M5/067, Ab61B 18/22; Ab1B 18/20, publ. 25.02.2015, Bull. 4), which has an interconnected control microprocessor , connected to the converter, and an optical unit having two emitters that generate laser radiation respectively in the visible (4 infrared bands of the optical spectrum, an interchangeable tool with a temperature sensor is connected to the distal end of the common optical fiber, while the microprocessor is equipped with indication units and manual adjustment, and the converter is connected to the optical fiber and is made in the form of a conical diffuser with diffuse reflection of the walls, which is switched 3 by a microprocessor using a photodiode built into the base, and the temperature sensor contains temperature sensors fixed in the end part of the optical fiber in the transverse plane with the possibility of angular movement and are built into the socket of the tool changer and connected to the microprocessor.

В даному апараті здійснюється активний контроль потужності лазерного випромінювання до цілі впливу, за результатами якого регулюється його потужність до заданого рівня, компенсуючи, зокрема, втрати на технологічні забруднення робочої поверхні інструменту, можливі деформації або порушення механічної цілісності оптоволокна та враховує температурні градієнти і вплив лазерного випромінювання на біологічні тканини пацієнта, але потребує налаштування на тип шкіри пацієнта.In this device, active control of the power of laser radiation to the target effect is carried out, according to the results of which its power is regulated to a given level, compensating, in particular, losses due to technological contamination of the working surface of the tool, possible deformations or violations of the mechanical integrity of the optical fiber, and takes into account temperature gradients and the effect of laser radiation to the patient's biological tissues, but needs to be adjusted to the patient's skin type.

Але вищевказаний апарат не в повній мірі враховує температурні градієнти та вплив лазерного випромінювання на біологічні тканини пацієнта, відсутня об'ємна температурна картина в зоні дії випромінювання, що не дозволяє об'єктивно оцінити рівень впливу на біологічні тканини пацієнтів.But the above device does not fully take into account temperature gradients and the effect of laser radiation on the patient's biological tissues, there is no volumetric temperature picture in the area of radiation action, which does not allow to objectively assess the level of influence on the patients' biological tissues.

Задача корисної моделі є забезпечення автоматичного налаштування апарату під тип шкіри пацієнта та його особливості, підвищення точності та ефективності терапевтичного та оперативного впливу на біологічні тканини пацієнтів з адаптацією під умови виконання процедури.The task of a useful model is to ensure automatic adjustment of the device to the patient's skin type and its features, increase the accuracy and efficiency of the therapeutic and operative effect on the biological tissues of patients with adaptation to the conditions of the procedure.

Зо Поставлена задача вирішується за рахунок того, що адаптивний лазерний медичний апарат, що містить зв'язані між собою мікропроцесор керування, з'єднаний з перетворювачем, і оптичний блок, що має два випромінювачі, що генерують лазерне випромінювання відповідно у видимому і інфрачервоному діапазонах оптичного спектра, до дистального торця загального оптоволокна під'єднаний змінний інструмент з температурним сенсором, при цьому мікропроцесор оснащений блоками індикації і ручного регулювання, а перетворювач підключений до оптоволокна і виконаний у вигляді конічного розсіювача з дифузним відображенням стінок, який комутується з мікропроцесором за допомогою вбудованого в основу фотодіода, а температурний сенсор містить температурні датчики, закріплені в кінцевій частині оптоволокна в поперечній площині з можливістю кутового переміщення і вбудовані в роз'єм змінного інструменту та з'єднані з мікропроцесором, згідно з корисною моделлю, має датчики визначення типу шкіри, розміщені на оптоволокні і з'єднані з мікропроцесором.The problem is solved due to the fact that an adaptive laser medical device containing an interconnected control microprocessor connected to a converter and an optical unit having two emitters generating laser radiation, respectively, in the visible and infrared ranges of the optical spectrum, a changeable tool with a temperature sensor is connected to the distal end of the common optical fiber, while the microprocessor is equipped with indication and manual adjustment units, and the converter is connected to the optical fiber and is made in the form of a conical diffuser with diffuse reflection of the walls, which is switched with the microprocessor using a built-in the base of the photodiode, and the temperature sensor includes temperature sensors fixed at the end of the optical fiber in the transverse plane with the possibility of angular movement and built into the connector of the interchangeable tool and connected to the microprocessor, according to a useful model, has skin type detection sensors placed on optician windows and connected to a microprocessor.

Так як оптичні властивості біологічної тканини являються одним із найбільш об'єктивних комплексних показників життєдіяльності біологічного організму, то застосування датчики визначення типу шкіри, що закріплені в кінцевій частині оптоволокна і з'єднані з мікропроцесором дозволяє налаштувати та отримати об'ємну задану картину зони дії випромінювання та реально оцінити вплив лазерного випромінювання на біологічні тканини пацієнта. Шкіра пацієнта ділиться на 6 типів, що розрізняються за класифікацією Фіцпатріка.Since the optical properties of biological tissue are one of the most objective comprehensive indicators of the vital activity of a biological organism, the use of skin type detection sensors fixed in the end part of an optical fiber and connected to a microprocessor allows you to adjust and obtain a given three-dimensional picture of the area of radiation action and realistically assess the effect of laser radiation on the patient's biological tissues. The patient's skin is divided into 6 types, which differ according to Fitzpatrick's classification.

Для врахування типу шкіри інтерес представляє величина оптичної щільності (00) епідермісу, що залежить від коефіцієнту поглинання меланіну та товщини шару епідермісу, а також залежність коефіцієнта розсіяння шкіри від довжини хвилі.To take into account the type of skin, the value of the optical density (00) of the epidermis is of interest, which depends on the absorption coefficient of melanin and the thickness of the epidermis layer, as well as the dependence of the scattering coefficient of the skin on the wavelength.

На фіг. 1 зображена функціональна схема запропонованого адаптивного лазерного медичного апарату, а на фіг. 2 одна з можливих конструкція наконечника з датчиками визначення типу шкіри.In fig. 1 shows the functional scheme of the proposed adaptive laser medical device, and Fig. 2 is one of the possible designs of the tip with skin type detection sensors.

Адаптивний лазерний медичний апарат містить мікропроцесор 1 керування і оптичний блок 2, підключені до блоку З живлення. Оптичний блок 2 включає два лазерних випромінювачі 4 і 5, виконаних у вигляді напівпровідникових лазерних діодів, генеруючих випромінювання відповідно у видимому діапазоні (0,53-0,67 мкм) і в інфрачервоному діапазоні (0,97-1,56 мкм) довжин хвиль.The adaptive laser medical device contains a control microprocessor 1 and an optical unit 2 connected to the power supply unit. Optical unit 2 includes two laser emitters 4 and 5, made in the form of semiconductor laser diodes, generating radiation in the visible range (0.53-0.67 μm) and in the infrared range (0.97-1.56 μm) of wavelengths, respectively .

Лазерні випромінювачі 4, 5 з блоком З живлення пов'язані через блок 6 буферного бо керування, який з'єднаний з виходом мікропроцесора 1 для забезпечення безперервного та імпульсного режимів роботи при автономній і спільній дії випромінювачів 4, 5, по програмному регламенту.Laser emitters 4, 5 with the power supply unit C are connected through the buffer bo control unit 6, which is connected to the output of the microprocessor 1 to ensure continuous and pulsed modes of operation with autonomous and joint action of the emitters 4, 5, according to the program regulations.

Виходи лазерних перетворювачів 4 і 5 зведені в волоконно-оптичному перетворювачі 7 і через його оптичний роз'єм 8 пов'язані зі світловодом 9 (оптоволокном), на дистальному кінці якого змонтований змінний лазерний інструмент 10, за допомогою якого здійснюється доставка випромінювання в біотканини для терапевтичного лікування або оперативних впливів і температурний сенсор 18, вбудований в роз'єм змінного інструменту та з'єднаний з одним із входів мікропроцесора 1, який вимірює та контролює зміну температури поверхні біоструктури, що дозволяє більш точно оцінити рівень впливу лазерного випромінювання на біологічні тканини пацієнтів.The outputs of the laser converters 4 and 5 are combined in the fiber-optic converter 7 and through its optical connector 8 are connected to the light guide 9 (optical fiber), on the distal end of which a replaceable laser tool 10 is mounted, with the help of which radiation is delivered to biotissues for therapeutic treatment or operative effects and a temperature sensor 18, built into the connector of the interchangeable tool and connected to one of the inputs of the microprocessor 1, which measures and monitors the change in the temperature of the surface of the biostructure, which allows for a more accurate assessment of the level of influence of laser radiation on the biological tissues of patients .

Оптичний роз'єм 8 служить для адаптивної передачі лазерного випромінювання потужністю до 30 Вт від оптичного блоку 2 по оптоволокну 9 діаметром 200 мкм до змінного волоконного інструменту 10 діаметром не менше 400 мкм при мінімальній втраті потужності. Оптоволокно 9 оснащене відведенням 11, за допомогою якого здійснюється комутація з перетворювачем 12, і вимірювання потужності лазерного випромінювання.The optical connector 8 serves for the adaptive transmission of laser radiation with a power of up to 30 W from the optical unit 2 through 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 minimal power loss. Optical fiber 9 is equipped with lead 11, which is used to switch with converter 12 and measure the power of laser radiation.

У основі конічного перетворювача 12 з дифузійним відображенням стінок змонтовані цанговий затискач 13 для кріплення оптоволокна 9, або його відводу 11, а також фотодіод 14 (приймач), закріплений в тримачі 15.At the base of the conical converter 12 with diffusion reflection of the walls, a collet clamp 13 is mounted for fastening the optical fiber 9 or its lead 11, as well as a photodiode 14 (receiver) fixed in the holder 15.

Фотодіод 14 з'єднаний з одним із входів мікропроцесора 1, який пов'язаний з блоком 16 індикації (дисплей) і блоком 17 ручного управління. В кінцевій частині оптоволокна 9 закріплений, датчик 25 визначення типу шкіри, з'єднаний з мікропроцесором 1.The photodiode 14 is connected to one of the inputs of the microprocessor 1, which is connected to the display unit 16 and the manual control unit 17. In the end part of the optical fiber 9, the skin type detection sensor 25 is fixed, connected to the microprocessor 1.

Функціонує запропонований адаптивний лазерний медичний апарат наступним чином.The proposed adaptive laser medical device functions as follows.

Після включення блоку З живлення з блока 17 проводять установку необхідних режимів і параметрів випромінювання. Визначається тип шкіри і по ньому в апараті налаштовуються: конкретні значення потужності робочого лазерного випромінювання, потужності пілотного лазера, безперервний/мпульсний режим робочого випромінювання, параметри імпульсів. Для наведення робочого лазерного випромінювання на оброблювану область біотканини застосовується малопотужний прицільний лазер з довжиною хвилі 0,53 мкм. Зелене випромінювання прицільного лазера поширюється по оптоволокну 9 так само, як і невидимеAfter turning on the power supply from block 17, the necessary modes and radiation parameters are set. The type of skin is determined and the device is adjusted according to it: specific values of the power of the working laser radiation, the power of the pilot laser, continuous/pulse mode of the working radiation, pulse parameters. A low-power aiming laser with a wavelength of 0.53 μm is used to direct the working laser radiation to the treated area of biotissue. The green radiation of the aiming laser propagates along the optical fiber 9 in the same way as the invisible radiation

Зо інфрачервоне випромінювання, при цьому розмір і форма плями збігаються. Оскільки пристрій має випромінювач 4 видимого діапазону довжини хвилі, то проведення лікувальної процедури інфрачервоним випромінювачем 5 супроводжується візуалізацією зони впливу випромінюванням з довжиною хвилі (0,97-1,06) мкм.From infrared radiation, while the size and shape of the spot coincide. 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 zone affected by radiation with a wavelength of (0.97-1.06) microns.

Крім того, оскільки лазерне опромінення у видимому діапазоні довжин хвиль саме по собі надає лікувальну дію, то процедура проводиться відразу на двох довжинах хвиль при різних параметрах випромінювання в інфрачервоному та видимому діапазонах, що розширює технологічні можливості і ефективність впливу на біотканини.In addition, since laser irradiation in the visible range of wavelengths in itself has a therapeutic effect, the procedure is carried out at two wavelengths at different radiation parameters in the infrared and visible ranges, which expands the technological possibilities and effectiveness of the effect on biotissues.

Генерується кожним лазерним випромінювачем 4, 5 випромінювання за допомогою волоконно-оптичного перетворювача 7 зводиться воєдино в загальне оптоволокно 9 і далі - в інструмент 10.The radiation generated by each laser emitter 4, 5 is combined into a common optical fiber 9 and then into a tool 10 using a fiber-optic converter 7.

При цьому через відвід 11 випромінювання подається в перетворювач 12, в якому за допомогою фотодіода 14 вимірюються параметри потужності та їх значення відображаються на дисплеї 16 мікропроцесора 1.At the same time, through the lead 11, the radiation is fed into the converter 12, in which the power parameters are measured with the help of the photodiode 14 and their values are displayed on the display 16 of the microprocessor 1.

За результатами вимірювання значень потужності лазерного випромінювання у відводі 11 і вимірювання параметрів температури поверхні біологічної тканини температурним сенсором 18 здійснюють непрямий контроль впливу лазерного випромінювання інструментом 10 ії активно (під час проведення опромінення) змінюють значення параметрів лазерного випромінювання до заданої шкали номіналів за допомогою блоку 17 вручну, чи в автоматизованому режимі.According to the results of measuring the laser radiation power values in the lead 11 and measuring the temperature parameters of the surface of the biological tissue with the temperature sensor 18, they carry out indirect control of the effect of laser radiation with the tool 10 and actively (during the irradiation) change the values of the laser radiation parameters to the specified nominal scale using the unit 17 manually , or in automated mode.

Для міжопераційного налаштування значення параметрів потужності лазерного випромінювання інструментом 10 безпосередньо в біотканину і контролю цілісності оптоволокна 9 останнє замість відведення 11 встановлюють в затискач 13 перетворювача 12, вимірюючи тим самим за допомогою фотодіода 15 дійсне значення параметрів випромінюваної енергії інструментом 10 під час лікування і регулювання значення параметрів потужності при цьому. Ще раз вимірюються параметри шкіри датчиком 25 і передається в мікропроцесор 1, де уточнюється тип шкіри.For intraoperative adjustment of the value of the parameters of the laser radiation power with the tool 10 directly into the biotissue and control of the integrity of the optical fiber 9, the latter, instead of the lead 11, is installed in the clamp 13 of the converter 12, thereby measuring with the help of a photodiode 15 the actual value of the parameters of the energy emitted by the tool 10 during treatment and adjusting the value of the parameters capacity at the same time. Once again, the parameters of the skin are measured by the sensor 25 and transmitted to the microprocessor 1, where the type of skin is specified.

Вплив на біотканину в роботі пристрою здійснюється або дистанційно через інструмент 10, або при безпосередньому контакті оптоволокна 9 з біотканиною, коли вплив здійснюється не тільки випромінюванням, а й термальним кінцем оптоволокна 9, що неминуче призводить до його обгорання і зниження інтенсивності світлового потоку.The influence on the biotissue 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 biotissue, when the influence is carried out not only by radiation, but also by the thermal end of the optical fiber 9, which inevitably leads to its burning and a decrease in the intensity of the light flux.

Температурний сенсор 18 вбудований в роз'єм змінного інструменту і вимірює значення параметрів температури поверхні біологічної тканини в момент проведення лазерного впливу і відображає дані на блоці індикації 16, що дозволяє оператору підбирати і встановлювати необхідний рівень потужності за допомогою блоку 17 вручну.The temperature sensor 18 is built into the connector of the interchangeable tool and measures the value of the surface temperature parameters of the biological tissue at the time of laser exposure and displays the data on the display unit 16, which allows the operator to select and set the required power level using the unit 17 manually.

Конструктивно температурний сенсор 18 (фіг. 2) включає комплект високопрецизійних волоконно-оптичних термодатчиків 19 та датчика 25 визначення типу шкіри, закріплених в кінцевій частині оптоволокна 9 в торцевій і поперечній площинах з можливістю кутового переміщення, а також вбудовані в роз'єм наконечника змінного інструменту 20 закріпленні в порожнинній стандартній голці 21 і з'єднані з мікропроцесором 1.Structurally, the temperature sensor 18 (Fig. 2) includes a set of high-precision fiber-optic thermal sensors 19 and a sensor 25 for determining the type of skin, fixed in the end part of the optical fiber 9 in the end and transverse planes with the possibility of angular movement, and also built into the connector of the tip of the interchangeable tool 20 fixing in the hollow standard needle 21 and connected to the microprocessor 1.

Оптоволокно 9 з можливістю поздовжнього і кутового переміщення встановлене в похилих до периферії під кутом 30" каналах 22, розподілених на наконечнику 20.Optical fiber 9 with the possibility of longitudinal and angular movement is installed in channels 22 inclined to the periphery at an angle of 30", distributed on the tip 20.

По центру голки 21 в наскрізному отворі наконечника 20, з можливістю відносного повздовжнього переміщення, змонтований ендоскоп 23 і лазер 24.In the center of the needle 21 in the through hole of the tip 20, with the possibility of relative longitudinal movement, an endoscope 23 and a laser 24 are mounted.

З міркування безпеки лазер 24 знаходиться не безпосередньо в контакті зі шкірою, а на певній відстані за рахунок висунутих вперед термодатчиків 19 та датчика 25 визначення типу шкіри, що зменшує ризик перегріву біотканини та забезпечує об'єктивний контроль теплового поля зони дії випромінювання.For safety reasons, the laser 24 is not in direct contact with the skin, but at a certain distance due to the advanced thermal sensors 19 and the skin type sensor 25, which reduces the risk of overheating the biotissue and provides objective control of the thermal field of the radiation action zone.

Таким чином, запропонований адаптивний лазерний медичний апарат, дозволяє точно і інформативно оцінити поверхню біологічної тканини за рахунок інформації з датчиків визначення типу шкіри, автоматично налаштувати режими дії лазерного випромінювання, а також отримувати об'ємну картину зони дії лазерного випромінювання.Thus, the proposed adaptive laser medical device allows you to accurately and informatively assess the surface of biological tissue due to information from skin type detection sensors, automatically adjust the modes of action of laser radiation, and also obtain a three-dimensional picture of the area of action of laser radiation.

Корисна модель дозволяє розширити функціональні та технологічні можливості оперативного впливу на біологічні тканини пацієнтів, забезпечити безпеку процедури та підвищити об'єктивність, точність і ефективність терапевтичного та оперативного впливу на біологічні тканини пацієнтів зі значним підвищенням функціональної та безпекової надійності апарату в цілому.The useful model allows you to expand the functional and technological possibilities of operative influence on the biological tissues of patients, ensure the safety of the procedure and increase the objectivity, accuracy and efficiency of therapeutic and operative influence on the biological tissues of patients with a significant increase in the functional and safety reliability of the apparatus as a whole.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

ZO An adaptive laser medical device containing an interconnected control microprocessor connected to a transducer and an optical unit having two emitters that generate laser radiation, respectively, in the visible and infrared ranges of the optical spectrum, to the distal end of a common optical fiber under combined changeable tool with a temperature sensor, while the microprocessor is equipped with display and manual adjustment units, and the converter is connected to an optical fiber and is made in the form of a conical diffuser with diffuse reflection of the walls, which is commutated with the microprocessor using a photodiode built into the base, and the temperature sensor contains temperature sensors fixed in the end part of the optical fiber in the transverse plane with the possibility of angular movement and built into the socket of the interchangeable tool and connected to a microprocessor, which is characterized by having skin type detection sensors placed on the optical fiber and connected to the microprocessor.