ЛАЗЕРНЫЙ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ АППАРАТ Российский патент 2001 года по МПК A61N5/67 

Изобретение относится к лазерной медицинской и биологической технике.

Известные лазерные терапевтические установки, содержащие как газовые непрерывные (например, гелий-неоновые) [1], так и импульсно - периодические лазеры (например, полупроводниковые) [2], работающие на фиксированной длине волны излучения в видимой и ближней ИК - областях спектра соответственно. Недостатком указанной конструкции является то, что облучение биообъекта происходит на фиксированной длине волны, и, следовательно, существенно снижается терапевтический эффект от облучения в зависимости от индивидуальной восприимчивости пациента.

Известен также биомедицинский аппарат, содержащий лазер на парах меди в качестве источника видимого излучения, на выходе которого установлен дополнительный лазер на растворах органических соединений (красителей), работающий с частотой повторения импульсов 8 кГц в спектральном диапазоне 550 - 750 нм [3].

Недостатком данной конструкции является низкая стабильность энергетических характеристик лазерного излучения из-за конвекционной неустойчивости растворов органических красителей. Кроме того, растворы органических красителей (рабочая концентрация) обладают недостаточно высокой фотостойкостью, что существенно влияет на их сохраняемость (т.к. растворы готовятся заранее и хранятся в герметичных кюветах) и ресурс (долговечность) работы. В результате оператор вынужден производить дополнительные операции по подготовке установки к работе перед каждым лечебным сеансом.

Наиболее близким решением из известных является устройство для лазерной терапии, включающее лазер видимого излучения (в данном случае - вторая гармоника (λ = 532 нм) лазера на гранате), на выходе которого установлен безжидкостной лазер на красителях в твердотельной матрице, и канал передачи лазерного излучения на биообъект [4].

Используемая в качестве активного элемента твердотельная матрица представляет собой диск из полиметилметакрилата с равномерно распределенными по его объему органическим красителем - родамин 6Ж, родамин С, оксазин 17, феноламин 510, оксазин 1, или кристаллов Li F со стабилизированными F₂ ⁺ центрами. За счет этого обеспечивается индивидуальный подбор режима терапевтического воздействия в диапазоне длин волн 550 - 1040 нм.

Работоспособность обеспечивается введенной в резонатор лазера на красителях системой вращения твердотельной матрицы, осуществляющей сканирование луча лазера видимого диапазона по поверхности твердотельной матрицы, причем скорость вращения (V) и апертура сканируемого луча (α) связаны соотношением:
V = f α /2 π R,
где f - частота повторения импульсов излучения лазера видимого диапазона,
a R - радиус вращения твердотельной матрицы.

Недостатком прототипа является низкая спектрально - энергетическая эффективность лазерного излучения из-за влияния как поляризации, так и ИК - спектра излучения лазера видимого диапазона на мощность генерации лазера на красителях, что приводит к увеличению времени проведения лечебного воздействия и существенному снижению терапевтического эффекта.

Кроме того, из-за малого диаметра (~100 мкм) луча накачки, сфокусированного на поверхность активного элемента лазера на красителях (твердотельной матрицы), используемая система вращения обеспечивает площадь сканированной поверхности активного элемента (получаемой в виде отдельных концентрических окружностей) весьма незначительного размера. Поэтому в работе лазера на красителях используется небольшая часть площади активного элемента, что существенно ограничивает время эксплуатации (долговечность) прибора.

Техническая сущность изобретения заключается в повышении спектрально-энергетической эффективности лазерного излучения в период проведения лечебного воздействия при одновременном сокращении времени облучения и увеличении долговечности аппарата.

Указанная цель достигается тем, что лазерный терапевтический аппарат содержит безжидкостной лазер видимого диапазона (вторая гармоника лазера на алюминате иттрия), на выходе которого установлен поляризатор с возвратным дихроичным зеркалом и перестраиваемый по длинам волн лазер на красителях в твердотельной матрице, и канал неинвазивной передачи лазерного излучения на биобъект.

В отличие от прототипа на выходе лазера видимого диапазона устанавливается поляризатор из кристаллического кварца, поворачивающий плоскость поляризации таким образом, чтобы вектор электрического поля E излучения лазера видимого диапазона лежал в плоскости резонатора перестраиваемого лазера на красителях в твердотельной матрице, и возвратное дихроичное зеркало, которое является прозрачным для видимого (λ = 534 нм) и глухим для ИК - спектра (λ = 1064 нм) излучения накачки. При совпадении векторов линейной поляризации лазера накачки и лазера на красителях в твердотельной матрице и фильтрации ИК - спектра излучения лазера накачки обеспечивается максимальная спектрально - энергетическая эффективность лазерного излучения аппарата.

Долговечность и ресурс работы активного элемента - красителя в твердотельной матрице, выполненного в виде плоскопараллельного диска, обеспечивается устройством кулачкового типа, осуществляющим вращение активного элемента совместно с его качанием по спирали Архимеда с постоянной линейной скоростью. При этом обеспечивается практически равная всей поверхности активного элемента площадь поверхности сканирования.

Использование предлагаемой конструкции лазерного терапевтического аппарата позволяет значительно повысить его спектрально - энергетическую эффективность, на порядок увеличить время эксплуатации без замены активного элемента и, следовательно, сократить время как на подготовку аппарата к работе, так и на проведение лечебного воздействия.

На чертеже представлена структурно - функциональная схема аппарата.

Аппарат содержит безжидкостной лазер 1 видимого диапазона излучения, например, лазер на алюминате иттрия, дихроичное возвратное зеркало 2 и поляризатор 3, а также перестраиваемый по длинам волн лазер на красителях в твердотельной матрице 4 с устройством вращения и сканирования луча накачки 5 и систему передачи лазерного излучения на биообъект 6 на основе гибкого световода. Вся конструкция выполнена в едином корпусе.

В конкретном варианте исполнения лазерного терапевтического аппарата поляризатор выполнен из кристаллического кварца размером 3.5 мм x 10 мм x 10 мм, дихроичное возвратное зеркало - диаметром 20 мм и толщиной 5 мм, а твердотельная матрица - в виде диска диаметром 50 мм и толщиной 8 мм из полиметилметакрилата с равномерно распределенными по его объему органическими красителями - родамином 6Ж, родамином C, оксазином 17, феноламином 510, оксазином 1 или кристаллов Li F со стабилизированным F₂ ⁺ - центрами. Оптическая накачка активного элемента - красителя в твердотельной матрице, установленного под углом Брюстера к оптической оси резонатора (для уменьшения потерь), осуществляется 2-й гармоникой (λ = 534 нм) лазера 1 по продольной схеме накачки. Селекция необходимой длины волны излучения аппарата обеспечивается призменным дисперсионным резонатором лазера 4, а перестройка длины волны излучения - поворотом глухого зеркала в плоскость резонатора лазера 4.

Аппарат обеспечивает проведение неинвазивного лазеротерапевтического воздействия на патологический очаг в диапазоне длин волн от 550 нм до 1050 нм импульсами короткой длительности до 2•10^-8 с, с частотой повторения импульсов 1 - 3 Гц и энергией в импульсе 0.25 - 1.5 мДж.

Экспериментальные образцы устройства, изготовленные в соответствии с заявленным техническим решением, прошли успешно клинические испытания в Главном военном Клиническом госпитале им. Н.Н. Бурденко МОРФ (радиологический центр, физиотерапевтическое отделение и отделение интенсивной терапии), Центральном военном научно-исследовательском авиационном госпитале (физиотерапевтическое отделение) МОРФ, Башкирском онкодиспансере г. Уфа. Российской медицинской академии последипломного обучения МЗ и МП РФ (радиологический центр, кафедра клинической радиологии, кафедра военно-полевой терапии), Российском научном центре реабилитации и физиотерапии МЗ и МП РФ и подтвердили эффект, изложенный в описании изобретения.

Источники информации
1. Александров М.Т., Бойкова Р.А., Журкин А.В. и др. Применение гелий-неонового лазера в стоматологии. Электронная промышленность, 1979 г., вып. 8-9, с. 56-58.

2. Каталог медицинских электронных приборов, 1990 г., N 3, с. 29-30.

3. Авторское свидетельство СССР N 1396325, кл. A 61 N 5/6 от 29.04. 1984 г.

4. Свидетельство на полезную модель N 285, Бюллетень изобретений и открытий N 3, 1995 г. - прототип.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в аппаратах для неинвазивного терапевтического воздействия лазерным излучением на патологический очаг. Аппарат содержит лазер видимого диапазона излучения, на выходе которого установлен поляризатор с возвратным дихроичным зеркалом, перестраиваемый по длинам волн лазер на красителях в твердотельной матрице, резонатор которого содержит устройство кулачкового типа, обеспечивающее вращение активного элемента совместно с его качанием по спирали Архимеда с постоянной линейной скоростью, и систему передачи лазерного излучения на биообъект. Предлагаемое изобретение позволяет повысить спектрально-энергетическую эффективность лазерного излучения в период проведения лечебного воздействия при одновременном сокращении времени облучения и увеличить долговечность аппарата. 1 ил.

Лазерный терапевтический аппарат, содержащий лазер видимого диапазона, перестраиваемый лазер на красителях в твердотельной матрице с системой ее вращения и устройство неинвазивной передачи лазерного излучения на биообъект, отличающийся тем, что на выходе лазера видимого диапазона установлен поляризатор с возвратным дихроичным зеркалом таким образом, чтобы вектор линейной поляризации лазера видимого диапазона совпадал с вектором линейной поляризации перестраиваемого лазера на красителях, при этом резонатор перестраиваемого лазера на красителях содержит устройство кулачкового типа, обеспечивающее вращение активного элемента в твердотельной матрице совместно с его качанием по спирали Архимеда с постоянной линейной скоростью.