ЛАЗЕРНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ПРИБОР Российский патент 2002 года по МПК A61B18/20 A61N5/67 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в лазерной хирургии, преимущественно в косметологии, для лазерной эпиляции и шлифовки кожи.

Проведение таких косметологических операций, как лазерная эпиляция, которые связаны с необходимостью создания высокой (более 90^oC) температуры на глубине залегания волосяной луковицы (более 1 мм), требует обеспечения режимов воздействия с повышенной плотностью энергии излучения на поверхности кожи. Как правило, плотность энергии излучения в зависимости от используемого излучения составляет от 5 до 50 Дж/см², что превышает порог термического поражения кожи, поэтому лазерная эпиляция всегда сопровождается гиперемией. В то же время даже при плотности энергии воздействия 50 Дж/см² эффективность процедуры, как правило, не превышает 30%.

Увеличение плотности энергии излучения в условиях работы с "большими пятнами" недопустимо из-за высокого поражения кожи. Использование потоков излучения более 50 Дж/см² без значительного поражения верхнего слоя кожи может иметь место лишь при "жесткой" фокусировке излучения в пятно, близкое по размерам диаметру луковицы волоса, т.е. менее 1мм. Обеспечение столь жесткой фокусировки требует большой степени точности наведения излучения на область луковицы волоса.

Известно лазерное медицинское устройство (1), содержащее оптический излучатель и фокусирующую систему. Отсутсвие в известном устройстве средств видеонаблюдения за операционным полем затрудняет оптимальное наведение лазерного луча в точку воздействия и не позволяет контролировать и фиксировать ход операции, а следовательно, оперативно изменять условия ее проведения, что существенно снижает эффективность лечения.

Наиболее близким из известных к описываемому является медицинский лазерный прибор (2), содержащий корпус с размещенными в нем, по меньшей мере, одним лазерным излучателем, источником подсветки и датчиком излучения, а также фокусирующую систему, блок питания и устройство видеонаблюдения.

Для обеспечения необходимой плотности энергии излучения в известном устройстве применяются лазерные линейки с большим количеством лазеров, энергия излучения которых посредством фокусирующей системы концентрируется в облучаемой зоне. Однако известное устройство не позволяет обеспечить площадь облучаемого участка менее 9х9мм, а потому плотность энергии излучения на поверхности воздействия не удается увеличить более 40 Дж/см² даже при использовании специальных приспособлений для охлаждения кожи в области воздействия, таких как охлаждаемые наконечники. Увеличить плотность энергии воздействия не представляется возможным из-за недопустимо сильного термического поражения верхнего слоя кожи. В то же время при эпиляции для эффективного иссечения корневой системы волоса на глубине порядка 1 мм от поверхности кожи требуется точечное (диаметр пятна менее 1 мм) воздействие лучом с плотностью энергии выше 60 Дж/см².

Кроме того, неподвижное устройство видеонаблюдения (телекамера), размещенное автономно от лазерного блока в известном устройстве, предназначено лишь для контроля результатов операции и не позволяет получить отображение операционного поля с достаточной степенью достоверности для обеспечения возможности наведения луча при проведении "точечных" операций.

Таким образом, технический результат, получаемый при осуществлении описываемого изобретения, состоит в повышении эффективности лазерного воздействия, упрощении конструкции прибора и повышении достоверности визуального наблюдения за операционным полем.

Указанный технический результат достигается тем, что в лазерном медицинском приборе, содержащем корпус с размещенными в нем, по меньшей мере, одним лазерным излучателем, источником подсветки и датчиком излучения, фокусирующую систему, блок питания и устройство видеонаблюдения, последнее расположено в корпусе на одной оптической оси с фокусирующей системой, центральная часть которой выполнена с возможностью наблюдения области воздействия.

При этом фокусирующая система может быть выполнена в виде линзы или объектива с плоской центральной частью или в виде кольцевой линзы, в центральной части которой размещено устройство видеонаблюдения.

Устройство видеонаблюдения может быть выполнено как в виде фото- или телеобъектива, так и в виде объектива операционного микроскопа, а также в виде приемника видеосигнала, подключенного к блоку управления и/или к системе воспроизведения изображений, например к телеканалу или компьютеру.

Прибор может содержать средства для обеспечения возможности сканирования путем совместного перемещения лазерного излучателя, фокусирующей системы и устройства видеонаблюдения.

Целесообразно использовать лазерные излучатели, обеспечивающие плотность энергии излучения на поверхности воздействия более 60 Дж/см².

В качестве такого излучателя может быть использован полупроводниковый лазер с длительностью импульса 0,1-10 мс либо компактный Nd-YAG лазер с длиной волны лазерного излучения 1,06 мкм и длительностью импульса 1 нс-10 см.

В случае использования стационарного лазера в качестве лазерного излучателя может быть использовано оконечное устройство волоконной системы доставки лазерного излучения.

На чертеже представлено описываемое изобретение, где изображены:
на фиг.1 - схема лазерного медицинского прибора,
фиг.2 - оптимальная схема расположения элементов прибора в корпусе,
фиг.3 - оптическая схема сведения лучей лазерных излучателей,
фиг.4 - вариант конструкции лазерного медицинского прибора,
фиг. 5 - пример применения лазерного медицинского прибора для лазерной эпиляции,
фиг. 6 - пример применения лазерного медицинского прибора для лазерной шлифовки.

В корпусе 1 размещены силовые лазерные излучатели 2, источник подсветки 3, датчики 4 излучения и устройство видеонаблюдения 5. Фокусирующая система 6 установлена на одной оптической оси с устройством видеонаблюдения 5.

Корпус 1 одновременно выполняет роль радиатора для охлаждения силовых лазерных излучателей 2 и может быть выполнен с выступами 7.

Фокусирующая система 6 состоит из обычных оптических элементов для фокусировки и сведения лучей, например, в виде линзы с плоской центральной частью или кольцевой линзы.

В качестве лазерных излучателей 2 используются, преимущественно, полупроводниковые лазеры ближнего ИК или видимого диапазона. Эти приборы обладают достаточной мощностью, компактны и исключительно надежны. Могут быть также использованы и другие типы лазеров или их сочетания, например твердотельные лазеры ближнего ИК или видимого диапазона в компактном исполнении, расположенные непосредственно в корпусе 1 или связанные с ним волоконными системами доставки излучения. Для получения режущего эффекта целесообразно использовать несколько силовых полупроводниковых лазеров.

Для сведения лучей нескольких лазерных излучателей 2 целесообразно использовать "коаксиальную схему" их расположения (фиг.2), когда отдельные лазеры установлены на одинаковом удалении от оптической оси фокусирующей системы 6, а их лучи строго параллельны оптической оси. Источник подсветки 3 расположен на той же образующей относительно оси фокусирующей системы 6 аналогично лазерным излучателям 2 и его луч легко совмещается с пятном лазерных излучателей на поверхности 8 воздействия (кожи). Аналогично размещены и датчики 4 излучения, а потому не требуют для своей работы дополнительных оптических элементов. Описанное размещение лазерных излучателей 2, источников подсветки 3 и датчиков 4 оставляет центральную часть фокусирующей системы 6 свободной от излучения лазеров и позволяет использовать ее для наблюдения за операционным полем посредством установленного в центре корпуса устройства видеонаблюдения 5.

Устройство видеонаблюдения 5 может быть как объективом фотокамеры, видеокамеры или операционного микроскопа, так и приемником видеосигнала, который подключен к блоку управления, телеканалу или монитору компьютера. Установленное в корпусе 1 устройство видеонаблюдения 5 имеет возможность перемещаться вместе с лазерным блоком так, что точка фокусировки лазерных излучателей 2 всегда находится в его поле зрения. Расположенное на одной оси с фокусирующей системой 6 устройство видеонаблюдения 5 может работать с короткофокусной оптикой.

Кроме того, конструкция лазерного медицинского прибора с устройством видеонаблюдения 5, размещенным в центре корпуса 1, позволяет решить задачу оперативного и точного наведения лазерного луча в точку воздействия, что приобретает особо важное значение в "точечных" методах лечения при воздействии излучением с большой плотностью энергии (более 60 Дж/см²) на минимальной площади (менее 1 мм) биоткани, например, при проведении эпиляции, когда для эффективного разрушения корневой системы волоса на глубине порядка 1 мм требуется плотность энергии воздействия лазерным излучением более 100 Дж/см², а размер пятна для безопасного термического поражения не должен превышать долей миллиметра (размеров луковицы волоса). В то же время подключенный к блоку управления и монитору компьютера описываемый прибор имеет возможность осуществлять видеонаблюдение непосредственно в процессе воздействия, что позволяет более точно и эффективно производить сканирование при проведении лазерной шлифовки кожи и оперативно управлять процессом операции.

Описываемый лазерный медицинский прибор, обладая компактностью и небольшим весом, может использоваться как насадка к CO₂, эрбиевому или другим лазерам для совместного воздействия на организм пациента.

Для осуществления перемещений описываемого прибора он может быть оснащен шаговыми двигателями 9 и/или размещен в кожухе 10, закрепленном на манипуляторе 11 (фиг.4).

Лазерный медицинский прибор работает следующим образом. Предварительно производят подключение элементов прибора к блокам питания и управления (на чертеже не показаны) и осуществляют юстировку излучения отдельно каждого лазера до совмещения всех пятен в одно пятно площадью менее 1 мм².

Наведение лазерного пятна в точку воздействия производят путем перемещения корпуса прибора относительно поверхности 8 воздействия либо вручную, либо посредством шаговых двигателей 9 с приводом и/или манипулятора 11. Устройство видеонаблюдения 5, жестко связанное со всеми элементами прибора, позволяет исключить возможные ошибки в наведении луча. Управление перемещением может осуществляться автоматически через блок управления или с использованием компьютерных систем анализа изображений.

Энергия лучей лазерных излучателей 2 концентрируется фокусирующей системой 6 в области луковицы 12 волоса 13 (фиг.5) в пятно размером порядка долей миллиметра и может достигать плотности 100 Дж/см², что при длительности импульса в единицы миллисекунды вызывает нагрев ткани на глубине до 1 мм (область луковицы волоса) до температуры 150-200^оС, которая приводит к необратимому термическому поражению луковицы 12. В отличие от известных приборов такого назначения цвет волоса и его стадия роста не влияют на эффективность операции, т.к. описываемый прибор всегда может обеспечить в области луковицы температуру, достаточную для ее полного разрушения. При этом площадь поражения кожи настолько мала (доли миллиметра), что косметические дефекты маловероятны.

Непосредственное применение полупроводникового лазера для лазерной шлифовки ограничено слишком малым поглощением излучения в коже, поэтому описываемый прибор целесообразно использовать в режиме искусственного увеличения поглощения верхнего слоя кожи за счет нанесения и частичного внедрения в кожу сенсибилизатора с сильным поглощением света, например, содержащего частицы углерода.

В этом случае излучение описываемого лазерного медицинского прибора 14 (фиг.6, а) фокусируется на поверхность 8 кожи, покрытую графитовой эмульсией 15. Поглощение излучения происходит в слое графитовой эмульсии 15, что приводит к испарению ее вместе с верхним слоем кожи. Прибор перемещают таким образом, чтобы пятно 16 (фиг.6, б) лазерного излучения передвигалось построчно, последовательно воздействуя на всю выбранную поверхность. За один проход производится удаление до нескольких десятков микрон эпителия, что достаточно для устранения мелких морщин и обновления кожи.

Для примера представлены параметры полупроводникового лазера при использовании его для косметологических операций и, в частности, для эпиляции и лазерной шлифовки кожи. Так, при мощности каждого лазерного излучателя 2 Вт и количестве излучателей 5шт. суммарная мощность на выходе прибора составляет 10 Вт. Исходя из этого, устанавливают следующие режимы работы прибора
для эпиляции:
- Плотность энергии - 100 Дж/см²
- Длительность импульса - 10 мс
- Диаметр пятна на поверхности кожи - 0,3 мм
для лазерной шлифовки кожи:
- Плотность энергии при использовании графитового сенсибилизатора - 10 Дж/см²
- Длительность импульса - 3-5 мс
- Диаметр пятна на поверхности кожи - 0,7 мм
При увеличении длительности импульса и пропорциональном уменьшении мощности лазера (энергия импульса остается постоянной) возможна и реализация режима "горения" ткани на углеродной затравке, как это происходит при рассечении тканей. Режим "горения" требует значительно меньших плотностей энергии, чем импульсный нагрев, т.к. поглощение излучения в углеродной пленке несравненно больше поглощения в ткани.

Изобретение делает возможным вызывать и другие процессы в биоткани, например, такие как при использовании лазерного излучения длиной волны 1,06 мкм (лазер Nd-YAG) с длительностью импульса в наносекундном диапазоне и плотностью энергии излучения на поверхности воздействия порядка 7 Дж/см².

Таким образом, описываемое изобретение представляет собой компактный, простой и надежный, многофункциональный медицинский прибор, который позволяет эффективно реализовывать различные методы воздействия лазерным излучением на биологические объекты с получением достоверной информации о ходе операции в реальном времени.

Источники информации
1. Патент РФ 2059420, кл. МКИ А 61 N 5/06, оп.1996г.

2. Лазерный эпилятор "Ligtsheer", проспект фирмы Coherentл

Использование: в медицине, в лазерной хирургии, а именно в косметологии для лазерной эпиляции и шлифовки кожи. Сущность изобретения: лазерный медицинский прибор содержит корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один лазерный излучатель, источник подсветки и датчик излучения, а также устройство видеонаблюдения, расположенное на одной оси с фокусирующей системой, выполненной с возможностью наблюдения области воздействия лазерным излучением. Технический результат - повышение эффективности воздействия, упрощение конструкции и повышение достоверности наблюдения. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Лазерный медицинский прибор, содержащий корпус с размещенными в нем, по меньшей мере, одним лазерным излучателем, источником подсветки и датчиком излучения, фокусирующую систему, устройство видеонаблюдения и блок питания, отличающийся тем, что устройство видеонаблюдения расположено на одной оси с корпусом и фокусирующей системой, а лазерный излучатель, источник подсветки и датчик излучения размещены по образующей, коаксиальной оси фокусирующей системы. 2. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что фокусирующая система выполнена в виде линзы или объектива с плоской центральной частью. 3. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что фокусирующая система выполнена в виде линзы кольцевой формы, в центральной части которой размещено устройство видеонаблюдения. 4. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что устройство видеонаблюдения выполнено в виде фото-, телекамеры или в виде объектива операционного микроскопа. 5. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что устройство видеонаблюдения выполнено в виде приемника видеосигнала, и подключено к блоку управления и/или к системе воспроизведения изображений, например, телеканалу или компьютеру. 6. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средства для обеспечения возможности сканирования путем совместного перемещения лазерного излучателя, фокусирующей системы и устройства видеонаблюдения. 7. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что лазерный излучатель выполнен с возможностью обеспечения плотности энергии излучения на поверхности воздействия более 60 Дж/см². 8. Лазерный медицинский прибор по п. 7, отличающийся тем, что в качестве лазерного излучателя используют полупроводниковый лазер с длительностью импульса 0,1-10 мс. 9. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве лазерного излучателя используют Nd-YAG лазер с длиной волны лазерного излучения 1,06 мкм и длительностью импульса 1нс-10мс. 10. Лазерный медицинский прибор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве лазерного излучателя используют оконечное устройство волоконной системы доставки лазерного излучения, например, от стационарного лазера.