Патент на изобретение №2392018

(54) ЛАЗЕРНОЕ МЕДИЦИНСКОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к лазерным устройствам для локализованного терапевтического лечения и оперативного воздействия лазерным излучением заболеваний и аномалий биологических тканей. Лазерное медицинское устройство содержит связанные между собой микропроцессор управления, соединенный с преобразователем, и оптический блок, имеющий два излучателя, генерирующих лазерное излучение, соответственно, в видимом и инфракрасном диапазонах оптического спектра, к дистальному торцу общего оптоволокна которых подключен сменный инструмент, при этом микропроцессор оснащен блоком индикации. Преобразователь подсоединен к оптоволокну и выполнен в виде конического рассеивателя с диффузным отражением стенок, который с микропроцессором коммутируется посредством встроенного в основание фотодиода. Изобретение позволило расширить технологические возможности оперативного воздействия на биоткани пациентов при повышении функциональной надежности устройства в целом, за счет применения фотоэлектрического метода активного измерения мощности лазерного излучения в волоконном инструменте посредством диффузионного рассеивателя, обеспечивающего обратную связь управления. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к лазерным устройствам для локализованного терапевтического лечения и оперативного воздействия лазерным излучением заболеваний и аномалий биологических тканей.

Уровень данной области техники характеризует лазерное медицинское устройство, описанное в патенте RU 2172190, A61N 5/06, 2001 г., которое содержит микропроцессорный блок управления, связанный с блоком питания и оптическим блоком, который включает полупроводниковые лазерные источники, излучающие в видимой и инфракрасной областях спектра.

Световоды от лазерных источников, являющиеся составляющими оптического узла юстировки волоконно-оптического преобразователя, сведены в одно волокно, выполненное в виде плотного цилиндра с полированным дистальным торцом, который выходом подключен к сменному волоконно-оптическому инструменту, имеющему световод диаметром 200-400 мкм.

Мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в видимой области, не превышает 5 Вт, а мощность полупроводниковых лазерных источников, излучающих в инфракрасной области спектра, не превышает 25 Вт.

Устройство может быть использовано для воздействия лазерным излучением при различных режимах работы в хирургии, при термовоздействиях, в терапии, в том числе фотодинамической терапии.

Недостатком описанного устройства является недостаточная эффективность лазерного воздействия и продолжительность операции из-за того, что в нем не предусмотрен чувствительный термоэлемент диагностирования месторасположения пораженного участка биоткани, имеющего повышенную температуру, с целью направленного лазерного излучения.

Отмеченный недостаток устранен в устройстве для лечения злокачественных опухолей по патенту RU 2297858, A61N 5/067, 2007 г., который по существу и числу совпадающих признаков выбран в качестве ближайшего аналога предложенному лазерному медицинскому устройству.

Известное устройство предназначено для применения в оториноларингологии, гастроэнтерологии, рефлексотерапии, ортопедии и травмотологии, для диагностики патологии и точного определения места локализации пораженных клеток, в котором используется встроенный в инструментальный наконечник температурный сенсор (преобразователь), коммутирующийся с микропроцессором.

С микропроцессором связан оптический блок, включающий два излучателя, генерирующих лазерное излучение в видимом диапазоне и ближней инфракрасной области оптического диапазона, подведенных через разъем преобразователя к волоконно-оптическому световоду.

Устройство оснащено дисплеем, блоком ввода данных и портом программирования по контролируемым параметрам в режиме реального времени за счет совмещения эндоскопа с температурным сенсором, связанных через процессор с видиоконтрольным монитором.

Однако недостатком известного устройства является неудовлетворительная функциональная надежность по причине отсутствия в структуре элемента объективного контроля ввода мощности лазерного излучения непосредственно в обрабатываемую ткань. Кроме того, целесообразно наличие в устройстве возможности активного управления процессом ввода мощности лазерной энергии в процессе контролируемого воздействия на пораженный участок биоткани.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности лазерного медицинского устройства и расширение его технологических возможностей.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном лазерном медицинском устройстве, содержащем связанные между собой микропроцессор управления, соединенный с преобразователем, и оптический блок, имеющий два излучателя, генерирующих лазерное излучение, соответственно в видимом и инфракрасном диапазонах оптического спектра, к дистальному торцу общего оптоволокна которых подключен сменный инструмент, при этом микропроцессор оснащен блоком индикации, согласно изобретению преобразователь подсоединен к оптоволокну и выполнен в виде конического рассеивателя с диффузным отражением стенок, который с микропроцессором коммутируется посредством встроенного в основание фотодиода.

Отличительные признаки за счет применения фотоэлектрического метода активного измерения мощности лазерного излучения в волоконном инструменте посредством диффузионного рассеивателя, обеспечивающего обратную связь управления, позволили расширить технологические возможности оперативного воздействия на биоткани пациентов при повышении функциональной надежности устройства в целом.

В предложенном устройстве осуществляется активный контроль качества транспортировки лазерного излучения до цели воздействия, по результатам которого регулируется его мощность до заданного уровня, компенсируя, в частности, потери на технологические загрязнения рабочей поверхности инструмента, возможные деформации или нарушения механической целостности оптоволокна.

Подключение преобразователя непосредственно к оптоволокну позволяет в реальном времени активно контролировать заданный уровень мощности лазерного излучения, подаваемого к обрабатываемому биологическому объекту и опосредованно целостность волоконных оптоволокна и концевого инструмента.

Выполнение преобразователя в виде конусного рассеивателя с внутренним покрытием стенок, имеющим диффузионный коэффициент отражения, обеспечивает передачу информации без потерь при произвольном расположении передатчика и приемника лазерного излучения в основании конуса.

Это упрощает конструкцию преобразователя и устройства в целом, снижает потребительскую стоимость изделия, в котором юстировка осуществляется без линз при равномерном распределении лазерной энергии по поверхности конического преобразователя.

Использование в преобразователе приемника лазерного излучения в виде фотодиода обосновано его функциональностью тем, что он автоматически измеряет световой поток, замещаемый мощностью постоянного тока, значение которого поступает через микропроцессор на блок индикации.

Снабжение микропроцессора блоком регулирования параметров лазерного излучения позволяет в соответствии с данными блока индикации активно регулировать мощность в заданных пределах соответственно в оптоволокне и рабочем инструменте, оптимальную для конкретного вида выбранной операции медицинского назначения.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их устойчивое единство является достаточным для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 – блок-схема предложенного устройства;

на фиг.2 – преобразователь.

Лазерное медицинское устройство содержит микропроцессор 1 управления и оптический блок 2, подключенные к блоку 3 питания.

Оптический блок 2 включает два лазерных излучателя 4 и 5, выполненных в виде полупроводниковых лазерных диодов, генерирующих излучение соответственно в видимом диапазоне (0,53-0,67 мкм) и в инфракрасном диапазоне (0,97-1,56 мкм) спектра длин волн.

Лазерные излучатели 4, 5 с блоком 3 питания связаны через блок 6 буферного управления, который соединен с выходом микропроцессора 1 для обеспечения непрерывного и импульсного (широтно-импульсная модуляция или меандр) режима работы при автономном и совместном функционировании излучателей 4, 5, согласно программно-аппаратурному регламенту.

Выходы лазерных преобразователей 4 и 5 сведены в волоконно-оптическом преобразователе 7 и через его оптический разъем 8 связаны со световодом 9 (оптоволокном), на дистальном конце которого смонтирован сменный лазерный инструмент 10, посредством которого осуществляется доставка излучения в биоткань для терапевтического лечения или оперативных воздействий.

Оптический разъем 8 служит для адаптивной передачи лазерного излучения мощностью до 30 Вт от оптического блока 2 с оптоволокном 9 диаметром 200 мкм к сменному волоконному инструменту 10 диаметром не менее 400 мкм при минимальной потере мощности

Оптоволокно 9 оснащено отводом 11, посредством которого осуществляется коммутирование с преобразователем 12, служащего для измерения мощности лазерного излучения.

Преобразователь 12 (фиг.2) выполнен в форме конуса с диффузионным отражением стенок, что позволяет без аксиальной юстировки и рассеивающих линз точно измерять мощность излучаемой энергии.

В основании конического преобразователя 12 смонтированы цанговый зажим 13 для установки оптоволокна 9 или его отвода 11, а также фотодиод 14 (приемник), укрепленный в держателе 15.

Фотодиод 14 соединен с одним из входов микропроцессора 1, который связан с блоком 16 индикации (дисплей) и блоком 17 ручного управления.

Функционирует предложенное лазерное медицинское устройство следующим образом.

После включения блока 3 питания (50-60 Гц, 220 В, 1А) с блока 17 проводят установку требуемых режимов и параметров излучения.

При этом в устройстве настраиваются: мощность рабочего лазерного излучения, мощность пилотного лазера, непрерывный/импульсный режим рабочего излучения, параметры импульсов.

Для наведения рабочего лазерного излучения на обрабатываемую область биоткани применяется маломощный прицельный лазер с длиной волны 0,53 мкм. Зеленое излучение прицельного лазера распространяется по оптоволокну 9 так же, как и невидимое инфракрасное излучение, при этом размер и форма пятна совпадают.

Поскольку устройство имеет излучатель 4 видимого диапазона длины волны, то проведение лечебной процедуры инфракрасным излучателем 5 сопровождается визуализацией зоны воздействия излучением с длиной волны 0,97-1,06 мкм.

Кроме того, поскольку лазерное облучение в видимом диапазоне длин волн само по себе оказывает лечебное воздействие, то процедура, по сути дела, проводится сразу на двух длинах волн при различных параметрах излучения в инфракрасном и видимом диапазонах, что расширяет технологические возможности и эффективность воздействия на биоткань.

Генерируемое каждым лазерным излучателем 4, 5 излучение с помощью волоконно-оптического преобразователя 7 сводится воедино в общее оптоволокно 9 и далее – в инструмент 10.

При этом через отвод 11 излучение подается в преобразователь 12, в котором посредством фотодиода 14 измеряется его мощность, визуализируемая на дисплее 16 микропроцессора 1.

По результатам измерения мощности лазерного излучения в отводе 11 осуществляют косвенный контроль лазерного излучения инструментом 10 и активно (во время проведения облучения) изменяют величину лазерного изучения до номинала посредством блока 17 вручную.

Для межоперационной настройки мощности лазерного излучения инструментом 10 непосредственно в биоткань и контроля целостности оптоволокна 9 последнее взамен отвода 11 устанавливают в зажим 13 преобразователя 12, измеряя тем самым посредством фотодиода 15 истинное значение излучаемой энергии инструментом 10 во время лечения и регулировку его мощности.

Воздействие на биоткань в работе устройства осуществляется либо дистанционно через инструмент 10, либо при непосредственном контакте оптоволокна 9 с биотканью, когда воздействие осуществляется не только излучением, но и раскаленным концом оптоволокна 9, что неизбежно приводит к его обгоранию и снижению интенсивности светового потока.

При выходе мощности рабочего лазерного излучения на 20% от установленного номинала в микропроцессоре 1 вырабатывается звуковой сигнал частотой 50-100 Гц с уровнем звука более 45 дБ, свидетельствующий о необходимости скорректировать мощность лазерного излучения по вышеописанному или чистить подгоревший, загрязненный торец дистального конца оптоволокна 9, или заменить его в случае потери целостности.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает объективность ввода предписанной мощности лазерного излучения в обрабатываемую биоткань.

Опытный образец прибора на базе предложенного лазерного медицинского устройства прошел клинические испытания, в результате чего рекомендован для сертификации и промышленного серийного выпуска.

Испытаниями определена практическая целесообразность, медицинское применение лазерного излучения различных длин волн:

0,97 мкм – общая хирургия, кожно-пластическая, лапаро- и эндоскопическая области хирургии в онкологии, гинекологии, урологии, при лечении ЛОР-заболеваний, в дерматологии и сосудистой хирургии, артроскопии, стоматологии, косметологии;

1,06 мкм – для лечения методами интерстициальной термотерапии, гипертермии в онкологии и дерматологии, общей хирургии, низкоинтенсивной лазерной терапии;

1,56 мкм – сердечно-сосудистая хирургия (реваскуляризация миокарда), ЛОР-хирургия, общая хирургия;

0,67 мкм – низкоинтенсивная лазерная терапия, фотодинамическая терапия (онкология, дерматология, иммунология);

0,53 мкм – низкоинтенсивная лазерная терапия (дерматология, косметология, иммунология).

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по лазерной технике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного производства лазерных медицинских устройств, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Формула изобретения

Лазерное медицинское устройство, содержащее связанные между собой микропроцессор управления, соединенный с преобразователем, и оптический блок, имеющий два излучателя, генерирующих лазерное излучение соответственно в видимом и инфракрасном диапазонах оптического спектра, к дистальному торцу общего оптоволокна которых подключен сменный инструмент, при этом микропроцессор оснащен блоками индикации и ручного регулирования, отличающийся тем, что преобразователь подсоединен к оптоволокну и выполнен в виде конического рассеивателя с диффузным отражением стенок, который с микропроцессором коммутируется посредством встроенного в основание фотодиода.

РИСУНКИ