ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР И ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР И ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА


RU (11) 2286628 (13) C1

(51) МПК
H01S 3/00 (2006.01)
H01S 3/22 (2006.01)
A61B 18/00 (2006.01)
A61B 18/04 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.10.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005116753/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.01 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.01 
(45) Опубликовано: 2006.10.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2118025 С1, 20.08.1998. JP 63-313892, 21.12.1988. US 4509174 A, 02.04.1985. RU 2090157 C1, 20.09.1997. SU 1754078 A1, 03.10.1989. US 4473074 A, 25.09.1984. 
(72) Имя изобретателя: Никифоров Сергей Михайлович (RU); Алимпиев Сергей Сергеевич (RU); Симановский Ярослав Олегович (RU); Горбатова Наталья Евгеньевна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Никифоров Сергей Михайлович (RU); Алимпиев Сергей Сергеевич (RU); Симановский Ярослав Олегович (RU); Горбатова Наталья Евгеньевна (RU) 
(98) Адрес для переписки: 125239, Москва, ул. Новопетровская, 3, кв.193, Т.П. Ивановой 

(54) ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР И ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к газовым лазерам и может быть использовано в научных целях, лазерных технологиях, медицине, в лазерной хирургии и косметологии. Импульсно-периодический газовый лазер содержит рабочую камеру, неподвижные электроды основного разряда, центральный электрод основного разряда, электроды предыонизации, оптический резонатор и высоковольтный источник питания, а также датчик углового положения разрядника, соединенный с блоком управления. В цепь высоковольтного источника питания включены балластные сопротивления, накопительные конденсаторы, компенсирующие конденсаторы и неподвижные электроды разрядника. Блок управления подключен к управляющим входам источника питания двигателя и высоковольтного источника питания. Центральный электрод основного разряда выполнен с возможностью синхронного вращения с вращающимися электродами разрядника. Газовая смесь состоит из углекислого газа (СО2) и азота (N 2). Лазерная хирургическая установка включает импульсно-периодический газовый лазер, пилотный лазер, оптический световод, фокусирующую линзу, измеритель энергии излучения и блок управления. Технический результат - увеличение мощности излучения лазера и повышение эффективности его работы и работы лазерной хирургической установки, упрощение конструкции лазера, снижение его стоимости и сокращение средств на его обслуживание, снижение теплового поражения ткани, повышение безопасности пациента и персонала, расширение области применения установки, снижение веса, габаритов и цены, обеспечение мобильности и простоты обслуживания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к газовым лазерам и может быть использовано в научных целях, лазерных технологиях, медицине, преимущественно, в лазерной хирургии и косметологии.

Известные импульсные газовые углекислотные лазеры («Лазеры в хирургии» под ред. О.К.Скобелкина, Медицина, М., 1989 г., стр.14-24, 181, 182) мощностью до 100 Вт, обладают более предпочтительными перед другими лазерами характеристиками для осуществления операций на биологической ткани и имеют относительно небольшую стоимость (10-30 тыс. долларов США). Однако недостаточная мощность излучения таких лазеров не позволяет реализовать режим воздействия на биологическую ткань, при котором удаляют строго ограниченный слой ткани без термического поражения окружающих слоев (режим абляции). Для реализации режима абляции, когда вся энергия лазера затрачивается на удаление ткани в зоне облучения без избыточного нагрева, длительность импульса излучения лазера не должна превышать 100 мкс при энергии излучения в импульсе 30-100 мДж. Мощность излучения лазера при этом составляет 300-1000 Вт. При недостаточной мощности излучения для удаления ткани увеличивают длительность импульса до величин более 1 мс, что приводит к значительному термическому повреждению окружающих слоев ткани и, как следствие, к увеличению послеоперационного периода.

Известен импульсный волноводный СО2 лазер с радиочастотной накачкой (лазер «UltraPluse» фирмы Coherent), который обладает наиболее приемлемыми для косметологической хирургии параметрами излучения: длительностью импульса 100 мкс, энергией в импульсе около 100 мДж и пиковой мощностью порядка 1000 Вт. Этот лазер обеспечивает режим абляции при воздействии на ткань, и его успешно используют в косметологической медицине («Аппарат для лазерной шлифовки кожи «UltraPluse 5000» фирмы «Coherent»). Однако применение в известном лазере радиочастотной накачки с мощностью генератора более 10 кВт требует специальных конструктивных решений по защите от электромагнитных излучений. Конструкция разрядной камеры такого лазера требует применения жидкостного охлаждения. Используемая в известном лазере газовая смесь содержит гелий, что ограничивает срок ее службы и требует установки в лазере системы замены смеси. Все это приводит к усложнению конструкции и увеличению цены изделия (порядка 200 тыс. долларов США).

Наиболее близким из известных лазеров к описываемому является импульсно-периодический газовый лазер (патент РФ №2118025, МКИ Н 01 S 3/038, оп.1998 г.), включающий рабочую камеру, неподвижные электроды основного разряда, центральный электрод основного разряда, выполненный с возможностью вращения, электроды предыонизации, оптический резонатор и высоковольтный источник питания, в цепь которого включены балластные сопротивления, накопительные конденсаторы и разрядник с вращающимися и неподвижными электродами.

Известный лазер частично решает проблемы увеличения мощности излучения, упрощения конструкции лазера, уменьшения его габаритов и снижения веса.

Протяженная длина активной среды известного лазера обеспечивает ему достаточно большую мощность. Известный лазер отличается компактностью элементов и простотой электрической схемы питания, а отсутствие отдельных средств для прокачки газовой смеси и для создания разряда предыонизации дополнительно позволяют упростить конструкцию лазера и уменьшить потребляемую мощность.

В то же время, поскольку в процессе изготовления такого лазера практически невозможно абсолютно точно обеспечить его симметрию, при пробое разрядника происходит несинхронное нарастание напряжения на неподвижных электродах, а следовательно, имеет место нестабильность разряда на разрядных промежутках лазера. Это приводит к ограничению выходной энергии и ее нестабильности, что нежелательно, в частности при воздействии на биологические ткани.

Кроме того, для исключения перегрузки высоковольтного источника питания постоянного тока, используемого в известном лазере, и обеспечения устойчивого гашения разрядника между импульсами разряда при пробое разрядника в цепь заряда накопительных конденсаторов включают большие балластные сопротивления (около 500 кОм). Применение же высокоомных балластных резисторов резко снижает КПД лазера, так как при заряде накопительных емкостей значительная мощность источника питания затрачивается на омический нагрев резисторов.

При этом применяемая в известных лазерах газовая смесь с высоким содержанием гелия (50-80%) из-за диффузии последнего из камеры и нестабильности разряда обладает низким временем жизни. Необходимость же в специальных устройствах для автоматической смены газовой смеси в лазере приводит к усложнению конструкции, увеличению его веса, габаритов и значительному повышению стоимости лазеров, а также создает дополнительные трудности в его обслуживании и эксплуатации.

Наиболее близкой к описываемой лазерной хирургической установке является лазерный хирургический аппарат «UltraPulse Encore» (Производитель - Фирма "Lumenis", USA), включающий газовый лазер, пилотный лазер, оптический световод, фокусирующую линзу, измеритель энергии излучения и блок управления.

Известный лазерный хирургический аппарат считают одной из лучших установок для проведения косметологических операций. В то же время в известном аппарате не удается получить мощность излучения в импульсе больше 1 киловатта и длительность импульса меньше 100 мкс, что снижает эффективность проводимых косметологических операций. При этом известная установка сложна в обслуживании, а из-за использования мощного СВЧ генератора требует специальных средств защиты пациента от СВЧ излучения. Большие габариты (0,5×2 м) и вес (порядка 128 кг) известной лазерной установки не позволяют широко применять ее в мобильном режиме в клиниках, оказывающих медицинские услуги амбулаторно. Кроме того, известная установка может работать только в области строго определенной длины волны - 10,6 мкм и в силу этого неэффективна для многопрофильного применения, например и для целей стоматологии, где резка костной ткани эффективнее на длине волны 9,6 мкм.

Таким образом, технический результат от использования описываемого изобретения состоит в увеличении мощности излучения лазера и повышении эффективности его работы за счет повышения стабильности объемного разряда, а также в упрощении конструкции лазера, снижении его стоимости и сокращении средств на его обслуживание.

Технический результат от использования описываемого изобретения состоит также в повышении эффективности работы лазерной хирургической установки в косметологических целях, снижении теплового поражения ткани, в повышении безопасности пациента и персонала, в расширении области применения установки за счет обеспечения ее работы в области переменных длин волн излучения и, кроме того, в снижении веса, габаритов и цены установки, в обеспечении ее мобильности и простоты обслуживания.

Указанный технический результат достигается тем, что импульсно-периодический газовый лазер, включающий рабочую камеру, неподвижные электроды основного разряда, центральный электрод основного разряда, выполненный с возможностью вращения, электроды предыонизации, оптический резонатор и высоковольтный источник питания, в цепь которого включены балластные сопротивления, накопительные конденсаторы и разрядник с вращающимися и неподвижными электродами, содержит компенсирующие конденсаторы, подключенные к накопительным конденсаторам, и датчик углового положения разрядника, соединенный с блоком управления, который связан с входами источника питания двигателя и высоковольтного источника питания, выполненного импульсным двуполярным, при этом газовая смесь состоит из углекислого газа (СО2) и азота (N2) при следующем соотношении объемов: CO2:N2=1:0,1-10.

Предпочтительно центральный электрод основного разряда разместить на валу, который соединен с двигателем.

Целесообразно центральный электрод выполнить с размещенными на его поверхности как минимум двумя парами лопастей, которые образуют дополнительные разрядные промежутки предыонизации.

Поверхности неподвижных электродов основного разряда, обращенные к центральному электроду, могут быть выполнены в виде частей цилиндрической, размещенной коаксиально оси вращения центрального электрода.

При этом разрядник может быть выполнен в виде диска с отверстием, по периметру которого размещена, по меньшей мере, одна пара электродов, при этом диск расположен на валу двигателя с возможностью синхронного вращения с вращающимся электродом основного разряда, а неподвижные электроды разрядника включены в цепь накопительных емкостей.

Указанный технический результат достигается также тем, что в лазерной хирургической установке, включающей газовый лазер с высоковольтным источником питания, оптический световод, фокусирующую линзу, пилотный лазер, измеритель энергии излучения и блок управления, в качестве газового лазера использован импульсно-периодический газовый лазер с поперечным разрядом, содержащий накопительные конденсаторы, вращающийся центральный электрод основного разряда и разрядник с вращающимися электродами, а высоковольтный источник питания лазера выполнен импульсным двуполярным и подключен к блоку управления, при этом измеритель энергии излучения подключен через блок управления к высоковольтному источнику питания с возможностью изменения порогового напряжения заряда накопительных конденсаторов.

При этом лазерная хирургическая установка может быть выполнена с возможностью обеспечения длительности импульса воздействующего излучения на выходе световода 10-50 мкс при пиковой мощности излучения 20-50 киловатт.

Целесообразно газовый лазер выполнить с возможностью изменения длины волны излучения в диапазоне 9,3-10,6 мкм.

Предпочтительно блок управления выполнить с возможностью изменения частоты следования импульсов излучения.

В конструкции лазера согласно настоящему изобретению за счет использования компенсирующих конденсаторов, подключенных к накопительным конденсаторам, получают одинаковую скорость нарастания напряжения на разрядных промежутках, обеспечивая в них одновременное развитие объемного разряда, и тем самым увеличивают стабильность разряда, что приводит к росту энергии излучения лазера в 1,5-3 раза и увеличению долговечности газовой смеси в 2-3 раза.

Известно, что в импульсных СО 2 лазерах с поперечным разрядом длительность импульса излучения определяется соотношением азота и углекислого газа и давлением газовой смеси в камере лазера. Конструкция описываемого лазера позволяет использовать газовую смесь, в которой содержание азота до 10 раз может превосходить содержание углекислого газа, благодаря чему обеспечивают необходимую длительность импульса в пределах до 10-50 мкс при давлении газовой смеси в камере 0,1 атм.

Использование газовой смеси без гелия позволяет также увеличить время жизни газовой смеси и снизить ее стоимость. При этом продление срока службы смеси упрощает конструкцию лазера, поскольку отпадает необходимость в специальных устройствах для автоматической смены газовой смеси.

При этом применение импульсного двуполярного высоковольтного источника питания для заряда накопительных конденсаторов, момент включения которого синхронизован с положением вращающихся электродов разрядника, позволяет осуществлять выключение разрядника автоматически при разряде накопительных конденсаторов и снизить величину балластных резисторов в 100 раз, что приводит к увеличению КПД электрической цепи и лазера в целом. Так как импульсный высоковольтный источник питания выключен в момент протекания основного разряда, величина балластных сопротивлений не влияет на гашение разрядника.

Описываемая конструкция лазера позволяет работать без теплообменников, функцию которых выполняет корпус рабочей камеры лазера, что дополнительно упрощает конструкцию прибора.

Датчик углового положения разрядника обеспечивает включение импульсного высоковольтного источника питания только в те моменты времени, когда разрядник не замкнут, что исключает перегрузку высоковольтного источника питания и позволяет значительно уменьшить величину балластных сопротивлений. Стабилизация частоты вращения электродной системы лазера, а следовательно, стабилизация частоты повторения лазерных импульсов осуществляется путем изменения скорости вращения двигателя по сигналам блока управления (микропроцессора) через блок питания двигателя.

Описываемая конструкция лазера позволяет осуществлять замену зеркал в оптическом резонаторе и, изменяя свойства последнего, получать различную длину волны лазерного излучения в диапазоне 10,6-9,3 мкм.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема лазерной хирургической установки в соответствии с изобретением, включающая конструктивную схему описываемого лазера и его электрическую схему питания (выделено пунктиром), на фиг.2 представлена схема рабочей камеры лазера в разрезе, на фиг.3 - схема разрядника, а на фиг.4 показана временная диаграмма их работы.

Импульсно-периодический газовый лазер выполнен следующим образом.

В рабочей камере 1 расположены неподвижные электроды 2 основного разряда, вал 3 и установленный на нем центральный электрод 4 основного разряда, образующий с неподвижными электродами основного разряда 2 разрядные промежутки 5. На вращающемся электроде укреплены, по крайней мере, две пары лопастей 6, образующие с неподвижными электродами 7 предыонизации разрядные промежутки разряда предыонизации. Неподвижные электроды 7 покрыты слоем диэлектрика, расположены параллельно электродам 2 и служат для обеспечения начальной ионизации в основном разрядном промежутке.

Корпус рабочей камеры может быть выполнен металлическим.

Поверхности неподвижных электродов 2 основного разряда, обращенные к центральному электроду 4, представляют собой части цилиндрической поверхности с радиусом кривизны равным радиусу центрального электрода плюс размер разрядного промежутка и размещены коаксиально оси вращения электрода 4. Это обеспечивает однородность электрического поля в разрядном промежутке, что способствует повышению стабильности разряда, а также увеличению КПД лазера и срока службы газовой смеси.

На валу 3 установлен также вращающийся элемент пассивного разрядника 8, выполненный в виде диска с одним или несколькими отверстиями 9 и электродами 10, расположенными по периметру диска. Количество пар электродов 10 соответствует количеству пар лопастей 5. Оптический резонатор описываемого лазера состоит из глухого зеркала 11, поворотных зеркал 12 и выходного полупрозрачного зеркала 13.

Электрическая схема лазера содержит импульсный двуполярный высоковольтный источник питания 14, в цепь которого включены накопительные конденсаторы 15, балластные сопротивления 16 и неподвижные электроды 17 разрядника 8. Компенсирующие конденсаторы 18 подключены к соответствующим накопительным конденсаторам 15. Величина емкости компенсирующего конденсатора 18 подбирается экспериментально в диапазоне 0,1-10% от величины емкости накопительного конденсатора 15.

Неподвижные электроды 2 выполнены изолированными от корпуса рабочей камеры 1 и подключены к соответствующим накопительным конденсаторам 15.

Вал 3 соединен с двигателем 19, подключенным к блоку 21 питания двигателя.

Управляющие входы высоковольтного источника питания 14, блока питания 21 и пульта управления 22 связаны с устройством управления 23, в качестве которого может быть использован микропроцессор.

Датчик 24 углового положения разрядника может быть выполнен, например, в виде излучающего диода и фотоприемника, установленных по разные стороны от вращающегося диска разрядника 8 на уровне отверстий 9. Оптимальное количество отверстий 9 соответствует количеству электродов 10. Выход датчика 24 углового положения разрядника подключен к блоку управления 23.

Высоковольтный источник питания 14, блок 21, пульт управления 22 и устройство управления 23 имеют автономные источники питания постоянного тока или питаются от многоканального преобразователя напряжения (блок питания 25).

Лазер работает следующим образом.

При включении блока питания 25 с кнопки на пульте управления 22 напряжение подают на блок управления 23 и другие элементы прибора. В рабочей камере 1, заполненной газовой смесью, состоящей из углекислого газа (СО2) и азота (N 2), при включении двигателя 19 начинает вращаться вал 3 с электродом 4 и диском разрядника 8 с электродами 10. Таким образом, обеспечивают синхронное вращение электрода 4 основного разряда и электродов 10 разрядника. Частоту вращения двигателя контролируют датчиком 24. При вращении диска разрядника 8 происходит прерывание светового потока от излучателя в датчике 24 и фотоприемник генерирует электрический импульс, поступающий на блок управления 23.

По достижении заданной частоты вращения с блока управления 23 (микропроцессора) подают сигнал, который переводит блок питания 21 двигателя в режим стабилизации частоты вращения. После стабилизации частоты вращения лазер переводят в рабочий режим, для этого по команде оператора с пульта управления 22 через блок управления 23 подают сигнал включения двуполярного высоковольтного источника питания 14, в результате чего начинают заряжаться накопительные конденсаторы 15. Заряд накопительных конденсаторов 15 происходит в противоположной полярности через балластные сопротивления 16 и дополнительные балластные сопротивления 20. Коммутация заряженных накопительных конденсаторов 15 происходит при пробое двух разрядных промежутков в момент сближения вращающихся электродов 10 разрядника 8 с его неподвижными электродами 17. В момент срабатывания разрядника 8 между электродами 7 предыонизации и находящимися в этот момент напротив них кромками лопастей 6 вращающегося электрода 4 в разрядных промежутках предыонизации возникает пробой и происходит разряд по длине лопастей 6, который создает начальную ионизацию в основных разрядных промежутках 5 между неподвижными электродами 2 и вращающимся электродом 4 с последующим основным разрядом накопительных конденсаторов 15. Одновременно с разрядом накопительных конденсаторов 15 происходит зарядка компенсирующих конденсаторов 18, что приводит к выравниванию напряжения на разрядных промежутках.

Высоковольтный источник питания 14 работает в импульсном режиме, синхронно с положением вращающегося электрода 10. Когда вращающийся электрод 10 не находится напротив неподвижного электрода 17, через блок управления 23 поступает импульс, разрешающий зарядку накопительных конденсаторов 15. Зарядка происходит через балластные сопротивления 16 до заданного напряжения, по достижении которого источник питания 14 выключается. Время заряда накопительных конденсаторов 15 выбирают меньше времени между двумя последовательными замыканиями электродов 10 и 17 разрядника. В момент прохождения вращающегося электрода 10 мимо неподвижного электрода 17 происходит пробой разрядника и подключение накопительных конденсаторов 15 к электродам 2 лазера. При пробое разрядника 8 в первую очередь происходит зарядка компенсирующих конденсаторов 18, которые обеспечивают симметричное распределение напряжения между разрядными промежутками 5, образованными неподвижными электродами 2 и вращающимся электродом 4. По достижении пробивного напряжения на разрядных промежутках 5 происходит развитие объемного разряда и генерация лазерного излучения, которое формируют в оптическом резонаторе и выводят через выходное полупрозрачное зеркало 13. Далее цикл повторяется.

Работа прибора иллюстрируется временной диаграммой (Фиг.4).

После стабилизации вращения датчик углового положения 24 вырабатывает импульсы с постоянной частотой следования (график 1). Импульсы поступают на блок управления 23, который вырабатывает импульсы разрешения включения высоковольтного источника питания 14 (график 2).

После поступления импульсов разрешения включения высоковольтного источника питания 14 происходит зарядка накопительных конденсаторов 15 до установленного микропроцессором уровня. При пробое разрядника 8 происходит разряд накопительных конденсаторов 15 (график 3).

Импульсы генерации лазера жестко привязаны к моменту пробоя разрядника и возникновению объемного разряда (график 4).

На представленной временной диаграмме показан режим удвоенной частоты следования лазерных импульсов при постоянной частоте вращения электродов 4 и 10. Показанный режим задают устройством управления 23 путем деления частоты следования импульсов датчика 24 углового положения, в данном случае на два.

Лазерная хирургическая установка в соответствии с настоящим изобретением содержит описанный выше импульсно-периодический газовый лазер, включающий накопительные конденсаторы 15, вращающийся центральный электрод 4 основного разряда и разрядник 8 с вращающимися электродами 10, а также измеритель энергии излучения 26, оптический световод 27, фокусирующую линзу 28 и подключенные к блоку управления 23 пилотный лазер 29 и сканер 30.

Высоковольтный источник питания 14 лазера выполнен импульсным двуполярным.

Выход измерителя энергии излучения 26 подключен к блоку управления 23, который в свою очередь связан с высоковольтным источником питания 14 лазера с возможностью изменения порогового напряжения заряда накопительных конденсаторов 15. При этом блок управления 23 подключен к датчику 24 углового положения разрядника лазера и выполнен с возможностью деления частоты следования импульсов излучения.

В качестве оптического световода 27 может быть использован зеркально-шарнирный манипулятор или гибкий световод.

Измеритель энергии излучения 26 выполнен в виде приемника оптического излучения и служит для контроля энергии лазерного излучения.

Используемый в описываемой хирургической установке лазер позволяет без изменения его конструкции изменять длину волны генерации путем применения взаимозаменяемых элементов оптического резонатора с различными свойствами. Для этого, например, в лазере могут быть установлены выходные зеркала 13 со специальным покрытием, обеспечивающим максимальный коэффициент отражения на выбранной длине волны. С этой же целью металлическое глухое зеркало 11 можно заменить на дифракционную решетку.

Особенностью схемы является использование возможности деления частоты импульсов излучения посредством команды с микропроцессора путем деления частоты следования импульсов, поступающих на блок управления 23 (микропроцессор) с датчика 24. На временной диаграмме (фиг.4) показан случай деления частоты следования импульсов датчика 24 углового положения на два. Таким образом, в описываемой установке реализуют возможность осуществления операций различных типов только за счет изменения режима ее работы. Так, например, при проведении операции на рубце удаление больших объемов ткани требует воздействия излучения импульсами с большой частотой повторений, в то время как удаление малых объемов ткани (в случае шлифовки) проводят на малых частотах повторений импульсов излучения.

Описываемая установка работает следующим образом.

Предварительно осуществляют подключение элементов установки к блокам питания и управления и настройку лазера в рабочий режим.

Излучение лазера с выходного зеркала 13 подают через оптический световод 27 и фокусирующую линзу 28 на обрабатываемую поверхность. При обработке больших открытых поверхностей для развертки луча может быть использован сканер 30. Параметры сканирования задаются оператором через блок управления.

Часть излучения лазера подают на измеритель энергии оптического излучения 26, при помощи которого осуществляют стабилизацию энергии выходных импульсов. Измеритель 26 энергии через блок управления 23 включен в цепь обратной связи, корректирующей напряжение заряда накопительных конденсаторов для изменения выходной энергии лазера. При отклонении энергии излучения от заданной в пределах +/- 10% блок управления 23 (микропроцессор) корректирует опорное напряжение высоковольтного источника питания 14 и, следовательно, напряжение зарядки накопительных конденсаторов для достижения заданной энергии выходного излучения. При отклонении выходной энергии большем чем 10% микропроцессор выключает высоковольтный источник и включает сигнал «Техническое обслуживание» на панели управления прибором.

Включение, выключение установки и задание параметров излучения и сканирования производится с пульта управления 22. Пульт служит для включения силовых цепей и программирования микропроцессорного блока управления 23.

Сфокусированный пучок лазерного излучения в описываемой установке может достигать мощность излучения в импульсе порядка 20-50 кВт при длительности импульса 30-50 микросекунд. Установка, в соответствии с изобретением, позволяет осуществлять воздействие импульсами излучения с длиной волны 10,6 мкм, 10,3 мкм, 9,6 мкм и 9,3 мкм и тем самым обеспечивать с максимальной степенью эффективности режим абляции для тканей с разным коэффициентом поглощения. Например, мягкие ткани имеют коэффициент поглощения - 10,6 мкм, а костные - 9,6 мкм, правильный выбор длины волны излучения позволяет обеспечить максимальное поглощение излучения в ткани.

Благодаря возможности строго дозированной глубины проникновения в ткань (до 50 мкм) за один проход сканером в импульсном режиме генерации лазерного излучения и хорошему гемостазу одновременно происходит прецизионное испарение биоткани с минимальным термическим эффектом воздействия.

Таким образом, импульсно-периодический газовый лазер с поперечным разрядом, в соответствии с настоящим изобретением обладает следующими конструктивными преимуществами:

- не требует сложной электроники для реализации импульсного режима разряда;

- блок питания состоит только из простого и дешевого импульсного двуполярного высоковольтного источника;

- используемая газовая смесь - CO2:N2 (без применения гелия) позволяет резко увеличить время жизни смеси (прибор может эксплуатироваться до 4-х лет без замены газовой смеси) и снизить ее стоимость, а также позволяет исключить необходимость в сложном и дорогостоящем специальном оборудовании для автоматической замены газовой смеси;

- воздушное охлаждение рабочей камеры (вместо жидкостного, с замкнутым циклом) позволяет снизить вес и стоимость конструкции в целом;

Использование описанного выше лазера позволяет создать лазерные хирургические установки, превосходящие известные устройства того же назначения по следующим основным параметрам:

- длительность импульса воздействующего излучения может составлять до 10-50 мкс, что в 40 раз короче импульса прототипа.

При использовании установки в целях реконструктивной хирургии, кожно-пластической хирургии, дерматохирургии и косметологии уменьшение длительности импульса улучшает качество операции за счет снижения теплового поражения тканей

- максимальная мощность в импульсе может достигать при этом 20-50 киловатт;

- отсутствие опасности воздействия СВЧ полей на пациента;

- вес и габариты установки вдвое меньше известных установок того же назначения. При этом цена установки на порядок ниже аналогов.

Возможность работы на других длинах волн перспективна для применений установки в других областях медицины, например в стоматологии и операциях на костной ткани.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Импульсно-периодический газовый лазер, включающий рабочую камеру, неподвижные электроды основного разряда, центральный электрод основного разряда, выполненный с возможностью вращения, электроды предыонизации, оптический резонатор и высоковольтный источник питания, в цепь которого включены балластные сопротивления, накопительные конденсаторы и разрядник с вращающимися и неподвижными электродами, отличающийся тем, что он содержит компенсирующие конденсаторы, подключенные к накопительным конденсаторам, и датчик углового положения разрядника, соединенный с блоком управления, который связан с входами источника питания двигателя и высоковольтного источника питания, при этом последний выполнен импульсным двуполярным, а газовая смесь состоит из углекислого газа (СО2) и азота (N2) при следующем соотношении объемов: CO 2:N2=1:0,1-10.

2. Импульсно-периодический газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что центральный электрод основного разряда размещен на валу, который соединен с двигателем.

3. Импульсно-периодический газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что на поверхности центрального электрода расположены, по крайней мере, две пары лопастей, которые образуют дополнительные разрядные промежутки предыонизации.

4. Импульсно-периодический газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что поверхности неподвижных электродов основного разряда, обращенные к центральному электроду, выполнены в виде частей цилиндрической поверхности, размещенной коаксиально оси вращения центрального электрода.

5. Импульсно-периодический газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что разрядник выполнен в виде диска, по периметру которого размещена, по крайней мере, одна пара электродов, при этом диск содержит отверстия и расположен на валу двигателя с возможностью синхронного вращения с вращающимся электродом основного разряда, а неподвижные электроды разрядника включены в цепь накопительных конденсаторов.

6. Лазерная хирургическая установка, включающая газовый лазер, пилотный лазер, оптический световод, фокусирующую линзу, измеритель энергии излучения и блок управления, отличающаяся тем, что в качестве газового лазера использован импульсно-периодический газовый лазер с поперечным разрядом, содержащий накопительные конденсаторы, вращающийся центральный электрод основного разряда и разрядник с вращающимися электродами, а высоковольтный источник питания лазера выполнен импульсным двуполярным и подключен к блоку управления, при этом измеритель энергии излучения связан через блок управления с высоковольтным источником питания с возможностью изменения напряжения заряда накопительных конденсаторов.

7. Лазерная хирургическая установка по п.5, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обеспечения длительности импульса воздействующего излучения на выходе световода 10-50 мкс при пиковой мощности 20-50 кВт.

8. Лазерная хирургическая установка по п.5, отличающаяся тем, что газовый лазер выполнен с возможностью изменения длины волны излучения в пределах 9,3-10,6 мкм.

9. Лазерная хирургическая установка по п.5, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью изменения частоты следования импульсов излучения.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru