Лазерная медицинская установка для целей лучевой терапии "Импульс-1"

Московский ордена Ленина , ордена Октябрьс кой Революции и ордена Тру дового Красного Знамени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н.Э.Баумана. _____________________________________________________________ Факультет РЛ Кафедра РЛ 2 Реферат по дисциплине "Проектиро вание лазерных и оптико-электронных пр ибо ров " Лазерная медицинская устан овка для целей лучевой терапии "Импульс -1" студента Майорова Павла Леонидович а , группа РЛ 3-91. Оглавление Введение Структурная схема Функциональная схема Принцип действия Основные параметры и характеристики Выводы Список литературы Оглавле ние Введение В настоящее в ремя лазерное излучение с большим или мен ьшим успехом применяется в различных областях науки . Уникальные свойства излучения лазеров , такие , как монохр о матичность , когерентность , малая расхо димость и возможность при фокусировке получат ь очень высокую плотность мощности на обл учаемой поверхности обеспечили широкое пр и менение лазеров . Ис пользование квантовой электроники оказалось , в частности , очень п о лезным для клинической медицины . В медицинских целях используются , в основном , тве р дотельные и газовые лазеры . Импульсные твердотельные лазеры применяют преимущ е ственно в офтальмологии для опера ций по устранению отслоения сетчатки глаза и при л е ч ении г лаукомы . Для этих целей была разработана специальная аппаратура с использов ан и ем неодимовых и рубиновых лазеров . Для операций с р ассечением тканей импульсные лаз е ры оказались непригодны , поэтому для этих целей применяют лазеры непрерывного де й ствия . В Сове тском Союзе была создана хирургическая аппаратура на СО 2 лазерах . Такие хирур гические установки применяют в общей хирургии , онкологии и других областях. Установками на основе аргоновых лазеров непрерывного действия с использованием специ альных световодов п ользуются медики при внутриполостных операциях. В терапии разных болезней широко прим еняются газовые гелий-неоновые лазеры . Например , положительные результаты получены при лечении трофических язв , ран , восп а лительных процессов , некотор ых сосудистых заболев аний и в кардиол огии . Не вызывает сомнения стимулирующее дейс твие излучения гелий-неоновых лазеров при рег енерации и улучшении обменных процессов. Основными преимуществами , стимулирующими прим енение лазеров в медицине , я в ляются радикальность лечени я , сниж ение сроков вмешательства , уменьшен ие числа осло ж нений , кровопотери , улучшение условий стер ильности и т . д. Структурна я схема Лазерная медицинс кая установка "Импульс -1" — первый отечественны й аппарат , с о зданный и разработанный для ведения лаз еротерапии в соответствии с медико-техническим требованием Министерства здравоохранения СССР . Разработка установки была закончена в 1971 году . В том же году Комитет по новой м едицинской технике Минздрава СССР дал р е комендацию к вып уску промышл енной партии этих установок , которая и была изготовлена в 1975 году н а Свердловском заводе электромедицинской аппарат уры. Установка "Импульс -1" разработана на базе специально созданного для нее мощного импу льсного лазера на неодимовом стекле. Установка (см . рис . 1) состоит из сл едующих основных частей : операционного апп а рата , накопителя энергии и главного пульта питания и управ ления. Рисунок 1. Структ урная схема лазерной медицинской установк и для лучевой терапии "И м пульс -1" Функционал ьная схема Конструктивная сх ема операционного аппарата установки приведена на рисунке 2. Рисунок 2. Констр уктивная схема операционного аппарата установки Операционный аппарат состоит из горизонтального ствола 1, установленного на ве р тикальной стойке 2 . Ствол может поворачиваться вокруг горизонтальной оси I и вертикал ь ной оси II . Вертикальная стойка 2 жестко закреплена на платформе 3 . Платформа снабжена кол е сами дл я перемещения аппарата по полу . К вертикал ьной стойке прикреплен поручень. Внутри ствола 1 жестко закреплены лазерный излучатель 4 , калориметрический блок 5 и блок подж ига 6 . На конец ствола 1 установлен телескопический вал 7 с поворотно-фокусирую щей головкой 8 . Телескопический вал 7 можно перемещать вдоль его собств енной оси симметрии III и поворачивать вокруг той же оси III вместе с по воротно-фокусирующей головкой 8 . Г оловка 8 жестко закреплена на конце тел ескопического вала . На нем жестко закреплена и рукоятка 9 , охватывающая поворотно-фокусирующую головку 8 . Внутри головки 8 жестко зафиксированы селективно отражающее лазерное излучение зеркало 10 , фокусирующая линза 1 1 , конденсор 12 и лампочка накаливан ия 13 . Лазерный излучатель 4 выполнен в виде отдельного блока . Активным элементом в нем является стерже нь из неодимового стекла ПГЛС -1 диаметром 45 мм и длиной 617 мм . Активный элемент возбужда ется с помощью четырех ксен оновых лам п накачки ИПФ -20000, расположенных в четырехлепест ковом осветителе с четырьмя V-образными отража телями , изготовленными из нержавеющей стали . В нутренние поверхности отражателей полирова н ные и имеют хор ошо отражающее серебряное покрытие . Активный э лемент расположен в корпусе осветителя вдоль оси симметрии . Корпус осветителя из готовлен из нержавеющей стали . Торцы активног о элемента уплотнены в корпусе осветителя с помощью индиевых к о лец , сжимаемых цилиндрическими держат елями зеркал резонатора . Глухое и полупр озра ч ное зеркала , установленные параллельно торцам активного элемента , герметизирует полости между зеркалом и активным элементом . При этом боковыми стенками полостей являются цилиндрические пове рхности держателей зеркал резонатора . Внутренняя поло сть осветит е ля , лампы накачки и активный элем ент омываются 0.02% раствором K 2 Cr 2 O 4 в дистиллир о ванной воде , циркул ирующей через осветитель. Полупрозрачное зеркало резонатора (коэффициен т пропускания 60%) установлено в излучателе 4 со стороны поворо тно-фоку сирующей головки 8 . Глухое зеркало резонатора с ко эффициентом пропускания 5% размещено со стороны калориметрического блока 5 . П о эт ому при генерации лазерного излучения в р езонаторе излучателя 4 основная часть излуч е ния направлена в сторону пово ротно-фокуси рующей головки , а остальная — в сторону кал о риметрического блока 5 , где поглощается его приемной площ адкой . Калориметрический блок 5 (после проведения соответствующей к алибровки ) обесп е чивает измерение энергии лазерного излуче ния , направляемой в сторону п оворотно-фоку сирующей головки , по поглощенной его приемной площадкой энергии лазерного изл у чения. Блок поджига 6 четырехсекционный . Каждая его секция пр едназначена для поджига одной из ламп нак ачки лазерного излучателя. Регулирование размеров пятен лазерно г о излучения на объекте облучения осущест в ляется в операци онном аппарате изменением расстояния между ли нзой 11 поворотно-фок усирующей головки и объектом облучения , а контроль размеров пятен ведется по сист е ме подсветки. Принцип действия Накопитель энерги и установки — электрические емкости , объедин енные в четыре секции . Каждая секция накоп ителя предназначена для питания одной лампы накачки чет ы рехлампового лазерного излучателя операционн ого аппарата . Емкость конденсаторов одной сек ции 1200 мкФ , максимальное напряжение заряда 4.6 кВ , максимальная энергия заряда 12.5 кДж . Ма ксимальная суммарная энергия заряда четырех с екций составляет 50 кДж . Ка ж дая секция накопителя расположена в отдельном шкафу . Габаритные размеры шкафа 600 600 1500 мм. При монтаже установки шкафы накопителя ставят в один ряд вблизи главного пуль та питания и управления . Главный пульт пит ания и управления содержит следующие основные узлы : блок заряда накопите ля энергии , систему охлаждения лазерного излучателя , вид еоко н трольное и переговорное устройства , панель управления и выносной пульт управления. Блоки заряда накопителя энергии включают в себя источник тока , выпрямитель и с и стему управлени я . Система управле ния встроена в панел ь управления , блоки источника и выпрямителя расположены под столом пульта управления. Система охлаждения лазерного излучателя в монтирована в пульт управления . Она включает в себя насос и двухконтурный водяной теплообменник . Через внутре нний контур теплообменника прокачивается 0.02% раствор K 2 Cr 2 O 4 , циркулирующ ий через лазерный и з лучатель и охлаждающий его теплонагр уженные элементы . Внешний контур теплообменн и ка омывается вод опроводной водой . Тепло , накопившееся во внутр еннем контуре тепл оо б менника , передается во внешний к онтур и отводится вместе с циркулирующей в нем вод о пр оводной водой. Видеоконтрольное и переговорное устройства являются частью промышленной тел е визионной установки , в к омплект которой входит также передающая камер а и соед инител ь ные кабели . Видеоконтрольное устройство смонтировано на столе пульта питания и упра в ления . Пе редающая камера находится вблизи операционного аппарата установки . Управл е ние передающей камерой осуществляет ся дистанционно с пульта управления видеоко н тро льного устройства . При этом можно выбрать необходи мое поле зрения и выполнить настройку рез кости изображения. Панель управления содержит органы управле ния , измерительные приборы и световые индикат оры . Органами управления являются кнопки "Пуск " и "Стоп ", с помощью которых осуществ ляется включение и выключение источника тока , кнопка "Высокое ", обеспечива ю щая включение высоковольтного на пряжения блока поджига ламп накачки операцион ного аппарата , кнопка "Подсветка ", приводящая в действие и выключающая лампочку накали в а ния системы подсветки. Кроме того , на панели находятся другие органы системы управления . Это кнопки "Од иночный " и "Периодический ", с их помощью уст анавливают режим однократного или периодического заряда и разряда емкостного накопителя э нергии ; а та кже кнопка "Запуск одиночн ый ", включающая одиночный цикл (заряд-разряд ) на копителя энергии , ручка поте н циометра для поддержания требуем ого напряжения заряда накопителя энергии , руч ка поте н циометра "Период " для выбора периода следования ци клов заряд-разряд накопителя. На панели управления размещены микроампер метр калориметрического измерителя энергии излуч ения лазера ; четыре микроамперметра для измер ения напряжения заряда в каждой из четыре х секций емкостного накопителя энергии и микроамперметр для измерения высоковольтного напряжения блока поджига. На панели управления находятся также следующие световые индикаторы , сигнализ и рующие : "Сеть " — о подключении электросети ; "Высокое " — о подаче высоковольтного напряжения на блок поджига , "Подсветка " — о включении л ам почки накаливания системы подсветки операционног о аппарата , "Циркуляция " — о наличии цирку ляции жидкости во внутреннем контуре системы охлаждения , "Заряд " — о заряде емкостного накопителя эне р гии. Выносной пульт главного пульта управления связан с послед ним соединительным к а белем и име ет кнопку "Пуск ", дублирующую кнопку "Пуск о диночный " на панели управл е ния главного пульта , а также световой индикатор "Заряд ", дублирующий индика тор "Заряд " на панели управления главного пульта питания и управления . Размеры гла вного пульта п и тания и управления установкой 1580 630 950 мм. Для размещения установки предусмотрено дв а помещения : операционное и технич е ское . В операционно м помещении устанавливают операцион ный ап парат с передающей т е левизионной камерой , в техническом — накопитель энергии и главный пульт питан ия и управления . Установкой управляют врач и оператор . Врач находится около операционн ого аппарата , оператор — в техническом п омещении за главным пул ьтом питания и управления . Связь между врачом и оператор ом осуществляется по телевизионно-телефонным кана лам телевизионной установки . Включать импульсы лазерного облучения может как оператор с главного пульта управления , так и врач с выносного пульта. Вели чина термоэлектродвижущей силы (т . э . д . с .) термопары калориметрического блок а , приемная площадка которого нагревается лаз ерным излучением , выходящим со ст о роны глухого зеркала ла зерного излучателя , регистрируется после каждого импульса излуч е ния милливол ьтметром , находящимся на пульте управления. Основные параметры и характеристики Технические харак теристики установки "Импульс -1" приведены ниже. Длина волны излучения , мкм 1.06 Энергия в импульсе выходного излучения , кДж : м аксимальная 1 минимальная 0.5 Длительно сть импульса выходного излучения , мсек 3 Максималь ная частота следования импульсов при выходной энергии в импульсе 0.5 кДж 140 Диаметр пятна лазерного излучения на объекте облуч ения , мм : минимальн ый 2 максима льный 45 Размеры пятен лазерного излучения можно плавно регулировать от минимального до м аксимального значения . Максимальная плотность эне ргии лазерного излучения , создава е мая установкой на объек те облучения , достигает 30 кДж /см 2 . Размеры операционного п оля , обслужива емого установкой , составляют 250 1000 мм в горизонтальной п лоскости и 500 мм по высоте . Лазерный луч перемещается в пределах операционного поля по четырем степеням свободы . Максимальное у силие для перемещения лазерного луча , пр илагаемое к выводящей излучение части установ ки , не превышает 2.5 кг. Охлаждение установки водяное , двухконтурное . Расход водопроводной воды во внешнем конту ре охлаждения составляет 20 л /мин . Питание о т трехфазной сети переменного тока на пряжением 380 В , частотой 50 Гц. Мощность , потребляемая установкой от элек тросети , не превышает 8 кВт. Выводы Работы , проведенны е в направлении исследования свойств лазеров , позволили не только успешно использовать лазерное излуче ние в клинических услов иях , но и определить сферу применения тех или иных лазерных установок . Мощные лазер ы на неодимовом сте к ле , рубине , углекислом газе , аргоне , парах металлов и др ., подходят для хирур гических ц е лей , коагуляции и рассечения тканей . Лазе рные установки на углекислом газе могут быть широко использованы для л еч е ния различных заболеваний (поверхностно расположенных опухолей и т.п .) Перспективным направлением можно считать применение излучения низкоэнергет и ческих лазеров в видимо й части спектр а для стимулирования ре паративных процессов при хронических длительно не заживающих ранах , трофических язвах , заме дленной консолид а ции переломов , заболеваний обменного хара ктера и др. Учитывая , что комбинированные методы лече ния наиболее эффективны , на сов р е менном этапе онколо гии лазерное излучение можно использовать при комбинированном лечении опухолей . Излучение лазера в некоторых случаях целесообразно комб инировать с ионизирующим излучением , лекарственны ми противоопухолевыми препаратами , хирургич е скими о перациям и. Все возрастающий интерес к использованию лазеров в медицине привел к необход и мости создания с пециальных лазерных отделений и операционных , достаточно приспосо б ленных к безопасной эксплуатации . Главным вопросом становится защита медицинского и те хнического персонала от влияния вред ных факторов лазерного излучения . Операционное помещение должно удовлетворять следующим специальным требов а ниям : стены и потолок помещения должны быть окрашены темной мато вой краской , а стекла окон — белой ма товой краск ой , чтобы предохранить зрение врача и пациента от поражения лазерным излучением , случайно отраженным от стен и потолка помещения . В нем необх о дима хорошая приточно-вытяжн ая вентиляция , входные двери должны быть о борудованы светящимся табло лазерной опаснос ти , загорающимся при включении установки. Список литературы Лазеры в клин ической медицине . Под ред . Д . С . Плетнева . — М ., Медицина. Плетнев Д . С . и др . Применение лазе ров в онкологическй практике . — Хирургия. Хромов Б . М . Лазеры в эксперимент альной хирургии . — Медицина.