Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может найти широкое применение в области лечения кавернозных и фиброзно-кавернозных форм туберкулеза и других заболеваний легких.

Целью изобретения является сокращение сроков лечения, повышение эффективности и снижение травматичности способа и уменьшение веса и габаритов установки для осуществления способа.

Для достижения цели после проведения пункций каверны осуществляют воздействие на ее внутреннюю полость расфокусированным импульсным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, в зависимости от величины поражения легких, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 10-15 мВт/см² в течение 3-4 мин.

Наблюдения показали хорошую переносимость облучения больными. Результаты микробиологических исследований доказывают полное абацилирование больных. Результаты рентгенографического анализа показывают уменьшение полости каверны не менее, чем в два раза у части больных через 1,5-2 месяца.

Кроме того, при заданных параметрах излучение азотного лазера с длиной волны 337 нм наряду с бактерицидными свойствами обладает стимулирующим действием на микроциркуляцию в очаге воздействия, приводит к клиническим улучшениям состояния больного, сокращению сроков лечения.

Установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких содержит азотный лазер с излучателем и источником питания, газовую систему, систему управления, узел фокусировки, волоконный световод с оптическим рассеивателем. Излучатель выполнен в виде герметичного токопроводящего корпуса, в котором установлен плазменный лист, образованный диэлектрической пластиной, инициирующим электродом и электродом, электрически соединенным с корпусом. На боковой поверхности корпуса установлена высоковольтная система накачки, с которой соединен электрод.

После проведения пункции каверны пункционной иглой на систему накачки подается луч управляющих импульсов, приводящих к срабатыванию системы, в результате чего загорается плазма поверхностного разряда. В плазме разряда происходит инверсия заселенности молекул азота. Излучение формируется резонатором лазера, соосным плазменному листу и образованным зеркалом и плоской гранью линзы. Проходя через линзу, излучение фокусируется на входной торец, транспортируется по световоду и рассеивается сферическим рассеивателем на каверну.

Благодаря высокому удельному энерговкладу, обеспечивающему в разряде плазменного листа, снимаются ограничения на величину выходной энергии и частоту следования импульсов, а следовательно, на максимальный размер облучаемой каверны, значительно снижаются габариты и вес установки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может найти широкое применение в области лечения инфильтративных с распадом, кавернозных и фиброзно-кавернозных форм туберкулеза и других заболеваний легких.

Больные с открытыми формами туберкулеза в структуре заболеваемости и болезненности населения составляют довольно большое количество. Так, по самым последним данным Всемирной организации здравоохранения, из числа ежегодно выявляемых больных туберкулезом легких более 10 млн. случаев составляют больные с открытыми формами заболевания, а всего в мире насчитывается около 25 млн. больных, выделяющих микpобактерии туберкулеза. При этом один бактериовыделитель заражает до 80 человек из ближайшего окружения.

В экономически развивающихся странах Африки, Южной Америки, Азии заболеваемость населения с активными формами туберкулеза легких намного выше, чем в развитых странах, и варьируется от 250 до 800 человек на 100000 населения. При этом среди инфекционных заболеваний туберкулез, как причина смерти, занимает ведущее место.

В структуре заболеваемости и пораженности населения туберкулезом в СССР значительный вес также составляют больные с активными формами заболевания (более 50%). В республиках Средней Азии число больных, состоящих на учете по поводу активных форм туберкулеза легких, значительно выше, нежели среднесоюзный показатель.

Известно, что большинство из этих больных в силу хронического течения заболевания не поддаются лечению существующими методами терапии. Больные же со свежевыявленными активными процессами в легких для достижения эффекта от лечения нуждаются в длительной, интенсивной химиотерапии в условиях стационара (10-15 месяцев) и санатории (2-3 месяца) с последующим чередованием амбулаторного, санаторного и стационарного лечения в течение 3-4 лет. При таком традиционном методе лечения эффективность терапии составляет только лишь 60-70% случаев. Однако длительная химиотерапия сопровождается тяжелыми побочными реакциями токсикоаллергического характера и возникновением устойчивости микобактерий к химиопрепаратам.

Следует отметить, что традиционные терапевтические методы лечения таких больных бесперспективны, возможности хирургического лечения ограничены, и в случае отказа от специализированной помощи они обречены на прогрессирование заболевания, стойкую инвалидизацию с преждевременным летальным исходом, помимо их эпидемиологической опасности.

Известно, что в настоящее время в клинике хирургии легких нашли применение высокоэнергетичные СО₂-лазеры и низкоэнергетичные НЕ-Ne лазеры (Ошренко А. П. Денисов А.Н. и др. Всес. конф. по применению лазеров в медицине. Тезисы докл. М. 1984, с. 46-47; Демидов Б.С. и др. Проблемы туберкулеза, 1986, N 1, с. 35-38). Эти способы относятся к хирургическим, связаны с высокой травматичностью и не обеспечивают высокой эффективности лечения деструктивных заболеваний легких.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких, включающий пункцию каверны, облучение внутренней ее поверхности расфокусированным импульсным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью мощности 50 кВт/см² в течение 2^oC3 мин (заявка N 4661117/30-14 (036368) от 13.03.89, решение о выдаче авторского свидетельства от 25.05.90).

Данный способ позволяет упростить методику лечения, устранить эпидемиологическую опасность деструктивных процессов. Лечение в данном способе достигается путем полного разрушения жизнедеятельности микобактерий туберкулеза и других микробных флор каверны под действием лазерного излучения. Причем ясно, что эффективность разрушительного воздействия на микобактерии квантов света зависит от их энергии ε=hν, где h постоянная Планка, , с скорость света, l длина волны излучения. Как показал опыт, наилучшие результаты достигаются при облучении квантами света с l=337 нм. Плотность числа квантов света n_u, попадающих в течение импульса в область, насыщенную микобактериями, определяется формулой n_и=E_s/ε (1) где E_s плотность энергии излучения.

Средняя плотность числа квантов света, введенная в область поражения n=n_u·f·T (2) где f частота следования импульсов, Т длительность лечебного воздействия. При этом средняя плотность мощности излучения определяется в виде W_ср=E_s·f (3) Поскольку разрушение жизнедеятельности микобактерий туберкулеза происходит при облучении их квантами света, то очевидно, что необходимая плотность числа квантов света должна быть пропорциональна концентрации микробных тел в области поражения. Следует отметить, что при увеличении плотности энергии E_s (и соответственно с формулой (1) плотности тока квантов n_u) вероятность разрушительного воздействия на микобактерии растет, однако кванты света взаимодействуют не только с микобактериями, но и окружающими клетками. Поэтому существует предельная плотность энергии в импульсе E_пр, начиная с которой происходит нарушение жизнедеятельности клеток. В связи с этим необходимо вести облучение с плотностью энергии излучения достаточной, чтобы нарушить жизнедеятельность микобактерий туберкулеза и в то же время не нанести существенного ущерба окружающей ткани. В рассматриваемом же способе облучение ведется с фиксированной плотностью пиковой мощности W_s=50 кВт/см², т. е. при изменении длительности импульса излучения τ_и будет в широких пределах меняться плотность энергии излучения E_s=W_s·τ_и, что не позволяет обеспечить наиболее эффективный (с наименьшим поражением окружающей ткани) режим облучения и, соответственно, эффективность лечения.

Кроме того, излучение, проходя через приповерхностную ткань, ослабевает (падает плотность числа квантов), а следовательно, снижается вероятность разрушения жизнедеятельности всех микобактерий. Возникает необходимость проводить многократное облучение, т.е. проводить облучение в импульсно-периодическом режиме с некоторой частотой следования импульсов f. Однако в рассматриваемом способе этот режим не определен. Поскольку в соответствии с вышесказанным средняя плотность мощности излучения W_ср должна быть ограничена сверху величиной W_o, при которой происходят необратимые изменения облучаемой ткани (например, ее выжигание), то и частота f должна быть ограничена. В известном способе такое ограничение не сформулировано, в связи с чем его применение может приводить к осложнениям и, соответственно, к увеличению сроков лечения.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности, снижение травматичности и сроков лечения туберкулеза.

Поставленная цель достигается тем, что в способе лечения деструктивных форм туберкулеза, включающем пункцию полости каверны воздействие на внутреннюю поверхность каверны расфокусированным импульсным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, согласно изобретению воздействие осуществляют излучением с плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, в зависимости от величины поражения легких, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 10^oC15 мВт/см² в течение 3-4 мин.

Заявляемый способ отличается от прототипа совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна".

В результате проведенных патентных исследований объекты с отличительными признаками заявляемого способа не обнаружены, что обусловливает его соответствие критерию изобретения "существенные отличия".

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в строгой дозировке лазерного воздействия, т.е. полной сбалансированности воздействия, приводящей к разрушению микобактерий туберкулеза и других микробных флор каверны при сохранении жизнедеятельности окружающей ткани. При этом в зависимости от концентрации микробных тел, что обычно связано с величиной пораженной области, за счет управления частотой следования импульсов в соответствии с формулой (3) можно обеспечить изменение средней плотности мощности для достижения наибольшей эффективности лечения. Предлагаемый способ практически исключает послеоперационные осложнения, создает благоприятные условия для быстрейшего заживления каверны.

Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких включает следующие операции: 1. Пункция полости каверны.

2. Воздействие на внутреннюю поверхность каверны в течение 3-4 мин. расфокусированным импульсно-периодическим излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм плотностью энергии 200 мкДж/см² и средней плотностью мощности 10-15 мВт/см² обеспечиваемой управляемой частотой следования импульсов.

Для апробации предлагаемого способа авторами проведены следующие эксперименты.

Был поставлен опыт с молодой десятидневной культурой, выращенной в плотной среде: 1 24793, П 24791, время облучения 0,5', 1,5', 3,5'. Характеристики лазерного излучения: режим работы импульсно-периодический, плотность энергии в импульсе 200 мкДж/см², средняя плотность мощности 10.15 мВт/см². Предельная плотность мощности в 15 мВт/см² ограничивалась для предотвращения выжигания ткани. Наблюдается, что участок облучения лизируется (испаряется). Опыт повторили 50 раз. На месте исчезновения культуры до 120 дней роста не наблюдалось.

Опыт перепроверен на кусочках послеоперационного материала, облученные 10'', 20'', 40'', 60'' кусочки растирали в ступке и производили пересев на среды Финн П от одного до трех месяцев, роста микобактерий не наблюдалось.

Учитывая, что при выбранных характеристиках лазерного излучения молодые культуры в твердой среде испаряются, начиная с 1,5' до 3', а при облучении в течение 5', наблюдается выжигание с изменением цвета питательной среды, опыт перенесен в клинику путем облучения полости каверны пункциональным методом. Исследовались времена облучения от 1' до 5'. Облучению подвергнуты 130 больных с хроническими формами фиброзно-кавернозного туберкулеза легких.

Пример N 1. Больной Х. 40 лет, N истории болезни 1697, поступил 15.09.88, давность заболевания 1,5 года. Клинический диагноз "фиброзно-кавернозный туберкулез верхней доли правого легкого в фазе обсеменения". Бацилловыделение постоянное, чувствительность ко всем препаратам. Характер течения заболевания с рецидивами.

Рентгенографическая характеристика до лечения: слева в 1-2 сегменте полость деструкции (каверны) 4·2 см и несколько полостей меньших размеров.

Лечение. 10.12.88 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 10 мВт/см² в течение 3 минут.

Клинические, бактертиологические, гематологические изменения после лечения: показатели крови нормализовались через месяц, прекратилось бацилловыделение.

Рентгенологические изменения: рентгенотомографически отмечено рассасывание перифокальной инфильтрации и очаговое обсеменение через 2,5 месяца. Максимальное уменьшение каверны в легком через 3-3,5 месяца.

Пример N 2. Больной У. 26 лет, N истории болезни 1821, поступил 08.10.88, давность заболевания 3 года. Клинический диагноз: фиброзно-кавернозный туберкулез верхней доли обоих легких в фазе обсеменения. Бацилловыделение постоянно, чувствительность сохранена ко всем препаратам. Характер течения заболевания с рецидивами.

Рентгенографическая характеристика до лечения: в верхней доле правого легкого имеется кольцевидная тень размером 4 см в диаметре вокруг с инфильтрацией, слева в 2 и 1 сегментах несколько кольцевидных тканей от 2 до 0,5 см с очаговым обсеменением вокруг.

Лечение: 03.11.88 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² и импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 12 мВт/см² в течение 3,5 минут.

Клинические, гематологические, бактериологические изменения после лечения: интоксикация исчезла через 20 дней, поправился на 8 кг в течение 2-х месяцев, абапиллярность через 2 месяца.

Рентгенологические изменения: рентгенотомографически через месяц отмечено значительное уменьшение полости деструкции справа до 3 см, слева на 1,5 см, через 60 дней осталась кистозная полость с тонкими стенками до 1,0 см. Полное закрытие полостей с двух сторон через 3-4 месяца. Процесс стабилизирован.

Пример N 3. Больной Ш. 46 лет, N истории болезни 38, поступил 05.01.89, давность заболевания 6 месяцев, не лечился.

Клинический диагноз: инфильтративный туберкулез верхней доли левого легкого в фазе распада. Бацилловыделение постоянно. Острый характер течения заболевания.

Рентгенографическая характеристика до лечения: в области верхней доли левого легкого имеется полость деструкции (каверны) размером 5·4 см с инфильтрацией и очаговым обсеменением вокруг и в правом легком.

Лечение: 13.01.89 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 12,5 мВт/см² в течение 3,5 минут.

Клинические, бактериологические, гематологические сдвиги после лечения: показатели крови нормализовались в течение недели, интоксикация исчезла в течение недели, бацилловыделение прекратилось со следующего дня, микроскопически, бактериологически.

Рентгенологические сдвиги: рентгенографически и томографически через месяц значительное уменьшение полостей распада до 3 мм с рассасыванием инфильтрации. Через 60 дней уменьшение полости деструкции до 1·2 см.

Пример N 4. Больная С. 37 лет, N истории болезни 2112, поступила 22.11.88, давность заболевания 3 года. Течение заболевания с частыми рецидивами. Бацилловыделение постоянно, чувствительность к основным препаратам сохранена.

Рентгенографическая характеристика до лечения: правое легкое уменьшено в объеме, в области верхней доли каверны размером 5·6 см с толстыми стенками, обсеменение вокруг в нижней доле и в левом легком.

Лечение: 27.12.88 и повторно 01.02.89 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера, с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 14 мВт/см² в течение 4 минут.

Клинические, гематологические, бактериологические сдвиги после лечения: показатели крови нормализовались в течение 1,5 месяцев, бацилловыделения прекратились через неделю.

Рентгенологические сдвиги: после первого лечения полость деструкции уменьшилась в размере после 9 дней, имелась на месте каверны, интенсивная тень в пределах доли легкого; через 30 дней справа полость не обнаружена, а на месте каверны интенсивная однородная тень в пределах доли. Повторное лечение дало рентгенограмме и томограмме 7-8 см уплотнение интенсивной тени, верхняя доля сморщена, средостение подтянуто вправо вверх, очаговые обсеменения рассосались; через 15 дней картина сохранилась, через 10 месяцев сморщивание верхней доли еще интенсивней, бывшая большая полость не выявлена, наступил пирроз верхней доли справа, самочувствие хорошее, анализы в пределах нормы.

Пример N 5. Больной С. 28 лет, N истории болезни 1933, поступил 26.10.88, давность заболевания 3 года, лечился систематически стационарно, амбулаторно. Течение заболевания с рецидивами в течение года в среднем 2 раза. Бацилловыделение постоянно, чувствительность сохранена к основным препаратам.

Рентгенологическая характеристика до лечения: в верхней доле правого легкого имеется каверна размером 6·7 см. На фоне ячеистого пневмосклероза и очагового обсеменения вокруг, в нижней доле и в левом легком.

Лечение: 10.12.88 произведена пункция каверны и осуществлено воздействие на внутреннюю ее полость расфокусированным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 15 мВт/см² в течение 4 минут.

Клинические, бактериологические, гематологические сдвиги: показатели крови нормализовались в течение 10 дней, абацилляция наступила сразу же после лечения.

Рентгенологические сдвиги: через 5 дней уменьшение размеров каверны до 5,5 см, рассасывание инфильтрации; через 2 недели до 4,0 см; через 60 дней - уменьшение каверны до 1,5-1,0 см пирротическими изменениями. Процесс в легком стабилизирован.

Т. о. наблюдения показали, что больные переносят облучение хорошо. Нарушений функций основных органов не наблюдается. Максимальный лечебный эффект достигается при временах облучения 3.4 мин. Интоксикация исчезает в течение 1-й недели. Отмечается резкое уменьшение количества выделяемых мокрот, снижение температуры до нормальной, появление аппетита и улучшение показателей крови. Результаты микробиологических исследований доказывают полное абацилирование больных. Результаты рентгенологического анализа показывает, что у части больных наблюдается через 1,5-2 месяца уменьшение полости каверны не менее, чем в 2 раза.

При заданных параметрах излучения азотного лазера α=337 нм наряду с бактерицидными свойствами обладает стимулирующим действием на микроциркуляцию в очаге воздействия, приводит к клиническим улучшениям состояния больного (картина крови, нервно-психологической сферы, улучшения аппетита), сокращению сроков лечения.

В целом предлагаемый способ имеет большое народно-хозяйственное значение. Согласно среднестатистическим данным, один больной туберкулезом легких (бактериовыделитель) заражает до 80 человек из ближайшего окружения, а лечение одного больного туберкулезом легких обходится государству в 2233 руб. в год.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить сроки излечения (с учетом возможного повторного курса) до 2 месяцев. Следовательно, за 1 год на каждых 100 больных позволяет сэкономить государству 185 тыс. руб.

Для осуществления лечения деструктивных форм туберкулеза легких применяются хирургические лазерные установки "Скальпель", "Ромашка" (см. Скобелкина К. Лазеры в хирургии, изд. Медицина, 1988), содержащие CO₂-лазер, источник питания, систему транспортировки лазерного излучения.

Недостатком этих установок является то, что их применение связано с хирургическим вмешательством, обладающим высокой травматичностью и наличием послеоперационных осложнений. Кроме того, данные установки используют излучение на длине волны 10,6 мкм, что обусловливает их большие вес и габариты.

Известная лазерная установка с волоконно-оптическим модулем для лечения заболеваний плевры (см. Электронная промышленность, 1985, вып. 6 (144), с. 64), содержащий гелий-неоновый лазер, узел транспортировки излучения которого (светопровод) закреплен в пункционной игле. В качестве лазера используется серийно выпускаемый отпаянный газовый лазер низкого давления с продольным разрядом. Данная установка имеет большие вес и габариты.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой установке для лечения деструктивных форм туберкулеза легких является установка (см. заявку N 4661117/30-14 (036368) от 13.03.89, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства от 25.05.90), содержащая азотный лазер с излучением низкого давления с продольным разрядом и резонатором, источник питания, узел фокусировки в виде фокусирующей линзы, систему транспортировки лазерного излучения в виде волоконного световода, пункционную иглу.

Основным недостатком данной установки является ее большие габариты и, соответственно, вес. Это предопределяется применяемой конструкцией излучателя и схемой накачки (продольный разряд), при которой реализуется относительно низкий удельный энерговклад. Кроме того, в данном лазере за счет большой длины разрядного контура ее индуктивность такова, что объемный разряд в лазере формируется в течение 8-10 нс, что является верхней предельной границей длительности импульса накачки для обеспечения генерации в азотном лазере и, следовательно, приводит к снижению эффективности генерации, что эквивалентно при фиксированной выходной энергии росту веса и габаритов. С другой стороны, инверсия в азотном лазере существует в течение 10 нс. За это время импульс света проходит расстояние ≈ 3 м. Значит, длина области генерации ограничена этим расстоянием. Отсюда следует, что данная установка имеет не только большие габариты (порядка 1 м в длину) и вес, но и ограниченную выходную энергию. Частота следования импульсов в лазерах данной конструкции не превышает 100 гц (см. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике, М. Наука, 1988, с. 199). Из ограничения выходной энергии и средней мощности следует ограничение на максимальный размер облучаемой каверны. Следует также отметить, что данный лазер имеет дополнительные потери на торцевом окне разрядной трубки, которые снижают общую эффективность установки. Кроме того, в данной конструкции не удается организовать эффективное охлаждение лазерной смеси, что и ограничивает частоту следования импульсов, и, соответственно, среднюю мощностью излучения.

Целью предлагаемого технического решения является снижение габаритов и веса установки.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для лечения деструктивных форм туберкулеза легких, содержащей азотный лазер, включающий источник питания, систему управления и излучатель с высоковольтной системой накачки с резонатором, узел фокусировки, систему транспортировки лазерного излучения в виде волоконного световода со сферическим рассеивателем на выходном торце, пункционную иглу, согласно изобретению, излучатель выполнен в виде герметичного токопроводящего корпуса с установленным в нем плазменным листом, инициирующий электрод которого соединен с высоковольтной системой накачки, размещенной на боковой поверхности корпуса, на которую заземлен второй электрод плазменного листа, а ось симметрии межэлектродного промежутка плазменного листа совмещена с осью резонатора.

Кроме того, с целью повышения эффективности лечения при одновременном уменьшении веса и габаритов установки в излучателе выходной узел резонатора совмещен с узлом фокусировки лазерного излучения и выполнен в виде герметично закрепленного внутри корпуса излучателя с его торцевой стороны, стакана, во внутреннем торце которого плоско-выпуклая линза установлена плоской гранью, обращенной во внутрь излучателя.

Внутри стакана с возможностью перемещения по его внутренней боковой поверхности установлена цилиндрическая линза.

Заявленная установка отличается от прототипа совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, что позволяет говорить о ее соответствии критерию изобретения "новизна".

При проведении патентных исследований не обнаружены объекты с отличительными признаками заявляемой установки, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения "существенные отличия".

Положительный эффект данной установки заключается в отсутствии ограничений максимального размера облучаемой каверны за счет снятия ограничения на величину выходной энергии и частоты следования импульсов. Это достигается благодаря высокому удельному энерговкладу, обеспечиваемому в разряде плазменного листа.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена блок-схема установки; на фиг. 2 поперечное сечение излучателя; на фиг. 3 - продольное сечение установки; на фиг. 4 схема фокусировки излучения с плоско-выпуклой линзой; на фиг. 5 то же со сферической линзой.

Установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких содержит азотный лазер 1, включающий излучатель 2, источник 3 питания, газовую систему 4, систему 5 управления, узел 6 фокусировки, систему транспортировки лазерного излучения, выполненную в виде волоконного световода 7 со сферическим рассеивателем 8, пункционную иглу 9. Каверна отмечена позицией 10.

Излучатель 2 (фиг. 2) выполнен в виде герметичного токопроводящего корпуса 11 из металла или диэлектрического материала с металлизированным внешним покрытием. В корпусе 11 установлен плазменный лист, образованный диэлектрической пластиной 12, инициирующим электродом 13 и электродом 14, электрически соединенным с помощью крепления 15 с токопроводящим корпусом 11. Электрод 13 соединен через токоввод 16 с высоковольтной системой 17 накачки, установленной на диэлектрической плите 18. Система 17 накачки включает конденсаторы 19, управляемый разрядник 20, токопроводящую крышку 21. Позицией 22 обозначен поверхностный разряд.

В излучателе 2 (фиг. 3) выходной узел резонатора совмещен с узлом 6 фокусировки и выполнен в виде стакана 23, герметично закрепленного внутри корпуса 11 вблизи его торца. На внутреннем торце стакана 23 установлена плоско-выпуклая линза 24, зафиксированная прижимной шайбой 25. Внутри стакана 23 в оправке 26 установлена цилиндрическая линза 27 с возможностью перемещения, например, по резьбе, нанесенной на внутреннюю боковую поверхность стакана 23. К внешнему торцу стакана 23 присоединен узел 28 крепления системы 7 транспортировки лазерного излучения, причем входной торец 29 световода 7 системы совмещен с фокусом линз 24 и 27. Позицией 30 обозначено отражающее зеркало резонатора.

Установка работает следующим образом. После проведения пункции каверны 10 пункционной иглой 9 производится подготовка лазера 1, заключающаяся в заправке излучателя 2 газовой смесью с помощью газовой системы 4. Затем системой 5 управления формируется ЦУГ управляющих импульсов, обеспечивающих зарядку конденсаторов 19 системы 17 накачки с помощью источника 3 питания и их разряд на плазменный лист с помощью управляемого разрядника 20 с частотой f. При замыкании разрядника 20 напряжение через ввод 16 подается на инициирующий электрод 13. При этом происходит электрический пробой по поверхности диэлектрической пластины 12 между электродами 13 и 14, и загорается плазма поверхностного разряда 22. Плазма разряда 22 практически однородно заполняет всю поверхность пластин 12 между электродами 13 и 14 и имеет толщину 0,3-0,5 мм. (Отсюда название данной конструкции плазменный лист). Более подробно физика зажигания разряда с использованием плазменного листа описана, например, в работе Карлов Н.В. Кузьмин Г.П. Прохоров А.М. Газоразрядные лазеры с плазменными электродами. Известия АН СССР, сер. Физическая, том 48, вып. 7, с. 1430-1436, 1984.

Импульс тока замыкается через корпус 11, электрически соединенный с плазменным листом через крепление 15.

В плазме разряда 22 происходит инверсия заселенности молекул азота, находящихся в газовой смеси. Излучение формируется резонатором лазера, соосным плазменному листу и образованным зеркалом 30 и плоской гранью линзы 24. Поскольку азотный лазер работает на суперлюминесценции, то отражения от грани (больше примерно 4%) достаточно для обеспечения положительной обратной связи, т. е. для генерации лазерного излучения. При этом, ввиду совпадения оси межэлектродного промежутка с осью излучателя 2, обеспечивается генерация лазерного излучения с длиной волны 337 нм. Сечение лазерного луча на выходе излучателя 2 повторяет форму сечения поверхностного разряда 22. Излучение, проходя через линзу 24 (или линзы 24 и 27), фокусируется на входной торец 29, транспоpтируется по световоду 7 и рассеивается сферическим рассеивателем 8 на каверну 10.

Принципиально данная установка может работать как с двумя линзами 24, 27, так и одной линзой 24. Однако диаметр фокусного пятна при этом различен.

Рассмотрим сначала условия фокусировки с использованием одной линзы 24. В этом случае возможны два варианта исполнения линзы 24: сферической и цилиндрической. Условия фокусировки для цилиндрической линзы 24 представлены на фиг. 4, где позицией 31 обозначено сечение луча, 32 фокальное пятно, 33 - ход лучей, l межэлектродное расстояние; h примерно 0,4 мм толщина плазмы разряда, d диаметр фокального пятна.

Поскольку цилиндрическая линза 24 фокусирует излучение только вдоль одной оси, то диаметр фокального пятна 32 может быть меньше h, т.е. в этом случае необходимо использовать для световода 37 волокно диаметром более 0,4 мм.

Условия фокусировки для сферической линзы 24 представлены на фиг. 5, где позицией 34 обозначена область перетяжки диаметра dmin, позициями 35 и 36 - фокальные плоскости. Следует отметить, что при суперлюминесценции расходимость излучения определяется отношением поперечного размера возбужденной области к ее длине. Поскольку сечение возбужденной области является вытянутым прямоугольником (как правило, h:l примерно 1:10²), то расходимость излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (вдоль разряда и перпендикулярно ему) будет существенно различаться. Поэтому фокальные плоскости для них будут различны (35 и 36), и минимально возможный диаметр световода 7 соответствует диаметру перетяжки dmin.

Размер фокального пятна (и, соответственно, диаметр световода 7) может быть уменьшен при использовании цилиндрической линзы 27. При этом при использовании цилиндрической линзы 24 линза 27 обеспечивает сжатие луча в направлении, перпендикулярном плазменному листу. При использовании сферической линзы 24 линза 27 устанавливается таким образом, чтобы обеспечить совмещение плоскостей 35 и 36. В обоих случаях за счет возможности перемещения оправки 26 в стакане 23 (например, по резьбе) положение фокального пятна согласуется с входным торцом 29 световода 7, и обеспечивается значительное уменьшение его размера, что эквивалентно уменьшению диаметра световода 7. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить диаметр используемой пункционной иглы 9, т.е. снизить травматичность операции.

Сфокусированное излучение транспортируется по световоду 7 в область каверны 10, где осуществляется облучение всей каверны 10. Однородность облучения обеспечивается с помощью рассеивателя 8. Причем величина энергии накачки, создаваемая высоковольтной системой 17 накачки, выбирается из условия получения плотности энергии излучения в полости каверны 10 в 200 мк Дж/см², а система 5 управления задает импульсно-периодический режим работы азотного лазера с частотой следования импульсов f, обеспечивающей в соответствии с формулой (3) облучение со средней плотностью мощности 10-15 мВт/см² в зависимости от величины поражения легких.

Предлагаемая конструкция установки обеспечивает значительное сокращение габаритов и веса установки. Прежде всего это объясняется высоким удельным энерговкладом, обеспечиваемым в разряде плазменного листа. Соответственно достигается и больший удельный энергосъем. Так с помощью плазменного листа длиной 0,2 м удается получить ту же энергию излучения, что и в прототипе при длине активной области примерно 1 м. Поскольку длина излучателя практически определяется длиной плазменного листа, то это эквивалентно пятикратному сокращению габаритов излучателя. Кроме того, в предложенной конструкции достигается минимальная индуктивность α_р электрического контура, что эквивалентно сокращению длительности импульса накачки , где C_к - емкость конденсаторов 19. Это в свою очередь обеспечивает повышение КПД генерации, лазера, что при фиксированной выходной энергии эквивалентно сокращению габаритов и веса установки.

Выполнение корпуса 11 из металла обеспечивает хороший теплообмен с окружающей средой. Это снижает все ограничения на работу лазера, связанные с перегревом лазерной смеси.

Следует отметить, что предлагаемая конструкция позволяет снизить габариты и вес при одновременном повышении выходной энергии излучения (за счет большего энергосъема и КПД) и частоты следования импульсов (хорошее охлаждение). Следовательно, данная установка практически не содержит никаких ограничений на величину облучаемой каверны.

Повышение эффективности работы установки при одновременном уменьшении габаритов достигается, во-первых, за счет совмещения выходного узла резонатора с узлом фокусировки, во-вторых, за счет уменьшения числа используемых оптических элементов.

Формула изобретения

1. Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких, включающий пункцию полости каверны и воздействие на внутреннюю ее поверхность расфокусированным импульсным излучением азотного лазера, отличающийся тем, что, с целью сокращения сроков лечения и снижения травматичности, воздействие осуществляют плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме, плотностью мощности 10-15 мВт/см² в течение 3-4 мин.

2. Установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких, содержащая азотный лазер, включающий источник питания, систему управления и излучатель с высоковольтной системой накачки и резонатором, а также узел фокусировки, систему транспортировки лазерного излучения в виде волоконного световода со сферическим рассеивателем на выходном торце и пункционную иглу, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов установки, излучатель выполнен в виде герметичного токопроводящего корпуса с установленным в нем плазменным листом, инициирующий электрод которого соединен с высоковольтной системой накачки, размещенной на боковой поверхности корпуса, а второй заземлен на корпус, при этом ось симметрии межэлектродного промежутка плазменного листа совмещена с осью резонатора.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что в излучателе выходной узел резонатора совмещен с узлом фокусировки лазерного излучения и выполнен в виде стакана, герметично закрепленного внутри корпуса излучателя, при этом внутри стакана у его торца установлена плоско-выпуклая линза, обращенная плоской гранью внутрь излучателя.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что внутри стакана с возможностью перемещения вдоль его внутренней боковой поверхности установлена цилиндрическая линза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5