Волоконно-оптический эндоскопический зонд

 

Изобретение относится к медицине, в частности к эндоскопическому инструментарию - средствам доставки оптического излучения. Технический результат изобретения: организации ввода оптического излучения высокой мощности, сложного модового состава в гибкий оптический жгут и доставка излучения к объекту без изменения картины мод. Сущность изобретения: в волоконно-оптическом эндоскопическом зонде, состоящем из регулярного многожильного световода, оправки, оболочки и микрообъектива, в котором входная часть выполнена в виде фокона в форме усеченного конуса из волокон переменного диаметра, возрастающего в сторону входного торца и исполненного регулярным образом, световод выполнен в виде жгута, а угол 2Θ при вершине фокона с целью предотвращения разрушений, вызванных перегревом волокон в силу рассеяния световой энергии боковой поверхностью зонда, выбирается из условия: где P_{лаз.макс.} - максимальная рассеиваемая материалом волоконно-оптического жгута плотность мощности; R - радиус входного пучка светового излучения (2·R - входной диаметр фокона); r - радиус волоконного жгута (2·r - диаметр погружаемой части зонда); P_лаз - входная мощность лазерного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к области медицине, в частности к эндоскопическому инструментарию средствам доставки оптического излучения.

В настоящее время для доставки лазерного излучения к объекту наибольшее распространение получили моноволоконные зонды. В этом случае, для того чтобы сообщить необходимую дозу излучения, врачу требуется сканировать лучом по поверхности объекта, что не обеспечивает равномерности подачи излучения на поверхности объекта и требует длительной монотонной работы, например при терапевтическом воздействии, в случае обеспечения равномерности подачи излучения (например, посредством линз) не обеспечивается избирательность воздействия излучения на биообъект.

Известны конструкции зондов для подачи оптического излучения во внутренние полости человеческого организма, которые представляют собой нерегулярные гибкие оптические жгуты и используются в эндоскопах в качестве каналов подсветки (освещения белым светом) [1] Недостатком этих зондов является отсутствие возможности передачи по ним изображения оптического излучения сложного модового состава с сохранением картины мод. Недостатками регулярных оптических жгутов [2] являются их чувствительность к некорректному введению лазерного луча в жгут и необходимость перед введением излучения в жгут уменьшения дополнительными оптическими средствами диаметра пучка света до величины диаметра оптического жгута, что сопровождается увеличением плотности мощности светового потока. Последнее обстоятельство существенно ограничивает возможности применения такого решения, в частности при передаче оптического излучения большой мощности, в силу того что излучение увеличенной мощности попадает на торец жгута, где до 20% поверхности занимает межволоконный клей, происходит местный перегрев, приводящий к нарушению регулярности и разрушению волокон.

Известны зонды, выбранные в качестве прототипа, представляющие собой многожильный световод, передающий изображение [3] Недостатком прототипа является его хрупкость, а соответственно и ограниченное расстояние по передаче изображения.

Задачей изобретения является организация ввода оптического излучения высокой мощности сложного модового состава в оптический жгут и доставка излучения к удаленному объекту без изменения картины мод.

Указанная задача решается тем, что входная часть волоконно-оптического эндоскопического зонда, состоящего из многожильного световода, оправки, оболочки и микрообъектива, выполнена в виде фокона в форме усеченного конуса из волокон переменного диаметра, возрастающего в сторону входного торца и исполненного регулярным образом, отличающийся тем, что световод выполнен в виде жгута, а угол 2Θ при вершине фокона с целью предотвращения разрушений, вызванных перегревом волокон в силу рассеяния световой энергии боковой поверхности зонда (фиг.2) выбирается из условия: где P_лаз входная мощность лазерного излучения; S_б боковая поверхность фокона; P_{лаз.макс.} максимальная рассеиваемая материалом волоконно-оптического жгута плотность мощности; где R радиус входного пучка светового излучения (2·R входной диаметр фокона);
r радиус волоконного жгута (2·r диаметр погружаемой части зонда);
откуда

Указанная задача известными конструкциями не решалась. Сопоставительный анализ с прототипами позволяет сделать вывод, что заявляемый волоконно-оптический зонд отличается тем, что к источнику оптического излучения он примыкает фоконной частью, где диаметр волокон существенно больше диаметра волокон в дистальной части зонда. В сборе волоконно-оптический зонд представляет собой регулярный жгут, состоящий из моноволокон с увеличенным диаметром на одном конце волокна (фиг. 1), фоконная часть которого выполнена регулярной. В источниках информации не обнаружено технических решений, аналогичных заявленному, поэтому предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна". Так как предлагаемое устройство отличается от известных наличием новых существенных признаков, то оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан элемент жгута моноволокно, на фиг. 2 общий вид волоконно-оптического зонда.

Волоконно-оптический зонд состоит из цельных моноволокон с фоконной частью 1, оправки 2, оболочки 3 и линзы 4. Для склейки волокон на дистальном конце целесообразно использовать клей с минимально поглощающей способностью.

Оптическое излучение подается на торец большого диаметра, здесь плотность распределения энергии невысокая. К окончанию фоконной части, где диаметр жгута равен диаметру дистального конца (линза), излучение фокусируется моноволокном и передается к поверхности биообъекта, где линзой излучение снова рассеивается. Таким образом, мощность излучения, увеличенная обратно пропорционально диаметру волокна, доставляется в любую эндоскопически достигаемую полость. При таком способе передачи оптического излучения отпадает необходимость в дополнительных оптических средствах для введения излучения в жгут, обеспечивается возможность передачи излучения сложного модового состава без изменения картины мод и передачи оптического излучения большой мощности.

Создан действующий образец зонда, подтверждающий работоспособность и эффективность предлагаемого устройства. Таким образом, данное устройство позволяет решить задачу ввода и доставки к биообъекту оптического излучения большой мощности, сложного модового состава без изменения картины мод.

Формула изобретения

Волоконно-оптический эндоскопический зонд, состоящий из регулярного многожильного световода, оправки, оболочки и линзы, в котором входная часть выполнена в виде фокона в форме усеченного конуса из волокон переменного диаметра, возрастающего в сторону входного торца и исполненного регулярным образом, отличающийся тем, что световод выполнен в виде жгута, а угол при вершине фокона 2Θ выбирается из условия

где P_{лаз. макс} максимальная рассеиваемая материалом волоконно-оптического жгута плотность мощности;
R радиус входного пучка светового излучения (2 x R входной диаметр фокона);
r радиус волоконного жгута (2 x r диаметр погружаемой части зонда);
P_лаз входная мощность лазерного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2