Устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения

 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, и может быть использовано для лечебных процедур с определенной дозой излучения. Устройство содержит группу лазеров на различных длинах волн. Каждый лазер имеет блок управления и фотоэлектрический преобразователь-свидетель в своем оптическом канале. Потоки излучения всех лазеров через блок сведения в один оптический канал направлены в общую для всех лазеров фотометрическую полость, в основной выходной апертуре которой установлена перемещающаяся заглушка с поверхностью, имеющей коэффициент диффузного отражения, равный 100%. Полость имеет ряд дополнительных выходных апертур, в каждой установлен основной фотоэлектрический преобразователь с оптическим фильтром на входе, связанный со своим блоком коррекции, с которым связан также и соответствующий фотоэлектрический преобразователь-свидетель. Устройство содержит пусковой элемент, схему И и линию задержки. Каждый из блоков коррекции содержит усилитель, три дифференциальных усилителя, два цифровых счетчика, цифро-аналоговый преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, две схемы сравнения и два тактовых генератора. Изобретение позволяет обеспечивать режим калибровки и параллельно-следящей постоянной автоматической коррекции мощности потоков лазерного излучения различных длин волн, объединенных в один оптический канал и падающих на облучаемый участок биоткани, компенсируя уменьшение поглощенной дозы из-за частичного отражения этих потоков поверхностью биоткани. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, в части создания устройств для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения и может быть использовано при проведении лечебных процедур с использованием лазерного излучения, лечебный эффект которого определяется дозой излучения, поглощенного живой биотканью.

Энергия потока Ф(λ) лазерного излучения (где λ - рабочая длина волны лазера), поглощенная биотканью за весь цикл лечебных процедур, может оказывать как положительный, так и отрицательный эффект. Поэтому соблюдение точности дозировки при проведении лечебных процедур имеет принципиальное значение. Однако в медицинской практике используется значение мощности излучения применяемого лазера (доза определяется умножением значения мощности потока излучения на время воздействия), то есть устанавливается падающая на биоткань доза излучения. В то время как поглощенная биотканью доза излучения составляет только часть падающей дозы, то есть падающее излучение разделяется на два потока: не участвующий в лечебном процессе отраженный поток (соответствующий коэффициенту отражения К_отр биоткани) и используемый в лечебном процессе поглощенный поток (соответствует коэффициенту поглощения К_погл биоткани). Для реальных биотканей К_погл изменяется в достаточно широких пределах в зависимости от ряда факторов (длина волны излучения лазера, цвет и состояние кожи, анатомическое расположение зоны облучения, атмосферные условия, время суток, психологическое состояние пациента и т.п.), совокупность которых статистически невозможно учесть для каждого конкретного пациента. При применении режима одновременного многоволнового воздействия (при использовании излучения нескольких лазеров, генерирующих на различных длинах волн, потоки излучения которых объединены в один оптический канал), когда на одну и ту же поверхность биоткани одновременно воздействуют потоки оптического излучения различных длин волн, происходит поглощение биотканью оптической энергии, различное по величине для каждой из длин волн. Это существенно и неконтролируемо нарушает заданный режим лечебной процедуры облучения.

Реальным выходом является оперативное определение в процессе проведения лечебной процедуры К_погл в конкретной зоне облучения индивидуально для каждой из используемых длин волн и соответствующая независимая коррекция величины падающего излучения каждого лазера. При этом основными задачами являются следующие: обеспечение самокалибруемого (автономного) режима и обеспечение автоматизированного (без активного участия оператора) режима функционирования.

Известно устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, содержащее группу рабочих оптических излучателей на разных длинах волн, на выходе каждого из которых расположен свой блок управления, предназначенный для питания и регулирования его мощности, обеспечивающий поддержание установленного значения мощности данного излучателя неизменным в течение процедуры облучения биоткани, блок сведения оптических потоков излучателей в один оптический канал, пусковой элемент [1].

Преимуществом данного устройства является возможность совместного воздействия на биоткань оптическим излучением на нескольких длинах волн, что создает синергетический эффект воздействия, то есть взаимно усиливающее влияние всех факторов воздействия (не суммарный эффект), что повышает эффективность терапевтической процедуры.

Недостатком известного устройства является то, что в нем в процессе поддержания значения мощности источников оптического излучения не учитывается К_погл биотканью падающего на нее излучения, что (как показано выше) не обеспечивает достаточную эффективность терапевтической процедуры и снижает соответственно преимущество синергетического воздействия.

Также известно устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, являющееся по числу общих признаков наиболее близким к описываемому, содержащее лазер, вход которого подключен к выходу блока управления, предназначенного для питания и регулирования мощности излучения лазера на длине волны λ₁, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и первую дополнительную выходную апертуру, при этом основная выходная апертура снабжена для обеспечения калибровки фотометрической полости перемещающейся заглушкой с возможностью открытия этой апертуры, поверхность заглушки имеет коэффициент диффузного отражения, равный 100%, в дополнительной выходной апертуре установлен первый основной фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан с первым входом первого блока коррекции мощности лазера на длине волны λ₁ [2].

Преимуществом данного устройства по сравнению с [1] является возможность ручной коррекции мощности лазерного излучения с учетом Кпогл биотканью этого излучения для обеспечения установки заданной поглощенной биотканью дозы излучения, что повышает эффект терапевтической процедуры.

Недостатком устройства является сложность и достаточно большая длительность (порядка 2 минут на каждую облучаемую зону) процедуры ручной коррекции мощности излучения лазера для установки заданной поглощенной дозы из-за необходимости повторной процедуры установки нового значения мощности по показаниям дополнительного прибора, при этом возможно смещение ранее выбранной зоны биоткани относительно первоначальной, где фактически определен коэффициент поглощения, что снижает точность дозирования, уменьшает эффективность терапевтической процедуры и при этом не позволяет осуществлять процедуру по лабильной (перемещаемой по ткани) методике. Отсутствие возможности обеспечения в устройстве реализации синергетического эффекта также снижает эффективность терапевтической процедуры.

Целью изобретения является сокращение времени и упрощение процедуры коррекции мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения и повышение точности установки поглощенной биотканью дозы излучения, а также повышение эффективности терапевтического воздействия за счет обеспечения в устройстве возможности создания синергетического эффекта при выполнении лабильной методики терапевтического лазерного воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, содержащем лазер на длине волны λ₁, вход которого подключен к выходу блока управления, предназначенного для питания этого лазера и регулирования его мощности излучения, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и первую дополнительную выходную апертуру, при этом основная выходная апертура снабжена для обеспечения калибровки фотометрической полости перемещающейся заглушкой с возможностью открытия этой апертуры, и поверхность заглушки имеет коэффициент диффузного отражения, равный 100%, а в дополнительной выходной апертуре установлен первый основной фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан с первым входом первого блока коррекции мощности лазера на длине волны λ₁, согласно изобретению в устройство введены дополнительные лазеры, каждый из которых выполнен на одной из длин волн от λ₂ до λ_N, где N - порядковый номер используемой длины волны, вход каждого лазера подключен к выходу своего блока управления из (N-1) блоков управления, дополнительно введенных в устройство и имеющих назначение, аналогичное блоку управления лазером на длине волны λ₁, устройство снабжено дополнительным пусковым элементом, который связан параллельно со всеми первыми входами всех блоков управления для обеспечения одновременного включения всех лазеров, по ходу излучения каждого из которых установлен общий для всех лазеров блок сведения оптических потоков лазеров в один оптический канал, выход которого связан со входной апертурой фотометрической полости, в оптическом канале между каждым лазером и блоком сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N введенных дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей, также введены (N-1) блоков коррекции мощности соответствующего лазера, идентичных первому блоку коррекции, при этом каждый из блоков предназначен для коррекции мощности лазера на одной из используемых длин волн, выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей связан со вторым входом соответствующего блока коррекции мощности того лазера, в оптическом канале которого расположен этот преобразователь, при этом фотометрическая полость снабжена (N-1) дополнительной выходной апертурой, в каждой из которых установлен один из (N-1) дополнительно введенных основных фотоэлектрических преобразователей, выход каждого из которых связан с первым входом одного из (N-1) блока коррекции мощности лазера, причем на оптическом входе каждого основного фотоэлектрического преобразователя установлен дополнительно введенный оптический фильтр для пропускания излучения длины волны того лазера, с блоком коррекции мощности которого связан выход данного основного фотоэлектрического преобразователя, в устройство введена также N-входовая схема И, выход которой подключен ко входу введенной в устройство линии задержки, каждый блок коррекции содержит усилитель, первый дифференциальный усилитель, второй дифференциальный усилитель с управляемым резистором в цепи его обратной связи, третий дифференциальный усилитель, первый и второй цифровой счетчик, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй аналого-цифровой преобразователь, первую и вторую схему сравнения, первый и второй тактовый генератор, при этом упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя связан со входом усилителя, и этот вход усилителя является первым упомянутым входом блока коррекции мощности лазера, вторым упомянутым входом которого является первый вход второго дифференциального усилителя, выход усилителя соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, второй вход которого связан как с выходом второго дифференциального усилителя, так и с аналоговым входом управляемого резистора, выход которого связан со вторым входом второго дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя соединен как с первым входом третьего дифференциального усилителя, так и с аналоговым входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан со входом первой схемы сравнения, выход которой подключен как ко входу, соответствующему номеру длины волны излучения лазера, обслуживаемого данным блоком коррекции, схемы И, так и на управляющий остановкой вход первого тактового генератора, запускающий вход которого подключен к пусковому элементу, а выход - соединен как с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя, так и со входом первого цифрового счетчика, выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора, выход третьего дифференциального усилителя связан как со вторым входом блока управления, предназначенным для передачи сигнала для коррекции мощности излучения лазера, так и соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения, выход которой соединен с управляющим остановкой входом второго тактового генератора, запускающий вход которого подключен к выходу линии задержки, являющимся общим для всех блоков коррекции, а выход второго тактового генератора связан как с запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, так и со входом второго цифрового счетчика, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выход которого связан со вторым входом третьего дифференциального усилителя.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет введения в устройство группы лазеров на различных N длинах волн со своими блоками управления, сведения излучения этих лазеров в один оптический канал, выполнения фотометрической полости с N дополнительными выходными апертурами, в каждой из которых помещен основной фотоэлектрический преобразователь со своим оптическим фильтром на одну из используемых длин волн на входе и связь выхода этого преобразователя со своим из N блоков коррекции, с которым связан также один из N дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей изменения уровня мощности излучения лазера на соответствующей длине волны, поступающего на входную апертуру фотометрической полости, а также схемного решения каждого из идентичных блоков коррекции мощности (содержащего компенсационные узлы), позволяющего моделировать в каждом блоке реакцию соответствующего основного фотоэлектрического преобразователя на введение в фотометрическую полость заглушки с коэффициентом отражения, равным 100%, и на открытую основную выходную апертуру этой полости, а также на введение в эту апертуру биоткани - в устройстве организована постоянная параллельно-следящая система автоматической коррекции мощности каждого падающего на биоткань лазерного излучения на различных длинах волн с учетом поглощенной биотканью дозы на каждой длине волны. Это сокращает время и упрощает процедуру коррекции мощности падающего на биоткань суммарного лазерного излучения, повышает точность установки поглощенной биотканью дозы излучения, повышает эффективность терапевтического воздействия за счет обеспечения в устройстве возможности реализации синергетического эффекта при выполнении лабильной (с перемещением по облучаемой зоне биоткани) методики терапевтического воздействия.

На чертеже представлена схема устройства для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения.

На чертеже для упрощения прочтения текста для всех аналогичных элементов, отличающихся при описании только связью их с конкретным порядковым номером длины волны излучения принята общая нумерация, снабженная через дефис под номером, соответствующим порядковому номеру длины волны излучения. Например, все лазеры имеют порядковый номер 1, при этом лазер на длине волны λ₁ имеет номер позиции на чертеже 1-1, на длине волны λ_N: 1-N.

Устройство содержит лазер 1-1 на длине волны λ₁, вход которого подключен к выходу блока 2-1 управления, предназначенного для питания этого лазера 1-1 и регулирования его мощности излучения. По ходу излучения лазера 1-1 расположена входная апертура 3 фотометрической полости 4 (в качестве которой может быть использована сфера, полусфера, цилиндр, усеченный конус и др., на чертеже в качестве варианта исполнения показана сфера 4), которая содержит основную выходную апертуру 5 и первую дополнительную выходную апертуру 6-1. Основная выходная апертура 5 снабжена для обеспечения калибровки фотометрической полости 4 перемещающейся заглушкой 7 с возможностью открытия этой апертуры 5. Поверхность заглушки имеет коэффициент диффузного отражения, равный 100%. В дополнительной выходной апертуре 6-1 установлен первый основной фотоэлектрический преобразователь 8-1, выход которого связан с первым входом первого блока 9-1 коррекции мощности лазера 1-1 на длине волны λ₁. В устройство введены дополнительные лазеры от 1-2 до 1-N, каждый из которых выполнен на одной из длин волн от λ₂ до λ_N, где N - порядковый номер используемой длины волны. Вход каждого лазера 1 подключен к выходу своего блока 2 управления из (N-1) блоков (от 2-2 до 2-N) управления, дополнительно введенных в устройство и имеющих назначение, аналогичное блоку 2-1 управления лазером 1-1 на длине волны λ₁. Устройство снабжено дополнительным пусковым элементом 10, который связан параллельно со всеми первыми входами всех блоков 2 управления для обеспечения одновременного включения всех лазеров 1. По ходу излучения каждого из лазеров 1 установлен общий для всех лазеров блок 11 сведения оптических потоков лазеров 1 в один оптический канал. Выход блока 11 связан со входной апертурой 3 фотометрической полости 4. В оптическом канале между каждым лазером 1 и блоком 11 сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N введенных дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей (от 12-1 до 12-N). Также введены (N-1) блоков (от 9-2 до 9-N) коррекции мощности соответствующего лазера, идентичных первому блоку 9-1 коррекции. Каждый из блоков 9 предназначен для коррекции мощности лазера на одной из используемых длин волн от λ₁ до λ_N. Выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей 12 связан со вторым входом соответствующего блока 9 коррекции мощности того лазера 1, в оптическом канале которого расположен этот преобразователь. Фотометрическая полость 4 снабжена (N-1) дополнительной выходной апертурой от 6-2 до 6-N, в каждой из которых установлен один из (N-1) дополнительно введенных основных фотоэлектрических преобразователей от 8-2 до 8-N. Выход каждого из этих преобразователей 8 связан с первым входом одного из (N-1) блока 9 коррекции мощности лазера 1. На оптическом входе каждого основного фотоэлектрического преобразователя 8 установлен дополнительно введенный оптический фильтр от 13-1 до 13-N для пропускания излучения длины волны того лазера 1, с блоком 9 коррекции мощности которого связан выход данного основного фотоэлектрического преобразователя 8. В устройство введена также N-входовая схема 14 И, выход которой подключен ко входу введенной в устройство линии задержки 15. Каждый блок 9 коррекции содержит усилитель 16, первый дифференциальный усилитель 17, второй дифференциальный усилитель 18 с управляемым резистором 19 в цепи его обратной связи, третий дифференциальный усилитель 20, первый 21 и второй 22 цифровой счетчик, цифроаналоговый преобразователь 23, первый 24 и второй 25 аналого-цифровой преобразователь, первую 26 и вторую 27 схему сравнения, первый 28 и второй 29 тактовый генератор, при этом упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя 8 связан со входом усилителя 16, и этот вход усилителя 16 является первым упомянутым входом блока 9 коррекции мощности лазера 1. Вторым упомянутым входом блока 9 является первый вход второго дифференциального усилителя 18. Выход усилителя 16 соединен с первым входом первого дифференциального усилителя 17, второй вход которого связан как с выходом второго дифференциального усилителя 18, так и с аналоговым входом управляемого резистора 19, выход которого связан со вторым входом второго дифференциального усилителя 18. Выход первого дифференциального усилителя 17 соединен как с первым входом третьего дифференциального усилителя 20, так и с аналоговым входом первого аналого-цифрового преобразователя 24, выход которого связан со входом первой схемы сравнения 26. Выход схемы сравнения 26 подключен как к входу, соответствующему номеру длины волны излучения лазера 1, обслуживаемого данным блоком 9 коррекции, схемы 14 И, так и на управляющий остановкой (ОСТ.1) вход первого тактового генератора 28, запускающий вход (ЗАП.1) которого подключен к пусковому элементу 10, а выход - соединен как с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя 24, так и со входом первого цифрового счетчика 21. Выход счетчика 21 подключен к управляющему входу управляемого резистора 19. Выход третьего дифференциального усилителя 20 связан как со вторым входом блока 2 управления, предназначенным для передачи сигнала для коррекции мощности излучения лазера 1, так и соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя 25, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения 27, выход которой соединен с управляющим остановкой (OCT.2) входом второго тактового генератора 29. Запускающий вход тактового генератора 29 подключен к выходу линии задержки 15, являющимся общим для всех блоков от 9-1 до 9-N коррекции. Выход второго тактового генератора 29 связан как с запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя 25, так и со входом второго цифрового счетчика 22, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя 23, выход которого связан со вторым входом третьего дифференциального усилителя 20. На чертеже позицией 30 обозначена биоткань.

Для обеспечения диффузного отражения поверхностью заглушки 7 с коэффициентом, близким к 100%, поверхность заглушки 7 (а также, как правило, внутренняя поверхность фотометрической полости 4) покрыта диффузно-рассеивающим отражающим составом, в качестве которого могут быть использованы матовые эмали на основе фторопласта, или SiO₂, или ВаО, или MgO или другие известные покрытия с коэффициентом отражения ~100%.

Каждый блок 2 управления на чертеже не детализирован, так как является типовым электронным блоком регулирования мощности лазера - элементом комплектации используемых в медицинских аппаратах лазеров (см., например, "Аппарат лазерный физиотерапевтический АЛЬФА-1M. Паспорт, краткое техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЛДИГ.941537.001 Пс, То, Иэ", с. 8). Типовой блок содержит элементы, обеспечивающие питание лазера, регулирование его мощности известными электрическими приемами. Схема такого блока содержит возможность введения в него дополнительных сигналов управления.

Оптическая связь каждого дополнительного фотоэлектрического преобразователя-свидетеля 12 со своим с лазером 1 может быть осуществлена любым известным способом, например в качестве преобразователя 12 может быть использован собственный встроенный фотодиод обратной связи лазера (практически все полупроводниковые непрерывные лазеры, используемые в медицинских аппаратах, имеют встроенные фотодиоды обратной связи). Или используется волоконно-оптический Y-ответвитель и т.п.

Линия задержки 15 настроена на время, необходимое для переключения заглушки 7 в апертуре 5 фотометрической полости 4.

Перемещение заглушки 7 может быть осуществлено с помощью любого известного технического приема линейного перемещения: электромеханического, электромагнитного или, например, вручную.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы устройства суммарный (объединенный) поток лазерного излучения с заданным исходно и независимо значением мощности излучения на каждой используемой длине волны от λ₁ до λ_N (каждая длина волны излучения фиксирована и в процессе работы не изменяется) подается от лазеров 1 и блок 11 сведения оптических потоков лазеров через входную апертуру 3 в фотометрическую полость 4. Функционирование каналов (каждый из которых соответствует одной, собственной используемой длине волны излучения из длин волн от λ₁ до λ_N, и включает соответствующие номеру длины волны лазер 1 с блоком 2 управления, фотоэлектрический преобразователь-свидетель 12, основной фотоэлектрический преобразователь 8 с оптическим фильтром 13 и блок 9 коррекции мощности своего лазера) осуществляется одновременно, идентично и независимо друг от друга. Все каналы запускаются одновременно пусковым устройством 10. При работе устройства происходит параллельно-следящая автоматическая коррекция мощности потока падающего через объединенный оптический канал лазерного излучения нескольких различных длин волн с учетом поглощенной биотканью 30 на каждой длине волны дозы. При этом устройство работает независимо и одновременно (параллельно) на всех используемых длинах волн в следующих последовательных режимах.

Сначала во время первых двух режимов происходит самокалибровка в каждом канале при закрытой, а потом при открытой заглушкой 7 основной выходной апертуре 5 фотометрической полости 4.

Режим 1. Выделяется сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 8 при закрытой заглушкой 7 выходной апертуре 5. Этот сигнал соответствует величине Ф₁ потока излучения, когда К_погл=0% (полное отражение потока излучения с участка, ограниченного выходной апертурой 5 полости 4 при условии спектральной независимости коэффициента отражения К_отр заглушки 7). Электрический сигнал с выхода основного фотоэлектрического преобразователя 8 поступает на первый вход блока 9 коррекции мощности. Этот вход блока 9 является входом усилителя 16 блока 9. Усилитель 16 усиливает сигнал, пропорциональный потоку Ф₁, и он поступает на первый вход первого дифференциального усилителя 17. На второй вход этого усилителя 17 поступает масштабированный сигнал с выхода второго дифференциального усилителя 18, на первый вход которого (являющийся одновременно вторым входом блока 9) поступает электрический сигнал с выхода дополнительного фотоэлектрического преобразователя-свидетеля 12, соответствующий только значению мощности лазерного излучения соответствующего лазера 1 на входной апертуре 3 фотометрической полости 4 и не зависящий от параметров и элементов полости 4. В начальный момент работы устройства первый цифровой счетчик 21 установлен в исходное положение, соответствующее наименьшему коэффициенту усиления второго дифференциального усилителя 18. Счетчик 21 управляет управляемым резистором 19 в цепи обратной связи усилителя 18 и обеспечивает запоминание установленного значения коэффициента усиления по сигналу от первой схемы сравнения 26, который одновременно поступает на соответствующий номеру длины волны излучения вход схемы 14 И и через нее на вход линии задержки 15. Аналоговый сигнал рассогласования с выхода первого дифференциального усилителя 17 поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 24, предназначенного для преобразования этого сигнала в цифровой код. На запускающий вход первого тактового генератора 28 от пускового элемента 10 одновременно с включением лазера 1 поступает сигнал "ЗАП.1", по которому включается тактовый генератор 28, и с его выхода поступает последовательность сигналов на вход первого цифрового счетчика 21. Одновременно каждый импульс последовательности сигналов на выходе генератора 28 запускает аналого-цифровой преобразователь 24. В процессе заполнения регистра первого цифрового счетчика 21 коэффициент усиления второго дифференциального усилителя 18 увеличивается, в результате чего сигнал рассогласования на выходе усилителя 17 уменьшается. При достижении равенства усиленного сигнала дополнительного фотоэлектрического преобразователя-свидетеля 12 и сигнала с выхода усилителя 16 сигнал рассогласования на выходе первого дифференциального усилителя 17 становится равным нулю. На выходе аналого-цифрового преобразователя 24 устанавливается нулевой код, при появлении которого первая схема сравнения 26 вырабатывает сигнал, прекращающий работу первого тактового генератора 28. При этом уровень сигнала на выходе второго дифференциального усилителя 18 соответствует величине потока Ф₁. При выполнении последующих режимов установленное состояние счетчика 21 и величина управляемого резистора 19 (то есть значение коэффициента усиления второго дифференциального усилителя 18) не должно изменяться.

Затем осуществляется калибровка фотометрической полости 4 во втором режиме: при открытой ее основной выходной апертуре 5 путем перемещения заглушки 7 так, чтобы излучение из фотометрической полости 4 выходило в свободное пространство (при этом площадка фотометрической полости 4, ограниченная основной выходной апертурой 5, является открытым пространством с коэффициентом поглощения 100%, которое может быть как фактическим, так и имитированным).

Режим 2. Выходной электрический сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 8 уменьшается до величины, соответствующей величине потока (Ф₁-Ф₂), где величина потока Ф₂ соответствует потоку излучения через открытую основную выходную апертуру 5 (в "открытое пространство") при заданном исходно значении мощности излучения лазера 1. В этот момент на выходе усилителя 18 сигнал соответствует потоку Ф₁, а на выходе усилителя 17 появляется отличный от нуля сигнал рассогласования, соответствующий величине потока Ф₂. Сигнал с выхода этого усилителя 17 поступает на первый вход третьего дифференциального усилителя 20, выход которого подключен к аналоговому входу второго аналого-цифрового преобразователя 25. Второй вход усилителя 20 подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 23. Второй цифровой счетчик 22 управляет преобразователем 23 и обеспечивает запоминание установленного уровня выходного сигнала преобразователя 23. Счетчик 22 установлен в начале работы устройства в исходное положение, при котором выходной сигнал преобразователя 23 равен нулю. Аналоговый сигнал рассогласования с выхода усилителя 20 поступает на вход второго аналого-цифрового преобразователя 25, предназначенного для преобразования этого сигнала в цифровой код. После завершения переключения заглушки 7 (когда она выходит из апертуры 5) срабатывает линия задержки 15 и включается второй тактовый генератор 29, последовательность сигналов с выхода которого поступает одновременно как на вход счетчика 22, так и на запускающий вход второго аналого-цифрового преобразователя 25. В процессе заполнения регистра счетчика 22 выходной ступенчатый аналоговый сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 23 увеличивается, в результате чего сигнал рассогласования на выходе усилителя 20 уменьшается. При достижении равенства сигнала с выхода усилителя 17 и сигнала с выхода преобразователя 23 сигнал рассогласования на выходе усилителя 20 становится равным нулю, и на выходе второго аналогово-цифрового преобразователя 25 устанавливается нулевой код. При этом вторая схема сравнения 27 вырабатывает сигнал, прекращающий работу второго тактового генератора 29. В этот момент на выходе преобразователя 23 устанавливается уровень сигнала, соответствующий величине потока Ф₂. При выполнении последующих режимов установленное состояние счетчика 22 и преобразователя 23 (то есть уровень сигнала, соответствующий значению величины потока Ф₂) не должно изменяться.

Затем осуществляются рабочие режимы облучения биоткани. Основная выходная апертура 5 закрывается рабочим участком биоткани 30.

Режим 3. Выходной электрический сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 8 увеличивается до величины, соответствующей величине потока излучения (Ф₁-Ф₃), где величина потока Ф₃ соответствует потоку излучения, поглощенному биотканью 30, закрывающей апертуру 5. На выходе усилителя 17 появляется сигнал, соответствующий величине потока Ф₃, а на выходе усилителя 20 - сигнал рассогласования, соответствующий величине (Ф₂-Ф₃). Этот сигнал является выходным сигналом "коррекция мощности" блока 9 коррекции мощности и поступает на регулирующий второй вход блока 2 управления, предназначенный для передачи сигнала для регулирования мощности излучения лазера 1.

Режим 4. Знак сигнала рассогласования определяет увеличение или уменьшение мощности, а величина сигнала определяет величину изменения мощности излучения лазера 1. Изменение значения уровня мощности излучения лазера 1 по сигналу от блока 9 коррекции мощности контролируется дополнительным фотоэлектрическим преобразователем-свидетелем 12, вход которого оптически связан с лазером 1. При этом обеспечивается изменение сигнала на втором входе усилителя 17, пропорциональное изменению мощности излучения лазера 1. Таким образом на выходе усилителя 17 сигнал соответствует только потоку Ф₃' (скорректированное значение потока Ф₃), изменяющемуся также пропорционально изменению мощности лазерного излучения на входной апертуре 3 фотометрической полости 4. При достижении величиной потока значения Ф₃'=Ф₂ сигнал рассогласования на выходе усилителя 20 (и блока 9 коррекции мощности в целом) становится равным нулю и изменение мощности лазерного излучения прекращается. Это состояние (новое, измененное значение мощности излучения лазера 1) соответствует 100%-му поглощению биотканью потока лазерного излучения с заданным исходно значением мощности излучения.

Далее рабочие режимы 3 и 4 могут повторяться неоднократно и на различных участках биоткани в течение непрерывного цикла процедур с неизменным исходным значением установленной мощности излучения. При этом в процессе непрерывного цикла процедур облучения участков биоткани 30 с различными значениями К_погл коррекция мощности лазерного излучения происходит автоматически, обеспечивая неизменность исходно заданной поглощенной дозы на каждой используемой длине волны.

При изменении установки исходного значения мощности излучения калибровка фотометрической полости 4 с открытой основной выходной апертурой 5 повторяется. Сигналы "ЗАП.1" и "ЗАП.2" поступают синхронно на соответствующие входы всех каналов, обеспечивая их одновременное параллельное функционирование и одновременную коррекцию мощности излучения на всех используемых длинах волн.

Таким образом, за счет того что в устройство введены описанные каналы, имеющие лазер, блок управления, дополнительный фотоэлектрический преобразователь, расположенный до входной апертуры фотометрической полости со стороны лазера, вход этого преобразователя связан оптически с лазером, а выход - с дополнительным входом блока коррекции, выполненным вышеописанным образом, при этом в фотометрической полости выполнены дополнительные выходные апертуры, в которых установлены основные фотоэлектрические преобразователи с оптическими фильтрами на входе, в устройстве обеспечен режим автокалибровки и параллельно-следящий режим автоматической коррекции мощности излучения группы лазеров на разных длинах волн (в то время как в прототипе возможен только режим коррекции мощности одного лазера вручную и длительная процедура калибровки в процессе подготовки биоткани к облучению), что сокращает время и упрощает процедуру коррекции мощности падающего на биоткань суммарного потока лазерного излучения, повышает точность установки поглощенной биотканью дозы излучения (порядка 15-18% против не менее чем 35% у прототипа) и повышает эффективность терапевтической процедуры, проводимой по лабильной (путем перемещения лазерного излучения относительно биоткани) методике лазерного воздействия за счет обеспечения в устройстве возможности реализации синергетического эффекта.

В устройстве обеспечено измерение параметров излучения в относительных единицах, что не требует неизменности значения абсолютной чувствительности фотоэлектрических преобразователей устройства и соответствующих периодических поверок (факторы, влияющие на стабильность значения абсолютной чувствительности и требующие поэтому применения дополнительных специальных мер защиты: климатические условия окружающей среды, режимы питания фотоэлектрических преобразователей, длина волны излучения и др.), а, поскольку в устройстве результат измерений базируется на определении дифференциальных сигналов, влияние зонной характеристики чувствительности указанных преобразователей, носящее систематический характер, исключается, что повышает точность и упрощает коррекцию мощности.

Пример реализации устройства.

В качестве лазеров использованы: - лазер типа ИЛПН-108, длина волны 0,85 мкм, мощность излучения 30 мВт; - лазер типа ИЛПН-065, длина волны 0,65 мкм, мощность излучения 15 мВт; - лазер типа ИЛПН-205, длина волны 0,88 мкм, мощность излучения 20 мВт.

Основные фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) фотодиоды типа ФД-24К.

В качестве оптических фильтров использованы соответствующие пропусканию излучения на длинах волн генерации указанных выше лазеров полосовые светофильтры из стандартных наборов светофильтров.

В качестве дополнительных фотоэлектрических преобразователей для всех длин волн использованы собственные преобразователи, встроенные в вышеуказанные лазеры.

Фотометрическая полость - разработки заявителя в виде сферы: - входная апертура ⊘8 мм; - основная выходная апертура ⊘8 мм; - дополнительные выходные апертуры ⊘2,5 мм; - отражающая поверхность заглушки разработки заявителя выполнена с покрытием эмалью на основе MgO и имеет коэффициент диффузного отражения К_отр= 96% (отличие от 100% учитывается в значении погрешности измерений).

Блоки коррекции мощности - разработки заявителя и выполнены на типовых блоках, элементах и деталях.

Пусковой элемент - кнопка типа КМ-1.

Блок сведения оптических потоков в один оптический канал - разработки заявителя на типовых зеркальных оптических элементах.

Устройство использовано в лазерной терапии при выполнении процедур по лабильной методике. Количество последовательно облученных зон биоткани от 4 до 6. Число циклов процедур 36.

Погрешность установки поглощенной дозы - 15%. (Для прототипа использовались одинаковыми все общие с заявленным устройством элементы. Погрешность установки поглощенной дозы по прототипу составила ~35%).

Время выполнения процедуры коррекции - порядка 0,2 с (для трех длин волн). Для прототипа время процедуры коррекции составило 2 мин на одну длину волны.

Влияние синергетического эффекта, реализуемого при применении описанного устройства, не требует специального подтверждения, так как является научно установленным фактом (в прототипе реализация синергетического эффекта не обеспечивается).

Таким образом, описанное устройство достигает поставленной цели: сокращает время и упрощает процедуру коррекции мощности падающего на биоткань лазерного излучения одновременно на нескольких длинах волн, повышает точность установки поглощенной биотканью дозы излучения при выполнении лабильной методики терапевтического воздействия, а также повышает эффективность терапевтической процедуры за счет обеспечения возможности реализации синергетического эффекта.

Источники информации: 1. Рекламный буклет на магнитно-инфракрасный лазерный терапевтический аппарат со встроенным фоторегистратором МИЛТА-Ф (ОКПО 9444250092); разработка ТОО "СИМВОЛ" при МЭИ, 105835, Москва, ул.Красноказарменная, 14 и завода "Радиоприбор", 111250, Москва, ул. Пруд-Ключики, 2 - аналог.

2. Ромашков А.П. Аппаратура для лазерной терапии: метрология, унификация, стандартизация. - М., ВНИИОФИ, 1995, с. 29-31 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, содержащее лазер на длине волны λ₁, вход которого подключен к выходу блока управления, предназначенного для питания этого лазера и регулирования его мощности излучения, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и первую дополнительную выходную апертуру, при этом основная выходная апертура снабжена для обеспечения калибровки фотометрической полости перемещающейся заглушкой с возможностью открытия этой апертуры, поверхность заглушки имеет коэффициент диффузного отражения, равный 100%, а в дополнительной выходной апертуре установлен первый основной фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан с первым входом первого блока коррекции мощности лазера на длине волны λ₁, отличающееся тем, что в устройство введены дополнительные лазеры, каждый из которых выполнен на одной из длин волн от λ₂ до λ_N, где N - порядковый номер используемой длины волны, вход каждого лазера подключен к выходу своего блока управления из (N-1) блоков управления, дополнительно введенных в устройство и имеющих назначение, аналогичное блоку управления лазером на длине волны λ₁, устройство снабжено дополнительным пусковым элементом, который связан параллельно со всеми первыми входами всех блоков управления для обеспечения одновременного включения всех лазеров, по ходу излучения каждого из которых установлен общий для всех лазеров блок сведения оптических потоков лазеров в один оптический канал, выход которого связан со входной апертурой фотометрической полости, в оптическом канале между каждым лазером и блоком сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N введенных дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей, также введены (N-1) блоков коррекции мощности соответствующего лазера, идентичных первому блоку коррекции, при этом каждый из блоков предназначен для коррекции мощности лазера на одной из используемых длин волн, выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей-свидетелей связан со вторым входом соответствующего блока коррекции мощности того лазера, в оптическом канале которого расположен этот преобразователь, при этом фотометрическая полость снабжена (N-1) дополнительной выходной апертурой, в каждой из которых установлен один из (N-1) дополнительно введенных основных фотоэлектрических преобразователей, выход каждого из которых связан с первым входом одного из (N-1) блоков коррекции мощности лазера, причем на оптическом входе каждого основного фотоэлектрического преобразователя установлен дополнительно введенный оптический фильтр для пропускания излучения длины волны того лазера, с блоком коррекции мощности которого связан выход данного основного фотоэлектрического преобразователя, в устройство введена также N-входовая схема И, выход которой подключен ко входу введенной в устройство линии задержки, каждый блок коррекции содержит усилитель, первый дифференциальный усилитель, второй дифференциальный усилитель с управляемым резистором в цепи его обратной связи, третий дифференциальный усилитель, первый и второй цифровой счетчик, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первую и вторую схемы сравнения, первый и второй тактовые генераторы, при этом упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя связан со входом усилителя и этот вход усилителя является первым упомянутым входом блока коррекции мощности лазера, вторым упомянутым входом которого является первый вход второго дифференциального усилителя, выход усилителя соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, второй вход которого связан как с выходом второго дифференциального усилителя, так и с аналоговым входом управляемого резистора, выход которого связан со вторым входом второго дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя соединен как с первым входом третьего дифференциального усилителя, так и с аналоговым входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан со входом первой схемы сравнения, выход которой подключен как к входу, соответствующему номеру длины волны излучения лазера, обслуживаемого данным блоком коррекции, схемы И, так и на управляющий остановкой вход первого тактового генератора, запускающий вход которого подключен к пусковому элементу, а выход соединен как с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя, так и со входом первого цифрового счетчика, выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора, выход третьего дифференциального усилителя связан как со вторым входом блока управления, предназначенным для передачи сигнала для коррекции мощности излучения лазера, так и соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения, выход которой соединен с управляющим остановкой входом второго тактового генератора, запускающий вход которого подключен к выходу линии задержки, являющимся общим для всех блоков коррекции, а выход второго тактового генератора связан как с запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, так и со входом второго цифрового счетчика, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выход которого связан со вторым входом третьего дифференциального усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1