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 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 полости установлена перемещающаяся заглушка с поверхностью, имеющей коэффициент диффузного отражения К_отр= 100%. В дополнительной выходной апертуре установлен основной фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан с блоком коррекции мощности лазеров. Выход каждого фотоэлектрического преобразователя-свидетеля связан через коммутатор с указанным блоком коррекции. Блок коррекции содержит элементы, позволяющие моделировать в блоке реакцию основного фотоэлектрического преобразователя как на введение в фотометрическую полость поверхности заглушки с К_отр= 100%, так и на ее выведение, то есть создание условия для _отр= 0%, сохранять эту информацию и учитывать ее для корректирования мощности каждого лазера. Устройство также содержит пусковой элемент, таймер, группу многоклеммных колодок и программный блок, осуществляющий в последовательно-ключевом автоматическом режиме переключение лазеров на совместную работу с фотометрической полостью и блоком коррекции при последовательной калибровке устройства на каждой рабочей длине волны излучения. По завершении этого режима устройство осуществляет режим автоматической коррекции мощности каждого из общего потока лазерного излучения на всех используемых длинах волн. Изобретение позволяет сократить время процедуры коррекции мощности лазерного излучения, повысить точность установки дозы, поглощенной тканью. 3 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к лазерной терапии 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 лазерного излучения, 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 на биоткань излучения каждого лазера.

Известно устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, содержащее N источников оптического излучения, каждый из которых имеет одну из (1,..,N) длин волн, где N - порядковый номер используемой длины волны. В устройстве имеется общий для всех источников излучения блок сведения оптических потоков в один оптический канал, и каждый источник оптического излучения снабжен своим блоком регулирования его мощности, обеспечивающим поддержание установленного значения мощности данного источника излучения неизменным в течение процедуры облучения биоткани [1].

Преимуществом известного устройства является то, что в нем обеспечивается реализация синергетического эффекта одновременного воздействия оптического излучения различных длин волн на биологическую ткань (синергизм - это взаимно усиливающее, а не суммарное воздействие), что повышает эффективность терапевтической процедуры.

Недостатком известного устройства является то, что в нем в процессе поддержания значения мощности излучения источников оптического излучения не учитывается К_погл биотканью падающего на нее излучения, что не обеспечивает достаточную эффективность терапевтической процедуры.

Также известно устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения, являющееся по количеству общих признаков наиболее близким к описываемому, содержащее лазер на длине волны λ₁, вход которого подключен к выходу блока управления, предназначенного для включения лазера и регулирования мощности его излучения и соединенного с таймером и блоком питания, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и 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 фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан со входом блока коррекции мощности лазера [2].

Преимуществом данного устройства по сравнению с [1] является возможность ручной коррекции мощности лазерного излучения с учетом К_погл 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. При этом устройство не обеспечивает реализации синергетического эффекта одновременного воздействия оптического излучения разных длин волн на биологическую ткань, что также уменьшает эффективность терапевтической процедуры при выполнении стабильной (неподвижной относительно облучаемой зоны) методики терапевтического воздействия.

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

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 включения лазера и регулирования мощности его излучения и соединенного с таймером и блоком питания, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и 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 фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан со входом блока коррекции мощности лазера согласно изобретению в устройство введены дополнительные лазеры, каждый из которых выполнен на одной из длин волн от λ₂ и 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, имеющих назначение, аналогичное блоку управления лазером на длине волны λ₁, и подключенных к блоку питания, по ходу излучения каждого лазера установлен общий для всех лазеров блок сведения оптических потоков указанных лазеров в один оптический канал, выход которого связан со входной апертурой фотометрической полости, в оптическом канале между каждым лазером и указанным блоком сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N дополнительно введенных фотоэлектрических преобразователей, а выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей связан с соответствующим входом из первой группы входов от 1 до N дополнительно введенного аналогового коммутатора, выход которого соединен с дополнительно введенным вторым входом блока коррекции мощности лазера, в устройство введен также программный блок, при этом устройство снабжено дополнительным пусковым элементом, первый электрод которого связан параллельно с первыми входами всех блоков управления для обеспечения их одновременного включения и входом таймера, а второй электрод соединен с блоком питания, при этом выход таймера соединен параллельно со вторыми входами всех блоков управления, между N блоками управления и программным блоком введена первая (N+1)-клеммная колодка для передачи сигналов запуска N лазеров, с нулевой клеммой которой связан упомянутый первый электрод пускового элемента, между программным блоком и блоком коррекции мощности лазеров введена вторая (N+1)-клеммная колодка для обеспечения последовательного режима включения блока коррекции при последовательном включении N лазеров, а также первая трехклеммная колодка для передачи сигналов запуска в блок коррекции и вторая трехклеммная колодка для передачи сигналов остановки в блок коррекции, и между блоками управления и блоком коррекции введена третья (N+1)-клеммная колодка, к нулевой клемме которой подключен выход таймера, а остальные N клемм этой колодки соединены с третьими входами соответствующих блоков управления для передачи аналогового сигнала коррекции мощности, при этом вторая группа (N+1) входов аналогового коммутатора соединена со второй (N+1)-клеммной колодкой, 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, второй и третий тактовые генераторы, схему "ИЛИ", первый и второй N-сегментные блоки памяти, N выходных каскадов, каждый из которых содержит схему "ИЛИ" и последовательно включенные схему "И", цифровой счетчик, цифроаналоговый преобразователь и аналоговый коммутатор, а программный блок содержит первую и вторую двухвходовые схемы "ИЛИ", шестивходовую схему "ИЛИ", N-входовую схему "ИЛИ", N выходных двухвходовых схем "ИЛИ", первую, вторую и третью выходные схемы "И", четырехразрядный последовательный регистр сдвига, (N+1)-разрядный последовательный регистр сдвига и линию задержки, при этом в блоке коррекции мощности лазера упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя связан со входом усилителя, и этот вход усилителя является первым упомянутым входом блока коррекции мощности лазера, вторым упомянутым входом этого блока 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 включен как на управляющий вход первого N-сегментного блока памяти, так и на первую клемму второй трехклеммной колодки и на управляющий вход первого тактового генератора, запускающий вход которого связан с первой клеммой первой трехклеммной колодки, а первый выход соединен с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - с первым входом первого цифрового счетчика, второй вход которого связан с выходом первого N-сегментного блока памяти, информационный вход которого подключен к первому выходу первого цифрового счетчика, второй выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора, N входов первого N-сегментного блока памяти соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки, выход третьего дифференциального усилителя соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения, первый выход которой соединен как с управляющим входом второго тактового генератора, связанным со второй клеммой второй трехклеммной колодки, так и с управляющим входом второго N-сегментного блока памяти, запускающий вход второго тактового генератора соединен со второй клеммой первой трехклеммной колодки, выход второго тактового генератора соединен как с первым входом схемы "ИЛИ", так и с первым входом второго цифрового счетчика, первый выход которого связан со входом цифроаналогового преобразователя, второй выход - с информационным входом второго N-сегментного блока памяти, выход которого соединен со вторым входом второго цифрового счетчика, при этом управляющие N входов второго N-сегментного блока памяти соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки, выход цифроаналогового преобразователя подключен ко второму входу третьего дифференциального усилителя, выход схемы "ИЛИ" подключен к запускающему входу второго аналого-цифрового преобразователя, а второй вход схемы "ИЛИ" соединен с выходом третьего тактового генератора, первый управляющий вход которого соединен как со вторым выходом второй схемы сравнения, так и с третьей клеммой второй трехклеммной колодки, а второй управляющий вход третьего тактового генератора соединен с третьей клеммой первой трехклеммной колодки, все первые входы схем "И" N выходных каскадов соединены параллельно и подключены к указанному выходу третьего тактового генератора, второй вход схемы "И" каждого из N выходного каскада соединен как с клеммой, соответствующей номеру каскада, второй (N+1)-клеммной колодки, так и с первым входом схемы "ИЛИ" своего каскада, при этом все вторые входы схем "ИЛИ" N выходных каскадов соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой второй (N+1)-клеммной колодки, выход схемы "И" каждого из N выходного каскада соединен с первым входом цифрового счетчика своего каскада, вторые входы счетчиков всех каскадов соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой третьей (N+1)-клеммной колодки, выход счетчика каждого каскада соединен со входом цифроаналогового преобразователя своего каскада, выход которого соединен с первым входом аналогового коммутатора, второй вход которого связан с выходом схемы "ИЛИ" своего каскада, выход каждого аналогового коммутатора подключен к соответствующей его номеру клемме третьей (N+1)-клеммной колодки, при этом в программном блоке первый вход первой двухвходовой схемы "ИЛИ" соединен как с нулевой клеммой первой (N+1)-клеммной колодки, так и с четвертым входом шестивходовой схемы "ИЛИ", первый, второй и третий входы которой соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами второй трехклеммной колодки, пятый вход этой схемы "ИЛИ" соединен с выходом линии задержки, выход шестивходовой схемы "ИЛИ" соединен со входом (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига, с первого по N-й выходы которого соединены как с соответствующими их номерам клеммами второй (N+l)-клeммнoй колодки и с соответствующими N входами N-входовой схемы "ИЛИ", так и с первыми входами соответствующих номеров N выходных двухвходовых схем "ИЛИ", при этом N-й выход (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига соединен со вторым входом первой двухвходовой схемы "ИЛИ", с шестым входом шестивходовой схемы "ИЛИ" и со входом линии задержки, управляющий вход которой соединен с выходом второй двухвходовой схемы "ИЛИ", вторые входы N выходных двухвходовых схем "ИЛИ" соединены параллельно и подсоединены как к нулевой клемме второй (N+1)-клеммной колодки, так и к нулевому выходу четырехразрядного последовательного регистра сдвига, выход каждой N выходных двухвходовых схем "ИЛИ" подключен к соответствующей ее номеру клемме первой (N+1)-клеммной колодки, а каждая из этих клемм связана также с четвертым входом блока управления лазером с длиной волны соответствующего номера, при этом выход первой двухвходовой схемы "ИЛИ" соединен со входом четырехразрядного последовательного регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого соединены каждый с первым входом соответственно первой, второй и третьей схем "И", причем первый вход первой схемы "И" соединен также с первым входом второй двухвходовой схемы "ИЛИ", а со вторым входом этой схемы "ИЛИ" соединен также первый вход второй схемы "И", вторые входы первой, второй и третьей схем "И" включены параллельно и подсоединены к выходу N-входовой схемы "ИЛИ", а выходы всех этих схем "И" подключены соответственно к первой, второй и третьей клеммам второй трехклеммной колодки.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет введения в устройство дополнительных лазеров, работающих на разных длинах волн, снабженных своими блоками управления, на биоткань поступает единый оптический поток, сведенный от всех лазеров в один оптический канал, а в потоке каждого лазера установлен дополнительный фотоэлектрический преобразователь, выполняющий функцию свидетеля изменения уровня мощности излучения данного лазера, поступающего на входную апертуру фотометрической полости, а также за счет схемных решений программного блока и блока коррекции мощности, позволяющих моделировать в устройстве реакцию фотоэлектрического преобразователя на введение в фотометрическую полость заглушки с коэффициентом отражения, равным 100%, и на открытую основную выходную апертуру этой полости при воздействии на нее последовательно каждого из используемых лазеров и на введение в выходную апертуру фотометрической полости биоткани в устройстве организована последовательно-ключевая система автоматической коррекции мощности падающего на биоткань излучения каждого из используемых лазеров с учетом поглощенной биотканью дозы излучения. При этом существенно сокращается время и упрощается процедура коррекции мощности падающего на биоткань лазерного излучения, повышается точность установки поглощенной биотканью дозы излучения при выполнении стабильной (неподвижной относительно облучаемой зоны) методики терапевтического воздействия и повышается эффективность терапевтической процедуры за счет обеспечения синергетического эффекта многоволнового лазерного воздействия на биоткань.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства
На фиг.2 показан блок коррекции мощности (штрихпунктирная штриховка).

На фиг. 3 изображена схема программного блока (штрихпунктирная штриховка).

Для удобства прочтения текста (на фигурах) основному и дополнительно введенным лазерам, блокам их управления, дополнительным фотоэлектрическим преобразователям и другим элементам устройства, связанным с разными длинами волн, не присвоена собственная сквозная возрастающая нумерация для каждого элемента, а сохранена нумерация первого из упомянутых в тексте этих элементов и к ней добавлен в виде подиндекса порядковый номер длины волны, на которой работает данный элемент. Например, лазер на длине волны λ₂ имеет в тексте и на фигурах номер позиции 1-2, его блок управления 2-2, дополнительный фотоэлектрический преобразователь 13-2, а лазер на длине волны λ_N: 1-N, блок 2-N и т.д.

Устройство для лазерной терапии с коррекцией мощности падающего на биологическую ткань лазерного излучения содержит лазер 1-1 (фиг.1) на длине волны λ₁, вход которого подключен к выходу блока 2-1 управления, предназначенного для включения лазера и регулирования мощности его излучения и соединенного с таймером 3. По ходу излучения лазера 1-1 расположена входная апертура 5 фотометрической полости 6, в качестве которой может быть использована сфера, полусфера, цилиндр, усеченный конус и др. (На чертеже в качестве варианта исполнения показана сфера 6). Фотометрическая полость 6 содержит также выходную апертуру 7 и дополнительную выходную апертуру 8. Основная выходная апертура 7 снабжена для обеспечения калибровки фотометрической полости перемещающейся заглушкой 9 с возможностью открытия этой апертуры. Поверхность заглушки имеет коэффициент диффузного отражения, равный 100%.

В дополнительной выходной апертуре установлен фотоэлектрический преобразователь 10, выход которого связан с первым входом блока 11 коррекции мощности лазера. 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 дополнительного лазера 1 подключен к выходу своего блока 2 управления из (N-1) блоков управления, дополнительно введенных в устройство, имеющих назначение, аналогичное блоку управления лазером на длине волны λ₁ и подключенных к блоку питания 4. По ходу излучения каждого лазера установлен общий для всех лазеров блок 12 сведения оптических потоков указанных лазеров в один оптический канал.

Выход блока 12 связан со входной апертурой 5 фотометрической полости 6. В оптическом канале между каждым лазером 1 и указанным блоком 12 сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N дополнительно введенных фотоэлектрических преобразователей 13, имеющих аналогичную лазерам подиндексацию на фиг. 1. Выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей 13 связан с соответствующим входом из первой группы входов от 1 до N дополнительно введенного аналогового коммутатора 14, выход которого соединен с дополнительно введенным вторым входом блока 11 коррекции мощности лазера. В устройство введен также программный блок 15. При этом устройство снабжено дополнительным пусковым элементом 16, первый электрод которого связан параллельно с первыми входами всех блоков 2 управления для обеспечения их одновременного включения и входом таймера 3, а второй электрод соединен с блоком питания 4. Выход таймера 3 соединен параллельно со вторыми входами всех блоков 2 управления. Между N блоками 2 управления и программным блоком 15 введена первая (N+1)-клеммная колодка 17 для передачи сигналов запуска N лазеров 1, с нулевой клеммой которой связан упомянутый первый электрод пускового элемента 16.

Между программным блоком 15 и блоком 11 коррекции мощности лазеров 1 введена вторая (N+1)-клeммнaя колодка 18 для обеспечения последовательного режима включения блока 11 коррекции при последовательном включении N лазеров, а также первая трехклеммная колодка 19 для и вторая трехклеммная колодка 20. Между N блоками 2 управления и блоком 11 коррекции введена третья (N+1)-клеммная колодка 21, к нулевой клемме которой подключен выход (для передачи сигнала "Сброс") таймера 3, а остальные N клемм этой колодки соединены с третьими входами соответствующих блоков 2 управления для передачи аналогового сигнала коррекции мощности, при этом вторая группа (N+1) входов аналогового коммутатора 14 соединена со второй (N+1)-клеммной колодкой 18.

Блок 11 коррекции (фиг.2) содержит усилитель 22, первый дифференциальный усилитель 23, второй дифференциальный усилитель 24 с управляемым резистором 25 в цепи его обратной связи, третий дифференциальный усилитель 26, первый 27 и второй 28 цифровые счетчики, цифроаналоговый преобразователь 29, первый 30 и второй 31 аналого-цифровые преобразователи, первую 32 и вторую 33 схемы сравнения, первый 34, второй 35 и третий 36 тактовые генераторы, схему "ИЛИ" 37, первый 38 и второй 39 N-сегментные блоки памяти, N выходных каскадов 40 (пунктирная штриховка).

Каждый из выходных каскадов 40 содержит схему 41 "ИЛИ" (с соответствующим подиндексом, как и ниже упомянутые элементы каскада, которые имеют числовые подиндексы, соответствующие подиндексам лазеров) и последовательно включенные схему 42 "И", цифровой счетчик 43, цифроаналоговый преобразователь 44 и аналоговый коммутатор 45, а программный блок 15 (фиг.3) содержит первую 46 и вторую 47 двухвходовые схемы "ИЛИ", шестивходовую схему 48 "ИЛИ", N-входовую схему 49 "ИЛИ", N выходных двухвходовых схем 50 "ИЛИ" (имеющих такую же подиндексацию, как и у лазеров), первую 51, вторую 52 и третью 53 выходные схемы "И", четырехразрядный последовательный регистр сдвига 54, (N+1)-разрядный последовательный регистр сдвига 55 и линию задержки 56.

При этом в блоке 11 коррекции мощности лазера (фиг.2) упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя 10 связан со входом усилителя 22, и этот вход усилителя 22 является первым упомянутым входом блока 11 коррекции мощности лазера, вторым упомянутым входом этого блока является первый вход второго дифференциального усилителя 24.

Выход усилителя 22 соединен с первым входом первого дифференциального усилителя 23, второй вход которого связан как с выходом второго дифференциального усилителя 24, так и с аналоговым входом управляемого резистора 25, выход которого связан со вторым входом второго дифференциального усилителя 24. Выход первого дифференциального усилителя 23 соединен как с первым входом третьего дифференциального усилителя 26, так и с аналоговым входом первого аналого-цифрового преобразователя 30, выход которого связан со входом первой схемы сравнения 32. Выход схемы 32 включен как на управляющий вход первого N-сегментного блока памяти 38, так и на первую клемму второй трехклеммной колодки 20 (передающей сигнал "Останов") и на управляющий вход первого тактового генератора 34, запускающий вход которого связан с первой клеммой первой трехклеммной колодки 19 (передающей сигнал "Запуск").

Первый выход тактового генератора 34 соединен с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя 30, а второй выход - с первым входом первого цифрового счетчика 27, второй вход которого связан с выходом первого N-сегментного блока памяти 38, информационный вход которого подключен к первому выходу первого цифрового счетчика 27. Второй выход счетчика 27 подключен к управляющему входу управляемого резистора 25. N входов первого N-сегментного блока памяти 38 соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки 18. Выход третьего дифференциального усилителя 26 соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя 31, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения 33, первый выход которой соединен как с управляющим входом второго тактового генератора 35, связанным со второй клеммой второй трехклеммной колодки 20, так и с управляющим входом второго N-сегментного блока памяти 39.

Запускающий вход второго тактового генератора 35 соединен со второй клеммой первой трехклеммной колодки 19. Выход второго тактового генератора 35 соединен как с первым входом схемы 37 "ИЛИ", так и с первым входом второго цифрового счетчика 28, первый выход которого связан со входом цифроаналогового преобразователя 29, второй выход - с информационным входом второго N-сегментного блока памяти 39, выход которого соединен со вторым входом второго цифрового счетчика 28.

При этом управляющие N входов второго N-сегментного блока памяти 39 соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки 18. Выход цифроаналогового преобразователя 29 подключен ко второму входу третьего дифференциального усилителя 26. Выход схемы 37 "ИЛИ" подключен к запускающему входу второго аналого-цифрового преобразователя 31, а второй вход схемы 37 "ИЛИ" соединен с выходом третьего тактового генератора 36, первый управляющий вход которого соединен как со вторым выходом второй схемы сравнения 33, так и с третьей клеммой второй трехклеммной колодки 20. Второй управляющий вход третьего тактового генератора 36 соединен с третьей клеммой первой трехклеммной колодки 19. Все первые входы схем 42 "И" N выходных каскадов 40 соединены параллельно и подключены к указанному выходу третьего тактового генератора 36. Второй вход схемы 42 "И" каждого из N выходного каскада 40 соединен как с клеммой, соответствующей номеру каскада, второй (N+1)-клеммной колодки 18, так и с первым входом схемы 41 "ИЛИ" своего каскада, при этом все вторые входы схем 41 "ИЛИ" N выходных каскадов 40 соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой второй (N+1)-клеммной колодки 18. Выход схемы 42 "И" каждого из N выходного каскада 40 соединен с первым входом цифрового счетчика 43 своего каскада, вторые входы счетчиков 43 всех каскадов соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой третьей (N+1)-клеммной колодки 21, по которой передается сигнал "Сброс" для установки счетчиков в исходное (нулевое) состояние.

Выход счетчика 43 каждого каскада 40 соединен со входом цифроаналогового преобразователя 44 своего каскада, выход которого соединен с первым входом аналогового коммутатора 45, второй вход которого связан с выходом схемы 41 "ИЛИ" своего каскада, выход каждого аналогового коммутатора 45 подключен к соответствующей его номеру клемме третьей (N+1)-клеммной колодки 21. В программном блоке 15 (фиг.3) первый вход первой двухвходовой схемы 46 "ИЛИ" соединен как с нулевой клеммой первой (N+1)-клеммной колодки 17, так и с четвертым входом шестивходовой схемы 48 "ИЛИ", первый, второй и третий входы которой соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами второй трехклеммной колодки 20, пятый вход этой схемы 48 "ИЛИ" соединен с выходом линии задержки 56.

Выход шестивходовой схемы 48 "ИЛИ" соединен со входом (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига 55. Выход "0" регистра сдвига 55 не подсоединен к другим элементам, его состояние "0" предназначено для блокирования раздельного (поочередного) запуска лазеров. С первого по N-й выходы регистра 55 соединены как с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки 18 и с соответствующими N входами N-входовой схемы 49 "ИЛИ", так и с первыми входами соответствующих номеров N выходных двухвходовых схем 50 "ИЛИ".

При этом N-й выход (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига 55 соединен со вторым входом первой двухвходовой схемы 46 "ИЛИ", с шестым входом шестивходовой схемы 48 "ИЛИ" и со входом линии задержки 56, управляющий вход которой соединен с выходом второй двухвходовой схемы 47 "ИЛИ". Вторые входы N выходных двухвходовых схем 50 "ИЛИ" соединены параллельно и подсоединены как к нулевой клемме второй (N+1)-клеммной колодки 18, так и к нулевому выходу четырехразрядного последовательного регистра сдвига 54. Выход каждой N выходных двухвходовых схем 50 "ИЛИ" подключен к соответствующей ее номеру клемме первой (N+1)-клеммной колодки 17, а каждая из этих клемм связана также с четвертым входом блока 2 (фиг.1) управления лазером 1 с длиной волны соответствующего номера.

При этом выход первой двухвходовой схемы 46 "ИЛИ" (фиг.3) соединен со входом четырехразрядного последовательного регистра сдвига 54, второй, третий и четвертый выходы которого соединены каждый с первым входом соответственно первой 51, второй 52 и третьей 53 схем "И". Причем первый вход первой схемы 51 "И" соединен также с первым входом второй двухвходовой схемы 47 "ИЛИ", а со вторым входом этой схемы 47 "ИЛИ" соединен также первый вход второй схемы 52 "И". Вторые входы первой 51, второй 52 и третьей 53 схем "И" включены параллельно и подсоединены к выходу N-входовой схемы 49 "ИЛИ", а выходы всех этих схем 51-53 "И" подключены соответственно к первой, второй и третьей клеммам второй трехклеммной колодки 19. На фиг.1 позицией 57 обозначена биологическая ткань.

Для обеспечения диффузного отражения поверхностью заглушки 9 с коэффициентом, близким к 100%, поверхность заглушки 9 (а также, как правило, внутренняя поверхность фотометрической полости) 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%.

Перемещение заглушки 9 может быть осуществлено электромеханическим путем, магнитным, вручную или любым другим известным техническим приемом линейного перемещения предмета.

Блоки с 2-1 по 2-N управления на фигурах не детализированы, так как являются типовыми электронными блоками управления параметрами лазеров - элементами комплектации используемых в медицинских аппаратах лазеров (см., например, "Аппарат лазерный физиотерапевтический АЛЬФА-1М. Паспорт, краткое техническое описание и инструкция по эксплуатации" ЛДИГ.941.537.001 ПС, ТО, ИЭ, с. 8). Типовой блок содержит элементы, обеспечивающие подготовку лазера к включению, подключение его к таймеру, непосредственное включение лазера в работу и регулирование его мощности, при этом схема блока содержит возможность введения в него дополнительных сигналов управления.

Блок сведения оптических потоков лазеров в один оптический канал может быть выполнен с помощью известных оптических приемов известными оптическими элементами, такими как, например, зеркала, волоконно-оптические световоды и др.

Оптическая связь дополнительного фотоэлектрического преобразователя 13 с лазером 1, в канале которого установлен преобразователь, может быть осуществлена любым известным способом, например, в качестве преобразователя 13 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 56 в устройстве настроена" на время, необходимое на переключение заглушки 9 в выходной апертуре 7 фотометрической полости 6, и на время установки биоткани 57 вместо заглушки 9.

Устройство работает следующим образом.

Прежде чем суммарный (объединенный) поток лазерного излучения с заданным исходно и независимо значением мощности излучения на каждой используемой длине волны (при этом каждая длина волны излучения фиксирована и в процессе работы не изменяется) подается на входную апертуру 5 фотометрической полости 6, в исходном состоянии устройства устанавливается и фиксируется исходно заданное значение мощности излучения лазеров 1 на каждой из используемых длин волн, после чего излучение лазеров выключается; регистры сдвига 54 и 55 устанавливаются в положение "0"; аналоговый коммутатор 14 устанавливается в положение "0"; регистр первого цифрового счетчика 27 устанавливается в состояние, обеспечивающее минимальный коэффициент усиления масштабного первого дифференциального усилителя 23; регистр второго цифрового счетчика 28 устанавливается в нулевое состояние; регистры всех N цифровых счетчиков 43 выходных каскадов 40 устанавливаются в нулевое состояние.

Устройство готово к работе. В процессе работы устройство осуществляет в автоматическом режиме сначала процедуру самокалибровки, которая проводится однократно в процессе непрерывного цикла процедур. В процессе самокалибровки осуществляются последовательно следующие режимы работы.

1. Включается лазер 1-1. Выделяется сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 10, пропорциональный величине Ф₁ потока излучения на одной длине волны λ₁, поступающего на оптический вход преобразователя 10 при выходной апертуре 7 фотометрической полости 6, закрытой заглушкой 9, и осуществляется последующая замена этого сигнала на равный ему масштабно усиленный сигнал фотоэлектрического преобразователя 13-1 (свидетеля) с фиксированием (запоминанием) коэффициента масштабного усиления для данной длины волны λ₁. При этом значение мощности излучения лазера 1-1 данной длины волны λ₁ равно исходно заданному. Излучение других длин волн при выполнении режима п.1 выключено.

2. Выполняется режим п.1 последовательно для каждой из других используемых длин волн излучения от λ₂ до λ_N. Режим по п.1 и п.2 соответствует значению К_погл=0%.

3. Выделяется сигнал, пропорциональный величине Ф₂ потока излучения на одной длине волны λ₁ при открытой выходной апертуре 7, что соответствует "открытому пространству", сигнал фиксируется (запоминается) при исходно заданном значении мощности излучения лазера 1-1 на данной длине волны λ₁. Излучение других длин волн при выполнении режима п.3 выключено.

4. Выполняется режим п.3 последовательно для каждой из других используемых длин волн излучения от λ₂ до λ_N. Режим по п.3 и п.4 соответствует значению К_погл=100%.

На этом процедура самокалибровки завершена.

Далее осуществляется рабочая процедура, которая может проводиться многократно с сохранением исходно заданного уровня поглощенной на используемых длинах волн дозы на различных участках биоткани стабильно (т.е. при неподвиженом положении выходной апертуры 7 относительно облучаемой поверхности биоткани 57) без повторного выполнения режимов п.1-4 в течение непрерывного цикла процедур. Длительность такого цикла определяется только требованием неизменности каждой длины волны и величины заданного для нее исходного значения мощности потока излучения, поступающего на входную апертуру 5, и условий окружающей среды.

При этом осуществляются следующие режимы работы.

5. Выделяется сигнал, пропорциональный величине Ф₃ потока излучения на одной длине λ₁ волны, учитывающего поглощение излучения биотканью 57 при выходной апертуре 7, закрытой исследуемым участком биоткани 57 при исходно заданном значении мощности излучения лазера 1-1 на данной длине волны λ₁, и выделение сигнала, пропорционального разнице потоков (Ф₂-Ф₃) на данной длине волны λ₁ Излучение других длин волн при выполнении режима п.5 выключено.

6. Осуществляется изменение значения мощности излучения лазера 1-1 на длине волны λ₁, используемой в п.5, до достижения нулевого уровня сигналом, определяемым при выполнении режима п.5. Фиксируется и сохраняется полученное при этом значение управляющего мощностью лазера 1-1 сигнала рассогласования для данной длины волны λ₁ до окончания процедуры единичного лечебного облучения. Излучение других длин волн при выполнении режима п.6 выключено.

7. Выполняется режим п.5 и следующий за ним режим п.6 последовательно для каждой из других используемых длин волн излучения от λ₂ до λ_N.
8. Одновременно включаются все лазеры на всех используемых длинах от λ₁ до λ_N волн излучения с учетом управляющего мощностью сигнала рассогласования, определенного индивидуально для каждой длины волны при выполнении режимов п.6 и п.7, и выполняется режим единичного лечебного облучения с установлением по его окончании нулевого значения всех управляющих мощностью лазеров сигналов рассогласования.

Выполнение режимов п.5-7 соответствует и составляет первый этап единичного облучения, выполнение режима п.8 соответствует и составляет второй этап единичного облучения. При этом исходно заданное значение мощности излучения на каждой длине волны устанавливается независимо от значения мощности других используемых длин волн и может принимать любое значение в рабочем диапазоне каждого лазера.

При работе устройства осуществление описанных его режимов происходит следующим образом.

Выполнение режима п.1. На выходную апертуру 7 устанавливается заглушка 9.

Сигналом "ПУСК" от пускового устройства 16 через нулевую клемму первой (N+1)-клеммной колодки 17 в программном блоке 15 через схемы 46 и 48 "ИЛИ" регистры сдвига соответственно 54 и 55 устанавливаются в положение "1". При этом через схему 50-1 "ИЛИ" включается лазер 1-1, излучающий первую из длин волн λ₁ с исходно заданным значением мощности (сигналы на выходах других схем 50 "ИЛИ" при этом отсутствуют и излучение лазеров на других длинах волн выключено), а на выходе схемы 51 "И" появляется сигнал "Запуск" ("ЗАП-1"), поступающий на первую клемму трехклеммной колодки 19.

Аналоговый коммутатор 14 по сигналу "1" от программного блока 15 включается в положение "1", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода фотоэлектрического преобразователя 13-1 (свидетеля) для данной длины волны λ₁ (соответствующего только лишь значению мощности лазерного излучения данной длины волны на входной апертуре 5 и не зависящий от параметров и элементов фотометрической полости).

Электрический сигнал с выхода основного фотоэлектрического преобразователя 10 (соответствующий величине потока Ф₁ для данной длины волны λ₁), усиленный в блоке 11 коррекции мощности услилителем 22, поступает на первый вход первого дифференциального усилителя 23. Второй вход усилителя 23 подключен к выходу масштабирующего второго дифференциального усилителя 24, на вход которого через аналоговый коммутатор 14 поступает электрический сигнал с выхода соответствующего фотоэлектрического преобразователя 13-1 - свидетеля. Первый цифровой счетчик 27, управляющий управляемым резистором 25 и обеспечивающий запоминание первым N-сегментным блоком памяти 38 установленного значения коэффициента усиления по сигналу "Останов" ("ОСТ-1") от первой схемы сравнения 32 (поступающему одновременно на первую клемму второй трехклеммной колодки 20), установлен в исходное положение, соответствующее наименьшему коэффициенту усиления второго дифференциального усилителя 24. Аналоговый сигнал рассогласования с выхода второго дифференциального усилителя 24 поступает на аналоговый вход первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 30, предназначенного для его преобразования в цифровой код.

Сигналом "ЗАП-1" (от первой клеммы первой трехклеммной колодки 19) включается первый тактовый генератор 34, последовательность сигналов с выхода которого поступает на вход последовательного счета последовательно-параллельного регистра первого цифрового счетчика 27. Одновременно каждый импульс первого тактового генератора 34 запускает первый АЦП 30. В процессе заполнения регистра счетчика 27 коэффициент усиления второго дифференциального усилителя 24 увеличивается, в результате чего сигнал рассогласования на выходе первого дифференциального усилителя 23 уменьшается. При достижении равенства усиленного сигнала фотоэлектрического преобразователя 13-1 - свидетеля и сигнала с выхода усилителя 22 сигнал рассогласования на выходе первого дифференциального усилителя 23 становится равным нулю и на выходе первого АЦП 30 устанавливается нулевой код, при появлении которого первая схема сравнения 32 вырабатывает сигнал "ОСТ-1", прекращающий работу первого тактового генератора 34. При этом уровень сигнала на выходе второго дифференциального усилителя 24 соответствует величине потока Ф₁ на данной длине λ₁ волны излучения.

Одновременно по сигналу "ОСТ-1" в первый N-сегментный блок памяти 38 (в сегмент, соответствующий положению "1" на его управляющем входе) записывается установившееся состояние регистра первого цифрового счетчика 27, после чего регистр счетчика 27 переводится в исходное состояние. Одновременно сигнал "ОСТ-1" через первую клемму колодки 20 поступает на соответствующий вход программного блока 15 и через схему 48 "ИЛИ" переводит регистр сдвига 55 в следующее (в данном случае "2") положение. При этом сигнал на выходе схемы 50-1 "ИЛИ" прекращается, а излучение лазера 1-1 на данной длине волны λ₁ выключается.

Выполнение режима п. 2. При переходе регистра сдвига 55 по сигналу "ОСТ-1" в положение "2" через схему 50-2 "ИЛИ" включается лазер 1-2, излучающий следующую (в данном случае вторую λ₂) из длин волн с исходно заданным значением мощности. Аналоговый коммутатор 14 по сигналу "2" с выхода программного блока 15 переключается в положение "2", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода соответствующего фотоэлектрического преобразователя 13-2 - свидетеля и повторяется описанный выше (п.1) режим. При этом в первый блок памяти 38 установившееся состояние регистра первого счетчика 27 записывается соответственно в сегмент, соответствующий положению "2" на его управляющем входе.

Аналогичные операции затем последовательно проводятся на всех остальных от третьей λ₃ до N-й λ_N используемых длинах волн излучения. При этом управление включением конкретного лазера 1, переключением аналогового коммутатора 14 и управление соответствующим сегментом первого блока памяти 38 осуществляется соответствующими (от "3" до "N") сигналами с выхода программного блока 15.

После выполнения цикла N описанных выше (п.1 и 2) режимов по N-му сигналу "ОСТ-1" регистр сдвига 55 в блоке 15 переходит в состояние "0", а регистр сдвига 54 переходит в состояние "2". При этом все лазеры выключаются.

Выполнение режима п.3. С выходной апертуры 7 фотометрической полости 6 снимается заглушка 9, при этом излучение из нее направляется в "свободное пространство" или его аналог (при этом площадка фотометрической полости 6, ограниченная основной выходной апертурой 7, является открытым пространством с коэффициентом поглощения 100%, которое может быть как фактическим, так и имитированным)
N-й сигнал "ОСТ-1" (режим по п.2) поступает на вход линии задержки 56 в программном блоке 15, которая обеспечивает его задержку на время переключения заглушки 9. Линия задержки 56 осуществляет прохождение сигнала со своего входа на свой выход при наличии на своем управляющем входе сигнала, поступающего на него с выхода схемы 47 "ИЛИ". С выхода линии задержки 56 N-й сигнал "ОСТ-1" через схему 48 "ИЛИ" поступает на вход регистра сдвига 55, переводя его в положение "1". При этом через схему 50-1 "ИЛИ" включается лазер 1-1 (соответствующий первой из используемых длин волн излучения λ₁) с исходно заданным значением мощности, а через последовательно соединенные схему 49 "ИЛИ", схему 52 "И" и вторую клемму колодки 19 на вход второго тактового генератора 35 поступает сигнал "ЗАП-2". Одновременно с этим по сигналу "1" от программного блока 15 аналоговый коммутатор 14 включается в положение "1", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода фотоэлектрического преобразователя 13-1 - свидетеля, соответствующего данной длине волны λ₁, а блок памяти 38 через вход параллельного счета последовательно-параллельного регистра первого цифрового счетчика 27 устанавливает этот счетчик в состояние, определенное при выполнении режима п.1 для данной длины волны λ₁ излучения лазера 1-1 и соответствующее определенному при этом коэффициенту усиления второго дифференциального усилителя 24.

При снятии заглушки 9 выходной электрический сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 10 уменьшается до величины, соответствующей величине потока (Ф₁-Ф₂) для данной длины волны λ₁, на выходе второго дифференциального усилителя 24 сигнал соответствует потоку Ф₁ для данной длины волны а на выходе первого дифференциального усилителя 23 появляется отличный от нуля сигнал рассогласования, соответствующий величине потока Ф₂ для данной длины волны λ₁. Сигнал с выхода усилителя 23 поступает на первый вход третьего дифференциального усилителя 26, выход которого подключен к аналоговому входу второго АЦП 31. Второй вход усилителя 26 подключен к выходу цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 29. Последовательно-параллельный регистр второго цифрового счетчика 28, управляющий ЦАП 29 и обеспечивающий запоминание установленного уровня выходного сигнала ЦАП 29 установлены в исходное положение, при котором выходной сигнал ЦАП 29 равен нулю. Аналоговый сигнал рассогласования с выхода третьего дифференциального усилителя 26 поступает на вход АЦП 31, предназначенного для его преобразования в цифровой код.

Поступившим сигналом "ЗАП-2" включается второй тактовый генератор 35, последовательность сигналов с выхода которого поступает на вход последовательного счета регистра второго цифрового счетчика 28. Одновременно каждый импульс второго тактового генератора 35 через схему 37 "ИЛИ" запускает АЦП 31. В процессе заполнения регистра второго счетчика 28 выходной аналого-ступенчатый сигнал ЦАП 29 увеличивается, в результате чего сигнал рассогласования на выходе третьего дифференциального усилителя 26 уменьшается. При достижении равенства сигнала с выхода первого дифференциального усилителя 23 и сигнала с выхода ЦАП 29 сигнал рассогласования на выходе усилителя 26 становится равным нулю и на выходе АЦП 31 устанавливается нулевой код, при появлении которого вторая схема сравнения 33 вырабатывает сигнал "ОСТ-2", прекращающий работу второго тактового генератора 35. При этом на выходе ЦАП 29 устанавливается уровень сигнала, соответствующий величине потока Ф₂ для данной длины волны λ₁. Одновременно по сигналу "ОСТ-2" во второй N-сегментный блок памяти 39 (в сегмент, соответствующий положению "1" на его управляющем входе) записывается установившееся состояние регистра второго цифрового счетчика 28, после чего регистр счетчика 28 переводится в исходное состояние. Одновременно сигнал "ОСТ-2" через вторую клемму колодки 20 поступает на соответствующий вход программного блока 15 и через схему 48 "ИЛИ" переводит регистр сдвига 55 в следующее (в данном случае "2") положение. При этом сигнал на выходе схемы 50-1 "ИЛИ" прекращается, а излучение лазера 1-1 на данной длине волны λ₁ выключается.

Выполнение режима п. 4. При переходе регистра сдвига 55 в блоке 15 по сигналу "ОСТ-2" в положение "2" через схему 50-2 "ИЛИ" включается лазер 1-2, излучающий следующую (в данном случае вторую) из длин волн λ₂ с исходно заданным значением мощности. Аналоговый коммутатор 14 по сигналу "2" с выхода программного блока 15 переключается в положение "2", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода соответствующего фотоэлектрического преобразователя 13-2 - свидетеля и повторяется описанный выше (п. 3) режим. При этом состояние регистра первого счетчика 27 определяется соответствующим сегментом блока памяти 38 (в данном случае соответствующим положению "2" на его управляющем входе), а в блоке памяти 39 информация записывается в сегмент, соответствующий положению (в данном случае "2") на его управляющем входе.

Аналогичные операции затем последовательно проводятся на всех остальных (3-N) от λ₃ до λ_N используемых длинах волн излучения. При этом управление включением конкретного лазера 1, переключением аналогового коммутатора 14 и управление сегментами блока памяти 38 и блока памяти 39 осуществляется соответствующими (от "3" до "N") сигналами с выхода программного блока 15.

После выполнения цикла N описанных выше (п.3 и 4) режимов по N-у сигналу "ОСТ-2" регистр сдвига 55 в блоке 15 переходит в состояние "0", а регистр сдвига 54 переходит в состояние "3". При этом все лазеры выключаются.

Выполнение режима п. 5. Выходная апертура 7 закрывается исследуемым участком биоткани 57.

N-й сигнал "ОСТ-2" (режим по п.4) поступает на вход линии задержки 56, которая обеспечивает его задержку на время установления биоткани вместо заглушки 9. С выхода линии задержки 56 N-й сигнал "ОСТ-2" через схему 48 "ИЛИ" поступает на вход регистра сдвига 55, переводя его в положение "1". При этом через схему 50-1 "ИЛИ" включается лазер 1-1 (соответствующий первой λ₁ из используемых длин волн излучения) с исходно заданным значением мощности, а через последовательно соединенные схему 49 "ИЛИ", схему 53 "И" и третью клемму колодки 19 на вход третьего тактового генератора 36 поступает сигнал "ЗАП-3".

Одновременно с этим по сигналу "1" от программного блока 15 аналоговый коммутатор 14 включается в положение "1", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода фотоэлектрического преобразователя 13-1 - свидетеля, соответствующего данной длине волны λ₁, а блок памяти 38 через вход параллельного счета последовательно-параллельного регистра первого счетчика 27 устанавливает счетчик в состояние, определенное при выполнении режима п. 1 для данной λ₁ длины волны излучения лазера 1-1 и соответствующее определенному при этом коэффициенту усиления второго дифференциального усилителя 24, а блок памяти 39 через вход параллельного счета последовательно-параллельного регистра второго счетчика 28 устанавливает его в состояние, определенное при выполнении режима п.3 для данной λ₁ длины волны излучения лазера 1-1 и соответствующее определенному при этом значению выходного сигнала ЦАП 29, соответствующего величине потока Ф₂ для данной λ₁ длины волны. Излучение лазеров на других длинах волн выключено.

При этом выходной электрический сигнал основного фотоэлектрического преобразователя 10 увеличивается до величины, соответствующей величине потока (Ф₁-Ф₂) на данной λ₁ длине волны, на выходе второго дифференциального усилителя 24 сигнал соответствует потоку Ф₁ на данной λ₁ длине волны, на выходе первого дифференциального усилителя 23 появляется сигнал, соответствующий величине Ф₃ на данной λ₁ длине волны, а на выходе третьего дифференциального усилителя 26 сигнал рассогласования, соответствующий величине (Ф₂-Ф₃) для данной λ₁ длины волны.

Выполнение режима п.6 Происходит соответствующее величине сигнала рассогласования с выхода третьего дифференциального усилителя 26 увеличение мощности лазерного излучения на данной λ₁ длине волны, поток которого поступает на входную апертуру 5 фотометрической полости 6.

Сигналом "ЗАП-3" включается третий тактовый генератор 36, последовательность сигналов с выхода которого через схему 42-1 "И" выходного каскада 40-1 (на второй вход которой от программного блока 15 поступает сигнал "1") поступает на вход последовательного счета регистра цифрового счетчика 43-1 (при этом схемы "И" всех других выходных каскадов по второму входу закрыты). Одновременно каждый импульс третьего тактового генератора 36 через схему 37 "ИЛИ" запускает АЦП 31. В процессе заполнения регистра счетчика 43-1 первого выходного каскада 40-1 выходной аналоговый сигнал ЦАП 44-1 увеличивается и через аналоговый коммутатор 45-1 увеличивает мощность излучения лазера 1-1 на данной λ₁ длине волны, поток которого поступает на входную апертуру 5 фотометрической полости 6. (При этом на второй вход аналогового коммутатора 45-1 через схему 41-1 "ИЛИ" поступает сигнал "1" от программного блока 15).

Фотоэлектрический преобразователь 13-1 - свидетель, соответствующий данной λ₁ длине волны, отслеживает увеличение выходной мощности лазера 1-1 и обеспечивает изменение сигнала на втором входе первого дифференциального усилителя 23, пропорциональное изменению мощности излучения лазера 1-1 на данной λ₁ длине волны. Таким образом, на выходе усилителя 23 сигнал соответствует только потоку (Ф₃)' для данной λ₁ длины волны, изменяющемуся также пропорционально изменению мощности лазерного излучения на входной апертуре 5 фотометрической полости 6, в результате чего сигнал рассогласования на выходе третьего усилителя 26 уменьшается. При достижении равенства сигнала с выхода первого усилителя 23 и сигнала с выхода ЦАП 29 (т.е. при достижении величиной потока значения (Ф₃)'=Ф₂, что соответствует 100%-ному поглощению биотканью 57 потока лазерного излучения на данной λ₁ длине волны и с заданным исходно значением мощности излучения) сигнал рассогласования на выходе усилителя 26 становится равным нулю и на выходе АЦП 31 устанавливается нулевой код, при появлении которого вторая схема сравнения 33 вырабатывает сигнал "ОСТ-3", прекращающий работу третьего тактового генератора 36. При этом регистр счетчика 43-1 выходного каскада 40-1 устанавливает на выходе ЦАП 44-1 уровень управляющего мощностью лазера 1-1 на данной λ₁ длине волны компенсирующего сигнала, соответствующий величине потока (Ф₃)'=Ф₂ на данной λ₁ длине волны.

Одновременно сигнал "ОСТ-3" через третью клемму колодки 20 поступает на программный блок 15, где через схему 48 "ИЛИ" переводит регистр сдвига 55 в следующее положение (в данном случае в положение "2"). При этом сигнал на выходе схемы 50-1 "ИЛИ" прекращается, а излучение лазера 1-1 на данной λ₁ длине волны выключается.

Выполнение режима п. 7. При переходе регистра сдвига 55 в программном блоке 15 по сигналу "ОСТ-3" в положение "2" через схему 50-2 "ИЛИ" включается лазер 1-2, излучающий следующую (в данном случае вторую λ₂) из длин волн с исходно заданным значением мощности. Аналоговый коммутатор 14 по сигналу "2" с выхода программного блока 15 переключается в положение "2", при котором на его выходе устанавливается значение сигнала с выхода соответствующего фотоэлектрического преобразователя 13-2 - свидетеля и повторяются описанные выше (п. 5 и 6) режимы. При этом состояние регистра счетчика 27 блока 11 коррекции мощности определяется соответствующим сегментом блока памяти 38 (в данном случае соответствующим положению "2" на его управляющем входе), состояние регистра второго счетчика 28 определяется соответствующим сегментом блока памяти 39 (в данном случае соответствующим положению "2" на его управляющем входе), последовательность сигналов с выхода третьего тактового генератора 36 поступает через схему 42-2 "И" выходного каскада 40-2 на вход регистра счетчика 43-2, а компенсирующий сигнал поступает через аналоговый коммутатор 45-2 на вход 3 блока 2-2 управления мощностью лазера 1-2.

Аналогичные режимы затем последовательно проводятся на всех остальных от λ₃ до λ_N используемых длинах волн излучения. При этом управление включением конкретного лазера 1, переключением аналогового коммутатора 14, управление сегментами блока памяти 38 и блока памяти 39, включение соответствующих схемы 42 "И" и аналогового коммутатора 45 соответствующего выходного каскада 40 осуществляется соответствующими (от "3" до "N") сигналами с выхода программного блока 15.

После выполнения цикла N описанных выше (п.5, 6 и 7) режимов по N-у сигналу "ОСТ-3" регистр сдвига 55 программного блока 15 переходит в состояние "0", и регистр сдвига 54 переходит в состояние "0". На этом первый этап единичной процедуры многоволнового лазерного воздействия на биоткань 57 заканчивается.

Выполнение режима п. 8, являющегося вторым этапом единичной процедуры многоволнового лазерного воздействия, начинается непосредственно за завершением режима п. 7 и является лечебным воздействием на биоткань 57 многоволнового лазерного излучения с исходно заданным значением мощности и 100% ее поглощением на каждой из используемых длин волн.

При переходе регистра сдвига 54 программного блока 15 в состояние "0" сигнал с его выхода "0" поступает на первые входы всех схем 50 "ИЛИ", включая одновременно все лазеры 1 на всех используемых длинах волн, и на второй вход всех схем 41 "ИЛИ" выходных каскадов 40 блока 11, обеспечивая одновременное поступление от всех ЦАП 44 через аналоговые коммутаторы 45 соответственно компенсирующих сигналов на управление мощностью всех лазеров 1, определенных индивидуально для каждой длины волны при выполнении режимов п.6 и п.7
Время воздействия (длительность единичной процедуры) определяется установленным таймером 4 временем экспозиции исходя из заданной поглощенной дозы облучения.

По окончании операции единичного лечебного облучения (установленного времени экспозиции) по сигналу "СБРОС" с выхода таймера 4, поступающего также на второй вход всех блоков 2 управления мощностью лазеров 1 для выключения их излучения, все регистры счетчиков 43 выходных каскадов 40 устанавливаются в исходное (нулевое) состояние.

Далее режимы п. 5-8 в течение непрерывного цикла процедур с неизменным исходным значением установленной мощности излучения на каждой длине волны могут повторяться многократно и на различных участках биоткани 57 с использованием имитатора N-го сигнала "ОСТ-2". При этом в процессе непрерывного цикла процедур облучения участков биоткани 57 с различным К_погл коррекция мощности лазерного излучения на всех используемых длинах волн происходит автоматически, обеспечивая неизменность исходно заданной поглощенной дозы.

При изменении установленного исходного значения мощности излучения на какой-либо из используемых длин волн необходимо предварительно вернуться к режиму п.3 или п.4 с использованием имитатора N-го сигнала "ОСТ-1".

Таким образом, в устройстве за счет обеспечения автоматического режима самокалибровки по сравнению с прототипом (где процесс осуществляется вручную) повышается точность установки поглощенной дозы излучения (погрешность порядка 15%, в прототипе 35%), за счет обеспечения возможности автоматической коррекции мощности падающего на биоткань лазерного излучения обеспечивается поглощение биотканью заданной мощности (в прототипе не обеспечивается), за счет совместного воздействия на биоткань группы лазерных излучателей на разных длинах волн усиливается терапевтическое воздействие за счет возникающего при этом синергетического эффекта, и, наконец, за счет автоматизации описанного воздействия значительно сокращается время (~0,6 с с использованием всех длин волн против 2 мин в прототипе с использованием одной длины волны) и упрощается процедура коррекции мощности падающего на биоткань лазерного излучения по сравнению с прототипом (для оператора-врача автоматизирование в описанном устройстве проще, чем работа вручную в прототипе).

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.

Основной фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) фотодиод типа ФД-24К.

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;
- дополнительная выходная апертура ⊘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).

Блок коррекции мощности - разработки заявителя, выполнен на типовых блоках, элементах и деталях. Программный блок - разработки заявителя на типовых цифровых блоках и элементах. Аналоговый коммутатор - разработки заявителя на типовых цифровых элементах и аналоговых ключах. Блок питания - разработки заявителя на типовых элементах. Пусковой элемент - кнопка типа КМ-1.

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

Таймер - разработки заявителя на типовых цифровых элементах.

Клеммные колодки - изготовление заявителя.

Устройство использовано в лазерной терапии при выполнении процедур по стабильной методике. Количество последовательно облученных зон биоткани от 3 до 6. Число циклов процедур 32.

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 0,6 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, упрощает процедуру коррекции мощности падающего на биоткань лазерного излучения одновременно на нескольких длинах волн, повышает точность установки поглощенной биотканью дозы излучения при выполнении стабильной методики терапевтического воздействия, при этом само воздействие усилено за счет обеспечения возникновения 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. А.П. Ромашков. Аппаратура для лазерной терапии: метрология, унификация, стандартизация. - М.: ВНИИОФИ, 1995 г., 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 включения лазера и регулирования мощности его излучения и соединенного с таймером и блоком питания, по ходу излучения лазера расположена входная апертура фотометрической полости, которая содержит также основную выходную апертуру и 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 фотоэлектрический преобразователь, выход которого связан со входом блока коррекции мощности лазера, 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, имеющих назначение, аналогичное блоку управления лазером на длине волны λ₁ и подключенных к блоку питания, по ходу излучения каждого лазера установлен общий для всех лазеров блок сведения оптических потоков указанных лазеров в один оптический канал, выход которого связан со входной апертурой фотометрической полости, в оптическом канале между каждым лазером и указанным блоком сведения оптических потоков расположен вход соответствующего из N дополнительно введенных фотоэлектрических преобразователей, а выход каждого из дополнительных фотоэлектрических преобразователей связан с соответствующим входом из первой группы входов от 1 до N дополнительно введенного аналогового коммутатора, выход которого соединен с дополнительно введенным вторым входом блока коррекции мощности лазера, в устройство введен также программный блок, при этом устройство снабжено дополнительным пусковым элементом, первый электрод которого связан параллельно с первыми входами всех блоков управления для обеспечения их одновременного включения и входом таймера, а второй электрод соединен с блоком питания, при этом выход таймера соединен параллельно со вторыми входами всех блоков управления, между N блоками управления и программным блоком введена первая (N+l)-клеммная колодка для передачи сигналов запуска N лазеров и с нулевой клеммой которой связан упомянутый первый электрод пускового элемента, между программным блоком и блоком коррекции мощности лазеров введена вторая (N+1)-клеммная колодка для обеспечения последовательного режима включения блока коррекции при последовательном включении N лазеров, а также первая трехклеммная колодка и вторая трехклеммная колодка, между N блоками управления и блоком коррекции введена третья (N+1)-клеммная колодка, к нулевой клемме которой подключен выход таймера, а остальные N клемм этой колодки соединены с третьими входами соответствующих блоков управления для передачи аналогового сигнала коррекции мощности, при этом вторая группа (N+1) входов аналогового коммутатора соединена со второй (N+1)-клеммной колодкой, блок коррекции содержит усилитель, первый дифференциальный усилитель, второй дифференциальный усилитель с управляемым резистором в цепи его обратной связи, третий дифференциальный усилитель, первый и второй цифровые счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первую и вторую схемы сравнения, первый, второй и третий тактовые генераторы, схему ИЛИ, первый и второй N-сегметный блоки памяти, N выходных каскадов, каждый из которых содержит схему ИЛИ и последовательно включенные схему И, цифровой счетчик, цифроаналоговый преобразователь и аналоговый коммутатор, а программный блок содержит первую и вторую двухвходовые схемы ИЛИ, шестивходовую схему ИЛИ, N-входовую схему ИЛИ, N выходных двухвходовых схем ИЛИ, первую, вторую и третью выходные схемы И, четырехразрядный последовательный регистр сдвига, (N+1)-разрядный последовательный регистр сдвига и линию задержки, при этом в блоке коррекции мощности лазера упомянутый выход основного фотоэлектрического преобразователя связан со входом усилителя, этот вход усилителя является первым упомянутым входом блока коррекции мощности лазера, вторым упомянутым входом этого блока 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 включен как на управляющий вход первого N-сегментного блока памяти, так и на первую клемму второй трехклеммной колодки и на управляющий вход первого тактового генератора, запускающий вход которого связан с первой клеммой первой трехклеммной колодки, а первый выход соединен с запускающим входом первого аналого-цифрового преобразователя, второй выход с первым входом первого цифрового счетчика, второй вход которого связан с выходом первого N-сегментного блока памяти, информационный вход которого подключен к первому выходу первого цифрового счетчика, второй выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора, N входов первого N-сегментного блока памяти соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки, выход третьего дифференциального усилителя соединен с аналоговым входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу второй схемы сравнения, первый выход которой соединен как с управляющим входом второго тактового генератора, связанным со второй клеммой второй трехклеммной колодки, так и с управляющим входом второго N-сегментного блока памяти, запускающий вход второго тактового генератора соединен со второй клеммой первой трехклеммной колодки, выход второго тактового генератора соединен как с первым входом схемы ИЛИ, так и с первым входом второго цифрового счетчика, первый выход которого связан со входом цифроаналогового преобразователя, второй выход с информационным входом второго N-сегментного блока памяти, выход которого соединен со вторым входом второго цифрового счетчика, при этом управляющие N входов второго N-сегментного блока памяти соединены с соответствующими их номерам клеммами второй (N+1)-клеммной колодки, выход цифроаналогового преобразователя подключен ко второму входу третьего дифференциального усилителя, выход схемы ИЛИ подключен к запускающему входу второго аналого-цифрового преобразователя, а второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом третьего тактового генератора, первый управляющий вход которого соединен как со вторым выходом второй схемы сравнения, так и с третьей клеммой второй трехклеммной колодки, а второй управляющий вход третьего тактового генератора соединен с третьей клеммой первой трехклеммной колодки, все первые входы схем И N выходных каскадов соединены параллельно и подключены к указанному выходу третьего тактового генератора, второй вход схемы И каждого из N выходных каскадов соединен как с клеммой, соответствующей номеру каскада, второй (N+1)-клеммной колодки, так и с первым входом схемы ИЛИ своего каскада, при этом все вторые входы схем ИЛИ N выходных каскадов соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой второй (N+1)-клеммной колодки, выход схемы И каждого из N выходного каскада соединен с первым входом цифрового счетчика своего каскада, вторые входы счетчиков всех каскадов соединены параллельно и связаны с нулевой клеммой третьей (N+1)-клеммной колодки, выход счетчика каждого каскада соединен со входом цифроаналогового преобразователя своего каскада, выход которого соединен с первым входом аналогового коммутатора, второй вход которого связан с выходом схемы ИЛИ своего каскада, выход каждого аналогового коммутатора подключен к соответствующей его номеру клемме третьей (N+l)-клеммной колодки, при этом в программном блоке первый вход первой двухвходовой схемы ИЛИ соединен как с нулевой клеммой первой (N+l)-клеммной колодки, так и с четвертым входом шестивходовой схемы ИЛИ, первый, второй и третий входы которой соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммой второй трехклеммной колодки, пятый вход этой схемы ИЛИ соединен с выходом линии задержки, выход шестивходовой схемы ИЛИ соединен со входом (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига, с первого по N-й выходы которого соединены как с соответствующими их номерам клеммами второй (N+l)-клеммной колодки и с соответствующими N входами N-входовой схемы ИЛИ, так и с первыми входами соответствующих номеров N выходных двухвходовых схем ИЛИ, при этом N-й выход (N+1)-разрядного последовательного регистра сдвига соединен со вторым входом первой двухвходовой схемы ИЛИ, с шестым входом шестивходовой схемы ИЛИ и со входом линии задержки, управляющий вход которой соединен с выходом второй двухвходовой схемы ИЛИ, вторые входы N выходных двухвходовых схем ИЛИ соединены параллельно и подсоединены как к нулевой клемме второй (N+1)-клеммной колодки, так и к нулевому выходу четырехразрядного последовательного регистра сдвига, выход каждой из N выходных двухвходовых схем ИЛИ подключен к соответствующей ее номеру клемме первой (N+l)-клеммной колодки, а каждая из этих клемм связана также с четвертым входом блока управления лазером с длиной волны соответствующего номера, при этом выход первой двухвходовой схемы ИЛИ соединен со входом четырехразрядного последовательного регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого соединены каждый с первым входом соответственно первой, второй и третьей схем И, причем первый вход первой схемы И соединен также с первым входом второй двухвходовой схемы ИЛИ, а со вторым входом этой схемы ИЛИ соединен также первый вход второй схемы И, вторые входы первой, второй и третьей схем И включены параллельно и подсоединены к выходу N-входовой схемы ИЛИ, а выходы всех этих схем И подключены соответственно к первой, второй и третьей клеммам второй трехклеммной колодки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3