Реферат: Лазерная медицинская установка "Импульс-1"

Московский ордена Ленина,ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового КрасногоЗнамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

имени Н.Э.Баумана.

_____________________________________________________________

Факультет РЛ

Кафедра РЛ2

Реферат
по дисциплине
«Проектирование
лазерных и оптико-электронных приборов»

студента

МайороваПавла
Леонидовича, группа РЛ 3-91.

Лазерная медицинская установка для целейлучевой терапии «Импульс-1»

Введение

В настоящее время лазерное излучение с большим или меньшимуспехом применяется в различных областях науки. Уникальные свойства излучениялазеров, такие, как монохроматичность, когерентность, малая расходимость и возможностьпри фокусировке получать очень высокую плотность мощности на облучаемойповерхности обеспечили широкое применение лазеров. Использование квантовойэлектроники оказалось, в частности, очень полезным для клинической медицины. Вмедицинских целях используются, в основном, твердотельные и газовые лазеры. Импульсныетвердотельные лазеры применяют преимущественно в офтальмологии для операцийпо устранению отслоения сетчатки глаза ипри лечении глаукомы. Для этих целей была разработана специальная аппаратура сиспользованием неодимовых и рубиновых лазеров. Для операций с рассечениемтканей импульсные лазеры оказались непригодны, поэтому для этих целей применяютлазеры непрерывного действия. В Советском Союзе была создана хирургическаяаппаратура на СО2 лазерах. Такие хирургические установки применяют вобщей хирургии, онкологии и других областях.

Установками на основе аргоновых лазеров непрерывного действия с использованиемспециальных световодов пользуются медики при внутриполостных операциях.

В терапии разных болезней широко применяются газовыегелий-неоновые лазеры. Например, положительные результаты получены при лечениитрофических язв, ран, воспалительных процессов, некоторых сосудистыхзаболеваний и в кардиологии. Не вызывает сомнения стимулирующее действиеизлучения гелий-неоновых лазеров при регенерации и улучшении обменныхпроцессов.

Основными преимуществами, стимулирующими применение лазеров в медицине,являются радикальность лечения, снижениесроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшениеусловий стерильности и т. д.

Структурная схема

Лазерная медицинская установка «Импульс-1» — первыйотечественный аппарат, созданный и разработанный для ведения лазеротерапии всоответствии с медико-техническим требованием Министерства здравоохраненияСССР. Разработка установки была закончена в 1971 году. В том же году Комитет по новой медицинской техникеМинздрава СССР дал рекомендацию к выпуску промышленной партии этих установок, котораяи была изготовлена в 1975 году на Свердловском заводе электромедицинскойаппаратуры.

Установка «Импульс-1» разработана на базе специально созданногодля нее мощного импульсного лазера на неодимовом стекле.

Установка (см. рис. 1) состоит из следующих основных частей:операционного аппарата, накопителя энергии и главного пульта питания и управления.

Рисунок 1. Структурная схема лазерной медицинской установки для лучевой терапии «Импульс-1»

Функциональная схема

Конструктивная схема операционного аппарата установки приведенана рисунке 2.

Рисунок 2. Конструктивная схема операционного аппарата установки

Операционный аппарат состоит из горизонтального ствола 1, установленногона вертикальной стойке 2. Ствол можетповорачиваться вокруг горизонтальной оси Iи вертикальной оси II.

Вертикальная стойка 2жестко закреплена на платформе 3. Платформаснабжена колесами для перемещения аппарата по полу. К вертикальной стойкеприкреплен поручень.

Внутри ствола 1 жесткозакреплены лазерный излучатель 4, калориметрическийблок 5 и блок поджига 6. На конец ствола 1 установлен телескопический вал 7 с поворотно-фокусирующей головкой 8.

Телескопический вал 7можно перемещать вдоль его собственной оси симметрии III и поворачивать вокруг той же оси III вместе с поворотно-фокусирующей головкой 8. Головка 8 жесткозакреплена на конце телескопического вала. На нем жестко закреплена и рукоятка 9, охватывающая поворотно-фокусирующуюголовку 8.

Внутри головки 8 жесткозафиксированы селективно отражающее лазерное излучение зеркало 10, фокусирующая линза 11, конденсор 12 и лампочка накаливания 13.

Лазерный излучатель 4выполнен в виде отдельного блока. Активным элементом в нем является стержень изнеодимового стекла ПГЛС-1 диаметром 45 мм и длиной 617 мм. Активный элементвозбуждается с помощью четырех ксеноновых ламп накачки ИПФ-20000, расположенныхв четырехлепестковом осветителе с четырьмя V-образными отражателями,изготовленными из нержавеющей стали. Внутренние поверхности отражателейполированные и имеют хорошо отражающее серебряное покрытие. Активный элементрасположен в корпусе осветителя вдоль оси симметрии. Корпус осветителяизготовлен из нержавеющей стали. Торцы активного элемента уплотнены в корпусеосветителя с помощью индиевых колец, сжимаемых цилиндрическими держателямизеркал резонатора. Глухое и полупрозрачное зеркала, установленные параллельноторцам активного элемента, герметизирует полости между зеркалом и активным элементом.При этом боковыми стенками полостей являются цилиндрические поверхностидержателей зеркал резонатора. Внутренняя полость осветителя, лампы накачки иактивный элемент омываются 0.02% раствором K2Cr2O4в дистиллированной воде, циркулирующей через осветитель.

Полупрозрачное зеркало резонатора (коэффициент пропускания 60%)установлено в излучателе 4 со стороныповоротно-фокусирующей головки 8.Глухое зеркало резонатора с коэффициентом пропускания 5% размещено со стороныкалориметрического блока 5. Поэтомупри генерации лазерного излучения в резонаторе излучателя 4 основная часть излучения направлена в сторонуповоротно-фокусирующей головки, а остальная — в сторону калориметрическогоблока 5, где поглощается его приемнойплощадкой.

Калориметрический блок 5(после проведения соответствующей калибровки) обеспечивает измерение энергиилазерного излучения, направляемой в сторону поворотно-фокусирующей головки, попоглощенной его приемной площадкой энергии лазерного излучения.

Блок поджига 6четырехсекционный. Каждая его секция предназначена для поджига одной из лампнакачки лазерного излучателя.

Регулирование размеров пятен лазерного излучения на объекте облучения осуществляется в операционномаппарате изменением расстояния между линзой 11поворотно-фокусирующей головки и объектом облучения, а контроль размеров пятенведется по системе подсветки.

Принцип действия

Накопитель энергии установки — электрические емкости, объединенныев четыре секции. Каждая секция накопителя предназначена для питания одной лампынакачки четырехлампового лазерного излучателя операционного аппарата. Емкостьконденсаторов одной секции 1200 мкФ, максимальное напряжение заряда 4.6 кВ,максимальная энергия заряда 12.5 кДж. Максимальная суммарная энергия зарядачетырех секций составляет 50 кДж. Каждая секция накопителя расположена в отдельномшкафу. Габаритные размеры шкафа 600´600´1500мм.

При монтаже установки шкафы накопителя ставят в один ряд вблизиглавного пульта питания и управления. Главный пульт питания и управлениясодержит следующие основные узлы: блок заряда накопителя энергии, системуохлаждения лазерного излучателя, видеоконтрольное и переговорное устройства,панель управления и выносной пульт управления.

Блоки заряда накопителя энергии включают в себя источник тока,выпрямитель и систему управления. Система управления встроена в панельуправления, блоки источника и выпрямителя расположены под столом пультауправления.

Система охлаждения лазерного излучателя вмонтирована в пультуправления. Она включает в себя насос и двухконтурный водяной теплообменник.Через внутренний контур теплообменника прокачивается 0.02% раствор K2Cr2O4,циркулирующий через лазерный излучатель и охлаждающий его теплонагруженныеэлементы. Внешний контур теплообменника омывается водопроводной водой. Тепло,накопившееся во внутреннем контуре теплообменника, передается во внешний контури отводится вместе с циркулирующей в нем водопроводной водой.

Видеоконтрольное и переговорное устройства являются частьюпромышленной телевизионной установки, в комплект которой входит такжепередающая камера и соединительные кабели. Видеоконтрольное устройствосмонтировано на столе пульта питания и управления. Передающая камера находитсявблизи операционного аппарата установки. Управление передающей камеройосуществляется дистанционно с пульта управления видеоконтрольного устройства.При этом можно выбрать необходимое поле зрения и выполнить настройку резкостиизображения.

Панель управления содержит органы управления, измерительныеприборы и световые индикаторы. Органами управления являются кнопки«Пуск» и «Стоп», с помощью которых осуществляется включениеи выключение источника тока, кнопка «Высокое», обеспечивающая включениевысоковольтного напряжения блока поджига ламп накачки операционного аппарата,кнопка «Подсветка», приводящая в действие и выключающая лампочкунакаливания системы подсветки.

Кроме того, на панели находятся другие органы системы управления.Это кнопки «Одиночный» и «Периодический», с их помощью устанавливаютрежим однократного или периодического заряда и разряда емкостного накопителяэнергии; а также кнопка «Запуск одиночный», включающая одиночный цикл(заряд-разряд) накопителя энергии, ручка потенциометра для поддержаниятребуемого напряжения заряда накопителя энергии, ручка потенциометра«Период» для выбора периода следования циклов заряд-разряд накопителя.

На панели управления размещены микроамперметр калориметрическогоизмерителя энергии излучения лазера; четыре микроамперметра для измерениянапряжения заряда в каждой из четырех секций емкостного накопителя энергии имикроамперметр для измерения высоковольтного напряжения блока поджига.

На панели управления находятся также следующие световые индикаторы,сигнализирующие: «Сеть» — о подключении электросети;«Высокое» — о подаче высоковольтного напряжения на блок поджига,«Подсветка» — о включении лампочки накаливания системы подсветкиоперационного аппарата, «Циркуляция» — о наличии циркуляции жидкостиво внутреннем контуре системы охлаждения, «Заряд» — о зарядеемкостного накопителя энергии.

Выносной пульт главного пульта управления связан с последнимсоединительным кабелем и имеет кнопку «Пуск», дублирующую кнопку«Пуск одиночный» на панели управления главного пульта, а также световойиндикатор «Заряд», дублирующий индикатор «Заряд» на панелиуправления главного пульта питания и управления. Размеры главного пультапитания и управления установкой 1580´630´950мм.

Для размещения установки предусмотрено два помещения: операционноеи техническое. В операционном помещении устанавливают операционный аппарат спередающей телевизионной камерой, в техническом — накопитель энергии и главныйпульт питания и управления. Установкой управляют врач и оператор. Врачнаходится около операционного аппарата, оператор — в техническом помещении за главным пультом питания иуправления. Связь между врачом и оператором осуществляется потелевизионно-телефонным каналам телевизионной установки. Включать импульсылазерного облучения может как оператор с главного пульта управления, так и врачс выносного пульта.

Величина термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) термопары калориметрическогоблока, приемная площадка которого нагревается лазерным излучением, выходящим состороны глухого зеркала лазерного излучателя, регистрируется после каждогоимпульса излучения милливольтметром, находящимся на пульте управления.

Основные параметры и характеристики

Технические характеристикиустановки «Импульс-1» приведены ниже.

Длина волны излучения, мкм

1.06

Энергия в импульсе выходного излучения, кДж:

максимальная

минимальная

0.5

Длительность импульса выходного излучения, мсек

Максимальная частота следования импульсов при выходной

энергии в импульсе 0.5 кДж

140

Диаметр пятна лазерного излучения на объекте облучения, мм:

минимальный

максимальный

Размеры пятен лазерного излучения можно плавно регулировать отминимального до максимального значения. Максимальная плотность энергиилазерного излучения, создаваемая установкой на объекте облучения, достигает 30кДж/см2.

Размеры операционного поля, обслуживаемого установкой, составляют250 ´1000 мм в горизонтальной плоскости и 500 мм по высоте. Лазерный луч перемещается в пределах операционного поля почетырем степеням свободы. Максимальное усилие для перемещения лазерного луча,прилагаемое к выводящей излучение части установки, не превышает 2.5 кг.

Охлаждение установки водяное, двухконтурное. Расход водопроводнойводы во внешнем контуре охлаждения составляет 20 л/мин. Питание от трехфазнойсети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

Мощность, потребляемая установкой от электросети, не превышает 8кВт.

Выводы

Работы, проведенные в направлении исследования свойств лазеров,позволили не только успешно использовать лазерное излучение в клиническихусловиях, но и определить сферу применения тех или иных лазерных установок.Мощные лазеры на неодимовом стекле, рубине, углекислом газе, аргоне, парахметаллов и др., подходят для хирургических целей, коагуляции и рассечениятканей.

Лазерные установки на углекислом газе могут быть широко использованыдля лечения различных заболеваний (поверхностно расположенных опухолей и т.п.)

Перспективным направлением можно считать применение излучениянизкоэнергетических лазеров в видимой части спектра для стимулированиярепаративных процессов при хронических длительно не заживающих ранах,трофических язвах, замедленной консолидации переломов, заболеваний обменного характераи др.

Учитывая, что комбинированные методы лечения наиболее эффективны,на современном этапе онкологии лазерное излучение можно использовать прикомбинированном лечении опухолей. Излучение лазера в некоторых случаяхцелесообразно комбинировать с ионизирующим излучением, лекарственнымипротивоопухолевыми препаратами, хирургическими операциями.

Все возрастающий интерес к использованию лазеров в медицинепривел к необходимости создания специальных лазерных отделений и операционных,достаточно приспособленных к безопасной эксплуатации. Главным вопросомстановится защита медицинского и технического персонала от влияния вредныхфакторов лазерного излучения.

Операционное помещение должно удовлетворять следующим специальнымтребованиям: стены и потолок помещения должны быть окрашены темной матовойкраской, а стекла окон — белой матовой краской, чтобы предохранить зрение врачаи пациента от поражения лазерным излучением, случайно отраженным от стен ипотолка помещения. В нем необходима хорошая приточно-вытяжная вентиляция, входныедвери должны быть оборудованы светящимся табло лазерной опасности, загорающимсяпри включении установки.

Список литературы

Лазеры в клинической медицине. Под ред. Д. С. Плетнева. — М.,Медицина.

Плетнев Д. С. и др. Применение лазеров в онкологическй практике.— Хирургия.

Хромов Б. М. Лазеры в экспериментальной хирургии. — Медицина.

Оглавление

TOC «PLM загол 1;1;PLM загол 2;2;PLMзагол 3;3»
терапии «Импульс-1»… GOTOBUTTON _Toc341716642 PAGEREF _Toc341716642 2

Введение… GOTOBUTTON _Toc341716644 PAGEREF _Toc341716644 2

Структурная схема… GOTOBUTTON _Toc341716645 PAGEREF _Toc341716645 2

Функциональная схема… GOTOBUTTON _Toc341716646 PAGEREF _Toc341716646 3

Принцип действия… GOTOBUTTON _Toc341716647 PAGEREF _Toc341716647 5

Основные параметры и характеристики… GOTOBUTTON _Toc341716648 PAGEREF _Toc341716648 7

Выводы… GOTOBUTTON _Toc341716649 PAGEREF _Toc341716649 8