Лазер та її пристрій

Нині лазерне випромінювання з перемінним успіхом застосовується у різних галузях науки. Унікальні властивості випромінювання лазерів, такі, як монохроматичность, когерентність, мала расходимость і можливість при фокусуванню отримувати дуже дорогу щільність потужності на облучаемой поверхні забезпечили широке застосування лазерів. Використання квантової електроніки виявилося, зокрема, дуже корисним для клінічної медицини. У медичною метою використовуються, переважно, твердотільні газові лазери. Імпульсні твердотільні лазери застосовують переважно у офтальмології для операцій із усунення відшарування сітківки очі й під час лікування глаукоми. Для цього розробили спеціальна апаратура з допомогою неодимовых і рубінових лазерів. Для операцій із рассечением тканин імпульсні лазери виявилися непридатні, для цього застосовують лазери безперервного дії. У у Радянському Союзі було створено хірургічна апаратура на СО2 лазерах. Такі хірургічні установки застосовують у загальної хірургії, онкології та інших областях.

Установками з урахуванням аргоновых лазерів безперервного дії з допомогою спеціальних световодов користуються медики при внутрішньопорожнинних операциях.

У терапії різних хвороб широко застосовуються газові гелий-неоновые лазери. Наприклад, позитивні результати отримано під час лікування трофічних виразок, ран, запальних процесів, деяких судинних захворювань, і в кардіології. Поза сумнівом стимулююча дія випромінювання гелий-неоновых лазерів при регенерації і поліпшення обмінних процессов.

Основними перевагами, стимулюючими застосування лазерів до медицини, є радикальність лікування, зниження термінів втручання, зменшення кількості ускладнень, крововтрати, поліпшення умов стерильності тощо. д.

I. ЛАЗЕРНІ МЕТОДИ ДИАГНОСТИКИ.

1.1 ОПТИЧНІ КВАНТОВІ ГЕНЕРАТОРЫ.

Лазери є джерела світла, працівники базі процесу вимушеного (стимулированного, індукованого) випущення фотонів збудженими атомами чи молекулами під впливом фотонів випромінювання, мають таку ж частоту. Суттєвою рисою цього процесу і те, що фотон, що виникає при вимушеному випущенні, ідентичний який викликав її появу зовнішньому фотонові по частоті, фазі, напрямку і поляризації. Це визначає унікальні властивості квантових генераторів: висока когерентність випромінювання у просторі й часі, висока монохроматичность, вузька спрямованість пучка випромінювання, величезна концентрація потоку потужності і можливість фокусуватися на вельми малі обсяги. Лазери створюються з урахуванням різних активних середовищ: газоподібної, рідкої чи твердої. Вони можуть надавати випромінювання на досить широкому діапазоні довжин хвиль — від 100 нм (ультрафіолетовий світло) до 1.2 мкм (інфрачервоне випромінювання) — і може працювати як в безупинному, і у імпульсному режимах.

Лазер складається з трьох принципово важливих вузлів: випромінювача, системи накачування і джерела харчування, робота яких забезпечується за допомогою спеціальних допоміжних пристроїв. Спрощена конструктивна схема гелий-неонового лазера показано на малюнку ниже.

Випромінювач призначений для перетворення енергії накачування (перекладу гелий-неоновой суміші 3 в активний стан) в лазерне випромінювання і має оптичний резонатор, що становить собою у загальному разі систему старанно виготовлених що відбивають, заломлюючих і фокусирующих елементів, у внутрішньому просторі якої порушується і підтримується певний тип електромагнітних коливань оптичного діапазону. Оптичний резонатор повинен мати мінімальні втрати у робочої частини спектра, високу точність виготовлення вузлів та його взаємної установки. У лазері, показаний малюнку, оптичний резонатор виконано в вигляді двох паралельних дзеркал 1 і 5, расположенных поза активної частини середовища 3, которая відділена довкілля колбою 6 розрядної трубки і двома вікнами 2,4 з плоскопараллельными межами, утворюючими з віссю випромінювання кут Брюстера. Зовнішні дзеркала 1 і 5 забезпечують багаторазове проходження випромінювання через активну середу ввечері з наростанням потужності потоку лазерного випромінювання. Для виходу випромінювання одна з дзеркал (5) робиться з отвором чи полупрозрачным.

Система накачування варта перетворення джерела електричного харчування 8 в енергію іонізованою активної середовища 3 лазера. Накачування здійснюється електричним розрядом, навіщо у ньому встановлюються два електрода — катод 7 і анод 9, між якими подається напруга джерела харчування. Атоми гелію порушуються при соударениях з швидкими електронами і, зіштовхуючись із атомами неону, передають їм свою енергію. У деяких типах лазерів застосовують фокусирующие магніти чи обмотки і спеціальні відвідні трубки для циркуляції активної среды.

1.2 ОСНОВНІ НАПРЯМКУ ТА ЦІЛІ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРОВ.

Сучасні напрями медико-біологічного застосування лазерів можна розділити на дві основні групи :

До першого типу віднесено вплив на тканини патологічного вогнища імпульсним чи безперервним лазерним випромінюванням при щільності потужності, недостатньою для глибокого зневоднення, випаровування тканин та виникнення у яких дефекту. Цьому типу впливу відповідає застосування лазерів в дерматології і онкології для опромінення патологічних тканинних утворень, яке приводить до коагуляції. Другий тип — розсічення тканин, коли під впливом випромінювання лазера безперервного чи частотно-периодического дії частина тканини випаровується у ній виникає дефект. І тут щільність потужності випромінювання може перевершувати що використовується при коагуляції на два порядку й більш. Цьому типу впливу відповідає хірургічне застосування лазерів. До третьому типу можна віднести впливом геть тканини і органи низкоэнергетического випромінювання, звичайно що викликає явних морфологічних змін, але що призводить певним біохімічним і фізіологічним зрушень в організмі, тобто. вплив типу фізіотерапевтичного. Сюди слід зарахувати застосування гелий-неонового лазера з метою биостимуляции при мляво поточних раневых процесах, трофічних виразок і др.

Попри умовність схеми (неважко бачити, наприклад, що з розсіченні тканин спостерігається одночасно загибель частини клітин, тобто. реалізують і вплив за першим типу, розсічення і коагуляція тканин супроводжується певними физиолого-биохимическими змінами і др.), она дає чітке уявлення про те основних ефекти, які досягаються з допомогою лазерного опромінення та практично використовують фахівці медико-біологічного профілю. Завдання досліджень з механізму біологічного дії лазерної радіації зводиться до вивчення тих процесів, які у основі інтегральних ефектів, що викликаються опроміненням — коагуляції тканин, їх випаровування, биостимуляционных зрушень на организме.

1.3 ЛАЗЕРНА ДІАГНОСТИКА У ОФТАЛЬМОЛОГИИ.

1.3.1 АНГИОГРАФИЯ.

Дослідження судинної системи та гемодинамики очного дна одна із найважливіших коштів ранньої діагностики важких патологічних змін органу зору, у кінцевому рахунку, профілактики передчасної слепоты.

Найбільшого поширення набула на дослідження гемодинамики нині отримали флюоресцентная ангіографія і ангиоскопия очного дна. Ці методи мають великий інформаційної емкостью.

Флюоресцентная ангіографія (ФАГ) з фоторегистрацией дозволяє зафіксувати результати дослідження, але порушує цілісність динамічної картини кровообращения.

Перед дослідником, який працює над удосконаленням й розробкою апаратури на дослідження гемодинамики очного дна, стають такі задачи:

1) вибір фотоприемника, має досить високу чутливість як і видимому, і у ближньому інфрачервоному діапазоні і котрий дає можливість оперативно реєструвати і відтворювати у часі динамічну картину кровообігу очного дна.

2) вибір відповідного джерела висвітлення очного дна, який випромінює буде в діапазоні порушення застосовуваних контрастирующих барвників і дозволяє досить у простий спосіб змінювати довжину хвилі излучения.

Бажано, щоб джерело висвітлення потрібному діапазоні випромінювання мав максимально вузьку ширину спектра, найкраще випромінювання в одній лінії максимального поглинання відповідного барвника. Застосування джерела висвітлення з такою характеристикою виключає високу загальну засвітку глаза.

Узятий фотоприймач повинен мати якнайбільшої чутливістю у робочому діапазоні, що дозволить знизити рівень освітленості очного дна.

Фотоприймач повинен мати розрізнювальну здатність, достатню передачі дрібних деталей очного дна, і високе ставлення сигнал-шум на відтворення зображення очного дна із необхідним контрастом.

Проведені експерименти показали, що оптимальною з погляду всіх своїх вимог, що висуваються до фотоприемнику, є використання кронштейна як такого телевізійної передавальної трубки. Телевізійний фотоприймач перетворює оптичне зображення з його мішені в послідовність електричних імпульсів— телевізійний відеосигнал. Відеосигнал передається на устрою відображення — телевізійні монітори з екранами різного розміру для безпосередньої візуалізації, і записується на магнітну стрічку з допомогою відеомагнітофона. У відеосигнал суто електронними методами може бути впроваджена додаткову інформацію. Спостереження гемодинамической картини вироблялося у реальному масштабі часу, а реєстрація сигналу на відеомагнітофоні дозволяла багаторазово переглядати зроблену запис для детального діагностичного аналізу. З використанням відповідного відеомагнітофона можна переглядати запис зі зниженою швидкістю відтворення і у протилежному русі, і навіть можлива зупинка изображения.

Необхідна що дозволяє здатність телевізійної трубки визначається величиною найменших деталей очного дна, які потрібно передати, та розширенням оптичного каналу, формує зображення. Якщо прийняти це розмір найменших деталей в 50 мкм, то тут для фундус-камеры «Opton «зі збільшенням фотоканала 2.5 одержимо необхідну розрізнювальну здатність телевізійного фотоприемника 8 мм. Зображення ділянки очного дна, створюване фундус-камерой, є коло діаметром 20 мм. Отже, якщо зображення захоплює поверхню мішені, то потрібно більш 200 рядків розкладання, щоб забезпечити необхідну дозвіл. Таким чином, стандартна телевізійна розгорнення дозволить передавати деталі дрібніший від 50 мкм.

Проведені дослідження дозволили вибрати таку структурну схему телевізійної системи для ангиографических досліджень. Як джерела висвітлення очного дна використовується перестроюваний лазер, довжина хвилі якого вибирається в смузі максимального поглинання використовуваного барвника. З допомогою спеціального електронного блоку оптимальним чином пов’язані модуляція лазерного променя і параметри розгорнення телевізійної системи. Вигляд залежності вибирається виходячи з необхідності забезпечити мінімальну паразитную засвітку очного дна, тобто те щоб отримати максимальне ставлення сигнал-шум в тракті телесигналу. У цьому на екрані телевізійного дисплея виходить найбільш контрастне зображення. Застосування як джерело світла лазера дозволяє їм отримати максимальну спектральную щільність випромінювання у властивому ділянці спектра і виключити їх засвітку очного дна інших довжинах хвиль, у своїй зайвими при застосуванні вузькосмугового фільтра з низьким коефіцієнтом пропускання. Для реєстрації відеосигнал записується на магнітну стрічку. Паралельно відеосигнал надходить на спецвычислитель, з якого безпосередньо під час дослідження чи під час відтворення раніше зробленою записи можуть визначити такі параметри: калібр судин у деякому обраному сечении очного дна; площа зайнята судинами на очному дні; частка судин певного заданого калібру; розподіл судин по калибрам; швидкість поширення барвника і др.

1.3.2 ДІАГНОСТИЧНІ МОЖЛИВОСТІ ГОЛОГРАФИИ.

Особливо цікавить голографічної діагностики представляє орган зору. Око є органом, що дозволяє отримувати зображення внутрішніх середовищ звичайним освітленням ззовні, оскільки преломляющие середовища очі є прозорими для випромінювання видимого та близького інфрачервоного диапазона.

Найбільший підйом досліджень, і розробок систем об'ємного відображення в офтальмології пов’язані з появою лазерів, коли з’явилися потенційні можливості використання голографічного метода.

Для голографічної записи зображення очного дна використовувалася стандартна фотографічна фундус-камера Цейса, у якій ксеноновий джерело світла замінили лазерним джерелом излучения.

Недоліком є низька (100 мкм) дозвіл і невисокий (2:1) контраст одержуваних изображений.

Традиційні методи оптичної голографії зіштовхуються з принциповими труднощами їх практичної реалізації в офтальмології, насамперед через низьку якість одержуваних об'ємних изображений.

Істотного підвищення якості об'ємних зображень можна лише у разі використання однопрохідний голографічної реєстрації, якою є реєстрація прозорих мікрооб'єктів методами голографии.

Метод флюоресцентної ангіографії, який складається в возбужждении люмінесценції барвника, введеного до крові, і одночасної фото-регистрации зображення очного дна.

Через війну проведених досліджень розробили спосіб отримання однопрохідний голограми очного дна. Цей спосіб дозволяє істотно підвищити якість відновлених зображень внаслідок усунення когерентного шуму й паразитних бликов.

2 ТЕРМОГРАФИЯ.

2.1 БІОФІЗИЧНІ АСПЕКТИ ТЕПЛОВИДЕНИЯ.

У людському організмі внаслідок екзотермічних біохімічних процесів у клітинах і тканинах, і навіть за рахунок вивільнення енергії, що з синтезом ДНК і РНК, виробляється дуже багато тепла-50−100 ккал/грамм. Це тепло розподіляється всередині організму з допомогою циркулюючої крові і лімфи. Кровообіг вирівнює температурні градієнти. Кров завдяки високої теплопровідності, не мінливих від характеру руху, здатна здійснювати інтенсивний теплообмін між центральними і периферичними областями організму. Найбільш теплою є змішана венозна кров. Вона мало охолоджується у легенях і, розсідаючись на великому колу кровообігу, підтримує оптимальну температуру тканин, органів прокуратури та систем. Температура крові, що проходить по шкірним судинах, знижується на 2−3°. При патології система кровообігу порушується. Зміни виникають хоча б тому, що підвищений метаболізм, наприклад, в осередку запалення збільшує перфузию крові й, отже, теплопровідність, що відбивається на термограмме появою вогнища гипертермии.

Температура шкіри має свою цілком певну топографію. Щоправда, у новонароджених, засвідчує И. А. Архангельская, термотопографія шкіри відсутня. Саму низьку температуру (23−30°) мають дистальные відділи кінцівок, кінчик носа, вушні раковини. Найвища температура пахвової області, в промежини, області шиї, эпигастрия, губ, щік. Інші ділянки мають температуру 31−33,5°С. Добові коливання температури шкіри в середньому становлять 0,3−0,1°С і залежить від фізичним і психічної навантажень, і навіть інших факторов.

За інших рівних умов мінімальні зміни температури шкіри спостерігаються в області шиї і чола, максимальные—в дистальных відділах кінцівок, що впливом вищих відділів нервової системи. Ще замалий вплив часто шкірна температура нижче, ніж чоловіки. З яким віком ця температура знижується й зменшується її мінливість під впливом температури довкілля. При усякому зміні сталості співвідношення температури внутрішніх областей тіла включаються терморегуляторные процеси, які встановлюють нового рівня рівноваги температури тіла з окружающей.

средой.

У здорової людини розподіл температур симетрично щодо середньої лінії тіла. Порушення цієї симетрії і є основним критерієм тепловізійної діагностики захворювань. Кількісним вираженням термоасимметрии служить величина перепаду температури. Перерахуємо головні причини виникнення температурної асимметрии:

1. Уроджена судинна патологія, включаючи судинні опухоли.

2. Вегетативні розлади, що призводять до порушення регуляції судинного тонуса.

3. Порушення кровообігу у зв’язку з з травмою, тромбозом, емболією, склерозом сосудов.

4. Венозний застій, ретроградний струм крові при недостатності клапанів вен.

5. Запальні процеси, пухлини, викликають місцеве посилення обмінних процессов.

6. Зміни теплопровідності тканин у зв’язку з набряком, збільшенням чи зменшення прошарку підшкірній жировій клетчатки.

Існує так звана фізіологічна термоасиметрія, яка від патологічної меншою величиною перепаду температури кожної окремої частини тіла. Для грудях, життя й спини величина перепаду температури вбирається у 1,0°С.

Терморегуляторные реакції в людському організмі управляються гипоталамусом.

Крім центральних, є і місцеві механізми терморегуляції. Шкіра завдяки густий мережі капілярів, які перебувають під контролем вегетативної нервової системи та здатних значно розширити чи цілком закрити просвіток судин, змінювати свій калібр в межах, -прекрасний теплообменный орган і регулятор температури тела.

Температура шкіри які підлягають тканин може мати мозаїчний характер внаслідок неоднорідності температур внутрішніх органів і навіть окремих ділянок тієї чи іншої органу. Слід звернути увагу до високі термоизолирующие властивості шкірного покриву, який, завдяки розгалуженої підшкірній судинної мережі, перешкоджає контактної передачі термічних впливів всередину тіла, і у напрямі. Всі ці загальні і місцеві механізми терморегуляції впливають на фізичні і фізіологічні чинники, що зумовлюють зрештою особливості теплоизлучения шкіри, отже, і характеру тепловізійної картины.

Таким чином, термография—метод функціональної діагностики, заснований на реєстрації інфрачервоних променів людського тіла, пропорційного його температурі. Розподіл і інтенсивність теплового випромінювання в нормі визначаються особливістю фізіологічних процесів, що відбуваються в організмі, в частковості як і поверхневих, і у глибоких і органах. Різні патологічні стану характеризуються термоасимметрией і наявністю температурного градієнта між зоною підвищеного чи зниженого випромінювання та симетричним ділянкою тіла, що впливає на термографической картині. Це має вельми важливе діагностичне і прогностичне значення, про ніж свідчать численні клінічні исследования.

2.2 МЕТОДИКИ ТЕПЛОВІЗІЙНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

Коливання температури шкіри залежить від низки чинників. До них належать: судинні реакції, швидкість кровотоку, наявність локальних чи загальних джерел тепла всередині тіла, регуляція теплообміну одягом, випаром. З іншого боку, можливі похибки у вимірі температури з допомогою впливу випромінюючих предметів довкілля. Поки вплив всіх таких чинників не виключено чи до уваги береться при остаточному визначенні результату виміру, до того часу неможливо об'єктивно будувати висновки про температурі людського тіла після одиничного виміру температури. По розрахунках Р. Рудовского відмінність між справді здавалося б температурою найчастіше становить 1−3 градуса.

Точність дослідження зростає, якщо забрати з досліджуваного одяг, та якщо з приміщення видалити об'єкти, тепліші чи більше холодні, ніж повітря кімнаті. Оптимальною на дослідження вважається температура повітря 22 градуса.

Перед проведенням тепловізійного дослідження хворий повинен адаптуватися до температурі оточуючої середовища. На думку В.Ф. Сухарєва і В. М. Курышевой, оптимальним і достатнім є 20-хвилинний період адаптації. Ці автори собі виділили три типу адаптації у людей:

* Первый—устойчивый. Характеризується високим рівнем адаптації. Люди, які стосуються цієї групі, спочатку відзначається невеличке падіння температури на 0.3−0.5 З при природному охолодженні та швидке відновлення температури шкіри до початкового уровня.

* Второй—уравновешенный. Ступінь адаптації при цьому кілька знижена бачимо уповільнене відновлення температури кожи.

* Третий—неустойчивый. І тут мають місце порушення фізичної терморегуляції чи функціональні розлади судинної системи без клінічних проявів. Температура кілька стабілізується до 40−60-й хвилині періоду адаптації, залишаючись пониженной.

У хворих на патологією судин відзначаються різкі порушення адаптаційних процессов.

Вибір відстані від хворого до екрана тепловізора залежить від технічних можливостей прибора.

Оптимальний відстань від тепловізора до об'єкта становить 2−4 метра.

У літературі описується кілька методів тепловізійних досліджень. Вирізняють дві основні виду термографії:

1.Контактная холестерическая термография.

2.Телетермография.

Телетермография полягає в перетворення інфрачервоних променів тіла людини у електричний сигнал, який візуалізується на екрані тепловизора.

Контактна холестерическая термографія спирається на оптичні властивості холестерических рідких кристалів, що виявляються зміною забарвлення в райдужні кольору під час їх на термоизлучающие поверхні. Найбільш холодним ділянкам відповідає червоний колір, найбільш горячим—синий. Завдані на шкіру композиції рідких кристалів, володіючи термочувствительностью не більше 0.001 З, реагують на теплової потік шляхом перебудови молекулярної структури. Падав на кристали розсіяний денний світло поділяється на дві компоненти, в однієї у тому числі електричний вектор повертається по годинниковий стрілці, а другой—против.

Після розгляду різних методів тепловидения йдеться про засобах інтерпретації термографического зображення. Існують візуальний і кількісний способи оцінки тепловізійної картины.

Візуальна (якісна) оцінка термографії дозволяє визначити розташування, розміри, форму і структуру осередків підвищеного випромінювання, і навіть орієнтовно оцінювати величину інфрачервоної радіації. Проте за візуальної оцінці неможливо точне вимірювати температуру. З іншого боку, сам підйом здавалося б температури в термографе виявляється залежатиме від швидкості розгорнення і величини поля. Труднощі для клінічної оцінки результатів термографії полягають у тому, що підйом температури у невеликому площею ділянці виявляється малопомітним. Через війну невеличкий за величиною патологічний осередок може обнаруживаться.

Радіометричний підхід дуже перспективний. Він передбачає використання найсучаснішою техніки і може застосовуватися для проведення масового профілактичного обстеження, отримання кількісної інформації про патологічних процесів у досліджуваних ділянках, і навіть з метою оцінки эффективности—термографии.

2.3 ТЕПЛОВИЗИОННАЯ ТЕХНІКА І ПЕРСПЕКТИВИ ЇЇ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ.

Успіхи медичної науки великою мірою залежать від якості використовуваної медичної апаратури. Тепловізори, застосовувані зараз у тепловізійної діагностиці, є скануючі устрою, які з систем дзеркал, фокусирующих інфрачервоне випромінювання від поверхні тіла на чутливий приймач. Такий приймач вимагає охолодження, яке забезпечує високу чутливість. У приладі теплове випромінювання послідовно перетворюється на електричний сигнал, більший і що реєструється як полутоновое изображение.

Нині застосовуються тепловізори з оптико-механическим скануванням, у яких з допомогою просторової розгорнення зображення здійснюється послідовне перетворення інфрачервоних променів в видимое.

У термовизионной апаратурі видиме зображення висвічується на екрані ЕПТ поэлементно, тобто. кадр зображення формується, як і телебаченні, шляхом переміщення променя за горизонталлю і вертикалі. Одержання поэлементной розгорнення забезпечує оптико-механічне сканування. У результаті на виході перетворювача формується відеосигнал, такий телевізійному. Оскільки спектральний склад частини випромінювання, що викликає сигнал не вдома перетворювача, визначається областю пропускання оптической.

системи та спектральною характеристикою перетворювача, термовизионная апаратура має як широку область спектральною чутливості, ніж те, яка побудовано базі електронно-оптичного преобразователя.

Спрощена функціональна схема термовизора приведено на рисунке.

Основне посилення сигналу здійснюється лінійним підсилювачем У, вихідні сигнали від якого надходять на акумулятор СМ1. На інший вхід сумматора подається серія пилообразных імпульсів від блоку формування шкали температур ПРИМ. До того ж для отримання складних синтезованих зображень на акумулятор можуть подаватися сигнали і з інших пристроїв та блоків. Таким чином СМ1 формує відеосигнал, який би отримання основного зображення з яркостной оцінкою, де найбільша щільність потоку випромінювання відповідає найбільш яскравому світінню екрана ЕПТ (позитивне зображення). Результуючий сигнал, яким заповнюють все час кадру, із виходу СМ1 надходить на блок формування ізотерм ІТ і акумулятор СМ2 (вагітною 1 перемикача ПР).

При аналізі негативного зображення сигнал із виходу СМ1 передається до СМ2 через інвертор І (становище 2 перемикача ПР), який змінює знак вихідного сигналу сумматора СМ1 на противоположный.

Термовизоры в найпростішому варіанті мають два великих конструктивних блоку: блок сканування БС, де розміщені елементи оптичної системи, устрою сканування, перетворювач, балансно—усилительный блок, устрою до створення запускающих імпульсів розгорнення, і электронно-осциллографический блок, у якому основну масу електронних пристроїв, блоки харчування і ЕПТ. Электронно-осциллографический блок останнім часом часто поєднується з мікропроцесорної системою чи з мини-ЭВМ. Блок сканування розміщається на механізмі установки МУ в вигляді стійки чи триноги з пристроями для повороту і нахилу, щоб подати його на контрольований об'єкт, і найчастіше робиться переносным.

Зображення, одержуване термовизором, то, можливо зафіксовано і оброблено з допомогою коштів обчислювальної техніки, наприклад, як і показано на рис. 4.

Від термовизора до блоку управління СУ підводиться відеосигнал зображення імпульси синхронізації (точки 1, 2 і трьох на рис. 3 і рис 4). СУ організує роботу всієї системи обробки інформації, задаваемую оператором з пульту управління ПУ. Відеосигнал термовизора перетвориться аналого-цифровым перетворювачем АЦП в цифрову форму з допомогою інтерфейсу ІНТ, який зв’язує АЦП з загальної шиною ОШ, після чого цифрові сигнали надходять в вимірювальний магнітофон МР й у пам’ять ЕОМ. Обробку інформації може дати мікропроцесор МКП чи мини-ЭВМ, що використовують у своїй постійне запам’ятовуючий пристрій ПЗУ. Сформовані зображення інша отримана інформація відбиваються на видеоконтрольных пристроях ВКУ1 і ВКУ2.

Спільним недоліком існуючих тепловізорів необхідно їх охолодження до температури рідкого азоту, що обумовлює їх обмежений застосування. У 1982 року вчені запропонували новим типом інфрачервоного радіометра. У його основі - плівковий термоелемент, працюючий при кімнатної певній температурі й у якого постійної чутливістю широтою діапазону довжин хвиль. Недоліком термоэлемента є низька чутливість і велика інерційність. З метою збільшення вихідного сигналу і підвищення чутливості в радиометре використовується термобатарея, що складається з 70−80 з'єднаних послідовно і стиснутих в щільний пакет термоэлементов. У цьому різко зменшуються втрати з допомогою випромінювання та конвекції повітря, що в рахунку призводить до підвищенню чутливості приблизно за порядок. Після оптимізації висоти батареї, якої прямо пропорційна чутливість приладу, точність виміру температури досягла приблизно 0.1 З. Нині радіометр проходить клінічні испытания.

Особливого уваги заслуговують тепловизионные прилади, працюють у міліметрових діапазонах довжин хвиль. Сконструйоване і випробували дві нові типу тепловізорів, чутливих до миллиметровым електромагнітним хвилях. Ці апарати уловлюють хвилі втричі порядку довші, ніж інфрачервоні. Такі хвилі проникають велику глибину проти тими, які уловлює звичайний інфрачервоний тепловізор. Прилади можуть розрізняти коливання температури до частки градуси в тканинах, розташованих сталася на кілька міліметрів всередину від поверхні шкіри. А пересічна тепловізор реєструє випромінювання тільки з поверхні тела.

Радиотермографы, працюють у діапазоні ММВ, призначені щоб виявити злоякісних утворень молочних залоз, щитовидної залози та деяких менших областей мозку. Вони незамінні щоб виявити пухлин і запалень неглибокого залягання, оскільки дозволяють забезпечити найвищий розрізнювальну спроможність населення і усереднення температури по найменшій обсягу. Особливо це цінно виявлення пухлин у початковій стадії, коли відмінність їх температури з довкіллям невелико.

Підсумовуючи огляду сучасної тепловізійної техніки, слід зазначити на основні шляху й перспективи її вдосконалення. Це, по-перше, підвищення рівня чіткості і рівня контрастності тепловізійних зображень, створення видеоконтрольных пристроїв, дають збільшене відтворення теплового зображення, і навіть подальша автоматизація досліджень і застосування ЕОМ. По-друге, вдосконалення методики тепловізійних досліджень різних видів захворювань. Тепловізор повинен подавати інформацію про площі шкірного ділянки з зміненої температурою і координатах фіксованого теплового поля. Передбачається створити апарати, в яких можна довільно змінювати збільшення зображення, фіксувати амплітуда розподіл температури по горизонтальним і вертикальним осях. З іншого боку, необхідно сконструювати прилад, здатний інтенсифікувати розвиток досліджень механізму теплопередачі і кореляції можна побачити теплових полів з джерелами тепла всередині тіла людини. Це дасть змогу розробити уніфіковані методики тепловізійної діагностики. По-третє, слід продовжити пошуку нових засад роботи тепловізорів, що працюють у більш довгохвильових областях спектра з єдиною метою реєстрації максимуму теплового випромінювання тіла. У також можливо вдосконалення апаратури для надчутливого прийому електромагнітних коливань дециметрових, сантиметрових і міліметрових диапазонов.

3. Лазерна медична установка з метою променевої терапії «Импульс-1 «.

3.1 Структурна схема.

Лазерна медична установка «Импульс-1 «— перший вітчизняний апарат, створений і розроблений для ведення лазеротерапии відповідно до медико-техническим вимогою МОЗ СРСР. Розробка установки скінчилася в 1971 року. У тому ж року Комітет із новою медичною техніці Мінохорони здоров’я СРСР дав рекомендацію до випуску промислової партії цих установок, яку виготовлено в 1975 року на Свердловськом заводі электромедицинской аппаратуры.

Установка «Импульс-1 «розроблена з урахуванням спеціально створеного нею потужного імпульсного лазера на неодимовом стекле.

Установка (див. рис. 1) складається з таких основних частин: операційного апарату, нагромаджувача енергії і головного пульта харчування і управления.

Малюнок 1. Структурна схема лазерної медичної установки для променевої терапії «Импульс-1 «.

3.2 Функціональна схема.

Конструктивна схема операційного апарату установки приведено малюнку 2.

Малюнок 2. Конструктивна схема операційного апарату установки.

Операційний апарат складається з горизонтального стовбура 1, встановленого на вертикальної стійці 2. Ствол може повертатися навколо горизонтальній осі I і вертикальної осі II.

Вертикальна стійка 2 надійно закріплений на платформі 3. платформа оснащена колесами для переміщення апарату підлогою. До вертикальної стійці прикріплений поручень.

Усередині стовбура 1 жорстко закріплені лазерний випромінювач 4, калориметрический блок 5 і «Блок поджига 6. У найгіршому разі стовбура 1 встановлено телескопічний вал 7 з поворотно-фокусирующей голівкою 8.

Телескопічний вал 7 можна переміщати вздовж щодо його власної осі симетрії III і повертати навколо тієї самої осі III разом із поворотно-фокусирующей голівкою 8. Голівка 8 надійно закріплений на кінці телескопічного валу. Нею надійно закріплений і рукоятка 9, що охоплює поворотно-фокусирующую голівку 8.

Усередині голівки 8 жорстко зафіксовано селективно що відбиває лазерне випромінювання дзеркало 10, фокусирующая лінза 11, конденсор 12 і лампочка розжарювання 13.

Лазерний випромінювач 4 виконаний у вигляді окремого блоку. Активним елементом у ньому є стрижень з неодимового скла ПГЛС-1 діаметром 45 мм довжиною 617 мм. Активний елемент порушується з допомогою чотирьох ксеноновых ламп накачування ИПФ-20 000, розміщених у четырехлепестковом осветителе з чотирма V-образными відбивачами, виготовленими із нержавіючої сталі. Внутрішні поверхні відбивачів поліровані і мають добре що відбиває срібну покриття. Активний елемент лежить у корпусі освітлювача вздовж осі симетрії. Корпус освітлювача виготовлений із нержавіючої стали. Торці активного елемента ущільнені в корпусі освітлювача з допомогою индиевых кілець, стисливих циліндричними власниками дзеркал резонатора. Глухе і напівпрозоре дзеркала, встановлені паралельно торцям активного елемента, герметизирует порожнини між дзеркалом і активним елементом. У цьому бічними стінками порожнин є циліндричні поверхні власників дзеркал резонатора. Внутрішня порожнину освітлювача, лампи накачування і активний елемент омываются 0.02% розчином K2Cr2O4 в дистильованої воді, циркулюючої через осветитель.

Напівпрозоре дзеркало резонатора (коефіцієнт пропускання 60%) встановлено в випромінювачі 4 із боку поворотно-фокусирующей голівки 8. Глухе дзеркало резонатора з коефіцієнтом пропускання 5% розміщено із боку калориметрического блоку 5. Тому, за генерації лазерного випромінювання в резонаторе випромінювача 4 переважна більшість випромінювання спрямована убік поворотно-фокусирующей голівки, а інша — убік калориметрического блоку 5, де поглинається його приймальні майданчиком.

Калориметрический блок 5 (після проведення відповідної калібрування) забезпечує вимір енергії лазерного випромінювання, яке б убік поворотно-фокусирующей голівки, по поглинутою його приймальні майданчиком енергії лазерного излучения.

Блок поджига 6 четырехсекционный. Кожна його секція варта поджига одній з ламп накачування лазерного излучателя.

Регулювання розмірів плям лазерного випромінювання на об'єкті опромінення ввозяться операційному апараті зміною відстані між лінзою 11 поворотно-фокусирующей голівки і об'єктом опромінення, а контроль розмірів плям ведеться за системі подсветки.

3.3 Принцип действия.

Нагромаджувач енергії установки — електричні ємності, об'єднані у чотири секції. Кожна секція нагромаджувача варта харчування однієї лампи накачування четырехлампового лазерного випромінювача операційного апарату. Ємність конденсаторів однієї секції 1200 мкФ, максимальне напруга заряду 4.6 кВ, максимальна енергія заряду 12.5 кДж. Максимальна сумарна енергія заряду чотирьох секцій становить 50 кДж. Кожна секція нагромаджувача лежить у окремому шафі. Габаритні розміри шафи 600?600?1500 мм.

При монтажі установки шафи нагромаджувача ставлять у один ряд поблизу головного пульта харчування та управління. Головний пульт харчування та управління містить такі основні вузли: блок заряду нагромаджувача енергії, систему охолодження лазерного випромінювача, видеоконтрольное і переговірний устрою, панель управління і виносної пульт управления.

Блоки заряду нагромаджувача енергії містять у собі джерело струму, ректифікатор і системи управління. Систему керування її вмонтовано в панель управління, блоки джерела і випрямляча розташовані під столом пульта управления.

Система охолодження лазерного випромінювача вмонтована в пульт управління. Вона містить у собі насос і двухконтурный водяний теплообмінник. Через внутрішній контур теплообмінника прокачивается 0.02% розчин K2Cr2O4, який циркулює через лазерний випромінювач і охолоджувальний його теплонагруженные елементи. Зовнішній контур теплообмінника омивається водогінної водою. Тепло, накопичене у внутрішньому контурі теплообмінника, передається в зовнішній контур і відводиться разом із що циркулювала у ньому водогінної водой.

Видеоконтрольное і переговірний устрою є частиною промислової телевізійної установки, до комплекту якої належить передає камера і з'єднувальні кабелі. Видеоконтрольное пристрій змонтовано на столі пульта харчування та управління. Передає камера розташовано неподалік операційного апарату установки. Управління передавальної камерою здійснюється дистанційно з пульту управління видеоконтрольного устрою. У цьому можна вибрати необхідне зору і надстройку різкості изображения.

Панель управління містить керівні органи, вимірювальні прилади й світлові індикатори. Органи управління є кнопки «Пуск «і «Зачекайте », з допомогою яких здійснюється включення і вимикання джерела струму, кнопка «Високе », забезпечує включення високовольтного напруги блоку поджига ламп накачування операційного апарату, кнопка «Підсвічування », яка веде на дію і виключає лампочку розжарювання системи подсветки.

З іншого боку, на панелі є інші органи системи управління. Це кнопки «Одиночний «і «Періодичний », з допомогою встановлюють режим однократного чи періодичного заряду і розряду ємнісного нагромаджувача енергії; і навіть кнопка «Запуск одиночний », куди входять одиночний цикл (заряд-розряд) нагромаджувача енергії, ручка потенциометра підтримки необхідного напруги заряду нагромаджувача енергії, ручка потенциометра «Період «для вибору періоду прямування циклів заряд-розряд накопителя.

На панелі управління розміщені микроамперметр калориметрического вимірювача енергії випромінювання лазера; чотири микроамперметра для виміру напруги заряду у кожному з чотирьох секцій ємнісного нагромаджувача енергії і микроамперметр для виміру високовольтного напруги блоку поджига.

На панелі управління, знаходяться також такі світлові індикатори, які сигналізують: «Мережа «— про підключенні електромережі; «Високе «— про подачу високовольтного напруги на блок поджига, «Підсвічування «— включення лампочки розжарювання системи підсвічування операційного апарату, «Циркуляція «— про наявність циркуляції рідини у внутрішньому контурі системи охолодження, «Заряд «— про заряді ємнісного нагромаджувача энергии.

Виносної пульт головного пульту управління пов’язані з останнім з'єднувальним кабелем і має кнопку «Пуск », дублюючу кнопку «Пуск одиночний «на панелі управління головного пульта, і навіть світловий індикатор «Заряд », дублюючий індикатор «Заряд «на панелі управління головного пульта харчування та управління. Розміри головного пульта харчування та управління установкою 1580?630?950 мм.

Для розміщення установки передбачено два приміщення: операційне і технічне. У операційному приміщенні встановлюють операційний апарат з передавальної телевізійної камерою, в технічному — нагромаджувач енергії та головний пульт харчування та управління. Установкою управляють лікар і оператор. Лікар перебуває близько операційного апарату, оператор — в технічному приміщенні за головним пультом харчування та управління. Зв’язок між лікарем і оператором здійснюється за телевизионно-телефонным каналам телевізійної установки. Вмикати імпульси лазерного опромінення може виглядати як оператор з головного пульту управління, і лікар з виносного пульта.

Величина термоэлектродвижущей сили (т. е. буд. з.) термопари калориметрического блоку, прийомна майданчик якого нагрівається лазерним випромінюванням, які виходять із боку глухого дзеркала лазерного випромінювача, реєструється після кожного імпульсу випромінювання милливольтметром, які є на пульті управления.

3.4 Основні параметри і характеристики.

Технічні характеристики установки «Импульс-1 «наведено ниже.

Довжина хвилі випромінювання, мкм.

1.06.

Енергія в імпульсі вихідного випромінювання, кДж:

максимальная.

минимальная.

0.5.

Тривалість імпульсу вихідного випромінювання, мсек.

Максимальна частота прямування імпульсів при выходной.

енергії в імпульсі 0.5 кДж.

Діаметр плями лазерного випромінювання на об'єкті опромінення, мм:

минимальный.

максимальный.

Розміри плям лазерного випромінювання можна плавно регулювати від мінімального до максимального значення. Максимальна щільність енергії лазерного випромінювання, створювана установкою на об'єкті опромінення, сягає 30 кДж/см2.

Розміри операційного поля, котрий обслуговується установкою, становлять 250? 1000 мм горизонтальної площини і 500 мм за висотою. Лазерний промінь переміщається не більше операційного поля щодо чотирьох ступенів свободи. Максимальне зусилля для переміщення лазерного променя, прикладене до выводящей випромінювання частини установки, вбирається у 2.5 кг.

Охолодження установки водне, двухконтурное. Витрата водогінної води в зовнішньому контурі охолодження становить 20 л/мин. Харчування від трехфазной мережі змінного струму напругою 380 У, частотою 50 Гц.

Потужність, споживана установкою від електромережі, вбирається у 8 кВт.

3.5 Выводы.

Роботи, проведені у напрямі дослідження властивостей лазерів, дозволили як успішно використовувати лазерне випромінювання в клінічних умовах, а й визначити сферу застосування тих чи інших лазерних установок. Потужні лазери на неодимовом склі, рубіні, вуглекислому газі, аргоні, парах металів та інших., підходять для хірургічних цілей, коагуляції і розтину тканин.

Лазерні установки на вуглекислому газі може бути широко використовуватимуться лікування різноманітних захворювань (поверхово розташованих пухлин і т.п.).

Перспективним напрямом вважатимуться застосування випромінювання низькоенергетичних лазерів в видимої частини спектра для стимулювання репаративных процесів при хронічних довго не заживающих ранах, трофічних виразках, уповільненій консолідації переломів, захворювань обмінного характеру і др.

З огляду на, що комбіновані методи лікування найефективніші, на етапі онкології лазерне випромінювання можна використовувати при комбінованому лікуванні пухлин. Випромінення лазера деяких випадках доцільно комбінувати з іонізуючим випромінюванням, лікарськими противоопухолевыми препаратами, хірургічними операциями.

Усі зростаючий інтерес для використання лазерів до медицини призвів до необхідність створення спеціальних лазерних відділень і операційних, досить пристосованих до безпечної експлуатації. Головним питанням стає захист медичного і технічного персоналу тяжіння шкідливих чинників лазерного випромінювання.

Операційне приміщення мусить задовольняти наступним спеціальним вимогам: стіни і обсипання стелі приміщення повинні прагнути бути вирізняються темній матовій фарбою, а скла вікон — білої матовій фарбою, щоб уберегти зір лікаря, і пацієнта дорівнює від поразки лазерним випромінюванням, випадково відбитим від муру і стелі приміщення. У ньому необхідна хороша приточно-вытяжная вентиляція, вхідні двері мали бути зацікавленими обладнані світловим табло лазерної небезпеки, загоряється включення установки.

1. Лазери у клінічній медицині. Під ред. Д. З. Плетньова. — М., Медицина.

2. Плетньов Д. З повагою та ін. Застосування лазерів в онкологическй практиці. — Хирургия.

3. Хромів Б. М. Лазери в експериментальної хірургії. — Медицина.

4. Дударев О. Л. Променева терапія, Л.: Медицина, 1982, 191 с.

5.Лазерная і магнитно-лазерная терапія до медицини, Тюмень, 1984, 144 с.

6. Сучасні методи лазерної терапії, Відп. Ред. Б.І. Хубутия, — Рязань.:1988 г., 126 с.

7. Терапевтична ефективність низкоинтенсивного лазерного випромінювання., О. С. Гак, В. А. Мостовников та інших., — Мінськ.: Наука і, 1986 р., 231 с.

8. Лазерні методи лікування та профілактики ангиографические дослідження, у офтальмології, Рб. наук. тр. Під ред. С. Федорова, 1983 р., 284 с.

9. Лазери у клінічній медицині, М. Д. Девятков, — М.: Медицина, 1981 р., 399 с.

10. Лазери в хірургії. Під ред. О. К. Скобелкина .- М .: Медицина, 1989, 254 с.

11. Журнал «Медтехніка », 1995 р. -№ 3; 1996 р. -№ 4.

12. Госсорг Ж. Інфрачервона термографія, 1988 р.,.

13. Воробйов Теплобачення до медицини, 1985 р., 63 с.