Лазерный терапевтический аппарат

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам, основанным на импульсном лазерном излучении, применяемым в терапии. Лазерный терапевтический аппарат содержит полупроводниковый инжекционный излучатель, накопитель энергии, транзисторный ключ, генератор последовательности импульсов, таймер, источник питания. В аппарат дополнительно введены стабилизатор напряжения, индикатор напряжения питания, а накопительный элемент выполнен в виде дросселя, источник питания - в виде внутренней низковольтной, маломощной батареи, генератор последовательности импульсов - в виде регулируемого генератора пачек импульсов. Причем выход стабилизатора напряжения связан с вторым выводом накопителя энергии и отрицательным выводом излучателя. Положительный вывод излучателя связан с первым выводом транзисторного ключа и первым выводом накопителя энергии. Второй вывод транзисторного ключа соединен с "общим проводом" и соответствующими выводами источника питания, индикатора напряжения питания, генератора последовательности импульсов. 6 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам, основанным на импульсном лазерном излучении, применяемым, в частности, в терапии. Кроме того, изобретение может быть использовано в качестве биостимулятора в сельском хозяйстве, например для облучения семян, растений, животных.

Современный уровень техники характеризуется следующими аналогами предлагаемого устройства.

Известен аппарат для наружной лазерной терапии [1] который содержит один или несколько лазерных излучателей, схему управления, накопитель энергии, выполненный на конденсаторе. К достоинствам известного аппарата относится тот факт, что обеспечивается целенаправленное облучение любого сустава путем прикладывания банки с излучающими лазерными диодами непосредственно к пораженному суставу. К недостаткам известного аппарата относится то, что аппарат требует подключения к внешнему высоковольтному источнику питания, что накладывает требования, во-первых, к его электробезопасности, во-вторых, не дает возможности использовать его, например, в полевых условиях. Известный аппарат применяется для лечения круга заболеваний, таких как суставной ревматизм. Отсутствие в аппарате возможности изменения (путем регулировки) импульсной мощности лазерного излучения не позволяет оптимизировать лазерное воздействие на организм пациента. Под оптимизацией понимается возможность индивидуального подбора параметров излучения при данном конкретном заболевании индивидуально для данного пациента для достижения оптимального терапевтического эффекта, с одной стороны, при недопущении избыточного облучения, с другой стороны.

Из аналогов отечественного производства известен аппарат лазерный терапевтический "Узоp", производимый на Калужском радиоламповом заводе имени 50-летия СССР [2] Известный аппарат содержит блок питания и управления, блок излучения. Аппарат является стационарным с габаритными размерами: 230×265×175 мм и массой 8 кг. Питание аппарата от сети переменного тока 220 В ± 10% частотой 50 ± 0,5Гц. Потребляемая мощность 50 Вт. К достоинствам известного аппарата относится то, что он обладает техническими характеристиками, позволяющими эффективно использовать его для лазерной терапии и диагностики в различных областях экспериментальной медицины. К недостаткам аппарата относится то, что он может работать только в стационарных условиях в силу своих габаритных размеров и веса, а также и то, что использование высокого напряжения для работы аппарата снижает его электробезопасность в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лазерный терапевтический аппарат [3] который содержит лазерный полупроводниковый инжекционный излучатель, накопитель энергии, транзисторный ключ, генератор последовательности импульсов, таймер, источник питания, причем один вывод транзисторного ключа соединен с одним выводом накопителя энергии, другой вывод которого соединен с отрицательным выводом лазерного излучателя. Управляющий вход транзисторного ключа соединен с выходом генератора последовательности импульсов, вход которого соединен с выходом таймера, а его вход соединен с выходом источника питания. Накопитель энергии выполнен на конденсаторе. В известном аппарате используется высоковольтный источник питания. К недостаткам известного устройства относится то, что для работы с ним требуются соответствующие меры по электробезопасности вследствие того, что в аппарате используется высокое напряжение питания. Вследствие этого при использовании аппарата, например, в полевых условиях, когда возможно повреждение герметичности в условиях повышенной влажности, возникает повышенная опасность поражения электрическим током. Кроме того, возможность регулирования импульсной мощности излучения в аппарате отсутствует, что существенно ограничивает индивидуализацию и оптимальность его терапевтического воздействия как при конкретном заболевании, так и для конкретного больного.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в том, чтобы разработанный лазерный аппарат можно было использовать для терапии при различных заболеваниях с возможностью индивидуализации и оптимизации воздействия лазерным излучением на конкретного больного при конкретном заболевании, т.е. аппарат должен обладать соответствующими для этого и варьируемыми в заданных, достаточно широких, пределах техническими характеристиками. Аппарат должен эксплуатироваться как в стационарных условиях, так и в условиях поликлиник, домашних, полевых условиях. Из этого следует, что питание аппарата должно осуществляться от внутреннего источника питания и при этом аппарат должен отвечать требованиям электробезопасности.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, это повышение электробезопасности лазерного аппарата при обеспечении заданных технических характеристик лазерного излучения.

Поставленная цель достигается тем, что, как и известное устройство, аппарат содержит полупроводниковый инжекционный излучатель, накопитель энергии, транзисторный ключ, генератор последовательности импульсов, таймер, источник питания, причем первый вывод транзисторного ключа соединен с первым выводом накопителя энергии, второй вывод которого соединен с отрицательным выводом излучателя, управляющий вход транзисторного ключа соединен с выходом генератора последовательности импульсов, вход которого соединен с выходом таймера, вход которого соединен с выходом источника питания, но в отличие от известного устройства в него дополнительно введены стабилизатор напряжения, индикатор напряжения питания, причем выход стабилизатора напряжения связан с вторым выводом накопителя энергии и отрицательным выводом излучателя, положительный вывод которого соединен с первым выводом транзисторного ключа и первым выводом накопителя энергии. Второй вывод транзисторного ключа соединен с "общим проводом" и выводами "общий провод" источника питания, индикатора напряжения питания, генератора последовательности импульсов, вход индикатора напряжения питания соединен с выходом таймера, входом генератора последовательности импульсов и входом стабилизатора напряжения, а накопительный элемент выполнен в виде дросселя, источник питания выполнен в виде внутренней низковольтной, маломощной батареи, а генератор последовательности импульсов выполнен в виде регулируемого генератора пачек импульсов.

Изобретательский уровень предлагаемого лазерного аппарата доказывается тем, что совокупность существенных признаков приводит к тому, что накопитель энергии для запуска полупроводникового лазерного излучателя, выполненный в виде катушки индуктивности, выполняет в предлагаемом устройстве и вторую функцию, а именно функцию преобразования низковольтного напряжения источника питания в высоковольтное, необходимое для запуска лазерного излучателя, что позволило применить в устройстве один низковольтный источник питания, а следовательно, повысить электробезопасность всего аппарата, так как возникающие на лазерном излучателе кратковременные импульсы высокого напряжения представляют значительно меньшую опасность, чем постоянно действующее высокое напряжение в прототипе.

Технические характеристики предлагаемого аппарата и широкий диапазон регулировок частоты и импульсной мощности излучения позволяют использовать устройство для терапевтического лечения широкого круга заболеваний, а также позволяют оптимизировать и индивидуализировать терапевтическое воздействие аппарата при каждом конкретном заболевании и для каждого больного. Кроме того, предложенная совокупность существенных признаков позволила значительно уменьшить вес и габаритные размеры аппарата: масса 300 г; габаритные размеры: 200 х диаметр 30 мм.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого лазерного аппарата; на фиг. 2-4- временные диаграммы работы аппарата; на фиг.5 внешний вид аппарата; на фиг.6 схема конкретной реализации индикатора напряжения питания.

Изобретение может быть использовано в здравоохранении.

Предлагаемый лазерный терапевтический аппарат (фиг.1) содержит полупроводниковый инжекционный излучатель 1, накопитель энергии 2, транзисторный ключ 3, генератор 4 последовательности импульсов, таймер 5, источник 6 питания, стабилизатор 7 напряжения, индикатор 8 напряжения питания.

Положительный вывод излучателя 1 соединен с первым выводом транзисторного ключа 3 и с первым выводом накопителя энергии 2. Отрицательный вывод излучателя 1 соединен с вторым выводом накопителя 2 и с выходом стабилизатора 7 напряжения, вход которого соединен с входом генератора 4 последовательности импульсов, выходом таймера 5 и входом индикатора 8 напряжения питания. Выход генератора 4 соединен с управляющим входом транзисторного ключа 3. Выводы "Общий провод" источника 6 питания, индикатора 8 напряжения питания, генератора 4 последовательности импульсов и транзисторного ключа 3 соединены друг с другом. Другой вывод источника 6 питания соединен с входом таймера 5. Генератор 4 последовательности импульсов выполнен в виде регулируемого генератора пачек импульсов, а источник 6 питания представляет собой внутреннюю низковольтную, маломощную батарею. Накопитель 2 энергии выполнен в виде дросселя.

Устройство работает следующим образом. С помощью кнопки 9 на корпусе прибора (фиг.5) запускается таймер 5. Таймер 5 подает напряжение с источника 6 питания на индикатор 8, на генератор последовательности импульсов 4, на стабилизатор 7, к которому подключены накопитель энергии 2 и полупроводниковый лазерный излучатель 1. Позицией 10 обозначен регулятор частоты следования пачек импульсов, 11 регулятор частоты следования импульсов в пачке.

Генератор 4 последовательности импульсов генерирует пачки импульсов (фиг. 2) и обеспечивает на выходе уровни токов, напряжений, необходимые для работы транзисторного ключа и временные параметры Ти, Т1, Т2, Т3, которые определяют необходимые режимы работы лазерного излучателя, а именно амплитуду импульсов излучения, частоту следования этих импульсов, частоту следования пачек импульсов. Ти регулируемая длительность импульса накачки дросселя, определяющая импульсную мощность лазерного излучения. 1/Т1F1 регулируемая частота следования импульсов в пачке. Диапазон регулирования 300-3000 Гц. 1/T3 F3 регулируемая частота следования пачек импульсов, где Т32Т2. Диапазон регулирования 1-100 Гц. Сформированные пачки импульсов с выхода генератора 4 подаются на управляющий вход транзисторного ключа. Положительный уровень импульса открывает транзисторный ключ 3 на время Ти (фиг.2). Транзисторный ключ замыкает цепь: стабилизатор 7 дроссель 2 общий провод. При этом через дроссель (накопительный элемент 2) и транзисторный ключ 3 начинает протекать ток l, нарастающий примерно по линейному закону (фиг.3), и соответственно нарастает энергия W, запасаемая в дросселе, согласно выражению W ≈ L˙ l²/2, где L индуктивность дросселя. При этом через лазерный излучатель, представляющий из себя по сути полупроводниковый диод, ток не проходит, так как в это время к нему приложено напряжение в обратной полярности и не превышает напряжения электрического пробоя излучателя. В момент закрывания транзисторного ключа 3 ток, протекавший через него и дроссель 2, начинает протекать по цепи дроссель 2 и лазерный излучатель 1. При этом за счет ЭДС самоиндукции дросселя на излучателе возникает импульс напряжения с длительностью Т4 (фиг. 4), причем к излучателю напряжение приложено в прямом направлении, и величина напряжения достаточна для нормальной работы излучателя (фиг.4).

Импульсная мощность оптического излучения зависит от энергии, запасенной в дросселе, и пропорциональна длительности Ти импульса управления транзисторным ключом 3.

В аппарате имеется внутренний узел контроля напряжения питания. Он с помощью светодиода сигнализирует о состоянии источника питания. При нормальном напряжении питания светодиод излучает непрерывно. При снижении напряжения питания ниже порогового уровня светодиод мигает. Это значит, что необходимо сменить источник питания или зарядить его.

Аппарат выключается повторным нажатием кнопки пуск/стоп, либо автоматически, через время, определяемое положением встроенного в схему регулятора.

Предлагаемый аппарат имеет следующие технические характеристики: Режим излучения Импульсный Длина волны излучения 0,89 мкМ Частота повторения импульсов 300-3000 Гц Частота следования пачек импульсов 1-100 Гц Длительность импульса лазерного излучения по уровню 0,5, не менее 70 нс Мощность импульса лазерного излучения, плавно регулируемая 1-10 Вт Средняя мощность лазерного излучения, регулируемая до 5 мВт Напряжение питания 6-9 В Максимальный ток потребления 50 мА Максимальная потребляемая мощность 350 мВт Время автономной работы в максимальных режимах 2 ч Среднее время работы без технического обслуживания 2000 ч Габаритные размеры 280 х диаметр 30 мм Масса, не более 300 г Диапазон рабочих температур 0-45^оС Предлагаемый прибор может быть реализован следующим образом: Излучатель 1 типа ЛПИ-12; Накопитель энергии 2 дроссель типа ДМ3, 3мкГн;
Транзисторный ключ 3 транзистор КТ926А;
Генератор последовательности импульсов 4 в виде 2-х регулируемых мультивибраторов, выходы которых объединены по схеме "И", причем первый мультивибратор имеет независимые регулировки частоты следования импульсов и длительности импульсов, а второй регулировку частоты следования пачек импульсов.

Таймер 5 выполнен по схеме реле времени для фотопечати.

Источник 6 питания напряжением 6-9 В типа 7Д-0,125.

Стабилизатор 7 напряжения выполнен по последовательной параметрической схеме на транзисторе КТ503 и стабилитроне КС147.

Индикатор 8 напряжения питания собран по схеме, изображенной на фиг.6,
в которой операционный усилитель ⊘ S1 собран на микросхеме типа 140 I УД2.

Диод Д1 стабилитрон типа КС 147 Г.

-"- Д2 диод типа КД 522.

-"- Д3 светодиод типа АЛ 307Б.

Резисторы R1.R6 типа МЛТ 0,125.

Конденсатор Сl типа К 52-1Б.

Формула изобретения

ЛАЗЕРНЫЙ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ АППАРАТ, содержащий соединенные между собой источник питания, таймер и генератор последовательности импульсов, полупроводниковый инжекционный излучатель, накопитель энергии и транзисторный ключ, первый выход которого соединен с первым выводом напопителя энергии, отличающийся тем, что накопитель энергии выполнен в виде дросселя, источник питания представляет собой батарею автономного питания низкого напряжения, а генератор регулируемый генератор пачек импульсов, при этом в аппарат введены стабилизатор напряжения и индикатор напряжения, причем стабилизатор напряжения подключен выходом к таймеру, генератору и индикатору, выходом к второму выходу накопителя энергии и отрицательному выводу излучателя, положительный вывод которого соединен с первым выводом ключа, вход индикатора соединен с выходом таймера, а второй вывод ключа, вывод генератора и индикатора соединены между собой и подключены к отрицательной клемме источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6