Устройство для оптического воздействия на биообъект

 

Изобретение относится к медицинской технике. Технический результат - повышение эффективности оптических операций и измерений. Сущность изобретения: устройство содержит источник оптического излучения, согласующую оптическую систему и волоконный световод. Волоконный световод закреплен в узле ввода ультразвуковых механических колебаний, выполненном в виде ультразвукового концентратора с навинченной крышкой и втулкой. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство относится к медицинской технике, в частности к оптическим медицинским приборам, а также к оптическим средствам измерений.

Распространенная конструкция устройства оптического воздействия на биообъект состоит из источника оптического излучения, согласующего узла и волоконного световода. При работе подобных устройств рабочая поверхность световода находится в контакте с биообъектом, что вызывает загрязнение рабочей поверхности, и как следствие увеличение поглощения оптического излучения на границе световод - биообъект, а при большой мощности вводимого излучения - например лазерная хирургия - разрушение рабочей поверхности световода из-за чрезмерного разогрева. При длительной работе требуется периодическая очистка рабочей поверхности световода. В случае же диагностического применения информативность сигнала в световоде непосредственно связана с чистотой его окончания и проблема очистки становится крайне актуальной [1,2].

Отмеченные недостатки могут быть устранены путем использования совместно со световодом канала для подачи омывающего раствора или газа. И таких устройств наиболее близким по достигаемым результатам к данному изобретению является эндоскоп [3] . Конструкция содержит канал подсветки, выполненный из многоволоконного жгута световодов, канала передачи изображения, выполненного из упорядоченного жгута световодов и канала для манипуляций и подачи омывающей жидкости, размещенных в общей трубке, диаметром не менее 8 мм.

Недостатками данного устройства являются невозможность работы в узких каналах (венах, артериях) и малых полостях (бронхи, мочеточники, уретра и т. п. ); необходимость прервать манипуляции для подачи омывающей жидкости, а также иногда нежелательное попадание в операционную зону омывающей жидкости или газа.

Изобретение направлено на упрощение очистки рабочей поверхности световода; исключение необходимости прерывать основные манипуляции для извлечения световода из операционной зоны очистки; исключение необходимости введения в операционную зону омывающего световод раствора; уменьшение осевых усилий, прикладываемых к световоду при продвижении в узких каналах и малых полостях; облегчение туннелизации закупоренных (склерозированных) сосудов.

Это достигается тем, что в световоде возбуждаются ультразвуковые (20 - 500 кГц) механические колебания амплитудой до 200 мкм путем закрепления световода в узле ввода ультразвуковых колебаний.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - конструкция узла ввода продольных ультразвуковых колебаний; на фиг. 3 - конструкция узла ввода поперечных изгибочных ультразвуковых колебаний; на фиг. 4 - зависимость осевой силы, приложенной к световоду диаметром 0,8 мм, для продвижения внутри фторопластовой трубки внутренним диаметром 1 мм от расстояния, пройденного в трубке; на фиг. 5 - зависимость интенсивности излучения He-Ne лазера, выходящего из рабочего окончания световода, загрязненного каплей трансформаторного масла от времени.

Позиции на чертеже означают: источник оптического излучения 1; узел оптического согласования 2; волоконный световод 3; ультразвуковой концентратор 4; зажимную крышку 5; втулку 6; биообъект 7; характеристики световода в покое 8; характеристики световода, совершающего ультразвуковые колебания 9.

Устройство состоит из источника оптического излучения 1, узла оптического сопряжения 2, световода 3 и узла ввода ультразвуковых колебаний, в котором закреплен световод.

Для ввода ультразвуковых колебаний в световод необходимо закрепить световод так, чтобы на границе оболочка световода - узел ввода не происходило рассеяния ультразвуковой энергии, то есть акустические импедансы концентратора 1, крышки 5, втулки 6 и световода должны быть равны. Кроме того, материал втулки должен быть мягче материала внешней оболочки световода, в противном случае световод разрушается.

Устройство работает следующим образом.

Концентратор 4 соединяется электроакустическим (магнитострикционным или пьезоэлектрическим) преобразователем, подключенным к генератору ультразвуковых колебаний. Световод 3, закрепленный втулкой 6 и крышкой 5, совершает продольные (фиг. 2) или изгибные (фиг. 3) колебания с амплитудой, определяемой затяжкой крышки на концентраторе. В реализованной конструкции удалось получить 97% эффективность ввода колебаний.

Частицы загрязнения, налипшие на поверхность световода, отрываются от нее в результате действия сил инерции больших, чем силы сцепления с поверхностью световода в течение времени порядка секунд (фиг. 5).

Уменьшение осевых усилий, прикладываемых к световоду для продвижения в узких каналах, вызвано появлением компоненты силы по направлению движения световода и уменьшением трения световод - поверхность канала (фиг. 4).

Амплитуда и частота колебаний выбираются исходя из конкретных условий (размер и вязкость частиц, ширина канала и т.д.).

При соответствующем подборе амплитуды и частоты колебаний осевое усилие для перфорации мягких тканей (печень коровы) уменьшилась более чем в 5 раз по сравнению с невозбужденным световодом.

Конструкция имеет два недостатка: - неплотное зажатие крышки уменьшает контакт поверхность световода - втулка, что ведет к рассеянию ультразвуковой мощности в узле ввода колебаний, уменьшению амплитуды колебаний, введенных в световод, нагреву узла и разрушению внешней оболочки, а затем и сердцевины световода; - существующие на сегодняшний день одножильные световоды разрушаются при амплитуде вводимых колебаний, превышающей 250 мкм для продольных и 1000 мкм изгибных колебаний при частотах выше 200 кГц.

Как было показано, предложенное устройство обеспечивает: - очистку рабочей поверхности световода без прекращения манипуляций или измерений и без использования омывающей жидкости или газа: облегчение продвижения световода в узких каналах; облегчение туннелизации закупоренных сосудов. При этом значительно увеличивается производительность операций.

Формула изобретения

1. Устройство для оптического воздействия на биообъект, содержащее источник оптического излучения, согласующую оптическую систему и волоконный световод, контактирующий с биообъектом, отличающееся тем, что оно снабжено узлом ввода ультразвуковых колебаний, выполненным в виде ультразвукового концентратора, соединенного с зажимной крышкой и вставленной в нее втулкой, выполненной из материала, твердостью меньшей твердости материала внешней оболочки световода, скоростью распространения звука близкой к скорости распространения звука в материале концентратора и зажимной крышки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в ультразвуковом концентраторе, зажимной крышке и втулке выполнено осевое отверстие, в которое вставлен световод.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зажимной крышке и втулке выполнено боковое отверстие, в которое вставлен световод.

РИСУНКИ

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