Компактный твердотельный лазерный источник для косметической и терапевтической обработки биологических тканей

Изобретение относится к лазерной технике в медицине и косметологии, а также в обработке материалов и представляет собой многоцелевое лазерное устройство, предназначенное для проведения косметической и/или терапевтической обработки биологических тканей и различных лечебных мероприятий. Сущность изобретения заключается в том, что устройство твердотельного лазера включает в себя: центрирующие пластины, отражатель с эллиптической отражающей поверхностью, лампу накачки и твердотельный активный элемент цилиндрической формы. Данное устройство за счет своей универсальной конструкции позволяет использовать несколько различных твердотельных активных элементов путем замены их без внесения изменений в конструкцию. Устройство снабжено также единым контуром охлаждения, что позволяет значительно уменьшить размеры устройства. Таким образом, габариты резонатора ограничены размером активного элемента. 2 ил.

 

Уровень техники

Изобретение относится к лазерной технике в медицине и косметологии, а также в обработке материалов и представляет собой многоцелевое лазерное устройство, предназначенное для проведения косметической и/или терапевтической обработки биологических тканей и различных лечебных мероприятий.

В настоящее время существует огромное количество лазерной техники, использующейся в медицине, косметологии и дерматологии, в частности занимающейся исключительно косметической обработкой, исключительно терапевтической обработкой или же их комбинацией. Например, обработка может включать в себя одно или большее количество следующих действий:

- удаление волос;

- удаление татуировок или другой кожной пигментации;

- обработка видимых капилляров, таких как капиллярная гемангиома или поверхностные вены, розовых угрей (розацеи) и подобных нарушений цвета;

- обработка с целью уменьшения видимых проявлений целлюлита и множества других видов обработки.

Лазерный эффект обнаруживает большое количество различных кристаллов и стекол (несколько сотен), однако реально действующих, нашедших практическое применение, существенно меньше. К их числу относится лазер на кристалле рубина - первый в мире лазер, созданный в 1960 Т. Мейманом (Т. Maiman, США). С помощью которых проводилась эпиляция темных волос на светлой коже, а также удалялись татуировки темного цвета. Длина волны рубинового лазера составляет 694,3 нм. Но они считаются устаревшими и их постепенно вытесняют более современные и безопасные аппараты.

Источник лазерного излучения, предпочтительно, выбирается так, чтобы испускать излучение с предварительно заданной длиной волны, выбираемой в соответствии с характером обработки. В случае лазерной обработки для удаления волос источник лазерного излучения, предпочтительно, имеет длину волны в диапазоне между 750 нм и 850 нм.

Александритовый лазер гораздо более эффективен и безопасен при проведении лазерной эпиляции и удалении веснушек и возрастной пигментации. Длина волны александритового лазера - 755 нм. Такая волна максимально поглощается меланином, но подходит только для светлой кожи (I-III типа) и темных волос.

Неодимовый лазер, в котором активной средой иттрий-алюминиевый гранат, активированный неодимом, генерирует длину волны 1064 нм. Такая длина волны активно поглощается гемоглобином. Именно поэтому неодимовые лазеры эффективны при устранении различных сосудистых патологий. Поглощенная энергия лазерного импульса приводит к нагреванию гемоглобина и запаиванию поврежденных кровеносных сосудов при сосудистых патологиях. Неодимовый лазер эффективен для эпиляции седых и светлых волос, с которыми не могут справиться рубиновый и александритовый.

Удаление татуировок производится неодимовым лазером, так как неодимовый лазер воздействует не на меланин, а на гемоглобин, то для него не имеет значения цвет кожи, потому что он запаивает кровеносные сосуды, питающие волосяные фолликулы, что приводит к их гибели и выпадению волос. С помощью неодима можно удалять некоторые татуировки и лечить грибковые заболевания ногтей.

Эрбиевый лазер отличается от неодимового тем, что вместо неодима иттрий-алюминиевый гранат активируют эрбием. Его длина волны - 2940 нм, которая активно поглощается водой, содержащейся в коже. Эти свойства применяются при лазерном омоложении и шлифовке кожи, а также при удалении различных новообразований.

Широкое применение в науке и технике находят лазеры на основе силикатных и фосфатных стекол с неодимом, генерирующие излучения в области 1,05 мкм. Основное назначение лазеров на основе стекол - это генерация одиночных импульсов большой мощности. Активные элменты из стекла отличаются высоким оптическим качеством, могут иметь большой объем при заданной форме элемента. Лазеры на основе фосфатного стекла с неодимом генерируют самые мощные импульсы генерации.

Исходя из всего вышесказанного становится понятно, что при разработке лазерной техники в медицине и/или косметологии требуется создание либо отдельного лазерного устройства предназначенного для проведения каждой косметической и/или терапевтической обработки биологической ткани, то есть под каждый вид лечебного мероприятия, либо создание достаточно крупной и сложной установки многоцелевого действия, которая будет содержать несколько активных элементов (которые будут находиться в очень сложном техническом взаимодействии друг с другом), чтобы она могла работать в большом диапазоне частот (для разных видов деятельности).

Недостатками первого варианта устройств является то, что они работают только в определенном узком диапазоне длин волн и предназначены только для реализации какого-то одного способа обработки ткани, а устройства второго варианта требуют большого времени (более 35 минут) прогрева и имеют большие габариты, вес и энергопотребление (до 1700 Вт.), а также очень сложны в изготовлении, а значит стоимость их достаточно велика.

Таким образом, существует потребность в мощном, очень компактном и легком устройстве, которое могло бы уместиться в руке оператора, экономичным и простым в изготовлении, а значит надежном и, при этом, такое устройство являлось бы многофункциональным с возможностью выбора спектра излучения.

Изобретение относится к лазерной технике в медицине и косметологии, в частности для проведения лазерных лечебных мероприятий, а также в обработке материалов и представляет собой многоцелевое лазерное устройство.

Известен Nd:YAG - лазер с преобразованием во вторую гармонику, модель QuadroStar 532 компании «Asclepion Laser Technologies GmbH», которая работает на длине волны 532 нм. Лазер содержит сложную оптическую часть и требует довольно серьезного технического обслуживания. Длина волны 532 нм не является оптимальной для определенных видов медицинского и косметологического воздействия на кожу человека, поглощение меланином выше, чем для излучения 578 нм, поэтому следует ожидать меньшего эффекта, в виду большого риска повреждения кожи и образования ее рубцовой деформации.

Известны импульсные лазеры, такие как лазеры на красителях с ламповой накачкой, например, модели ScleroPlus и Vbeam фирмы Candelac длиной волны излучения 585-590 нм, которая использует мощную импульсную дуговую лампу возбуждающую жидкий краситель. Такие системы имеют большие массогабаритные параметры и высокое энергопотребление, кроме того, краситель является органическим, токсичным веществом, а растворитель огнеопасен, что повышает требования безопасности при эксплуатации прибора. Требуется регулярная замена красителя, и, следовательно, эксплуатация лазера обходится довольно дорого. Блоки питания лазеров на красителях работают с высоковольтными напряжениями (от 1,5 до 20 киловольт);

Известна твердотельная лазерная установка с диодной накачкой для лечения сосудистых образований кожи и подкожной клетчатки (патент №2644690, A61N 5/00), содержащая лазер, работающий в желто-зеленом диапазоне длин волн, источник питания, излучатель с системой накачки, систему управления и оптоволоконную систему транспортировки лазерного излучения, при этом установка дополнительно содержит преобразователи излучения в инфракрасную область спектра (1150-1250 нм), генератор второй гармоники или генератор суммарной частоты для преобразования излучения в желто-зеленую область спектра на нелинейных кристаллах и генератор синусоидальных напряжений, при этом излучатель выполнен в виде твердотельного лазера с накачкой полупроводниковым диодом, состоящим из неодимсодержащего активного элемента, полупрозрачного зеркала и размещенного между ними акустооптического затвора, подключенного к генератору синусоидальных напряжений. Недостатками данного устройства является то, что данная установка работает только в желто-зеленом диапазоне длин волн и предназначена только для реализации способа прецизионной селективной лазерной фотодеструкции сосудистых образований кожи и подкожной клетчатки, что лазер требует большого времени (более 35 минут) прогрева и имеет большие габариты, вес и энергопотребление до 1700 Вт.

Наиболее близким известным решением является твердотельный коаксиальный лазер «УНИТРОН» (патент на полезную модель №8171), содержащий однородный или многокомпонентный лазерный стержень. Зеркала резонатора выполнены на торцах кристалла в виде многогранников полного внутреннего отражения, газоразрядную камеру с анодом и катодом, отражатель и систему охлаждения, причем активный элемент впаян в электроды газоразрядной цилиндрической камеры. Которая окружена отражающим слоем и является лампой накачки. Данная полезная модель относится к области твердотельной лазерной техники, конкретнее к компактным твердотельный излучателям и объединяет в единой конструкции активный элемент, зеркала резонатора, лампу накачки и отражатель.

К недостаткам данного устройства можно отнести тот факт, что мощность применяемого в данной полезной модели непрерывного излучения относительно невысока и не превышает 30 мВт/см², в то время как импульсные лазеры обладают большой мощностью в импульсе (до 10⁷ Вт и выше) при чрезвычайно малой длительности импульса и, вследствие этого, малой средней мощностью за период. Импульсное лазерное излучение характеризуется большей биостимулирующей эффективностью, чем непрерывное. Также для изготовления многогранников, использующихся в качестве зеркал резонатора, требуется дополнительная механическая обработка высокого качества, точности и сложности. Также в конструкции не предусмотрено активное охлаждение активного элемента жидкостью, что не позволяет ей работать в импульсно-периодических режимах с энергией достаточной для обеспечения эффективных термических процессов (абляции, деструкции и т.п.) проходящих в биологических тканях. Конструкция не подразумевает замены активного элемента, значит она может работать только в одном диапазоне частот что полностью исключает многофункциональность данного устройства.

Отличительными характеристиками заявленного устройства являются: - введение конструктивной особенности, которая состоит из двух отверстий одного диаметра (соответствующего диаметру активного элемента), расположенных на разных сторонах фланцев и закрепленных в них муфтах с кольцами, которые снабжены закрепляющими винтами. При необходимости данные винты можно немного ослаблять и, посредством этого, свободно извлекать и заменять активные элементы устройства, что позволяет расширить функциональные возможности данного устройства и сделать его многофункциональным;

- предусмотрено активное охлаждение сразу нескольких элементов устройства одновременно, а именно, активного элемента, лампы накачки и отражателя, что обеспечивает возможность работы устройства длительное времени на частоте до 10 Гц. Одновременно, единый охлаждающий контур для всех элементов способствует уменьшению массогабаритных параметров;

- торцы активного элемента одновременно являются и зеркалами резонатора - это достигается нанесением диэлектрического напыления, что позволяет уменьшить длину излучателя до длины активного элемента и устранить необходимость юстировки резонатора.

При разработке лазерных излучателей для медицины, дерматологии и косметологии необходимо учитывать, что лазер должен обладать минимально возможными массогабаритными параметрами высокой эффективностью и высокой надежностью.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей установки, за счет возможности смены активного элемента без юстировки и замены зеркал резонатора. В качестве активного элемента могут использоваться кристаллы и стекла допированные различными активаторами, что позволяет использовать данную конструкцию для генерации лазерного излучения разной длины волны, а также создание компактного и универсального устройства, в частности, позволяющего встраивать источник в медицинскую манипулу.

Данное изобретение решает задачу создания многофункционального, не юстируемого, компактного, импульсного твердотельного лазера со стабильными характеристиками. Сущность изобретения заключается в том, что твердотельный лазер, содержит активный элемент, резонатор, источник оптической накачки, центрирующие пластины и систему активного жидкостного охлаждения.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства с уменьшением массогабаритных характеристик, а также увеличение выходной мощности и эффективности лазера, что означает, улучшение эксплуатационных возможностей.

Таким образом, технический результат, получаемый при осуществлении описываемого изобретения, состоит в упрощении конструкции прибора и расширении функциональных возможностей за счет универсальной конструкции устройства, которая позволяет свободно и быстро менять активные элементы для каждого определенного воздействия, требующего своего диапазона длины волны, а также в уменьшении массогабаритных параметров путем создания единого активного контура охлаждения и нанесением диэлектрического напыления на торцы активного элемента, что позволяет ему выполнять функцию зеркал резонатора. Все эти факторы способствуют существенному повышению эффективности устройства, повышению удобства эксплуатации и его высокой надежности.

Это достигается тем, что компактный твердотельный лазерный источник, содержащий центрирующие пластины, отражатель с эллиптической отражающей поверхностью, лампу накачки и твердотельный активный элемент цилиндрической формы, за счет своей универсальной конструкции, а именно, введения конструктивной особенности, которая состоит из двух отверстий одного диаметра (соответствующего диаметру активного элемента), расположенных на разных сторонах фланцев и закрепленных в них муфтах с кольцами, которые снабжены закрепляющими винтами, что способствует свободному извлечению и замене активных элементов устройства, что позволяет расширить функциональные возможности данного устройства и сделать его многофункциональным, с введением единого активного охлаждения сразу для нескольких элементов устройства одновременно, а именно, активного элемента, лампы накачки и отражателя, что обеспечивает возможность работы устройства длительное времени на частоте до 10 Гц. и уменьшению массогабаритных параметров за счет нанесения на торцы активного элемента диэлектрического напыления, что позволяет им выполнять функцию зеркал резонатора, а, следовательно, позволяет уменьшить габариты излучателя до размеров активного элемента и устранить необходимость юстировки резонатора, но при этом, введение в устройство центрирующих пластин, которые ориентируют и скрепляют фланцы для обеспечения позиционирования активного элемента по заданной оптической оси и позволяет при необходимости производить дополнительную юстировку активного элемента относительно выносных элементов лазера (линз, телескопов и др. насадок).

Заявленное устройство поясняется рис. 1, на котором изображена конструкция устройства, а именно вид данного устройства в разрезе, и рис. 2, на котором представлено схематическое изображение работы всей системы.

1 - электроды лампы накачки, 2 - активный элемент, 3 - фланец, 4 -отражатель, 5 - центрирующие пластины, 6 - муфта крепления активного элемента, 7 - винты, 8 - канал подачи жидкости, 9 - канал вывода жидкости; 12 - резиновое кольцо (прокладка, уплотнение)

10 - портативный излучатель, 11 - гибкий шланг, 12 - система электрического питания лампы-накачки, 13 - часть системы охлаждения, состоящая из насоса, расширительного бака и радиатора, 14 - лазерное излучение

Данное устройство работает следующим образом:

Лампа накачки (1) служит для создания инверсной населенности в активном элементе (2). Активный элемент крепится в отверстиях фланца (3) и необходим для генерации лазерного излучения. Герметизация и крепление активного элемента производится съемными муфтами (6) и резиновыми кольцами уплотнения (12) с закрепляющими винтами (7), которые либо жестко фиксируют активный элемент в устройстве, либо освобождают его для замены. Таким образом, для расширения функциональности можно использовать различные активные элементы с подходящими геометрическими параметрами.

Отражатель (4) и фланцы (3) образуют замкнутую полость, через которую циркулирует охлаждающая жидкость, подающаяся насосом (13) по длинным, тонким, гибким шлангам (11) через входной канал подачи жидкости (8) и отводится через выводной канал (9) по шлангу (11) до радиатора (13) и дальше по замкнутому кругу. Таким образом, производя быстрое охлаждение одновременно: активного элемента, лампы накачки и отражателя, что обеспечивает возможность работы устройства длительного времени на частоте до 10 Гц.

На торцы активного элемента нанесены диэлектрические зеркала резонатора, что позволяет уменьшить габариты излучателя и устранить необходимость юстировки резонатора.

Данное устройство позволяет устранить юстировку резонатора в принципе, но при необходимости, имеется возможность юстировки активного элемента относительно выносных элементов лазера (линз, телескопов и др. насадок) за счет центрирующих пластин (5), фиксирующихся при помощи винтов, которые ориентируют и скрепляют фланцы (3), что обеспечивает позиционирование активного элемента по заданной оптической оси.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Таким образом, описываемое изобретение представляет собой универсальный, компактный, простой и надежный, многофункциональный прибор, который позволяет эффективно реализовывать различные методы воздействия лазерным излучением на биологические объекты.

Устройство по настоящему изобретению являются эффективным, производительным, экономичным и безопасным для использования в медицине и косметологии, а также в обработке материалов.

Твердотельный лазерный источник для косметической и терапевтической обработки биологических тканей, содержащий центрирующие пластины, отражатель с эллиптической отражающей поверхностью, лампу накачки и твердотельный активный элемент, отличающийся тем, что введена конструкция, состоящая из двух фланцев с расположенными в них отверстиями одного диаметра, соответствующего диаметру активного элемента, с закрепленными в этих отверстиях муфтами с закрепляющими винтами, конструкция выполнена с возможностью свободно извлекать и заменять твердотельные активные элементы, при этом введен единый активный охлаждающий контур сразу для нескольких элементов устройства одновременно, выполненный с возможностью обеспечения работы указанного лазерного источника длительное времени на частоте до 10 Гц, причем на торцы указанного активного элемента нанесено диэлектрическое напыление, позволяющее торцам выполнять функцию зеркал резонатора, центрирующие пластины выполнены с возможностью ориентирования и скрепления фланцев для обеспечения позиционирования активного элемента по заданной оптической оси и проведения дополнительной юстировки активного элемента относительно выносных элементов лазера.