Laser multifunctional equipment for physiotherapy, reflexology and surgery

Cover Page


Cite item

Abstract

Based on the research and medical practice, medical and technical requirements have been developed for the creation of a new generation of laser technology. As a result, new types of laser medical equipment were designed and mastered, based on the use of low- and high-intensity laser radiation.

Full Text

На основе проведенных исследований и медицинской практики разработаны медико-технические требования для создания нового поколения лазерной техники. В результате сконструированы и освоены новые типы лазерной медицинской аппаратуры, основанные на использовании низко- и высокоинтенсивного лазерного излучения.

Одной из важнейших характеристик лазерного излучения является его спектральная характеристика, или длина волны, измеряемая в нанометрах или микрометрах (1 м = 106 мкм, 1 мкм = 1000 нм; 1 м = 109нм). Энергия фотонов и химических связей биосубстрата схематически показана на рис. 1.

 

Рис. 1. Энергия фотонов и связей биосубстрата.

 

Рис. 2. Поглощение лазерного излучения в зависимости от длины волны: а - кривые светового поглощения меланина (1) и гемоглобина (2); б - прохождение светового излучения в воде.

 

Рис. 3. Графическое представление закона Бугера — Ламберта — Бера. % е — глубина проникновения в ткань (при глубине Xе = интенсивность составляет 37% от интенсивности на поверхности ткани); а — коэффициент поглощения; ß — коэффициент отражения.


Согласно результатам исследований, фотобиологической активностью лазерное излучение обладает в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях. Фотохимическое и фотофизическое действие может оказывать только то излучение, которое поглощается биотканью. В этом процессе важны два фактора: общее количество энергии, точнее, число квантов света, поглощаемых в единицу времени, то есть скорость фотопроцесса, и величина поглощаемого кванта света, определяющая энергетику самой фотореакции. Чем ближе излучение к УФ-области спектра, тем выраженнее тепловое действие квантов света и выше фотохимическая активность.

Биоткани в подавляющем случае являются интенсивно рассеивающими средами, их толщина и структура влияют на поглощение лазерного излучения. Степень рассеивания света зависит от длины лазерного излучения и оптических свойств биоткани — коэффициента отражения и коэффициента поглощения участками ткани (рис. 2 ).

Глубина проникновения лазерного излучения в биоткань находится в экспоненциальной зависимости от интенсивности излучения. Эта зависимость известна как закон Бугера — Ламберта — Бера (рис. 3).

Хирургическое вмешательство (даже лазерное) не всегда необходимо. Хорошие результаты можно получить за счет низкоинтенсивного лазерного излучения, применяемого в физио- и рефлексотерапии. Для получения оптимального лечебного эффектa выявлены основные принципы лазерной текший, но для их выполнения потребовался дополнительный технический анализ. К моменту работы было изучено более двухсот лазерных терапевтических аппаратов. Все они в основном оптимизировались по двум параметрам: длине волны и выходной мощности. В этой связи их можно разделить на три группы в зависимости от вида используемого лазера: 1) He-Ne-лазеры непрерывного режима генерации (длина волны — 0,63 мкм, мощность — не выше 20 мВт); 2) полупроводниковые лазеры непрерывного режима генерации (длина волны — 0,8 — 1,3 мкм, мощность — в пределах от 2 до 50 мВт); 3) полупроводниковые лазеры импульсного режима генерации (длина волны — 0,8 — 0,9 мкм, мощность — 2 — 15 Вт).

Исходя из результатов анализа механизмов действия на биоткань с учетом несовершенств серийно выпускаемой аппаратуры были определены следующие нерешенные проблемы лазерной физико- и рефлексотерапии: 1) разработка аппаратуры ультрафиолетового и зеленого диапазонов длин волн; 2) конструктивная реализация повышения мощности и модуляции излучения красного диапазона длин волн; 3) аппаратурная реализация комбинированных электролазерных и многочастотных лазерных методов для физио- и рефлексотерапии; 4) создание средств эффективной модуляции и биоуправления лазерного излучения; 5) разработка автоматизированной базы для эффективного выбора техники и методики процедур лазерной физио- и рефлексотерапии.

В результате ряда конструктивных решений и клинических испытаний впервые в России упомянутые проблемы создания лазерной медицинской аппаратуры с ее последующей реализацией и автоматической оптимизацией лазерного излучения были разрешены.

Приводим краткую характеристику разработанных и внедренных в лечебную практику лазерных медицинских аппаратов.

1.При разработке лазерного ультрафиолетового препарата “Ливень” применен излучатель серийного лазера ЛГИ-21 (длина волны — 0,337 мкм, плавная регулировка мощности — от 0 до 2 мВт, импульсный режим работы с частотой 10 — 100 Гц). Совместно с Институтом им. Склифосовского и Российским лазерным центром аппарат был успешно использован для лечения гнойных, ожоговых ран и других заболеваний без хирургического вмешательства.

  1. Для аппаратурной реализации установки в зеленой области спектра (длина волны — 0,53 мкм, средняя мощность — 0,63 Вт) был применен серийно выпускаемый гранатовый (ИАГ-Nd3+) одномодовый лазер ЛТИ-709 с удвоением частоты.

Результаты медицинских испытаний, проведенных совместно с ЦНИИ стоматологии, позволяют рекомендовать аппарат для лечения заболеваний полости рта и в челюстно-лицевой хирургии.

  1. Разработанная и серийно выпускаемая (под руководством автора) аппаратура на базе красных гелий-неоновых лазеров, подобная “Истоку” и “Лееру”, качественно превосходит выпущенные до них установки “Ягода” и УЛФ, но предпочтительнее терапевтический переносный лазерный аппарат ТПЛА. При его создании впервые использована конструкция “сложенного” резонатора, и при малых габаритах и весе мощность на выходе световода достигает 40 мВт. Сущность “сложенного” резонатора заключается в том, чтобы за счет многократного отражения светового пучка от дополнительных зеркал внутри резонатора конструктивно удлинить резонатор для обеспечения повышенной мощности излучения без увеличения габаритов и веса излучателя.
  2. При ряде заболеваний для повышения эффективности лечения требуется комбинированное воздействие на биологически активные точки и рефлексогенные зоны. С этой целью впервые в стране создан и внедрен аппарат лазерной и электростиму- ляционной рефлексотерапии “Контакт” (рис. 4).

 

Рис. 4. Аппарат лазерной и электростимуляционной терапии “Контакт”.

 

  1. Впервые в стране разработан и внедрен электролазерный аппарат “Ярило”, обеспечивающий комбинированое воздействие излучения двух длин волн (0,63 мкм и 0,89 мкм) и электростимуляцию непосредственно на патологическую зону с получением синэнергетического (то есть одновременного) эффекта (рис. 5). Аппарат может быть применен при некоторых специфических заболеваниях, например при хроническом простатите.
  2. Для более мягкого воздействия на биологические активные точки и и рефлексогенные зоны при улучшенном терапевтическом эффекте впервые в России была решена техническая задача обеспечения модуляции лазерного излучения шумовым сигналом. С этой целью в ранее разработанные при участии автора аппараты серии АЛТП-2 и АЛТП-2-1 введены последовательно соединенные генератор шума и фильтр нижних частот с амплитудно-частотной характеристикой вида I/f “фликер” — шум (f= 2 Гц — 20 кГц).
  3. К настоящему времени на основании медицинских и инструментальных исследований по применению лазерной техники в терапии накоплен арсенал методов лечения различных заболеваний. С целью полного, своевременного и оперативного представления информации врачу-специалисту при минимальных временных и материальных затратах совместно с КФМЭИ (кафедра промышленной электроники) разработана автоматизированная информационная база выбора техники и методики процедур (АРМ). Внешний вид АРМ и его блок-схема приведены на рис. 6 и 7.

 

Рис. 5. Схема лечения с применением электролазерного аппарата “Ярило”.

 

Рис. 6. Внешний вид автоматизированного рабочего места (АРМ) врача.

 

Рис. 7. Блок-схема (спецификация) автоматизированного рабочего места врача.

 

Условные обозначения: 1 — компьютер типа МС-0517 или совместимый с IBM PC/AT монитор, процессорный блок, клавиатура, принтер (предназначен для автоматизированного расчета индивидуальных доз облучения), 2 — интерфейс (предназначен для электронного сопряжения компьютера с лазерным излучателем), 3 — лазер (блок питания, лазерный излучатель), 4 — программное обеспечение.

  1. Различные гипотезы механизма действия лазерного излучения позволили определить акцепторы поглощения разных длин волн, которые помогают установить пороговые значения терапевтической дозы и мощности. Но практически даже эти параметры бывают весьма противоречивыми. Отсюда возникает задача автоматической оптимизации режима лазерного излучения — биоуправления. Суть биоуправления состоит в модуляции интенсивности лазерного излучения сигналами датчика биоритма самого больного. В прямых экспериментах на тканевом уровне доказано, что фазы усиления клеток совпадают с увеличением кровенаполнения ткани. Следовательно, благоприятные моменты терапевтического воздействия должны приходиться на фазы сокращения сердца и вдоха больного. В настоящее время удалось технически реализовать блок биоуправления для аппаратов АЛТП-Био, АЛТМ-Био, “Контакт”-Био, который позволяет модулировать интенсивность излучения сигналами сдатчиков пульса и дыхания, расположенных на теле больного.

Лазерные пучки высокой интенсивности нашли применение в различных областях хирургии. Сфокусированный лазерный пучок является уникальным скальпелем. С его помощью возможно проведение бескровных операций (“сухое поле”), так как оптическое излучение как бы заваривает кровеносные сосуды. Такой метод хирургии отличается высокой стерильностью в силу исключения контакта живой ткани с инструментом. При непосредственном участии автора была создана и реализована на практике лазерная хирургическая установка на основе СО2-лазера “Скальпель-1”.

В ходе дальнейшего применения высокоинтенсивного лазерного излучения были разработаны и внедрены хирургические установки для ожоговой хирургии “Ромашка-1” и установка для микрохирургии “Ромашка-2”. Одно из основных достоинств установки “Ромашка-2” — уникальная конструкция светопровода, позволяющая адаптировать ее с кольпоскопом и хирургическим микроскопом. В этой связи установка является многофункциональной и конкурентоспособной.

В настоящее время при непосредственном участии автора ведутся работы в области применений* высокоинтенсивного излучения на гранатовых лазерах. Среди них следует отметить “Литотриптор” — установку для разрушения камней в почках и эндодентическую (стоматологическую) установку для замены бормашины.

Таким образом, новейшая лазерная техника обладает рядом достоинств, позволяющих применять ее в профилактике, диагностике и лечении заболеваний. Ее использование особенно экономично и эффективно в условиях дефицита медикаментов, медикаментозной перегрузки больных, роста заболеваемости СПИДом и перехода к страховой медицине.

×

About the authors

A. I. Laryushin

Research and Production Association "Elecon"

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

director - full member of the Russian Academy of Natural Sciences, prof.

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Energy of photons and bonds of the biosubstrate.

Download (456KB)
2. Fig. 2. Absorption of laser radiation depending on the wavelength: a - curves of light absorption of melanin (1) and hemoglobin (2); b - the passage of light radiation in water.

Download (233KB)
3. Fig. 3. Graphic representation of the Bouguer - Lambert - Beer law. % e - the depth of penetration into the tissue (at a depth of Xe = the intensity is 37% of the intensity on the surface of the tissue); a - absorption coefficient; ß is the reflection coefficient.

Download (368KB)
4. Fig. 4. Device for laser and electrostimulation therapy "Contact".

Download (187KB)
5. Fig. 5. Treatment scheme with the use of the Yarilo electrolaser apparatus.

Download (200KB)
6. Fig. 6. External view of the automated workstation (AWP) of the doctor.

Download (94KB)
7. Fig. 7. Block diagram (specification) of an automated workstation for a doctor.

Download (50KB)

© 1996 Eco-Vector





This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies