RU2082337C1

RU2082337C1 - Tip piece of laser system for treating biological tissue

Info

Publication number: RU2082337C1
Application number: RU95105406A
Authority: RU
Inventors: Григорий Борисович Альтшулер
Original assignee: Григорий Борисович Альтшулер
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1997-06-27
Also published as: RU95105406A

Abstract

FIELD: surgery; orthopedics; stomatology. SUBSTANCE: invention offers advantages due to fact that interior of tip piece of laser system for treating biological tissue contains acoustic detector which receives information of state of biological tissue to be treated. Information thus-received serves to optimize tissue treatment process conditions. EFFECT: minimum invasive action. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в хирургии, ортопедии и стоматологии для обработки мягких и твердых тканей. The invention relates to medical equipment and can be used in surgery, orthopedics and dentistry for the treatment of soft and hard tissues.

Известен наконечник лазерного скальпеля, содержащий средство доставки лазерного излучения до поверхности обрабатываемой биоткани [1]
Основным недостатком данного устройства является отсутствие в нем ирригационного канала, а также средства, позволяющего определять вид обрабатываемой ткани.Known tip of a laser scalpel containing a means of delivering laser radiation to the surface of the processed biological tissue [1]
The main disadvantage of this device is the lack of an irrigation canal, as well as a means to determine the type of tissue being treated.

Известен также лазерный наконечник для бормашины, который является наиболее близким по технической сущности и принят за прототип [2]
Этот наконечник содержит, кроме средства доставки лазерного излучения, средство доставки до поверхности обрабатываемой биоткани орошающей жидкости.Also known is a laser tip for a drill, which is the closest in technical essence and adopted as a prototype [2]
This tip contains, in addition to the means of delivery of laser radiation, a means of delivery to the surface of the treated biological tissue irrigation fluid.

Основным недостатком прототипа является отсутствие в нем приемника информации о состоянии обрабатываемой ткани, позволяющего определить ее вид. The main disadvantage of the prototype is the lack of a receiver of information about the state of the processed tissue, which allows to determine its type.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства, обеспечивающего удобство проведения лазерной обработки биоткани при одновременном определении вида и состояния обрабатываемой биоткани, что, в свою очередь, обеспечивает минимальную инвазивность. The problem to which the invention is directed, is to create a device that provides the convenience of laser processing of biological tissue while determining the type and condition of the processed biological tissue, which, in turn, ensures minimal invasiveness.

Задача решается при осуществлении изобретения за счет технического результата, заключающегося в оптимизации условий приема информации о состоянии обрабатываемой ткани. The problem is solved during the implementation of the invention due to the technical result, which consists in optimizing the conditions for receiving information about the state of the processed tissue.

Технический результат достигается тем, что внутри наконечника лазерной системы для обработки биологической ткани, содержащем средство доставки лазерного излучения до поверхности биоткани, закреплен акустический приемник, вход которого сопряжен с местом воздействия на биоткань, так что соотношение расстояния от оптической оси на выходе наконечника до входной поверхности акустического приемника и расстояния от поверхности наконечника в месте его оптического выхода до места воздействия на биоткань находится в пределах от 1: 5 до 4:1. Электрический выход акустического приемника соединен с блоком регистрации посредством экранированного кабеля. The technical result is achieved by the fact that inside the tip of the laser system for processing biological tissue containing a means of delivering laser radiation to the surface of the biological tissue, an acoustic receiver is fixed, the input of which is coupled to the place of impact on the biological tissue, so that the ratio of the distance from the optical axis at the output of the tip to the input surface acoustic receiver and the distance from the surface of the tip in the place of its optical output to the place of impact on the biological tissue is in the range from 1: 5 to 4: 1. The electrical output of the acoustic receiver is connected to the recording unit via a shielded cable.

В наконечнике может содержаться средство доставки орошающей жидкости до поверхности биоткани. The tip may contain a means of delivering irrigation fluid to the surface of the biological tissue.

Известно, что эффективность лазерной обработки биологической ткани с одновременным обеспечением низкой инвазивности (степени некроза) зависит от длины волны и мощности лазерного излучения, энергии и времени лазерного воздействия и, для некоторых видов ткани, жидкостного орошения зоны лазерной обработки (см. например, Proceeding of Laser-Tissue Interaction V 24-27, January 1994, Los Angeles, California, Vol 2134A). It is known that the efficiency of laser treatment of biological tissue while ensuring low invasiveness (degree of necrosis) depends on the wavelength and power of the laser radiation, the energy and time of laser irradiation, and, for some types of tissue, liquid irrigation of the laser treatment zone (see, for example, Proceeding of Laser-Tissue Interaction V 24-27, January 1994, Los Angeles, California, Vol 2134A).

Исследования, проведенные автором, показали, что при этом необходима одновременная оптимизация указанных параметров для каждого вида биоткани. Studies conducted by the author showed that this requires simultaneous optimization of these parameters for each type of biological tissue.

Иными словами, необходимы:
возможность выбора оптимальных длин волн излучений лазеров или их смеси,
регистрация процесса лазерной деструкции, вида и состояния биоткани и управления длиной волны, мощностью, энергией и временем лазерного воздействия,
система орошения зоны лазерной обработки.In other words, you need:
the ability to select the optimal wavelengths of laser radiation or a mixture thereof,
registration of the process of laser destruction, the type and state of biological tissue and control the wavelength, power, energy and time of laser exposure,
laser irrigation system.

Оптимизация режима обработки возможна при наличии системы обратной связи, обеспечивающей управление параметрами лазерного излучения в зависимости от состояния и вида обрабатываемой ткани, т.е. необходим приемник информации о состоянии обрабатываемой ткани, выход которого соединен с блоком управления параметрами лазерного излучения. Optimization of the processing mode is possible in the presence of a feedback system that provides control of the parameters of laser radiation depending on the state and type of the treated tissue, i.e. a receiver of information about the state of the tissue being processed is needed, the output of which is connected to the control unit for laser radiation parameters.

Приемником информации о состоянии обрабатываемой ткани может быть акустический приемник звуковой волны, которая образуется в результате лазерного разрушения биоткани. Для различных тканей амплитуда акустической волны различна (см. Renso Salimbeni "Shock wave models keep laser surgeons on target" Opt Laser Europe June 1994, p.p. 37-39). The receiver of information about the state of the processed tissue can be an acoustic receiver of a sound wave, which is formed as a result of laser destruction of biological tissue. For different tissues, the amplitude of the acoustic wave is different (see Renso Salimbeni "Shock wave models keep laser surgeons on target" Opt Laser Europe June 1994, p.p. 37-39).

При разрушении биоткани между началом воздействия лазерного импульса и появлением акустического сигнала наблюдается временная задержка. Величина этой задержки определяется тремя факторами: расстоянием от источника звука, которым является облучаемая поверхность биоткани, до приемника, регистрирующего акустический импульс; интенсивностью лазерного излучения на поверхности обрабатываемой ткани и величиной порога ее разрушения. When biological tissue is destroyed, a time delay is observed between the onset of the laser pulse and the appearance of the acoustic signal. The magnitude of this delay is determined by three factors: the distance from the sound source, which is the irradiated surface of the biological tissue, to the receiver that records the acoustic pulse; the intensity of laser radiation on the surface of the treated tissue and the value of the threshold for its destruction.

Исследования показали, что акустический импульс, возникающий при разрушении биоткани с более низким порогом лазерного разрушения, например дентина, имеет меньшую временную задержки относительно начала лазерного импульса, чем акустический импульс, возникающий при разрушении ткани с более высоким порогом разрушения, например эмали (см. G.B. Altshuler, A.V. Belikov, at all "Acoustic response of hard dental tissues to pulsed laser action". SPIE VOL 2080. Dental Applications of Lasers, 1993, p.p. 97-103). Studies have shown that an acoustic pulse arising from the destruction of biological tissue with a lower threshold for laser destruction, such as dentin, has a lower time delay relative to the start of a laser pulse than an acoustic pulse arising from the destruction of tissue with a higher threshold for destruction, such as enamel (see GB Altshuler, AV Belikov, at all "Acoustic response of hard dental tissues to pulsed laser action". SPIE VOL 2080. Dental Applications of Lasers, 1993, pp 97-103).

Таким образом, идентификация вида обрабатываемой ткани зависит от точности измерения временной задержки. Thus, the identification of the type of processed tissue depends on the accuracy of the measurement of time delay.

Закрепление акустического приемника внутри наконечника освобождает операционное поле от дополнительных приспособлений, сводит к минимуму флуктуацию параметров принятого акустического сигнала и зависимость величины временной задержки от манипуляций оператора, а также защищает акустический приемник от случайных повреждений. The fastening of the acoustic receiver inside the tip frees the operating field from additional devices, minimizes fluctuation in the parameters of the received acoustic signal and the dependence of the time delay on the operator's manipulations, and also protects the acoustic receiver from accidental damage.

Помещение акустического приемника с электрическим выходом внутрь наконечника влечет за собой наличие в последнем проводника с током. В этом случае необходимо обезопасить как пациента, так и оператора от случайно возможных электрошоковых воздействий. Кроме того, необходима помехоустойчивая передача выходных сигналов к блоку их регистрации. Поэтому соединение выхода акустического приемника с блоком регистрации выполнено посредством экранированного кабеля. The placement of an acoustic receiver with an electrical outlet inside the tip entails the presence of a current conductor in the latter. In this case, it is necessary to protect both the patient and the operator from accidentally possible electroshock influences. In addition, noise-tolerant transmission of the output signals to their registration unit is necessary. Therefore, the connection of the output of the acoustic receiver with the recording unit is made using a shielded cable.

По сведениям автора совокупность изложенных в формуле изобретения признаков является новой, а само техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень". According to the author, the totality of the features set forth in the claims is new, and the technical solution itself meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 схематически изображен бесконтактный наконечник лазерной системы для обработки биоткани; на фиг. 2 контактный наконечник. In FIG. 1 schematically shows the contactless tip of a laser system for processing biological tissue; in FIG. 2 pin tip.

Бесконтактный наконечник (фиг. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого расположены оптическая система, состоящая из оптического волокна 2, коллимирующей линзы 3, поворотного зеркала 4 и фокусирующей линзы 5, а также водопроводящая трубка 6 и воздухопроводящая трубка 7. Акустический приемник 8 закреплен внутри наконечника таким образом, что его акустический вход обращен к месту воздействия на биоткань 9 (источнику акустической волны), а электрический выход соединен с блоком регистрации 10 посредством экранированного кабеля 11. Перед входом акустического приемника 8 на поверхности наконечника расположена диафрагма 12. Рабочий инструмент 13 (волокно или сапфировый стержень) контактного наконечника показан на фиг.2. При работе с ним место воздействия на биоткань 9 удалено от поверхности наконечника больше, чем при работе с бесконтактным наконечником. The non-contact tip (Fig. 1) consists of a housing 1, inside of which there is an optical system consisting of an optical fiber 2, a collimating lens 3, a swivel mirror 4 and a focusing lens 5, as well as a water pipe 6 and an air pipe 7. The acoustic receiver 8 is fixed inside the tip in such a way that its acoustic input is facing the place of impact on the biological tissue 9 (the source of the acoustic wave), and the electrical output is connected to the recording unit 10 by means of a shielded cable 11. Before entering the akus nical receiver 8 is located on the surface of the tip aperture 12. The working tool 13 (sapphire fiber or rod) of the contact tip is shown in Figure 2. When working with him, the place of impact on the biological tissue 9 is removed from the surface of the tip more than when working with a contactless tip.

Месторасположение акустического приемника 8 определено из следующих соображений. The location of the acoustic receiver 8 is determined from the following considerations.

Учитывая, что наименьшее расстояние от поверхности наконечника до места воздействия на биоткань 9 может меняться и для различных видов тканей и обработки колеблется от 8,5 до 20 мм, а диаметр фокусирующей линзы 5 равен 3 мм от оптической оси фокусирующей линзы 5 по направлению, перпендикулярному этой оси. Максимально возможное удаление акустического приемника 8 от места воздействия на биоткань 9 ограничивается снижением чувствительности блока регистрационного акустического сигнала и экранированием входа акустического приемника 8 рукой оператора и составляет 34 мм. Учитывая форму наконечника, акустический приемник 8 закреплен перед ближайшей к месту воздействия на ткань вершиной угла изгиба тела наконечника так, что соотношение расстояния от оптической оси до входной поверхности акустического приемника 8 и расстояния от поверхности наконечника в месте его оптического выхода до места воздействия на биоткань, находятся в пределах от 1:5 до 4:1. Given that the smallest distance from the surface of the tip to the place of impact on the biological tissue 9 can vary for different types of tissues and processing ranges from 8.5 to 20 mm, and the diameter of the focusing lens 5 is 3 mm from the optical axis of the focusing lens 5 in the direction perpendicular this axis. The maximum possible removal of the acoustic receiver 8 from the place of impact on the biological tissue 9 is limited by a decrease in the sensitivity of the registration acoustic signal unit and the screening of the input of the acoustic receiver 8 by the operator’s hand and is 34 mm. Given the shape of the tip, the acoustic receiver 8 is fixed in front of the tip of the bend angle of the body of the tip closest to the point of impact on the fabric so that the ratio of the distance from the optical axis to the input surface of the acoustic receiver 8 and the distance from the surface of the tip at the point of its optical exit to the point of impact on the biological tissue, range from 1: 5 to 4: 1.

Исследования, проведенные автором, показали, что при расположении акустического приемника в указанных пределах акустическая волна, образующаяся при лазерной абляции биотканей, имеет амплитуду, достаточную для регистрации акустическими приемниками, кроме того, в этих пределах амплитуда акустической волны несет информацию о типе обрабатываемой ткани. The studies conducted by the author showed that when the acoustic receiver is located within the specified limits, the acoustic wave generated during laser ablation of biological tissues has an amplitude sufficient for recording by acoustic receivers, in addition, within these limits the amplitude of the acoustic wave carries information about the type of tissue being processed.

Диафрагма 12 может быть выполнена из металлической формы или полимерной пленки, роль которых заключается в защите входной поверхности акустического приемника 8 от разлетающихся частичек биоткани 9 и брызг воды, а также является резонатором акустических колебаний. The diaphragm 12 can be made of a metal form or a polymer film, the role of which is to protect the input surface of the acoustic receiver 8 from flying particles of biological tissue 9 and water splashes, and is also a resonator of acoustic vibrations.

При практической реализации наконечника в качестве акустического приемника 8 выбран микрофон фирмы Брюль и Къер 4138 в комплексе с предусилителем 2633 и переходником UA 0160. In the practical implementation of the tip, the microphone of Bruhl and Kj 41r 4138 in combination with a preamplifier 2633 and an adapter UA 0160 was selected as an acoustic receiver 8.

Таким образом, предлагаемое устройство наконечника за счет совокупности заявляемых признаков обеспечивает минимальную травматичность при проведении лазерной обработки биологической ткани в сочетании с удобством проведения обработки. Thus, the proposed device tip due to the combination of the claimed features provides minimal invasiveness when conducting laser processing of biological tissue in combination with the convenience of processing.

Claims

1. The tip of the laser system for processing biological tissue, comprising means for delivering laser radiation to the surface of the biological tissue, characterized in that an acoustic receiver is fixed inside it, the input of which is coupled to the place of impact on the biological tissue so that the ratio of the distance from the optical axis at the output of the tip to the input the surface of the acoustic receiver and the distance from the surface of the tip in the place of its optical output to the place of exposure to the biological tissue is within 1 5 4 1, and the electrical output is connected Inen with the registration unit via a shielded cable.

2. The tip according to claim 1, characterized in that it contains a means of delivery of irrigating fluid to the surface of the biological tissue.