WO2014077734A1 - Surgical laser system - Google Patents

Surgical laser system Download PDF

Info

Publication number
WO2014077734A1
WO2014077734A1 PCT/RU2013/000888 RU2013000888W WO2014077734A1 WO 2014077734 A1 WO2014077734 A1 WO 2014077734A1 RU 2013000888 W RU2013000888 W RU 2013000888W WO 2014077734 A1 WO2014077734 A1 WO 2014077734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
optical
radiation
power supply
wavelength
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000888
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Олег Викторович КУЗЬМИН
Original Assignee
Kuzmin Oleg Viktorovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuzmin Oleg Viktorovich filed Critical Kuzmin Oleg Viktorovich
Publication of WO2014077734A1 publication Critical patent/WO2014077734A1/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/203—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser applying laser energy to the outside of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/201—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser with beam delivery through a hollow tube, e.g. forming an articulated arm ; Hand-pieces therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00577—Ablation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00642—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00779—Power or energy
    • A61B2018/00785—Reflected power
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2065—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths
    • A61B2018/2075—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths mixing three wavelengths
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/208—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser with multiple treatment beams not sharing a common path, e.g. non-axial or parallel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B2018/225—Features of hand-pieces

Definitions

  • the invention relates to medical equipment and can be used in minimally invasive surgery for the selective ablation of soft biological tissues, bone and cartilage tissues in orthopedics, hard tooth tissues in dentistry.
  • a CO 2 laser or carbon dioxide laser generates radiation with a wavelength of 10,600 nm.
  • the wavelength falls on one of the peaks of the energy absorption spectrum of water.
  • the disadvantage of C0 2 lasers is the greatest depth of heat exposure in comparison with other ablation lasers, and, as a result, the most frequent side effects.
  • Er YAG - erbium laser, radiation wavelength 2940 nm. This wavelength falls at the maximum peak of energy absorption by water. This is the most accurate of ablation lasers used in medicine.
  • EnYAG laser radiation can evaporate tissue to a depth of 4-6 microns, which is comparable to cell size (N. P. Weber, M. Frenz, B. Ott, U. Dittli, I. Genyk, B. Walpoth, T. Schaffher, and Th. Carrel "C0 2 , Ho: YAG and Er: YAG Lasers for Transmyocardial Laser Revascularization” Laser Physics, Vol. 9, No. 2, 1999, pp. 602-60
  • a significant drawback of these lasers is the effect of drying the underlying layers of biological tissue, i.e., their dehydration.
  • the loss of water absorbing laser radiation prevents the further ablation process, therefore, the depth of dissection of the biological tissue is limited and not always sufficient for surgery, and increasing the radiation power density in order to achieve a deeper incision of the biological tissue only leads to its carbonization. Therefore, the creation of a laser system capable of additionally hydrating biological tissue during a surgical operation is an urgent problem on the way of further development of laser surgery.
  • a known surgical laser system consisting of two lasers, one of which generates radiation in the region of 2.09 ⁇ m, the second generates radiation in the region of 532 nm, a power system and control parameters of laser radiation, a unified cooling system, a unified system for transporting the radiation of two lasers to the operated tissue (RF application N2 2009141 140 MP A61B 18/00 (2006.01), published 05/20/2011 1).
  • the mutual radiation of these lasers not only complements each other, but also creates the necessary conditions for achieving a positive effect by each of the individual lasers: during soft tissue surgery, the radiation of the first laser provides hydration of the operated tissues and initiates the process of hemostasis, and the radiation of the second laser makes an incision and / or ablation of hydrophilic tissues and completes the process of hemostasis.
  • the radiation of the first laser lies in the wavelength range of 375-440 nm or 531 - 578 nm
  • the radiation of the second laser lies in the wavelength range of 2.09 - 10.6 ⁇ m.
  • the closest analogue to the claimed technical solution is a device for laser processing of biological tissue, containing a control unit, the outputs of which are connected to a laser power supply, pulsed lasers whose optical axes are parallel, optically coupled reflective and selectively reflective for the wavelength of the first laser and transparent for length the waves of the second laser of the mirror, which are located on the axes of the first and second lasers, respectively, mounted on the optical axis of the second laser, focusing a third system and an optical fiber with a tip whose output is the optical output of the device, a third pulsed laser is introduced, the optical axis of which is parallel to the optical axes of two other lasers, and a reflective mirror is installed on its axis, and reflective mirrors are installed with the possibility of removing them from the radiation path ( RF patent N ° 2096051, IPC (6) A61N5 / 06, A61C5 / 00, published 20.1 1.1997).
  • a second selectively reflective for the wavelength of the third laser and transparent for the wavelength of the first and second lasers a mirror optically coupled to the reflective mirror mounted on the axis of the third laser and a focusing system is installed on the optical axis of the second laser behind the selective mirror and an optical fiber input located on the axis of the second laser.
  • a focusing system and an optical fiber and a tip are located sequentially along the radiation, the outputs of which are the optical inputs of the device.
  • the device is equipped with at least one receiver of information about the state of biological tissue, the input of which is connected to the place of impact on the tissue, and the output is connected to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the inputs of electronic keys installed in the connection circuits of each laser with a power supply.
  • the receiver of information about the state of biological tissue can be made in the form of a spectrum analyzer in the region of 200-1500 nm, or in the form of a photoelectric infrared detector, or in the form of an acoustic receiver.
  • the set of at least one receiver of information on the status of the processed biological tissue is a feedback system that provides automatic control and optimal control of the parameters of laser radiation depending on the state of the treated tissue and thereby ensures minimal invasiveness.
  • the disadvantage of this device is the low efficiency of the laser control system, which is carried out by the control unit through the laser power supply units using electronic keys that switch the lasers depending on the type of tissue being processed, due to the feedback on the status of the biological tissue carried out through the receiver.
  • the choice of operating modes of a surgical laser system using laser radiation effectively absorbed by water depends on the water contained in the biological tissue in the form of intracellular and interstitial fluid. Therefore, for the automatic control of the processes of the action of laser radiation on biological tissue, the percentage of water in the operated biological tissue, which can be determined by recording laser radiation diffusely reflected from the biological tissue, can serve as necessary and sufficient information.
  • the technical result of the invention is the creation of a surgical laser system for minimally invasive surgical operations on biological tissues with ablation of hydrated biological tissue to the required and controlled depth.
  • the surgical laser system contains three lasers, a programmable controller, an input / output unit, mirrors, forming optics, an optical system for transporting laser radiation, and an optical surgical instrument.
  • the optical axes of the lasers are parallel and optically coupled; mirrors are located on them.
  • Mirrors have the following characteristics:
  • the mirror located on the optical axis of the first laser has a highly reflective dielectric optical coating for wavelength ⁇ (HR ⁇ ), which corresponds to the radiation wavelength of the first laser;
  • the mirror located on the optical axis of the third laser has a highly reflective dielectric optical coating for wavelength ⁇ 3 (HR ⁇ 3 ), which corresponds to the radiation wavelength of the third laser;
  • - two mirrors are located on the optical axis of the second laser: one of them has dielectric optical coatings that provide high transmission for the radiation wavelength of the second laser ⁇ 2 (NT ⁇ 2 ) on one side, high reflection for wavelength ⁇ (HR ⁇ ) and high transmittance for wavelength ⁇ 2 (NT ⁇ 2 ) on the other side; a second mirror with dielectric optical coatings providing high transmittance for wavelengths ⁇ ] and ⁇ 2 (NT ⁇ , ⁇ 2 ) on one side, high reflection for wavelength ⁇ 3 (HR ⁇ 3 ) and high transmittance for wavelengths ⁇ and ⁇ 2 (NT ⁇ , ⁇ 2 ) on the other side.
  • Each of the three lasers has a laser emitter connected to its corresponding laser power supply, a cooling system connected to its corresponding power supply of the cooling system.
  • the first and second lasers contain processors, each of which is connected to the power supply unit of its laser and the power supply unit of the cooling system and the programmable controller of the surgical laser system.
  • the third laser is connected to the programmable controller through a laser power supply and a cooling system power supply.
  • the programmable controller is connected with its inputs to the input / output unit and the actuator, as well as an inclinometer and photosensors built into the optical surgical instrument for recording laser radiation diffusely reflected from the biological tissue with a wavelength of ⁇ 3 .
  • the first laser with a wavelength of 2940 nm is designed for ablation of hydrated biological tissue, operates in pulse and / or pulse-periodic mode.
  • the effective ablation of hydrated biological tissue can be achieved by radiation from other laser sources emitting in the wavelength range 2600 - 2940 nm, for example, solid-state lasers with an active medium EnYLF, Cr, Er: YSGG, Er: YAG.
  • the second laser with a radiation wavelength of 405 nm is designed for hydration of biological tissue, operates in a pulsed and / or pulsed-periodic mode.
  • the radiation necessary for effective hydration of biological tissue can be provided by other laser sources in the wavelength range of 370 - 480 nm or 531 - 532 nm, or 577 nm, since a number of intense bands in the absorption spectrum of hemoglobin lie in this range.
  • the third laser with a wavelength of 980 nm is designed to irradiate biological tissue in the operated area, operates in continuous and / or pulsed mode with high stabilization of the output power. Its radiation diffusely reflected from biological tissue is used to determine the percentage of water in biological tissue. For these purposes, laser radiation can also be used in the wavelength range of 980 - 1800 nm, since a number of bands in the absorption spectrum of water lie in this range.
  • the cooling systems used in lasers can be made both compression and based on thermoelectric modules.
  • the forming optics is intended for the correction of laser radiation, provides the necessary geometric parameters of the laser beam to enter it into the laser radiation transportation system.
  • the optical system for transporting laser radiation can be made in the form of a mirror-articulated fiber, a flexible hollow waveguide, and in the form of an optical fiber.
  • the optical surgical instrument is made with the possibility of installing interchangeable optical nozzles having various configurations (straight, bent at an angle) and providing focusing of the laser beam in the area of laser radiation exposure on the biological tissue, made of modern materials capable of withstanding repeated sterilization with antiseptic agents, has an ergonomic design and contains a built-in inclinometer and photosensors, which are located on the end circumference of an optical surgical instrument for istratsii diffusely reflected laser radiation.
  • 'Laser radiation diffusely reflected from biological tissue with a wavelength of 980 nm or in the wavelength range of 980 - 1800 nm is detected by photosensors, which can be made in the form of a matrix of high-speed photodiodes.
  • the photosensors can be coated with optical filters that let through only the recorded wavelength of the reflected laser radiation. Since the intensity of laser radiation diffusely reflected from biological tissue varies depending on the angle of its registration, it is necessary to introduce calibration coefficients, the value of which is related to the angle of registration of reflected radiation by the photosensor.
  • the data on the recording angle of laser radiation diffusely reflected from the biological tissue are transmitted by a small inclinometer, which can be made on the basis of thin-film and MEMS technologies and is a two-axis angle sensor, which, according to the electronic spirit level principle, provides an angular resolution of +/- 0.01 degrees.
  • the input / output unit is intended for inputting initial data, such as turning on / off the laser system from the electric network, entering information on the depth of ablation of biological tissue, displaying graphical and textual information on laser operating modes and possible laser system malfunctions.
  • the programmable controller processes the information received from the input / output unit, inclinometer, photosensors and, based on calibration factors, determines the percentage of water in the biological tissue, carries out information exchange with processors that control the operating parameters of the lasers.
  • processors that control the parameters of lasers with emission wavelengths of 2940 nm and 405 nm
  • processors with an integrated memory chip can be used. This allows you to place the processor directly in the laser housing and store individual settings for laser radiation parameters: energy per pulse, pulse duration, pulse repetition rate, and the laser becomes an intelligent device.
  • the choice of processor for each of the two lasers is dictated by the fact that the calculations for setting the operating modes must occur in real time at the maximum speed of information processing, which is difficult to use when using one universal processor.
  • the actuator is designed to activate the operation of the laser by the doctor, switching or stopping their work through a programmable controller.
  • the actuator can be made in the form of a pedal or button located on the surgical optical instrument or an icon on the screen of the input / output unit or can be a combination of several actuators, for example, a foot pedal and a button on the surgical optical instrument.
  • FIG. 1 shows a general diagram of a surgical laser system
  • FIG. 2 inclinometer and photo layout sensors in an optical surgical instrument
  • FIG. 3 absorption spectra of hemoglobin and water.
  • the surgical laser system (Fig. 1) consists of: lasers 1, 2, 3.
  • Laser 1 includes an emitter 4 of a laser 1 with a radiation wavelength ⁇ ⁇ , power supply 5 of laser 1, cooling system 6, power supply 7 of cooling system 6, processor 8.
  • Laser 2 includes a laser emitter 9 of a laser 2 with a radiation wavelength ⁇ 2 , a power supply unit 10 of a laser 2, a cooling system 1 1, a power supply 12 of a cooling system 1 1, a processor 13.
  • Laser 3 includes a laser emitter 14 of a laser 3 with a radiation wavelength ⁇ 3, power supply 15 of the laser 3, the cooling system 16, power supply 17, cooling system 16 of the optical and lasers 1, 2, 3 are parallel and optically conjugate.
  • Mirror 18 with a highly reflective dielectric optical coating for wavelength ⁇ (HR ⁇
  • Mirror 20 with a highly reflective dielectric optical coating for wavelength ⁇ 3 (HR ⁇ 3 ) is located on the optical axis of the laser 3.
  • Mirror 21 with dielectric optical coatings providing high pass-through wavelength ⁇ 2 (NT ⁇ , ⁇ 2 ) on one side, high reflection for wavelength ⁇ 3 (HR ⁇ 3 ) and high transmittance for wavelengths ⁇ ] ⁇ ⁇ 2 (NT ⁇ , ⁇ 2 ) on the other side, located on the optical axis laser 2.
  • the forming optics 22 is connected to the input of the optical system for transporting laser radiation 23, the output of which is connected to an optical surgical instrument 24 containing an inclinometer 25 and circumferential photosensors 26, which are designed to detect laser radiation 27 diffusely reflected from the biological tissue with a wavelength ⁇ 3 input / vyv yes 28 is connected to the programmable controller 29.
  • the programmable controller 29 is connected to the processor 8 of the laser 1, the processor 13 of the laser 2, the power supply unit 15 of the laser 3 and the power supply unit 17 of the laser cooling system 3, the actuator 30, as well as the optical surgical instrument 24 through inclinometer 25 and photosensors 26.
  • the surgical laser system operates as follows.
  • the doctor enters information on the depth of ablation of biological tissue, which enters the programmable controller 29 and then in digitized form in the processors 8 and 13 of lasers 1 and 2, respectively.
  • the doctor places the optical surgical instrument 24 in the surgical field and activates the actuator 30. 00888
  • the signal from the actuator 30 is fed to a programmable controller 29, which enables the power supply of the cooling system 17, the load of which is the cooling system 16 and the power supply 15 of the laser 3, the load of which is the laser emitter 14.
  • the radiation of the laser 3 is transported through the mirrors 20 and 21 to biological tissue through an optical input system 22 of laser radiation through a transportation system 23, an optical surgical instrument 24 and irradiates biological tissue.
  • Radiation 27 diffusely reflected from the biological tissue is detected by the photosensors 26, and the angle of inclination of the photosensors is detected by the inclinometer 25.
  • the measuring signals from the photosensors 26 and the inclinometer 25 are fed to the inputs of the programmable controller 29, the software of which allows to determine the percentage of water in the biological tissue based on calibration factors.
  • Processors 8 and 13 process data including information on the percentage of water in the biological tissue and the depth of ablation of the biological tissue, and install workers parameters of power supplies 7 and 12 of cooling systems, the loads of which are cooling systems 6 and 1 1, as well as the setting of operating parameters of laser power supplies 5 and 10, whose loads are laser RU2013 / 000888
  • the radiation of the laser 2 through the mirrors 19 and 21 is transported to the biological tissue through the forming optics 22, the optical transportation system 23 of the laser radiation, the optical surgical instrument 24 and hydrates the biological tissue.
  • the radiation 27 of the laser 3 diffusely reflected from the biological tissue is continuously detected by the photosensors 26, and the angle of the photo of the sensors is detected by an inclinometer 25, the programmable controller 29 determines the percentage of water in the biological tissue and transmits information to the processors 8 and 13 in real time.
  • the laser 1 is turned on.
  • the radiation of the laser 1 through the mirrors 18, 19 and 21 is transported to the biological tissue through the forming optics 22, the optical transportation system
  • the proposed surgical laser system is new, has an inventive step, is industrially applicable, i.e. satisfies three criteria at the same time and, therefore, meets the conditions of patentability of the invention.

Abstract

The invention relates to medical technology. The technical result is the creation of a surgical laser system for carrying out low-invasive surgical operations on bio tissues with ablation of hydrated bio tissue to a required and controllable depth. The surgical laser system comprises three lasers, a programmable controller, an input/output unit, mirrors, forming optics, an optical system for transporting laser radiation and an optical surgical instrument. The first laser is intended for ablating hydrated tissue, the second laser is intended for hydrating bio tissue and both lasers contain processors, each of which is connected to a power supply unit of its corresponding laser and to a power supply unit of a cooling system and to the programmable controller of the surgical laser system. The third laser is intended for irradiating bio tissue in the area being operated on and is connected to the programmable controller via the power supply unit of the laser and via the power supply unit of a cooling system. The programmable controller is connected by the inputs thereof to the input/output unit and to an actuating mechanism, and also to an inclinometer and to photo sensors, which are built into the optical surgical instrument, for recording the radiation from the third laser that is diffusely reflected from the bio tissue.

Description

Хирургическая лазерная система  Surgical laser system
Область техники  Technical field
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в малоинвазивной хирургии для селективной абляции мягких биотканей, костных и хрящевых тканей в ортопедии, твердых тканей зуба в стоматологии.  The invention relates to medical equipment and can be used in minimally invasive surgery for the selective ablation of soft biological tissues, bone and cartilage tissues in orthopedics, hard tooth tissues in dentistry.
Предшествующий уровень техники  State of the art
Использование лазеров в хирургии основано на эффекте поглощения энергии лазерного излучения непосредственно водой или передачи этой энергии воде опосредованно, например, через хромофоры биологических тканей: окси- и деоксигемоглобин крови, меланин и др. При проведении хирургических операций излучением лазеров требуется получать контролируемые по глубине отверстия или разрезы, удалять только патологически измененную ткань.  The use of lasers in surgery is based on the effect of absorbing the energy of laser radiation directly from water or transferring this energy to water indirectly, for example, through the chromophores of biological tissues: blood oxy- and deoxyhemoglobin, melanin, etc. When carrying out surgical operations with laser radiation, it is required to obtain holes controlled by depth or cuts, remove only pathologically altered tissue.
Среди лазеров среднего инфракрасного диапазона, излучение которых интенсивно поглощается водой, наибольшее распространение в хирургии получили С02- и EnYAG лазеры. Among the mid-infrared lasers whose radiation is absorbed by the water-intensive, the most widely used in surgery received C0 2 - and EnYAG lasers.
С02-лазер или лазер на углекислом газе генерирует излучение с длиной волны 10600 нм. Длина волны приходится на один из пиков спектра поглощения энергии водой. Недостатком С02-лазеров является наибольшая глубина теплового воздействия в сравнении с другими абляционными лазерами, и, как следствие, максимально частые побочные эффекты. Er:YAG - эрбиевый лазер, длина волны излучения 2940 нм. Данная длина волны приходится на максимальный пик поглощения энергии водой. Это самый точный из абляционных лазеров, применяемых в медицине. Излучение EnYAG лазера может выпаривать ткани на глубину 4-6 микрон, что сопоставимо с размером клетки (Н. P. Weber, М. Frenz, В. Ott, U. Dittli, I.Genyk, В. Walpoth, Т. Schaffher, and Th. Carrel "C02, Ho:YAG and Er:YAG Lasers for Transmyocardial Laser Revascularization" Laser Physics, Vol. 9, No. 2, 1999, pp. 602-608). A CO 2 laser or carbon dioxide laser generates radiation with a wavelength of 10,600 nm. The wavelength falls on one of the peaks of the energy absorption spectrum of water. The disadvantage of C0 2 lasers is the greatest depth of heat exposure in comparison with other ablation lasers, and, as a result, the most frequent side effects. Er: YAG - erbium laser, radiation wavelength 2940 nm. This wavelength falls at the maximum peak of energy absorption by water. This is the most accurate of ablation lasers used in medicine. EnYAG laser radiation can evaporate tissue to a depth of 4-6 microns, which is comparable to cell size (N. P. Weber, M. Frenz, B. Ott, U. Dittli, I. Genyk, B. Walpoth, T. Schaffher, and Th. Carrel "C0 2 , Ho: YAG and Er: YAG Lasers for Transmyocardial Laser Revascularization" Laser Physics, Vol. 9, No. 2, 1999, pp. 602-608).
Существенным недостатком перечисленных лазеров является эффект высушивания нижележащих слоев биоткани, т. е. их дегидратации. Потеря воды, поглощающей лазерное излучение, препятствует дальнейшему процессу абляции, поэтому глубина рассечения биоткани ограничена и не всегда достаточна для проведения хирургической операции, а повышение плотности мощности излучения с целью достижения более глубокого надреза биоткани приводит лишь к её карбонизации. Поэтому создание лазерной системы, способной в процессе хирургической операции дополнительно гидратировать биоткань, является актуальной проблемой на пути дальнейшего развития лазерной хирургии.  A significant drawback of these lasers is the effect of drying the underlying layers of biological tissue, i.e., their dehydration. The loss of water absorbing laser radiation prevents the further ablation process, therefore, the depth of dissection of the biological tissue is limited and not always sufficient for surgery, and increasing the radiation power density in order to achieve a deeper incision of the biological tissue only leads to its carbonization. Therefore, the creation of a laser system capable of additionally hydrating biological tissue during a surgical operation is an urgent problem on the way of further development of laser surgery.
Известна хирургическая лазерная система, состоящая из двух лазеров, один из которых генерирует излучение в области 2.09 мкм, второй генерирует излучение в области 532 нм, системы питания и управления параметрами излучения лазеров, единой системы охлаждения, единой системы транспортировки излучения двух лазеров к оперируемой ткани (заявка РФ N2 2009141 140 МП А61В 18/00 (2006.01), опубликована 20.05.201 1). Взаимное излучение этих лазеров не только дополняет друг друга, но и создает необходимые условия для достижения положительного эффекта каждым из отдельных лазеров: при операции на мягких тканях излучение первого лазера обеспечивает гидратацию оперируемых тканей и инициирует процесс гемостаза, а излучение второго лазера производит разрез и/или абляцию гидрофильных тканей и завершает процесс гемостаза. Излучение первого лазера лежит в области длин волн 375 - 440 нм или 531 - 578 нм, а излучение второго лазера лежит в области длин волн 2.09 - 10.6 мкм. A known surgical laser system consisting of two lasers, one of which generates radiation in the region of 2.09 μm, the second generates radiation in the region of 532 nm, a power system and control parameters of laser radiation, a unified cooling system, a unified system for transporting the radiation of two lasers to the operated tissue (RF application N2 2009141 140 MP A61B 18/00 (2006.01), published 05/20/2011 1). The mutual radiation of these lasers not only complements each other, but also creates the necessary conditions for achieving a positive effect by each of the individual lasers: during soft tissue surgery, the radiation of the first laser provides hydration of the operated tissues and initiates the process of hemostasis, and the radiation of the second laser makes an incision and / or ablation of hydrophilic tissues and completes the process of hemostasis. The radiation of the first laser lies in the wavelength range of 375-440 nm or 531 - 578 nm, and the radiation of the second laser lies in the wavelength range of 2.09 - 10.6 μm.
Невозможность визуального определения врачом состояния оперируемой биологической ткани, отсутствие возможности автоматического контроля и управления режимами работы обоих лазеров для достижения желаемого эффекта гидратации и абляции, опасность перегрева и карбонизации недостаточно гидратированной биоткани являются недостатками данной хирургической лазерной системы.  The inability to visually determine the condition of the operated biological tissue by a doctor, the inability to automatically monitor and control the operation modes of both lasers to achieve the desired effect of hydration and ablation, the risk of overheating and carbonization of insufficiently hydrated biological tissue are the disadvantages of this surgical laser system.
Современной тенденцией развития лазерной медицины является создание и применение при хирургических вмешательствах, так называемых интеллектуальных медицинских лазерных систем (smart laser medical systems). Это подразумевает включение в их состав средства программного и информационно- го обеспечения, оперативной диагностики и адаптивного управления процессами воздействия излучения на биологические ткани. The current trend in the development of laser medicine is the creation and use in surgical interventions, the so-called intelligent medical laser systems (smart laser medical systems). This implies the inclusion of software and information It provides, operational diagnostics and adaptive control of the processes of radiation exposure on biological tissues.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является устройство для лазерной обработки биологической ткани, содержащее блок управления, выходы которого соединены с блоком питания лазеров, импульсные лазеры, оптические оси которых параллельны, оптически сопряженные отражательное и селективно отражательное для длины волны первого лазера и прозрачное для длины волны второго лазера зеркала, которые расположены на осях первого и второго лазеров, соответственно, установленные на оптической оси второго лазера, фокусирующую систему и оптическое волокно с наконечником, выход которого является оптическим выходом устройства, введен третий импульсный лазер, оптическая ось которого параллельна оптическим осям двух других лазеров, а на его оси установлено отражательное зеркало, причем отражательные зеркала установлены с возможностью вывода их из хода излучения (патент РФ N° 2096051 , МПК(6) A61N5/06, А61С5/00, опубликован 20.1 1.1997). На оптической оси второго лазера за селективным зеркалом установлено второе селективно отражательное для длины волны третьего лазера и прозрачное для длины волны первого и второго лазеров, зеркало, оптически сопряженное с отражательным зеркалом, установленным на оси третьего лазера, фокусирующей системой и входом оптического волокна, расположенных на оси второго лазера. Кроме того, на каждой из осей первого и третьего лазеров последовательно по ходу излучения расположены фокусирующая система и оптическое волокно и наконечником, выходы, которых являются оптическими входами устройства. Устройство снабжено хотя бы одним приемником информации о состоянии биологической ткани, вход которого сопряжен с местом воздействия на ткань, а выход соединен с входом блока управления, выходы которого соединены с входами электронных ключей, установленных в цепях соединения каждого лазера с блоком питания. Приемник информации о состоянии биологической ткани может быть выполнен в виде спектроанализатора в области 200-1500 нм, или в виде фотоэлектрического приемника инфракрасного излучения, или в виде акустического приемника. Совокупность введенных в устройство хотя бы одного приемника информации о состоянии обрабатываемой биологической ткани, выход которого соединен с входом блока управления, и электронных ключей, установленных в цепях питания лазеров, и управляемых выходными сигналами блока управления, представляют собой систему обратной связи, которая обеспечивает автоматические контроль и оптимальное управление параметрами излучений лазеров в зависимости от состояния обрабатываемой ткани и тем самым обеспечивает минимальную инвазивность. Недостатком данного устройства является низкая эффективность системы управления лазерами, которая осуществляется блоком управления через блоки питания лазеров при помощи электронных ключей, переключающих лазеры в зависимости от типа обрабатываемой ткани, за счет обратной связи осуществляемой через приемник информации о состоянии биологической ткани. Поскольку с физической точки зрения реальные биоткани представляют собой неоднородные многокомпонентные среды, то для обработки общей информации о состоянии биологической ткани от одного или нескольких приемников с целью последующего выбора наиболее оптимальных режимов работы каждого из лазеров требуется использование сложного программного обеспечения и дорогостоящей компьютерной системы. The closest analogue to the claimed technical solution is a device for laser processing of biological tissue, containing a control unit, the outputs of which are connected to a laser power supply, pulsed lasers whose optical axes are parallel, optically coupled reflective and selectively reflective for the wavelength of the first laser and transparent for length the waves of the second laser of the mirror, which are located on the axes of the first and second lasers, respectively, mounted on the optical axis of the second laser, focusing a third system and an optical fiber with a tip whose output is the optical output of the device, a third pulsed laser is introduced, the optical axis of which is parallel to the optical axes of two other lasers, and a reflective mirror is installed on its axis, and reflective mirrors are installed with the possibility of removing them from the radiation path ( RF patent N ° 2096051, IPC (6) A61N5 / 06, A61C5 / 00, published 20.1 1.1997). A second selectively reflective for the wavelength of the third laser and transparent for the wavelength of the first and second lasers, a mirror optically coupled to the reflective mirror mounted on the axis of the third laser and a focusing system is installed on the optical axis of the second laser behind the selective mirror and an optical fiber input located on the axis of the second laser. In addition, on each of the axes of the first and third lasers, a focusing system and an optical fiber and a tip are located sequentially along the radiation, the outputs of which are the optical inputs of the device. The device is equipped with at least one receiver of information about the state of biological tissue, the input of which is connected to the place of impact on the tissue, and the output is connected to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the inputs of electronic keys installed in the connection circuits of each laser with a power supply. The receiver of information about the state of biological tissue can be made in the form of a spectrum analyzer in the region of 200-1500 nm, or in the form of a photoelectric infrared detector, or in the form of an acoustic receiver. The set of at least one receiver of information on the status of the processed biological tissue, the output of which is connected to the input of the control unit, and electronic keys installed in the laser power circuits and controlled by the output signals of the control unit, is a feedback system that provides automatic control and optimal control of the parameters of laser radiation depending on the state of the treated tissue and thereby ensures minimal invasiveness. The disadvantage of this device is the low efficiency of the laser control system, which is carried out by the control unit through the laser power supply units using electronic keys that switch the lasers depending on the type of tissue being processed, due to the feedback on the status of the biological tissue carried out through the receiver. Since, from a physical point of view, real biological tissues are heterogeneous multicomponent media, for processing general information on the state of biological tissue from one or more receivers with the aim of subsequently choosing the most optimal operating modes for each of the lasers, complex software and an expensive computer system are required.
Выбор рабочих режимов хирургической лазерной системы с использованием эффективно поглощаемого водой излучения лазеров зависит от содержащейся в биологической ткани воды в виде внутриклеточной и межтканевой жидкости. Поэтому для автоматического управления процессами воздействия лазерного излучения на биоткань, необходимой и достаточной информацией может служить процентное содержание воды в оперируемой биоткани, определить которое можно посредством регистрации диффузно отраженного от биоткани лазерного излучения. Техническим результатом изобретения является создание хирургической лазерной системы для проведения малоинвазивных хирургических операций на биотканях с абляцией гидратированной биоткани на необходимую и контролируемую глубину. The choice of operating modes of a surgical laser system using laser radiation effectively absorbed by water depends on the water contained in the biological tissue in the form of intracellular and interstitial fluid. Therefore, for the automatic control of the processes of the action of laser radiation on biological tissue, the percentage of water in the operated biological tissue, which can be determined by recording laser radiation diffusely reflected from the biological tissue, can serve as necessary and sufficient information. The technical result of the invention is the creation of a surgical laser system for minimally invasive surgical operations on biological tissues with ablation of hydrated biological tissue to the required and controlled depth.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
Технический результат достигается тем, что хирургическая лазерная система содержит три лазера, программируемый контроллер, блок ввода/вывода, зеркала, формирующую оптику, оптическую систему транспортировки лазерного излучения, оптический хирургический инструмент.  The technical result is achieved by the fact that the surgical laser system contains three lasers, a programmable controller, an input / output unit, mirrors, forming optics, an optical system for transporting laser radiation, and an optical surgical instrument.
Оптические оси лазеров параллельны и оптически сопряжены, на них расположены зеркала. Зеркала имеют следующие характеристики:  The optical axes of the lasers are parallel and optically coupled; mirrors are located on them. Mirrors have the following characteristics:
- зеркало, расположенное на оптической оси первого лазера, имеет высокоотражающее диэлектрическое оптическое покрытие для длины волны λι (HR λι), что соответствует длине волны излучения первого лазера;  - the mirror located on the optical axis of the first laser has a highly reflective dielectric optical coating for wavelength λι (HR λι), which corresponds to the radiation wavelength of the first laser;
- зеркало, расположенное на оптической оси третьего лазера имеет высокоотражающее диэлектрическое оптическое покрытие для длины волны λ3 (HR λ3), что соответствует длине волны излучения третьего лазера; - the mirror located on the optical axis of the third laser has a highly reflective dielectric optical coating for wavelength λ3 (HR λ 3 ), which corresponds to the radiation wavelength of the third laser;
- на оптической оси второго лазера расположены два зеркала: одно из них имеет диэлектрические оптические покрытия, которые обеспечивают высокое пропускание для длины волны излучения второго лазера λ2 (НТ λ2) на одной стороне, высокое отражение для длины волны λι (HR λι) и высокое пропускание для длины волны λ2 (НТ λ2) на другой стороне; второе зеркало с диэлектрическими оптическими покрытиями, обеспечивающими высокое пропускание для длин волн λ] и λ2 (НТ λι, λ2) на одной стороне, высокое отражение для длины волны λ3 (HR λ3) и высокое пропускание для длин волн λ и λ2 (НТ λι, λ2) на другой стороне. - two mirrors are located on the optical axis of the second laser: one of them has dielectric optical coatings that provide high transmission for the radiation wavelength of the second laser λ 2 (NT λ 2 ) on one side, high reflection for wavelength λι (HR λι) and high transmittance for wavelength λ 2 (NT λ 2 ) on the other side; a second mirror with dielectric optical coatings providing high transmittance for wavelengths λ] and λ 2 (NT λι, λ 2 ) on one side, high reflection for wavelength λ 3 (HR λ 3 ) and high transmittance for wavelengths λ and λ 2 (NT λι, λ 2 ) on the other side.
Каждый из трех лазеров имеет лазерный излучатель, соединенный с соответствующим ему блоком питания лазера, систему охлаждения, соединенную с соответствующим ей блоком питания системы охлаждения. Первый и второй лазеры содержат процессоры, каждый из которых соединен с блоком питания своего лазера и блоком питания системы охлаждения и программируемым контроллером хирургической лазерной системы. Третий лазер соединен с программируемым контроллером через блок питания лазера и блок питания системы охлаждения. Программируемый контроллер своими входами соединен с блоком ввода/вывода и исполнительным механизмом, а также инклинометром и фотодатчиками, встроенными в оптический хирургический инструмент для регистрации диффузно отраженного от биоткани лазерного излучения с длиной волны λ3. Each of the three lasers has a laser emitter connected to its corresponding laser power supply, a cooling system connected to its corresponding power supply of the cooling system. The first and second lasers contain processors, each of which is connected to the power supply unit of its laser and the power supply unit of the cooling system and the programmable controller of the surgical laser system. The third laser is connected to the programmable controller through a laser power supply and a cooling system power supply. The programmable controller is connected with its inputs to the input / output unit and the actuator, as well as an inclinometer and photosensors built into the optical surgical instrument for recording laser radiation diffusely reflected from the biological tissue with a wavelength of λ 3 .
Первый лазер с длиной волны излучения 2940 нм предназначен для абляции гидратированной биоткани, работает в импульсном и/или импульсно-периодическом режиме. Эффективную абляцию гидратированной биоткани может обеспечить излучение других лазерных источников, излучающих в диапазоне длин волн 2600 - 2940 нм, например, твердотельные лазеры с активной средой EnYLF, Cr, Er:YSGG, Er:YAG. The first laser with a wavelength of 2940 nm is designed for ablation of hydrated biological tissue, operates in pulse and / or pulse-periodic mode. The effective ablation of hydrated biological tissue can be achieved by radiation from other laser sources emitting in the wavelength range 2600 - 2940 nm, for example, solid-state lasers with an active medium EnYLF, Cr, Er: YSGG, Er: YAG.
Второй лазер с длиной волны излучения 405 нм предназначен для гидратации биоткани, работает в импульсном и/или импульсно-периодическом режиме. Необходимое для эффективной гидратации биоткани излучение могут обеспечить другие лазерные источники в диапазоне длин волн 370 - 480 нм или 531 - 532 нм, или 577 нм, поскольку в этом диапазоне лежит ряд интенсивных полос в спектре поглощения гемоглобина.  The second laser with a radiation wavelength of 405 nm is designed for hydration of biological tissue, operates in a pulsed and / or pulsed-periodic mode. The radiation necessary for effective hydration of biological tissue can be provided by other laser sources in the wavelength range of 370 - 480 nm or 531 - 532 nm, or 577 nm, since a number of intense bands in the absorption spectrum of hemoglobin lie in this range.
Третий лазер с длиной волны излучения 980 нм предназначен для облучения биоткани в оперируемой зоне, работает в непрерывном и/или импульсном режиме с высокой стабилизацией выходной мощности. Его диффузно отраженное от биоткани излучение используется для определения процентного содержания воды в биоткани. Для этих целей также может быть использовано излучение лазерных источников в диапазоне длин волн 980 - 1800 нм, поскольку в этом диапазоне лежит ряд полос в спектре поглощения воды.  The third laser with a wavelength of 980 nm is designed to irradiate biological tissue in the operated area, operates in continuous and / or pulsed mode with high stabilization of the output power. Its radiation diffusely reflected from biological tissue is used to determine the percentage of water in biological tissue. For these purposes, laser radiation can also be used in the wavelength range of 980 - 1800 nm, since a number of bands in the absorption spectrum of water lie in this range.
Используемые в лазерах системы охлаждения могут быть выполнены как компрессионными, так и на основе термоэлектрических модулей. Формирующая оптика предназначена для коррекции лазерного излучения, обеспечивает необходимые геометрические параметры лазерного пучка для ввода его в систему транспортировки лазерного излучения. The cooling systems used in lasers can be made both compression and based on thermoelectric modules. The forming optics is intended for the correction of laser radiation, provides the necessary geometric parameters of the laser beam to enter it into the laser radiation transportation system.
Оптическая система транспортировки лазерного излучения может быть выполнена в виде зеркально-шарнирного световода, гибкого полого волновода и в виде оптического волокна.  The optical system for transporting laser radiation can be made in the form of a mirror-articulated fiber, a flexible hollow waveguide, and in the form of an optical fiber.
Оптический хирургический инструмент выполнен с возможностью установки сменных оптических насадок, имеющих различную конфигурацию (прямая, изогнутая под углом) и обеспечивающих фокусировку лазерного пучка в зоне воздействия лазерного излучения на биоткань, изготовлен из современных материалов, способных выдержать многократную стерилизацию антисептическими средствами, имеет эргономичный дизайн и содержит встроенный инклинометр и фотодатчики, которые расположены на торцевой окружности оптического хирургического инструмента для регистрации диффузно отраженного лазерного излучения.  The optical surgical instrument is made with the possibility of installing interchangeable optical nozzles having various configurations (straight, bent at an angle) and providing focusing of the laser beam in the area of laser radiation exposure on the biological tissue, made of modern materials capable of withstanding repeated sterilization with antiseptic agents, has an ergonomic design and contains a built-in inclinometer and photosensors, which are located on the end circumference of an optical surgical instrument for istratsii diffusely reflected laser radiation.
' Диффузно отраженное от биоткани лазерное излучение с длиной волны 980 нм или в диапазоне длин волн 980 - 1800 нм регистрируется фотодатчиками, которые могут быть выполнены в виде матрицы быстродействующих фотодиодов. Фотодатчики могут быть покрыты оптическими фильтрами, пропускающими только регистрируемую длину волны отраженного лазерного излучения. Поскольку интенсивность диффузно отраженного от биоткани лазерного излучения меняется в зависимости от угла его регистрации, то необходимо вводить калибровочные коэффициенты, величина которых связана с углом регистрации отраженного излучения фотодатчиком. 'Laser radiation diffusely reflected from biological tissue with a wavelength of 980 nm or in the wavelength range of 980 - 1800 nm is detected by photosensors, which can be made in the form of a matrix of high-speed photodiodes. The photosensors can be coated with optical filters that let through only the recorded wavelength of the reflected laser radiation. Since the intensity of laser radiation diffusely reflected from biological tissue varies depending on the angle of its registration, it is necessary to introduce calibration coefficients, the value of which is related to the angle of registration of reflected radiation by the photosensor.
Данные об угле регистрации диффузно отраженного от биоткани лазерного излучения передает малогабаритный инклинометр, который может быть выполнен на базе тонкопленочных и MEMS -технологий и представляет собой двухосевой датчик угла наклона, который по принципу электронного ватерпаса обеспечивает угловое разрешение +/-0,01 градуса.  The data on the recording angle of laser radiation diffusely reflected from the biological tissue are transmitted by a small inclinometer, which can be made on the basis of thin-film and MEMS technologies and is a two-axis angle sensor, which, according to the electronic spirit level principle, provides an angular resolution of +/- 0.01 degrees.
Блок ввода/вывода предназначен для ввода исходных данных, таких как включения/отключения лазерной системы от электрической сети, ввода информации о глубине абляции биоткани, отображения графической и текстовой информации о режимах работы лазеров и возможных неисправностях лазерной системы.  The input / output unit is intended for inputting initial data, such as turning on / off the laser system from the electric network, entering information on the depth of ablation of biological tissue, displaying graphical and textual information on laser operating modes and possible laser system malfunctions.
Программируемый контроллер осуществляет обработку информации, поступающей от блока ввода/вывода, инклинометра, фотодатчиков и на основании калибровочных коэффициентов определяет процентное содержание воды в биоткани, осуществляет информационный обмен с процессорами, управляющими рабочими параметрами лазеров. T RU2013/000888 The programmable controller processes the information received from the input / output unit, inclinometer, photosensors and, based on calibration factors, determines the percentage of water in the biological tissue, carries out information exchange with processors that control the operating parameters of the lasers. T RU2013 / 000888
12 12
В качестве процессоров, осуществляющих управление параметрами лазеров с длинами волн излучения 2940 нм и 405 нм, могут быть использованы процессоры со встроенной микросхемой памяти. Это позволяет размещать процессор непосредственно в корпусе лазера и хранить индивидуальные настройки параметров излучения лазера: энергию в импульсе, длительность импульса, частоту следования импульсов, при этом лазер становится интеллектуальным устройством. Выбор процессора для каждого из двух лазеров продиктован тем, что расчеты для установки рабочих режимов должны происходить в реальном масштабе времени при максимальной скорости обработки информации, что сложно осуществить при использовании одного универсального процессора.  As processors that control the parameters of lasers with emission wavelengths of 2940 nm and 405 nm, processors with an integrated memory chip can be used. This allows you to place the processor directly in the laser housing and store individual settings for laser radiation parameters: energy per pulse, pulse duration, pulse repetition rate, and the laser becomes an intelligent device. The choice of processor for each of the two lasers is dictated by the fact that the calculations for setting the operating modes must occur in real time at the maximum speed of information processing, which is difficult to use when using one universal processor.
Исполнительный механизм предназначен для активации врачом работы лазеров, переключения или прекращения их работы через программируемый контроллер. Исполнительный механизм может быть выполнен в виде педали или кнопки, расположенной на хирургическом оптическом инструменте или пиктограммы на экране блока ввода/вывода или представлять собой комбинацию нескольких исполнительных механизмов, например, ножной педали и кнопки на хирургическом оптическом инструменте.  The actuator is designed to activate the operation of the laser by the doctor, switching or stopping their work through a programmable controller. The actuator can be made in the form of a pedal or button located on the surgical optical instrument or an icon on the screen of the input / output unit or can be a combination of several actuators, for example, a foot pedal and a button on the surgical optical instrument.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 изображена общая схема хирургической лазерной системы; на фиг. 2 - схема расположения инклинометра и фото- датчиков в оптическом хирургическом инструменте; на фиг. 3 - спектры абсорбции гемоглобина и воды. In FIG. 1 shows a general diagram of a surgical laser system; in FIG. 2 - inclinometer and photo layout sensors in an optical surgical instrument; in FIG. 3 - absorption spectra of hemoglobin and water.
Вариант осуществления изобретения  An embodiment of the invention
Хирургическая лазерная система (фиг. 1) состоит из: лазеров 1 , 2, 3. Лазер 1 включает излучатель 4 лазера 1 с длиной волны излучения λ\, блок питания 5 лазера 1 , систему охлаждения 6, блок питания 7 системы охлаждения 6, процессор 8. Лазер 2 включает излучатель 9 лазера 2 с длиной волны излучения λ2, блок питания 10 лазера 2, систему охлаждения 1 1 , блок питания 12 системы охлаждения 1 1, процессор 13. Лазер 3 включает излучатель 14 лазера 3 с длиной волны излучения λ3, блок питания 15 лазера 3, систему охлаждения 16, блок питания 17 системы охлаждения 16. Оптические оси лазеров 1, 2, 3 параллельны и оптически сопряжены. Зеркало 18 с высокоотражающим диэлектрическим оптическим покрытием для длины волны λι (HR λ|) расположено на оптической оси лазера 1. Зеркало 19 с диэлектрическими оптическими покрытиями, обеспечивающими высокое пропускание для длины волны λ2 (НТ λ2) на одной стороне, высокое отражение для длины волны λ) (HR λι) и высокое пропускание для длины волны λ2 (НТ λ2) на другой стороне, расположено на оптической оси лазера 2. Зеркало 20 с высокоотражающим диэлектрическим оптическим покрытием для длины волны λ3 (HR λ3) расположено на оптической оси лазера 3. Зеркало 21 с диэлектрическими оптическими покрытиями, обеспечивающими высокое пропуска- ние для длин волн
Figure imgf000016_0001
λ2 (НТ λι, λ2) на одной стороне, высокое отражение для длины волны λ3 (HR λ3) и высокое пропускание для длин волн λ]Η λ2 (НТ λι, λ2) на другой стороне, расположено на оптической оси лазера 2. Формирующая оптика 22 соединена с входом оптической системы транспортировки 23 лазерного излучения, выход которой соединен с оптическим хирургическим инструментом 24, содержащим инклинометр 25 и встроенные по окружности фотодатчики 26, которые предназначены для регистрации диффузно отраженного от биоткани лазерного излучения 27 с длиной волны λ3 Блок ввода/вывода 28 соединен с программируемым контроллером 29. Программируемый контролер 29 своими входами/выходами соединён с процессором 8 лазера 1 , процессором 13 лазера 2, блоком питания 15 лазера 3 и блоком питания 17 системы охлаждения лазера 3, исполнительным механизмом 30, а также с оптическим хирургическим инструментом 24 через инклинометр 25 и фотодатчиками 26. The surgical laser system (Fig. 1) consists of: lasers 1, 2, 3. Laser 1 includes an emitter 4 of a laser 1 with a radiation wavelength λ \ , power supply 5 of laser 1, cooling system 6, power supply 7 of cooling system 6, processor 8. Laser 2 includes a laser emitter 9 of a laser 2 with a radiation wavelength λ 2 , a power supply unit 10 of a laser 2, a cooling system 1 1, a power supply 12 of a cooling system 1 1, a processor 13. Laser 3 includes a laser emitter 14 of a laser 3 with a radiation wavelength λ 3, power supply 15 of the laser 3, the cooling system 16, power supply 17, cooling system 16 of the optical and lasers 1, 2, 3 are parallel and optically conjugate. Mirror 18 with a highly reflective dielectric optical coating for wavelength λι (HR λ |) is located on the optical axis of laser 1. Mirror 19 with dielectric optical coatings providing high transmittance for wavelength λ 2 (NT λ 2 ) on one side, high reflection for wavelength λ) (HR λι) and high transmittance for wavelength λ 2 (NT λ 2 ) on the other side, located on the optical axis of laser 2. Mirror 20 with a highly reflective dielectric optical coating for wavelength λ 3 (HR λ 3 ) is located on the optical axis of the laser 3. Mirror 21 with dielectric optical coatings providing high pass-through wavelength
Figure imgf000016_0001
λ 2 (NT λι, λ 2 ) on one side, high reflection for wavelength λ3 (HR λ 3 ) and high transmittance for wavelengths λ] Η λ 2 (NT λι, λ 2 ) on the other side, located on the optical axis laser 2. The forming optics 22 is connected to the input of the optical system for transporting laser radiation 23, the output of which is connected to an optical surgical instrument 24 containing an inclinometer 25 and circumferential photosensors 26, which are designed to detect laser radiation 27 diffusely reflected from the biological tissue with a wavelength λ 3 input / vyv yes 28 is connected to the programmable controller 29. The programmable controller 29 is connected to the processor 8 of the laser 1, the processor 13 of the laser 2, the power supply unit 15 of the laser 3 and the power supply unit 17 of the laser cooling system 3, the actuator 30, as well as the optical surgical instrument 24 through inclinometer 25 and photosensors 26.
Работает хирургическая лазерная система следующим образом.  The surgical laser system operates as follows.
Через блок ввода/вывода 28 врач вводит информацию о глубине абляции биоткани, которая поступает в программируемый контроллер 29 и далее в оцифрованном виде в процессоры 8 и 13 лазеров 1 и 2 соответственно. Врач располагает оптический хирургический инструмент 24 в операционном поле и активирует исполнительный механизм 30. 00888 Through the input / output unit 28, the doctor enters information on the depth of ablation of biological tissue, which enters the programmable controller 29 and then in digitized form in the processors 8 and 13 of lasers 1 and 2, respectively. The doctor places the optical surgical instrument 24 in the surgical field and activates the actuator 30. 00888
15 fifteen
Сигнал от исполнительного механизма 30 поступает на программируемый контроллер 29, которым осуществляется включение блока питания системы охлаждения 17, нагрузкой которого является система охлаждения 16 и включение блока питания 15 лазера 3, нагрузкой которого является лазерный излучатель 14. Излучение лазера 3 через зеркала 20 и 21 транспортируется к биоткани через оптическую систему ввода 22 лазерного излучения через систему транспортировки 23, оптический хирургический инструмент 24 и облучает биоткань. Диффузно отраженное от биоткани излучение 27 регистрируется фотодатчиками 26, а угол наклона фотодатчиков регистрируется инклинометром 25. Измерительные сигналы с фотодатчиков 26 и инклинометра 25 поступают на входы программируемого контроллера 29, наличие программного обеспечения которого позволяет на основании калибровочных коэффициентов определять процентное содержание воды в биоткани. Эти данные из программируемого контроллера 29 в оцифрованном виде поступают в процессоры 8 и 13 лазеров 1 и 2. Процессоры 8 и 13 в соответствии в программным обеспечением производят обработку данных, включающих информацию о процентном содержание воды в биоткани и глубине абляции биоткани, и производят установку рабочих параметров блоков питания 7 и 12 систем охлаждения, нагрузками которых являются системы охлаждения 6 и 1 1 , а также установку рабочих параметров блоков питания лазера 5 и 10, нагрузками которых являются лазерные RU2013/000888 The signal from the actuator 30 is fed to a programmable controller 29, which enables the power supply of the cooling system 17, the load of which is the cooling system 16 and the power supply 15 of the laser 3, the load of which is the laser emitter 14. The radiation of the laser 3 is transported through the mirrors 20 and 21 to biological tissue through an optical input system 22 of laser radiation through a transportation system 23, an optical surgical instrument 24 and irradiates biological tissue. Radiation 27 diffusely reflected from the biological tissue is detected by the photosensors 26, and the angle of inclination of the photosensors is detected by the inclinometer 25. The measuring signals from the photosensors 26 and the inclinometer 25 are fed to the inputs of the programmable controller 29, the software of which allows to determine the percentage of water in the biological tissue based on calibration factors. These data from the programmable controller 29 are digitized in the processors 8 and 13 of lasers 1 and 2. Processors 8 and 13, in accordance with the software, process data including information on the percentage of water in the biological tissue and the depth of ablation of the biological tissue, and install workers parameters of power supplies 7 and 12 of cooling systems, the loads of which are cooling systems 6 and 1 1, as well as the setting of operating parameters of laser power supplies 5 and 10, whose loads are laser RU2013 / 000888
16 16
излучатели 4 и 9. Если по результатам проведенных вычислений биологическая ткань недостаточно гидратирована, то процессором 8 не выполняется включение лазера 1, процессором 13 производится включение лазера 2. emitters 4 and 9. If, according to the results of the calculations, the biological tissue is not sufficiently hydrated, then the processor 8 does not turn on the laser 1, the processor 13 turns on the laser 2.
Излучение лазера 2 через зеркала 19 и 21 транспортируется к биоткани через формирующую оптику 22, оптическую систему транспортировки 23 лазерного излучения, оптический хирургический инструмент 24 и осуществляет гидратацию биоткани. Диффузно отраженное от биоткани излучение 27 лазера 3 непрерывно регистрируется фотодатчиками 26, а угол наклона фото датчиков регистрируется инклинометром 25, программируемый контроллер 29 определяет процентное содержание воды в биоткани и передает информацию на процессоры 8 и 13 в реальном масштабе времени. В момент достижения биотканью необходимой гидратации процессором 8 осуществляется включение лазера 1. Излучение лазера 1 через зеркала 18, 19 и 21 транспортируется к биоткани через формирующую оптику 22, оптическую систему транспортировки The radiation of the laser 2 through the mirrors 19 and 21 is transported to the biological tissue through the forming optics 22, the optical transportation system 23 of the laser radiation, the optical surgical instrument 24 and hydrates the biological tissue. The radiation 27 of the laser 3 diffusely reflected from the biological tissue is continuously detected by the photosensors 26, and the angle of the photo of the sensors is detected by an inclinometer 25, the programmable controller 29 determines the percentage of water in the biological tissue and transmits information to the processors 8 and 13 in real time. When the biological tissue reaches the necessary hydration by the processor 8, the laser 1 is turned on. The radiation of the laser 1 through the mirrors 18, 19 and 21 is transported to the biological tissue through the forming optics 22, the optical transportation system
23 лазерного излучения, оптический хирургический инструмент23 laser radiation, optical surgical instrument
24 и осуществляет абляцию биоткани. Происходящие в биоткани процессы поглощения лазерного излучения наглядно отражены на фиг. 3. По достижении необходимого результата врач прекращает работу лазеров 1, 2, 3 через исполнительный механизм 30. P T/RU2013/000888 24 and ablates the biological tissue. The processes of absorption of laser radiation occurring in biological tissue are clearly reflected in FIG. 3. Upon reaching the desired result, the doctor stops the operation of lasers 1, 2, 3 through the actuator 30. PT / RU2013 / 000888
17 17
Промышленная применимость  Industrial applicability
Таким образом, в предлагаемой хирургической лазерной системе, за счет совокупности заявляемых признаков, достигается получение контролируемых по глубине разрезов биоткани, удаление только патологически измененной биоткани посредством программного управления рабочими параметрами лазеров процессорами на основании информации о процентном содержании воды в оперируемой биоткани и введенной врачом информации о глубине абляции биоткани.  Thus, in the proposed surgical laser system, due to the combination of the claimed features, it is possible to obtain depth-controlled biological tissue sections, removing only pathologically altered biological tissue by programmatically controlling the operating parameters of the laser processors based on information about the percentage of water in the operated biological tissue and information entered by the doctor about depth of ablation of biological tissue.
Предлагаемая хирургическая лазерная система является новой, обладает изобретательским уровнем, промышленно применима, т.е. удовлетворяет трём критериям одновременно и, следовательно, соответствует условиям патентоспособности изобретения.  The proposed surgical laser system is new, has an inventive step, is industrially applicable, i.e. satisfies three criteria at the same time and, therefore, meets the conditions of patentability of the invention.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Хирургическая лазерная система, состоящая из трех лазеров, оптические оси которых параллельны и оптически сопряжены, зеркал, расположенных на оптических осях каждого из лазеров и предназначенных для совмещения излучения трех лазеров, при этом зеркало, расположенное на оптической оси первого лазера, имеет высокоотражающее диэлектрическое оптическое покрытие для длины волны излучения первого лазера, зеркало, расположенное на оптической оси третьего лазера, имеет высокоотражающее диэлектрическое оптическое покрытие для длины волны излучения третьего лазера, на оптической оси второго лазера расположены два зеркала, одно из них имеет диэлектрические оптические покрытия, обеспечивающие высокое пропускание для длины волны излучения второго лазера на одной стороне, высокое отражение для длины волны первого лазера и высокое пропускание для длины волны второго лазера на другой стороне, а второе зеркало с диэлектрическими оптическими покрытиями, обеспечивающими высокое пропускание для длин волн излучения первого и второго лазеров на одной стороне и высокое отражение для длины волны излучения третьего лазера и высокое пропускание для длин волн излучения первого и второго лазеров на другой стороне, формирующей оптики, расположенной на оптической оси второго лазера, соединенной с входом оптической системы 1. A surgical laser system consisting of three lasers, the optical axes of which are parallel and optically conjugated, mirrors located on the optical axes of each laser and designed to combine the radiation of three lasers, while the mirror located on the optical axis of the first laser has a highly reflective dielectric the optical coating for the radiation wavelength of the first laser, the mirror located on the optical axis of the third laser has a highly reflective dielectric optical coating for the wavelength and radiation of the third laser, two mirrors are located on the optical axis of the second laser, one of them has dielectric optical coatings providing high transmission for the wavelength of radiation of the second laser on one side, high reflection for the wavelength of the first laser and high transmission for the wavelength of the second laser at the other side, and the second mirror with dielectric optical coatings providing high transmittance for the radiation wavelengths of the first and second lasers on one side and high reflection for the wavelength of the third laser light and high transparency to radiation of wavelengths of the first and second lasers on the other side, forming optics located on the optical axis of the second laser connected to the input of the optical system
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) транспортировки лазерного излучения, выход которой соединен с оптическим хирургическим инструментом, при этом каждый из трех лазеров имеет лазерный излучатель, соединенный с соответствующим ему блоком питания лазера, систему охлаждения, соединенную с соответствующим ей блоком питания системы охлаждения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок ввода/вывода, соединённый с программируемым контроллером, который своими входами/выходами соединен с блоком питания третьего лазера и блоком питания системы охлаждения третьего лазера, с процессором, дополнительно введенным в первый лазер и соединенным с его блоком питания и блоком питания системы охлаждения первого лазера, а также с процессором, дополнительно введенным во второй лазер и соединенным с его блоком питания и блоком питания системы охлаждения второго лазера, кроме того, входы программируемого контроллера соединены с инклинометром и фотодатчиками, встроенными в оптический хирургический инструмент, и с исполнительным механизмом. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) transporting laser radiation, the output of which is connected to an optical surgical instrument, wherein each of the three lasers has a laser emitter connected to its corresponding laser power supply, a cooling system connected to its corresponding cooling power supply, characterized in that it further comprises a unit I / O connected to a programmable controller, which is connected with its inputs / outputs to the power supply unit of the third laser and the power supply unit of the cooling system of the third azera, with a processor additionally inserted into the first laser and connected to its power supply unit and the power supply unit of the cooling system of the first laser, as well as with a processor additionally introduced to the second laser and connected to its power supply unit and the power supply unit of the cooling system of the second laser, in addition , the inputs of the programmable controller are connected to the inclinometer and photosensors built into the optical surgical instrument, and to the actuator.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что излучение первого лазера лежит в диапазоне длин волн 2600 - 2940 нм, излучение второго лазера в диапазоне длин волн 370 - 480 нм или 531 - 532 нм, или 577 нм, излучение третьего лазера в диапазоне длин волн 980 - 1800 нм.  2. The system according to claim 1, characterized in that the radiation of the first laser lies in the wavelength range of 2600 - 2940 nm, the radiation of the second laser in the wavelength range of 370 - 480 nm or 531 - 532 nm, or 577 nm, the radiation of the third laser wavelength range 980 - 1800 nm.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
3. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что оптическая система транспортировки лазерного излучения выполнена в виде зеркально-шарнирного световода. 3. The system according to claim 1, characterized in that the optical system for transporting laser radiation is made in the form of a mirror-articulated fiber.
4. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что оптическая система транспортировки лазерного излучения выполнена в виде гибкого полого волновода.  4. The system according to claim 1, characterized in that the optical system for transporting laser radiation is made in the form of a flexible hollow waveguide.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система транспортировки лазерного излучения выполнена в виде оптического волокна.  5. The system according to claim 1, characterized in that the optical system for transporting laser radiation is made in the form of an optical fiber.
6. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде педали.  6. The system according to p. 1, characterized in that the actuator is made in the form of a pedal.
7. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде кнопки, расположенной на хирургическом оптическом инструменте.  7. The system according to p. 1, characterized in that the actuator is made in the form of a button located on a surgical optical instrument.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что исполнительный механизм, выполнен в виде комбинации ножной педали и кнопки на хирургическом оптическом инструменте.  8. The system according to claim 1, characterized in that the actuator is made in the form of a combination of a foot pedal and a button on a surgical optical instrument.
9. Система по п. 1 , отличающаяся тем, что фотодатчики выполнены в виде матрицы быстродействующих фотодиодов, расположенных по торцевой окружности оптического хирургического инструмента.  9. The system according to p. 1, characterized in that the photosensors are made in the form of a matrix of high-speed photodiodes located along the end circumference of an optical surgical instrument.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2013/000888 2012-11-16 2013-10-08 Surgical laser system WO2014077734A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148625/14A RU2012148625A (en) 2012-11-16 2012-11-16 SURGICAL LASER SYSTEM
RU2012148625 2012-11-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014077734A1 true WO2014077734A1 (en) 2014-05-22

Family

ID=50731521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000888 WO2014077734A1 (en) 2012-11-16 2013-10-08 Surgical laser system

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2012148625A (en)
WO (1) WO2014077734A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020127866A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Advanced Osteotomy Tools - Aot Ag Laser source, laser device and method of cutting a tissue

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995034247A1 (en) * 1994-06-15 1995-12-21 Keravision, Inc. Laser surgical procedure and device for cornea treatment
RU2096051C1 (en) * 1995-02-24 1997-11-20 Григорий Борисович Альтшулер Apparatus for laser treatment of biological tissues (alternative embodiments)
RU2286628C1 (en) * 2005-06-01 2006-10-27 Сергей Михайлович Никифоров Pulsed-periodic gas later and surgical laser unit
US20080214988A1 (en) * 2000-12-28 2008-09-04 Palomar Medical Technologies, Inc. Methods And Devices For Fractional Ablation Of Tissue
US20090046146A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-19 Jonathan Hoyt Surgical communication and control system
RU2009141140A (en) * 2009-11-09 2011-05-20 Олег Викторович Кузьмин (RU) SURGICAL LASER SYSTEM
US20120116391A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Houser Kevin L Surgical instrument with sensor and powered control

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995034247A1 (en) * 1994-06-15 1995-12-21 Keravision, Inc. Laser surgical procedure and device for cornea treatment
RU2096051C1 (en) * 1995-02-24 1997-11-20 Григорий Борисович Альтшулер Apparatus for laser treatment of biological tissues (alternative embodiments)
US20080214988A1 (en) * 2000-12-28 2008-09-04 Palomar Medical Technologies, Inc. Methods And Devices For Fractional Ablation Of Tissue
RU2286628C1 (en) * 2005-06-01 2006-10-27 Сергей Михайлович Никифоров Pulsed-periodic gas later and surgical laser unit
US20090046146A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-19 Jonathan Hoyt Surgical communication and control system
RU2009141140A (en) * 2009-11-09 2011-05-20 Олег Викторович Кузьмин (RU) SURGICAL LASER SYSTEM
US20120116391A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Houser Kevin L Surgical instrument with sensor and powered control

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020127866A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Advanced Osteotomy Tools - Aot Ag Laser source, laser device and method of cutting a tissue
CN113194861A (en) * 2018-12-21 2021-07-30 先进截骨工具 -Aot股份公司 Laser source, laser device and method for cutting tissue
US20220061918A1 (en) * 2018-12-21 2022-03-03 Advanced Osteotomy Tools - Aot Ag Laser source, laser device and method of cutting a tissue

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012148625A (en) 2014-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11819270B2 (en) Light energy sealing, cutting and sensing surgical device
EP2618768B1 (en) Laser system for treatment of body tissue
US5951543A (en) Delivery system and method for surgical laser
US5720894A (en) Ultrashort pulse high repetition rate laser system for biological tissue processing
ES2600279T3 (en) CARLO laser-guided and robot-guided laser osteotome
KR101781711B1 (en) Method of activating a medical laser
ES2711190T3 (en) Depth controlled photoablation of human or animal tissue
JPH11502130A (en) Apparatus used for laser treatment of living tissue
JPS61249460A (en) Laser surgical apparatus
EP3060154B1 (en) Surgical laser treatment temperature monitoring
CN111050681A (en) Medical systems, devices and related methods
EP2358286B1 (en) Dynamic laser pulse systems
WO2014077734A1 (en) Surgical laser system
RU148892U1 (en) SURGICAL LASER DEVICE
KR101751230B1 (en) Medical handpiece and method for controlling the same
Apostolopoulos et al. The facts and myths for the use of lasers in orthopedic surgery
US20240108410A1 (en) Spectral detection of optical fiber flashing event
US20240111048A1 (en) Coaxial time-of-flight optical fiber distance measurement
JP5724098B2 (en) Medical laser equipment
JP2024050524A (en) Spectroscopic detection of optical fiber flashing events.
CN117881354A (en) Apparatus and method for fractional ablation treatment of tissue
Absten Quantification of Energy Delivery for Arthroscopic Laser Surgery
Absten Quantification of Energy Delivery for
JP2004173774A (en) Laser treatment apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13854765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13854765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1