PL165889B1 - Dwufalowy laser diagnostyczno-terapeutyczny ze światłowodowym układem prowadzenia wiązki - Google Patents

Abstract

Dwufalowy laser diagnostyczno-terapeutyczny ze światłowodowym układem prowadzenia wiązki promieniowania laserowego, zawierający laser ekscymerowy i laser barwnikowy, znamienny tym, ze laser barwnikowy (LB) wyposażony jest w kuwetę co najmniej dwubarwnikową (9), umieszczoną w torze promieniowania laserowego, pomiędzy pierwszym zwierciadłem (Z1), stanowiącym zwierciadło wyjściowe i drugim zwierciadłem (Z2), które tworzą rezonator płasko-płaski, przy czym pierwsze zwierciadło (Z1) pokryte jest warstwą dielektryka (10), tworzącą dwa maksima transmisji (T), z których jedno maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali (λ1) wiązki diagnostycznej, zaś drugie maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali ( 2) wiązki terapeutycznej, natomiast pierwszy światłowodowy układ prowadzenia wiązki promieniowania laserowego (USW1) usytuowanyjest na wyjściu pierwszego zwierciadła (Z1) lasera barwnikowego (LB), ponadto w torze wiązki (W) promieniowania laserowego pomiędzy laserem ekscymerowym (LE) i laserem barwnikowym (LB) usytuowana jest płytka światłodzieląca (1) z drugim światłowodowym układem prowadzenia wiązki promieniowania laserowego (USW2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwufalowy laser diagnostyczno-terapeutyczny ze światłowodowym układem prowadzenia wiązki.

Znany dwufalowy laser diagnostyczno-terapeutyczny ze światłowodowym układem prowadzenia wiązki, zawiera laser ekscymerowy, z którego wiązka promieniowania laserowego podawana jest do pierwszego lasera barwnikowego z pierwszym światłowodowym układem prowadzenia wiązki, którą stanowi wiązka diagnostyczna oraz do drugiego lasera barwnikowego z drugim światłowodowym układem prowadzenia wiązki, którą stanowi wiązka terapeutyczna. Laser dwufalowy jest również wyposażony w lampę ksenonową wraz z czoperem i układem synchronizacji, która poprzez trzeci światłowodowy układ prowadzenia wiązki oświetla obiekt badany. Dla wizualizacji badanego obiektu dwufalowy laser wyposażony jest w tor synchronizacji, za pomocą którego połączony jest elektrycznie laser ekscymerowy z kamerą oraz monitorem, stanowiącym analizator obrazu. Do kamery podawany jest obraz z obiektu diagnostyczno-terapeutycznego poprzez światłowodowy układ detekcyjny.

165 889

Niedogodnością takiego dwufalowego lasera jest, konieczność zasilania energią lasera ekscymerowego dwóch oddzielnych laserów barwnikowych, jak również duży koszt wykonania ze względu na konieczność stosowania podwójnych laserów barwnikowych, podwójnych układów optycznych i światłowodowych oraz stosowania lampy ksenonowej z czoperem i układem synchronizacji elektronicznej, co również komplikuje konstrukcję i utrudnia obsługę eksploatacyjną.

Dwufalowy laser według wynalazku wyróżnia się tym, że laser barwnikowy wyposażony jest w kuwetę co najmniej dwubarwnikową, umieszczoną w torze promieniowania laserowego, pomiędzy pierwszym zwierciadłem stanowiącym zwierciadło wyjściowe i drugim zwierciadłem, które tworzą rezonator płasko-płaski. Pierwsze zwierciadło pokryte jest warstwą dielektryka, tworzącego dwa maksima transmisji, z których jedno maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali wiązki diagnostycznej, zaś drugie maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali wiązki terapeutycznej. Pierwszy światłowodowy układ prowadzenia wiązki promieniowania laserowego usytuowany jest na wyjściu pierwszego zwierciadła lasera barwnikowego, zaś w torze wiązki promieniowania laserowego pomiędzy laserem ekscymerowym i laserem barwnikowym umieszczona jest płytka światłodzieląca z drugim światłowodowym układem prowadzenia wiązki promieniowania laserowego.

Korzystne jest jeśli w torze wiązki promieniowania laserowego umieszczony jest dzielnik wiązki promieniowania laserowego, składający się z co najmniej dwóch zwierciadeł kierujących usytuowanych kaskadowo, przy czym co najmniej jedno zwierciadło kierujące jest osadzone obrotowo.

Korzystne jest również jeśli pierwszy i drugi światłowodowy układ prowadzenia wiązki promieniowania laserowego wyposażony jest w przepust optyczny, składający się z soczewki ogniskującej osadzonej w tulei prowadzącej, umieszczonej w obudowie z pierwszym elementem justującym tulei prowadzącej, w której na wyjściu jest usytuowany element prowadzący zogniskowaną wiązkę strumienia laserowego z drugimi elementami justującymi, połączony z uchwytem światłowodu.

Dwufalowy laser według wynalazku pozwala na efektywniejsze wykorzystanie wiązki promieniowania, zwłaszcza terapeutycznej oraz obniżenie kosztów wytworzenia i ułatwienie obsługi eksploatacyjnej wraz ze zwiększeniem niezawodności. Rozdzielenie wiązki lasera, pozwala uniknąć uszkodzeń światłowodów z powodu zbyt dużej gęstości mocy transmitowanej przypadającej na powierzchnię przekroju poprzecznego światłowodu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy dwufalowego lasera, zaś fig. 2 - laser barwnikowy w ujęciu blokowym, a fig. 2a - charakterystykę transmisji pierwszego zwierciadła, natomiast fig. 3 - przepust optyczny w przekroju podłużnym, a fig. 4a - dzielnik wiązki promieniowania laserowego o dwóch zwierciadłach kierujących w ujęciu schematycznym, zaś fig. 4b - dzielnik o trzech zwierciadłach kierujących w ujęciu schematycznym, a fig. 4c - dzielnik z czterema zwierciadłami kierującymi w ujęciu schematycznym.

Laser dwufalowy pokazany na fig. 1 rysunku, zawiera laser ekscymerowy LE, z którego wiązka promieniowania laserowego W pompująca laser barwnikowy LB podawana jest poprzez płytkę światłodzielącą 1. Płytka światłodzieląca 1 dzieli wiązkę W i 90% promieniowania kieruje do lasera barwnikowego LB, zaś 10% do układu światłowodowego prowadzenia wiązki podświetlającej USW1, złożonego z przepustu optycznego 2 połączonego ze światłowodem 3. Wiązka W promieniowania laserowego, diagnostyczna lub terapeutyczna z wyjścia lasera barwnikowego LB jest podawana do układu światłowodowego USW2, wyposażonego w dzielnik wiązki promieniowania laserowego 4 oraz przepust optyczny 2' połączony ze światłowodem 3'. Wyjście elektryczne lasera LE połączone jest poprzez tor synchronizacji 5 z kamerą 6 i monitorem 7 służącym do wizualizacji obrazu diagnostyczno-terapeutycznego 8, stanowiącego guz nowotworowy. Do kamery 6 obraz obiektu 8 doprowadzany jest poprzez światłowód detekcyjny 3 oraz przepust optyczny 2.

Pokazany na fig. 2 rysunku laser barwnikowy wyposażony jest w kuwetę dwubarwnikową 9 złożoną z dwóch kamer, z których jedna wypełniona jest organicznym barwnikiem LC 4090 dla długości fali λ1 = 405nm, zaś druga komora wypełniona jest organicznym barwnikiem LC6400

165 889 dla długości fali λ 2 = 630nm. Kuweta 9 umieszczona jest w torze promieniowania laserowego, pomiędzy zwierciadłem Z1 stanowiącym zwierciadło wyjściowe i zwierciadłem Z2, które tworzą rezonator płasko-płaski. Promieniowanie laserowe z lasera barwnikowego LB podawane jest z rezonatora bezpośrednio poprzez zwierciadło Z1, pokryte warstwą dielektryka 10, tworzącego dwa maksima transmisji T. Jedno maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali λ 1 = 405 nm dla barwnika LC4090 wiązki diagnostycznej, zaś drugie maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali λ2 = 630 nm dla barwnika LC 6400, wiązki terapeutycznej. Wiązka W z lasera ekscymerowego LE podawana jest poprzez soczewkę cylindryczną 11 do komory z barwnikiem LC 4090, bądź do komory z barwnikiem LC 6400.

Na figurze 3 rysunku pokazany przepust optyczny 2, 2', 2 stanowi soczewka ogniskująca 12 osadzona w tulei prowadzącej 13 umieszczonej w obudowie 14 z elementem justującym 15 tej tulei 13, wyposażonej w elementy justujące 16, 16' elementu prowadzącego zogniskowaną wiązkę 17. Obudowa 14 połączona jest z uchwytem 18 światłowodu 3, 3', 3.

Wiązka W promieniowania laserowego poprzez otwór wlotowy wprowadzana jest do przepustu 2,2', 2, a następnie ogniskowana przez soczewkę 12 i przez otwór w elemencie prowadzącym 17 podawana jest do światłowodu 3, 3', 3. Elementy justujące 15, 16, 16' zapewniają precyzyjne, osiowe ustawienie elementów optycznych, które stanowią soczewka 12 i światłowód 3, 3', 3, względem osi wiązki promieniowania laserowego. Soczewka ogniskująca 12 stanowi adapter dopasowujący średnicę wiązki W laserowej do dużo mniejszej średnicy światłowodu 3, 3', 3. Przepust optyczny 2, 2', 2 zapewnia zachowanie wymaganego kąta aperturowego (apertura numeryczna), dopasowującego parametry fizyczne soczewki 12 do wejścia na wypolerowane czoło światłowodu 3, 3', 3. Kąt aperturowy obliczany jest z zależności:

no sin ao = n²i - n²2 gdzie:

no - współczynnik załamania otoczenia, ao - kąt aperturowy, n-ι, n2 - współczynnik załamania rdzenia i osłony światłowodu.

Ze względu na ograniczoną wytrzymałość światłowodów 3, 3', 3 na padającą gęstość mocy promieniowania laserowego, zwłaszcza dla impulsów rzędu 10⁶W/cm², skutecznym sposobem doprowadzenia wiązki W laserowej do obiektu 8 jest rozdzielenie w dzielniku wiązki promieniowania 4 pokazanym na fig. 4a, fig. 4b, fig. 4c rysunku, na kilka o zmniejszonej gęstości mocy w każdym torze.

Na figurze 4a rysunku, przedstawiony dzielnik 4 zawiera dwa zwierciadła kierujące Z3, Z4, przy czym zwierciadło Z3 osadzone jest obrotowo i posiada transmisję T = 50%, zaś zwierciadło Z4 osadzone jest kaskadowo pod zwierciadłem Z3 i posiada transmisję T = 0. Przy zwierciadle Z3 w położeniu poziomym wiązka W promieniowania laserowego jest w 100% przepuszczana przez światłowód 3a, zaś przy położeniu zwierciadła Z3 w położeniu zamykającym światłowód 3a, zwierciadło Z3 przepuszcza 50% wiązki W promieniowania laserowego, zaś pozostałe 50% wiązki W jest skierowane poprzez zwierciadło Z4 do światłowodu 3b.

Na figurze 4b rysunku, przedstawiony dzielnik 4 zawiera trzy zwierciadła kierujące Z4, Z5, Z6, przy czym zwierciadło Z5 osadzone jest przesuwnie i posiada transmisję T = 33%, zaś zwierciadło Z6 posiada transmisję T = 50%, a zwierciadło Z4 posiada transmisję T = 0. Zwierciadła Z4, Z5, Z6 są osadzone kaskadowo, przy czym zwierciadło Z5 pozwala przemiennie prowadzić wiązkę W laserową i tak zwierciadło Z5 znajdujące się w położeniu poziomym, pozwala na całkowite przepuszczenie wiązki W do światłowodu 3a, zaś zwierciadło Z5 w położeniu zamykającym wejście światłowodu 3a powoduje przepuszczenie 33% wiązki W przez światłowód 3a oraz 50% wiązki W przez światłowód 3b i pozostałą część wiązki W przez światłowód 3c.

Dzielnik 4 pokazany na fig. 4c rysunku, posiada cztery zwierciadła kierujące Z7, Z8, Z9, Z10, umieszczone nieruchomo i kaskadowo, z których każde jest o R = 100%. Wiązka W po odbiciu od zwierciadła Z7 kierowana jest do zwierciadła Z10 oraz do zwierciadła Z8, z którego część kiero165 889 5 wana jest do zwierciadła Z9. Zwierciadła Z7, Z8, Z9, Z10 kierują do światłowodów 3a, 3b, 3c równe części energii promieniowania laserowego.

Na obiekcie poddawanym oddziaływaniu wiązki W promieniowania laserowego, powstaje wzmocniony efekt pochodzący od zsumowanej wiązki W z każdego światłowodu 3a, 3b, 3c. Z każdego ze zwierciadeł Z3...Z10, wiązka W kierowana jest do światłowodu 3a, 3b, 3c poprzez przepust optyczny 2, 2'.

Dwufalowy laser działa w sposób niżej opisany. Z lasera ekscymerowego LE stanowiącego pompę wzbudzającą laser barwnikowy LB, wiązka W promieniowania laserowego podawana jest poprzez płytkę światłodzielącą 1, która 10% wiązki W kieruje do układu USW2 i służy do podświetlenia obiektu 8, zaś 90% wiązki W przepuszcza do lasera barwnikowego LB, w którym poprzez cylindryczną soczewkę ogniskującą 11 podawana jest do okienka wlotowego komory kuwety dwubarwnikowej 9 z barwnikiem LC4090, wprowadzanej mechanicznie w rezonator płasko-płaski. Barwnik ten emituje promieniowanie wiązki diagnostycznej, po czym następuje zamiana komór i wprowadzana jest komora z barwnikiem LC 6400, do której podawana wiązka W przez okienko wlotowe, powoduje wzbudzenie energetyczne i emitowane wiązki terapeutycznej. Dla wizualizacji obiektu 8 w torze rejestracji procesu laser LE swym wyjściem synchronizującym jest połączony z kamerą 6 oraz analizatorem obrazu 7, stanowiącym monitor. Do kamery 6 obraz z obiektu 8 podawany jest poprzez układ światłowodowy detekcyjny, złożony z przepustu optycznego 2 i światłowodu 3. Z kamery 6 po przetworzeniu obraz podawany jest do monitora 7.

FIGAc

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dwufalowy laser diagnostyczno-terapeutyczny ze światłowodowym układem prowadzenia wiązki promieniowania laserowego, zawierający laser ekscymerowy i laser barwnikowy, znamienny tym, że laser barwnikowy (LB) wyposażony jest w kuwetę co najmniej dwubarwnikową (9), umieszczoną w torze promieniowania laserowego, pomiędzy pierwszym zwierciadłem (Z1), stanowiącym zwierciadło wyjściowe i drugim zwierciadłem (Z2), które tworzą rezonator płasko-płaski, przy czym pierwsze zwierciadło (Z1) pokryte jest warstwą dielektryka (10), tworzącą dwa maksima transmisji (T), z których jedno maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali (λ 1) wiązki diagnostycznej, zaś drugie maksimum stanowi wartość szczytową odpowiadającą długości fali (λ 2) wiązki terapeutycznej, natomiast pierwszy światłowodowy układ prowadzenia wiązki promieniowania laserowego (USW1) usytuowany jest na wyjściu pierwszego zwierciadła (Z1) lasera barwnikowego (LB), ponadto w torze wiązki (W) promieniowania laserowego pomiędzy laserem ekscymerowym (LE) i laserem barwnikowym (LB) usytuowana jest płytka światłodzieląca (1) z drugim światłowodowym układem prowadzenia wiązki promieniowania laserowego (USW2).
2. 2. Dwufalowy laser według zastrz. 1, znamienny tym, że w torze wiązki (W) promieniowania laserowego ma umieszczony dzielnik (4) wiązki promieniowania laserowego.
3. 3. Dwufalowy laser według zastrz. 2, znamienny tym, że dzielnik (4) wiązki promieniowania laserowego składa się z co najmniej dwóch zwierciadeł kierujących (Z3...Z10) usytuowanych kaskadowo.
4. 4. Dwufalowy laser według zastrz. 3, znamienny tym, że co najmniej jedno zwierciadło kierujące (Z3...Z10) osadzone jest obrotowo.
5. 5. Dwufalowy laser według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy i drugi światłowodowy układ prowadzenia wiązki promieniowania laserowego (USW1, USW2) wyposażony jest w przepust optyczny (2, 2', 2) połączony ze światłowodem (3, 3', 3).
6. 6. Dwufalowy laser według zastrz. 5, znamienny tym, że przepust optyczny (2, 2', 2) stanowi soczewka ogniskująca (12) osadzona w tulei prowadzącej (13) umieszczonej w obudowie (14) z pierwszym elementem justującym (15) tulei prowadzącej (13), w której na wyjściu usytuowany jest element prowadzący zogniskowaną wiązkę (W) z drugimi elementami justującymi (16,16'), przy czym obudowa (14) połączona jest z uchwytem (18) światłowodu (3, 3', 3).