Васильевой Елены гр.7203.

Тема 5: Рассчитать мощность излучения лазера для хирургической установки (лазерный скальпель).

1. Основные сведения о назначении устройства с обоснованием выбора типа лазера.

Лазерная хирургия является динамически развивающейся отраслью знаний. За предшествующие три десятилетия были разработаны эффективные лазерные технологии хирургического лечения различных заболеваний, и лазерные скальпели стал привычными и эффективными инструментами для врачей крупных медицинских центров.

Привлекательность лазерных технологий объясняется рядом преимуществ перед альтернативными методами, такими как:

1) бескровность операции (следовательно, нет необходимости в крови для переливания, и исключается опасность заражения сывороточным гепатитом);

2) кратковременность операции, а значит, уменьшение нагрузки на врача и больного;

3) незначительные повреждения тканевых слоев в месте разреза;

4) стерилизующий эффект нагревания;

5) уменьшение вероятности возникновения новых опухолей при операциях по поводу рака благодаря мгновенной «перевязке» сосудов.

Длина волны лазерного излучения оказывается основным фактором, определяющим глубину воздействия излучения на биоткани, а, значит, и объем ткани, в котором происходит тепловыделение. Среди лазерных скальпелей основными являются СО₂ и YAG-скальпель. Их действие на живые ткани различается по уровню поглощения излучения водой, составляющей 70—90 % тканей человеческого тела. Излучение СО₂ лазерного скальпеля имеет длину волны 10,6 мкм (средняя инфракрасная область) и 9,6 мкм (слабой интенсивности). Это излучение хорошо поглощается водой, поэтому проникает в ткани живого тела на очень малую глубину, примерно 0,2 мм. Такая небольшая глубина проникновения лазерного излучения препятствует тепловому повреждению подлежащих органов. Значительная температура, выше 1500°С, заставляющая ткани испаряться, создается в точечной области. Благодаря этому лазерный скальпель действует лучше самого острого ножа, что и сделало его аппаратом повседневной хирургии. Для подвода излучения в любое место операционного поля от лазера-источника требуется соответствующее устройство. Сложность его изготовления состоит в том, что излучение СО₂-лазера плохо проводится стеклянными волокнами. Поэтому в настоящее время для передачи излучения применяют шарнирные суставы с зеркалами, установленными вблизи шарниров.

2. Структурная и оптическая схемы. Описание принципа действия устройства.

Требуемая мощность генерации лазера P зависит от структуры потерь лазерного излучения и минимальной мощности P_min, необходимой для решения поставленной задачи.

Лазер

P

М одулятор (τм)

Оптика (τопт)

Среда распространения (kпог, Lс)

Объект (Pmin, ρ)

В рассматриваемом случае мощность, падающая на объект, должна быть больше или равна P_min :

,

где τ_м, τ_опт – коэффициенты пропускания модулятора и оптики; k_пог и Lс – показатель поглощения и протяженность среды распространения, ρ – коэффициент отражения объекта; k_осл – коэффициент ослабления когерентной мощности в системе.

Используя условия задачи, рассчитаем P, при этом потерями в среде распространения пренебрегаем, также считаем τ_м=100%. С учетом того, что P_min/S = 7 Вт/м², получим:

Где – площадь сечения пучка;