2.3 Тепловізійної техніки і перспективи її вдосконалення

Успіхи медичної науки багато в чому залежать від якості використовуваної медичної апаратури. Тепловізори, що застосовуються зараз в тепловізійної діагностики, представляють собою скануючі пристрої, що складаються з систем дзеркал, що фокусують інфрачервоне випромінювання від поверхні тіла на чутливий приймач. Такий приймач потребує охолодження, що забезпечує високу чутливість. У приладі теплове випромінювання послідовно перетвориться в електричний сигнал, що посилюється і реєструється як півтонове зображення. В даний час застосовуються тепловізори з оптико-механічним скануванням, в яких за рахунок просторової розгортки зображення здійснюється послідовне перетворення інфрачервоного випромінювання у видиме. У термовізіонной апаратурі видиме зображення висвічується на екрані ЕПТ поелементно, тобто кадр зображення формується, як і телебаченні, шляхом переміщення променя по горизонталі й вертикалі. Отримання поелементного розгортки забезпечує оптико-механічне сканування. У результаті на виході перетворювача формується відеосигнал, подібний телевізійному. Оскільки спектральний склад частини випромінювання, яка викликає сигнал на виході перетворювача, визначається областю пропускання оптичної системи і спектральною характеристикою перетворювача, термовізіонная апаратура має ширшу область спектральної чутливості, ніж та, яка побудована на базі електронно-оптичного перетворювача. Спрощена функціональна схема термовізора наведена на малюнку Основне посилення сигналу здійснюється лінійним підсилювачем У, вихідні сигнали з якого надходять на суматор СМ1. На інший вхід суматора подається серія пилкоподібних імпульсів від блоку формування шкали температур ШТ. Крім цього для отримання складних синтезованих зображень на суматор можуть подаватися сигнали і з інших пристроїв і блоків. Таким чином СМ1 формує відеосигнал, що забезпечує отримання основного зображення з яркостной відміткою, де найбільша щільність потоку випромінювання відповідає найбільш яскравого світіння екрана ЕПТ (позитивне зображення). Результуючий сигнал, що заповнює весь час кадру, з виходу СМ1 надходить на блок формування ізотерм ІТ і на суматор СМ2 (в положенні 1 перемикача ПР). При аналізі негативного зображення сигнал з виходу СМ1 передається до СМ2 через інвертор І (положення 2 перемикача ПР), який змінює знак вихідного сигналу суматора СМ1 на протилежний. Термовізора в найпростішому варіанті мають два великих конструктивних блоки: блок сканування БС, де розміщені елементи оптичної системи, пристрою сканування, перетворювач, балансно-підсилювальний блок, пристрої для створення імпульсів, що запускають розгортки, і електронно-осцилографічний блок, що містить основну масу електронних пристроїв, блоки харчування і ЕЛТ. Електронно-осцилографічний блок останнім часом часто поєднується з мікропроцесорною системою або з міні-ЕОМ. Блок сканування розміщується на механізмі установки МУ у вигляді стійки або триноги з пристроями для повороту і нахилу, щоб направити його на контрольований об'єкт, і часто робиться переносним. Зображення, одержуване термовізором, може бути зафіксовано і оброблене за допомогою засобів обчислювальної техніки, наприклад, як це показано на рис. 4 Від термовізора до блоку управління БУ підводиться відеосигнал зображення і імпульси синхронізації (точки 1, 2 і 3 на рис. 3 та рис 4). БО організує роботу всієї системи обробки інформації, що задається оператором з пульта управління ПУ. Відеосигнал термовізора перетвориться аналого-цифровим перетворювачем АЦП в цифрову форму з допомогою інтерфейсу ІНТ, що зв'язує АЦП із загальною шиною ЗШ, після чого цифрові сигнали надходять у вимірювальний магнітофон МР і в пам'ять ЕОМ. Обробку інформації може виробляти мікропроцесор МКП або міні-ЕОМ, які використовують при цьому постійне запам'ятовуючий пристрій ПЗУ. Сформовані зображення і інша отримана інформація відображаються на відеоконтрольні пристроях ВКУ1 і ВКУ2. Загальним недоліком існуючих тепловізорів є необхідність їх охолодження до температури рідкого азоту, що обумовлює їх обмежене застосування. У 1982 році учені запропонували новий тип інфрачервоного радіометра. У його основі - плівковий термоелемент, що працює при кімнатній температурі і володіє постійною чутливістю в широкому діапазоні довжин хвиль. Недоліком термоелемента є низька чутливість і велика інерційність. З метою збільшення вихідного сигналу і підвищення чутливості в радіометрі використовується термобатарея, що складається з 70-80 з'єднаних послідовно і стислих в щільний пакет термоелементів. При цьому різко зменшуються втрати за рахунок випромінювання і конвекції повітря, що в кінцевому рахунку призводить до підвищення чутливості приблизно на порядок. Після оптимізації висоти батареї, якої прямо пропорційна чутливість приладу, точність вимірювання температури досягла приблизно 0.1 С. В даний час радіометр проходить клінічні випробування. Особливої ​​уваги заслуговують тепловізійні прилади, що працюють в міліметрових діапазонах довжин хвиль. Сконструйовано і випробувано два нових типи тепловізорів, чутливих до міліметровим електромагнітних хвиль. Ці апарати вловлюють хвилі на три порядки довший, ніж інфрачервоні. Такі хвилі проникають на велику глибину в порівнянні з тими, які вловлює звичайний інфрачервоний тепловізор. Прилади можуть розрізняти коливання температури до частки градуса в тканинах, розташованих на кілька міліметрів всередину від поверхні шкіри. Звичайний же тепловізор реєструє випромінювання тільки з поверхні тіла. Радіотермографи, що працюють в діапазоні ММВ, призначені для виявлення злоякісних утворень молочних залоз, щитовидної залози і деяких областей головного мозку. Вони незамінні для виявлення пухлин і запалень неглибокого залягання, тому що дозволяють забезпечити найбільш високу роздільну здатність і усереднення температури за найменшим об'ємом. Це особливо цінно для виявлення пухлин у початковій стадії, коли відмінність їх температури з навколишнім середовищем невелика. Підводячи підсумок огляду сучасної тепловізійної техніки, потрібно вказати на основні шляхи та перспективи її вдосконалення. Це, по-перше, підвищення рівня чіткості і ступеня контрастності тепловізійних зображень, створення відеоконтрольні пристроїв, що дають збільшене відтворення теплового зображення, а також подальша автоматизація досліджень та застосування ЕОМ. По-друге, вдосконалення методики тепловізійних досліджень різних видів захворювань. Тепловізор повинен давати інформацію про площу шкірного ділянки зі зміненою температурою і координатах фіксованого теплового поля. Передбачається створити апарати, в яких можна довільно змінювати збільшення зображення, фіксувати амплітудне розподіл температури по горизонтальних і вертикальних осях. Крім того, необхідно сконструювати прилад, здатний інтенсифікувати розвиток досліджень механізму теплопередачі і кореляції спостережуваних теплових полів з джерелами тепла всередині тіла людини. Це дозволить розробити уніфіковані методики тепловізійної діагностики. По-третє, слід продовжити пошук нових принципів роботи тепловізорів, що працюють в більш довгохвильових областях спектру з метою реєстрації максимуму теплового випромінювання тіла. У перспективі також можливе вдосконалення апаратури для надчутливого прийому електромагнітних коливань дециметрових, сантиметрових і міліметрових діапазонів. 3. Лазерна медична установка для цілей променевої терапії "Імпульс-1" 3.1 Структурна схема Лазерна медична установка "Імпульс-1" - перший вітчизняний апарат, створений і розроблений для ведення лазеротерапії відповідно до медико-технічною вимогою Міністерства охорони здоров'я СРСР. Розробка установки була закінчена в 1971 році. У тому ж році Комітет з нової медичної техніки Міністерства охорони здоров'я СРСР дав рекомендацію до випуску промислової партії цих установок, яка і була виготовлена ​​в 1975 році на Свердловському заводі електромедичної апаратури. Установка "Імпульс-1" розроблена на базі спеціально створеного для неї потужного імпульсного лазера на неодимовому склі. Установка (див. рис. 1) складається з наступних основних частин: операційного апарату, накопичувача енергії та головного пульта живлення і управління.

3.2 Функціональна схема Конструктивна схема операційного апарату установки наведена на малюнку 2.

Операційний апарат складається з горизонтального стовбура 1, встановленого на вертикальній стійці 2. Стовбур може повертатися навколо горизонтальної осі I і вертикальної осі II. Вертикальна стійка 2 жорстко закріплена на платформі 3. Платформа забезпечена колесами для переміщення апарату по підлозі. До вертикальної стійки прикріплений поручень. Усередині стовбура 1 жорстко закріплені лазерний випромінювач 4, калориметричний блок 5 і блок запалювання 6. На кінець стовбура 1 встановлено телескопічний вал 7 з поворотно-фокусуючий головкою 8. Телескопічний вал 7 можна переміщати уздовж його власної осі симетрії III і повертати навколо тієї ж осі III разом з поворотно-фокусуючий головкою 8. Головка 8 жорстко закріплена на кінці телескопічного валу. На ньому жорстко закріплена і рукоятка 9, охоплює поворотно-фокусуючу головку 8. Усередині головки 8 жорстко зафіксовані селективно відображає лазерне випромінювання дзеркало 10, фокусуються лінза 11, конденсор 12 і лампочка розжарювання 13. Лазерний випромінювач 4 виконаний у вигляді окремого блоку. Активним елементом у ньому є стрижень з неодимового скла ПГЛС-1 діаметром 45 мм і довжиною 617 мм. Активний елемент збуджується за допомогою чотирьох ксенонових ламп накачування ІПФ-20000, розташованих в чотирипелюсткових освітлювачі з чотирма V-образними відбивачами, виготовленими з нержавіючої сталі. Внутрішні поверхні відбивачів поліровані і мають добре відбиває срібне покриття. Активний елемент розташований в корпусі освітлювача вздовж осі симетрії. Корпус освітлювача виготовлений з нержавіючої сталі. Торці активного елементу ущільнені в корпусі освітлювача за допомогою індіевих кілець, що стискаються циліндричними власниками дзеркал резонатора. Глухе і напівпрозоре дзеркала, встановлені паралельно торцях активного елементу, герметизує порожнини між дзеркалом і активним елементом. При цьому бічними стінками порожнин є циліндричні поверхні володарів дзеркал резонатора. Внутрішня порожнина освітлювача, лампи накачування і активний елемент омиваються 0.02% розчином K ₂ Cr ₂ O ₄ в дистильованої води, що циркулює через освітлювач. Напівпрозоре дзеркало резонатора (коефіцієнт пропускання 60%) встановлено у випромінювачі 4 з боку поворотно-фокусуючий головки 8. Глухе дзеркало резонатора з коефіцієнтом пропускання 5% розміщено з боку калориметричних блоку 5. Тому при генерації лазерного випромінювання в резонаторі випромінювача 4 основна частина випромінювання направлена ​​у бік поворотно-фокусуючий головки, а інша - в бік калориметричних блоку 5, де поглинається його приймальні майданчиком. Калориметрический блок 5 (після проведення відповідної калібрування) забезпечує вимірювання енергії лазерного випромінювання, що спрямовується в бік поворотно-фокусуючий головки, по поглиненої його приймальні майданчиком енергії лазерного випромінювання. Блок підпалу 6 чотирьохсекційний. Кожна його секція призначена для підпалу однієї з ламп накачування лазерного випромінювача. Регулювання розмірів плям лазерного випромінювання на об'єкті опромінення здійснюється в операційному апараті зміною відстані між лінзою 11 поворотно-фокусуючий головки і об'єктом опромінення, а контроль розмірів плям ведеться за системою підсвічування. 3.3 Принцип дії Накопичувач енергії установки - електричні ємності, об'єднані в чотири секції. Кожна секція накопичувача призначена для харчування однієї лампи накачування чотирилампового лазерного випромінювача операційного апарату. Ємність конденсаторів однієї секції 1200 мкФ, максимальна напруга заряду 4.6 кВ, максимальна енергія заряду 12.5 кДж. Максимальна сумарна енергія заряду чотирьох секцій складає 50 кДж. Кожна секція накопичувача розташована в окремій шафі. Габаритні розміри шафи 600'600'1500 мм. При монтажі установки шафи накопичувача ставлять в один ряд поблизу головного пульта живлення і управління. Головний пульт живлення і управління містить наступні основні вузли: блок заряду накопичувача енергії, системи охолодження лазерного випромінювача, відеоконтрольний і переговорний пристрої, панель управління і виносний пульт управління. Блоки заряду накопичувача енергії включають в себе джерело струму, випрямляч і систему управління. Система управління вбудована в панель управління, блоки джерела і випрямляча розташовані під столом пульта управління. Система охолодження лазерного випромінювача вмонтована в пульт управління. Вона включає в себе насос і двоконтурний водяний теплообмінник. Через внутрішній контур теплообмінника прокачується 0.02% розчин K ₂ Cr ₂ O _4, що циркулює через лазерний випромінювач і охолоджуючий його теплонавантаженому елементи. Зовнішній контур теплообмінника омивається водопровідною водою. Тепло, що накопичилося у внутрішньому контурі теплообмінника, передається в зовнішній контур і відводиться разом з циркулюючої в ньому водопровідною водою. Відеоконтрольний і переговорний пристрої є частиною промислової телевізійної установки, до складу якої входить також передавальна камера і сполучні кабелі. Відеоконтрольний пристрій змонтований на столі пульта живлення і управління. Передавальна камера знаходиться поблизу операційного апарату установки. Управління передавальної камерою здійснюється дистанційно з пульта управління відеоконтрольного пристрою. При цьому можна вибрати необхідне поле зору і виконати настройку різкості зображення. Панель управління містить органи управління, вимірювальні прилади і світлові індикатори. Органами управління є кнопки "Пуск" і "Стоп", за допомогою яких здійснюється включення і виключення джерела струму, кнопка "Високе", що забезпечує включення високовольтної напруги блоку підпалу ламп накачування операційного апарату, кнопка "Підсвітка", що приводить в дію і вимикає лампочку розжарювання системи підсвічування. Крім того, на панелі знаходяться інші органи системи управління. Це кнопки "Одиночний" і "Періодичний", з їх допомогою встановлюють режим одноразового або періодичного заряду і розряду ємнісного накопичувача енергії; а також кнопка "Запуск одиночний", що включає одиночний цикл (заряд-розряд) накопичувача енергії, ручка потенціометра для підтримки необхідного напруги заряду накопичувача енергії, ручка потенціометра "Період" для вибору періоду проходження циклів заряд-розряд накопичувача. На панелі управління розміщені мікроамперметр калориметричного вимірювача енергії випромінювання лазера, чотири мікроамперметра для вимірювання напруги заряду в кожній з чотирьох секцій ємнісного накопичувача енергії та мікроамперметр для вимірювання високовольтної напруги блоку підпалу. На панелі управління знаходяться також такі світлові індикатори, які сигналізують: "Мережа" - про підключення електромережі; "Високе" - про подачу високовольтної напруги на блок запалювання, "Підсвітка" - про включення лампочки розжарювання системи підсвічування операційного апарату, "Циркуляція" - про наявність циркуляції рідини у внутрішньому контурі системи охолодження, "Заряд" - про заряд ємнісного накопичувача енергії. Виносний пульт головного пульта управління пов'язаний з останнім з'єднувальним кабелем і має кнопку "Пуск", дублюючу кнопку "Пуск одиночний" на панелі управління головного пульта, а також світловий індикатор "Заряд", дублюючий індикатор "Заряд" на панелі управління головного пульта харчування та управління . Розміри головного пульта харчування та управління установкою 1580'630'950 мм. Для розміщення установки передбачено два приміщення: операційний і технічне. В операційному приміщенні встановлюють операційний апарат з передавальної телевізійною камерою, в технічному - накопичувач енергії і головний пульт живлення і управління. Установкою управляють лікар і оператор. Лікар знаходиться близько операційного апарату, оператор - в технічному приміщенні за головним пультом живлення і управління. Зв'язок між лікарем і оператором здійснюється за телевізійно-телефонним каналам телевізійної установки. Включати імпульси лазерного опромінення може як оператор з головного пульта управління, так і лікар з виносного пульта. Величина термоелектрорушійної сили (т. е.. Р. с.) Термопари калориметричних блоку, приймальня майданчик якого нагрівається лазерним випромінюванням, що виходить з боку глухого дзеркала лазерного випромінювача, реєструється після кожного імпульсу випромінювання милливольтметром, що знаходяться на пульті управління. 3.4 Основні параметри та характеристики Технічні характеристики установки "Імпульс-1" наведено нижче.

Довжина хвилі випромінювання, мкм 1.06 Енергія в імпульсі вихідного випромінювання, кДж: максимальна 1 мінімальна 0.5 Тривалість імпульсу вихідного випромінювання, мсек 3 Максимальна частота проходження імпульсів при вихідний енергії в імпульсі 0.5 кДж 140 Діаметр плями лазерного випромінювання на об'єкті опромінення, мм: мінімальний 2 максимальний 45

Розміри плям лазерного випромінювання можна плавно регулювати від мінімального до максимального значення. Максимальна щільність енергії лазерного випромінювання, що створюється установкою на об'єкті опромінення, досягає 30 кДж / см ^2. Розміри операційного поля, що обслуговується установкою, становлять 250 '1000 мм в горизонтальній площині і 500 мм по висоті. Лазерний промінь переміщається в межах операційного поля за чотирма ступенями свободи. Максимальне зусилля для переміщення лазерного променя, який постачався з виводить випромінювання частини установки, не перевищує 2.5 кг. Охолодження установки водяне, двоконтурне. Витрата водопровідної води в зовнішньому контурі охолодження складає 20 л / хв. Живлення від трифазної мережі змінного струму напругою 380 В, частотою 50 Гц. Потужність, споживана установкою від електромережі, не перевищує 8 кВт. 3.5 Висновки Роботи, проведені в напрямку дослідження властивостей лазерів, дозволили не тільки успішно використовувати лазерне випромінювання в клінічних умовах, а й визначити сферу застосування тих чи інших лазерних установок. Потужні лазери на неодимовому склі, рубіні, вуглекислому газі, аргоні, парах металів та ін, підходять для хірургічних цілей, коагуляції та розтину тканин. Лазерні установки на вуглекислому газі можуть бути широко використані для лікування різних захворювань (поверхнево розташованих пухлин і т.п.) Перспективним напрямком можна вважати застосування випромінювання низькоенергетичних лазерів у видимій частині спектру для стимулювання репаративних процесів при хронічних тривало не гояться ранах, трофічних виразках, уповільненої консолідації переломів, захворювань обмінного характеру та ін Враховуючи, що комбіновані методи лікування найбільш ефективні, на сучасному етапі онкології лазерне випромінювання можна використовувати при комбінованому лікуванні пухлин. Випромінювання лазера в деяких випадках доцільно комбінувати з іонізуючим випромінюванням, лікарськими протипухлинними препаратами, хірургічними операціями. Все зростаючий інтерес до використання лазерів в медицині призвів до необхідності створення спеціальних лазерних відділень та операційних, досить пристосованих до безпечної експлуатації. Головним питанням стає захист медичного та технічного персоналу від впливу шкідливих чинників лазерного випромінювання. Операційний приміщення має відповідати таким спеціальним вимогам: стіни і стеля приміщення повинні бути пофарбовані темною матовою фарбою, а скло вікон - білий матовою фарбою, щоб уберегти зір лікаря і пацієнта від ураження лазерним випромінюванням, випадково відбитим від стін і стелі приміщення. У ньому необхідна хороша припливно-витяжна вентиляція, вхідні двері повинні бути обладнані світловим табло лазерної небезпеки, що загоряється при включенні установки.  

Список літератури 1. Лазери в клінічній медицині. Під ред. Д. С. Плетньова. - М., Медицина. 2. Плетньов Д. С. та ін Застосування лазерів в онкологічній практиці. - Хірургія. 3. Хромов Б. М. Лазери в експериментальної хірургії. - Медицина. 4. Дударєв А.Л. Променева терапія, Л.: Медицина, 1982, 191 с. 5.Лазерная та магнітно-лазерна терапія в медицині, Тюмень, 1984, 144 с. 6. Сучасні методи лазерної терапії, Відп. Ред. Б.І. Хубутія, - Рязань.: 1988 р., 126 с. Терапевтична ефективність низькоінтенсивного лазерного випромінювання., А.С. Гак, В.А. Мостовніков та ін, - Мінськ.: Наука і техніка, 1986 р., 231 с. Лазерні методи лікування і ангіографічні дослідження в офтальмології, Сб. наук. тр. Під ред. С.Н. Федорова, 1983 р., 284 с. Лазери в клінічній медицині, Н. Д. Девятко, - М.: Медицина, 1981 р., 399 с. Лазери в хірургії. Під ред. О.К. Скобелкіна .- М.: Медицина, 1989, 2 http://ua-referat.com