2. Попередній вибір приймача випромінювання і його узгодження з електронним трактом

Розрахунок приймача ВОЛЗ проводиться після встановлення загальних системних потреб і обмежень по алгоритму, що приведений на рисунку. Блоком 2 вирішується питання про використання аналогової або цифрової модуляції джерела випромінювання. При використанні цифрової модуляції вирішується питання, чи використовувати імпульсно-кодовий або фазоімпульсний спосіб кодування(блок 3). На слідуючому кроці (блок 4) проводиться розрахунок шуму приймача в смузі частот сигналу, який визначається потрібною шириною смуги інформаційних сигналів, шумом всіх компонентів приймача і можливим застосуванням фільтрів для подавлення шумів за межами смуги передаваємих сигналів.

Після цього оцінюється відношення сигнал/шум на виході системи.

Далі проводиться вибір конкретного типу фотодіода з тих що є в асортименті (блок 5) При цьому вважають, що довжина хвилі джерела відповідає чутливості фотодіода.

Після вибору фотодіода визначається тип передпідсилювача (блок 6):

резистивний, з навантаженням, інтегруючий або зі змінним зворотнім зв’язком. При малих швидкостях передачі сигналів частіше використовуються інтегруючі підсилювачі на польових транзисторах. При високих швидкостях передача (100 Мбит/с) найбільш часто використовуються інтегруючі підсилювачі на біполярних транзисторах.

Після вибору типу передпідсилювача проводиться розрахунок мінімального рівня детектованого сигналу, який визначається мінімальною величиною отриманої приймачем потужності оптичного сигналу, що генерує струм, рівний шумовому струму в смузі частот сигналу (блок 7). Потім визначається потужність сигналу, що необхідна для досягнення величини відношення сигнал/шум.

Блок 10 розглядає динамічний діапазон приймача з врахуванням зміни температури навколишнього середовища і зміни параметрів лінії в часі. Якщо очікувані зміни температури спричиняють занадто сильний вплив на приймач, то слідує використовувати схему температурної компенсації.

3. Принципи використання Nd:YАG - лазерів в медичній практиці. Можливості використання Nd:YАG — лазерів. Основні використання Nd:YАG — лазерів з різними аплікаторами. Використання гнучких світловодів в повітряному середовищі

Під тепловим впливом лазерного випромінювання в медицині розуміють в основному випар (різання) і коагуляцію біотканини. Це стосується різних лазерів із щільністю потужності від 1 до 10 Вт/см і з тривалістю опромінення від мілісекунд до декількох секунд.

Тепловий вплив лазерного випромінювання в біотканини ґрунтується на поглинанні випромінювання і перетворенні його енергії в тепло. У залежності від коефіцієнта поглинання в тканині поглинається визначена потужність і в залежності від тривалості опромінення депонується визначена енергія. Коефіцієнт поглинання залежить від виду тканини і від довжини хвилі лазерного випромінювання.

Лазерні системи на основі Nd:YАG – лазерів найбільш часто застосовуються в медицині.

На відміну, наприклад від СО₂ лазера, випромінювання Nd:YАG – лазера проникає глибше в тканину. Через незначне поглинання і сильне розсіювання світла неможливо відразу ж випарити тканину при середній потужності близько 30 Вт.

При короткому часі опромінення спостерігається тільки коагуляція тканини. Якщо збільшити час опромінення, то температура тканини підвищиться приблизно до 100˚С, і тканина буде висихати.

Через висихання теплопровідність стає гіршою, і температура ще більш підвищується. Якщо поверхня, що опромінюється, суха і починає обвуглюватися, змінюється параметр поглинання тканини.

Внаслідок цього лазерний промінь цілком поглинається в досить тонкому шарі, тканина починає швидко випаровуватися.

При низькій потужності лазера навіть при значному часі опромінення за допомогою Nd:YАG – лазера можна не досягти випару (розсічення), тому що енергія цілком відводиться в навколишню тканину в результаті теплопровідності. У цьому випадку тканина тільки коагулюється.

Через велику глибину проникнення в тканину променем Nd:YАG – лазера можна закривати судини з діаметром до 5 мм за допомогою коагуляції і зморщування.

Ефективне розсічення звичайними фокусуючими наконечниками настає лише при потужності більше 70 Вт і низької швидкості розсічення.

Безконтактний метод може бути реалізований за допомогою передачі по світловоду розфокусованого пучка або за допомогою маніпулятора фокусування. На межі між кінцевою поверхнею світловода і тканиною відбувається карбонізація тканини, яка поглинає більшу випромінювання Nd:YАG – лазера. При цьому не відбувається проникнення випромінювання в біотканину, на відміну від “типового” впливу Nd:YАG – лазера на тканину, так як майже все випромінювання поглинається в карбонізованому шарі.

Якщо лазер використовується в імпульсному режимі з максимальною вихідною потужністю до 50 Вт в рідкому середовищі або із системою рідкого чи газового охолодження світловода, то ризик руйнування світловода практично відсутній.

Використання фокусую чого маніпулятора пропонує широкий спектр способів впливу на тканину: від утворення надтонкої зони коагуляції в мікрохірургії до широкого коагуляційного шару для зупинки кровотечі. Можна ефективно розрізати тканину, можна провести підшкірну ін’єкцію без пошкоджень інших шарів тканини. Для мікрохірургічної препарації необхідний фокусуючий маніпулятор з малим діаметром плями фокусування.

Зазвичай глибина проникнення лазерного випромінювання в тканину складає біля 5 мм. Застосовуючи метод охолодження поверхні кубиками вдається знизити цей параметр до 1 … 1,5 мм. При цьому поверхня охолоджується до температури нижче 10˚С, на поверхні не виникає температур, що призводить до коагуляції.

Оптичний хвилевід застосовується в медицині як світловід, тобто у виді невпорядкованого пучка світловолокон для підсвічування, або як упорядкований пучок світловолокон для передачі зображення. Ці пучки волокон для передачі зображення є оптичним ядром будь-якого гнучкого ендоскопа. Великою перевагою є висока гнучкість волокна, що значно збільшує можливості застосування лазерного променя в терапії.

Світловоди відіграють важливу роль у всіх методах лазерної терапії, при яких лазерна енергія повинна вводитися в тіло людини, як наприклад, при ендоскопічних методах із введенням у порожнини тіла, в урології, терапії, пульмонології, гінекології і т.д. Лазерну енергію можна вводити також у кровоносну систему, де застосовуються спеціальні лазерні волоконні катетери.

Світловоди, що знаходяться в клінічному застосуванні, являють собою винятково світловоди з високочистого кварцового скла. Тут потрібні надзвичайно малі світлові втрати, точно юстировані оптичні властивості, висока механічна міцність волокна.

Розрізняють безконтактне та контактне застосування гнучких світловодів для дослідження біотканини.

При безконтактному застосуванні лазерне випромінювання доводиться до біотканини за допомогою системи доставки випромінювання без її торкання. Завдяки застосуванню фокусуючих елементів, випромінювання фокусується у пляму, розмір якої менеш діаметра застосовуваного світловода.

При контактному методі кварцове волокно торкається оброблюваної біотканини. Завдяки невеликому діаметру, звичайні скловолокна (0,05 – 1 мм) можна застосовувати для ендоскопічних цілей. У деяких випадках доцільно видалити механічну оболонку волокна на його кінці. Цей вид застосування наз. „оголоене волокно”. Якщо таке волокно накласти контактним методом на тканину й опромінювати її з відносно невеликою потужністю (наприклад 20 Вт Nd:YAG-лазером), то виникає чітко обмежена гомогенна зона карбонізації, у якій лазерне випромінювання цілком поглинається і викликає точкове випаровування тканини.

На світловод можуть надіті так зв. „нагрівальні зонди” або „гарячі наконечники”. Вони являють собою металеві ковпаки. Випромінювання лазера перетворюється в „нагрівальному зонді” у тепло. Через центральний отвір визначена частина лазерного випромінювання досягає тканини.

Сапфірові наконечники, що мужуть надіватися на кінець волокна за допомогою адаптера, були розроблені для Nd:YAG-лазера. Вони змінють характеристику лазерного випромінювання, що виходить з волокна, і приводять до ефекту коагуляції – випаровування. Загострені сапфірові наконечники сильно концентрують випромінювання і тому можуть використовувватись для розсічення тканини в хірургії. При застосуванні закруглених сапфірових наконечників досягається рівномірне випромінювання зі сферичною характеристикою, що дозволяє при контактному методі забезпечити гомогенний розподіл випромінювання з наступною коагуляцією.

Білет 5