DE2620846C2 - Laser-Therapiegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Therapiegerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art. Ein solches Laser-Therapiegerät beruht auf einem älteren Vorschlag gemäß der nachveröffentlichten DE-AS 26 19 930.

Mit dem Laser-Therapiegerät gemäß der DE-AS 26 19 930 ist es möglich, der. Patienten ohne großen Aufwand mit kontinuierlicher und mit Impuls-Laserstrahlung zu behandeln. Schwierigkeiten bestehen jedoch, wenn der Patient durch unwillkürliche Bewegungen seine Lage ändert, so daß es zu möglicherweise folgenschweren Fehlbehandlungen kommen kann.

Der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Laser-Therapiegerät so weiterzuentwickeln, daß Lageänderungen des Patienten während der Behandlung automatisch erfaßt und ausgeglichen werden.

Das erfindungsgemäße Laser-Therapiegerät kann zur örtlichen Nekrotisierung von Geschwulstknoten mit pulsierender Laserstrahlung in der Onkologie, zum Auf- und Ausschneiden von Geweben mit kontinuierlicher Laserstrahlung in der Chirurgie und zur selektiven schonenden Zerstörung von pathologischen Gebilden mit Laserstrahlung in der Dermatologie eingesetzt werden. Beim Einsatz für Zwecke der experimentellen medizinisch-biologischen Forschung dient das Gerät zur Beeinflussung von Zellpräparaten, normalen Geweben und Organen von Versuchstieren mit pulsierender und kontinuierlicher Laserstrahlung, zur Einimpfung von Geschwulsten bei Versuchstieren usw.

Außerdem kann das Gerät bei der Therapie von Brandverletzungen, bei der Lichtmassage, bei der Nadelpunktierung (mit dem Strahl eines He-Ne-Lasers), bei der Ultraschall-, Radio- und Röntgentherapie zur schonenden Bestrahlung von angegriffenen Geweben innerer Organe nach einem aufgrund von Ergebnissen der komplexen Diagnostik vorausberechneten Programm verwendet werden. Auch ist das Laser-Therapiegerät für einzelne Arbeitsgänge bei der Herstellung von chirurgischen und stomatologischen Prothesen zu gebrauchen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Laser-Therapiegera ts,

Fig.2 das Blockschaltbild einer mechanischen Laserstrahlverstelleinrichtung samt der elektromechanischen Baugruppe des Geräts,

ίο F i g. 3 das Blockschaltbild einer Lese- und Steuereinrichtung,

Fig.4 das Blockschaltbild einer Lasersirah!-Nachstelleinrichtung zum Ausgleich von Bestrahlungsobjektverlagerungen,

Fig.5 in perspektivischer Darstellung den elektrischen und mechanischen Aufbau der Laserstrahl-Nachstelleinrichtung.

Das Laser-Therapiegerät weist eine Strahlungsquelle 1, ein an diese angeschlossenes Steuerungssystem 2 für dieselbe und eine mechanische Laserstrahl-Verstelleinrichtung 3 mit einer elektromechanischen Baugruppe 4 auf, die einen in F i g. 1 weggelassenen Antrieb zur Fokussierung und Positionierung des Laserstrahls in drei Raumkoordinaten auf dem Bestrahlungsobjekt ■5 enthält.

Der Apparat enthält weiter eine Eingabeeinheit 5 für das Programm der Bestrahlung von biologischen Objekten und eine an ihrem Ausgang liegende Lese- und Steuereinrichtung 6 für die von der Eingabeeinheit 5 übertragene Information, wobei die Lese- und Steuereinrichtung 6 mit einem Ausgang an die elektromechanische Baugruppe 4, und mit einem anderen Ausgang an das Steuerungssystem 2 für die Strahlungsquelle 1 angeschlossen ist.

Die Strahlungsquelle kann bei dem in Rede stehenden Apparat aus einem oder mehreren Lasern aufgebaut werden.

DerApparat enthält ein Steuerpult 7, das über je einen Ausgang mit dem Eingang der Eingabeeinheit 5, der Lese- und Steuereinrichtung 6 bzw. des Steuerungssystems 2 für die Strahlungsquelle verbunden ist. Über den anderen Eingang der Eingabeeinheit 5 werden die Daten des Bestrahlungsprogramms (dies, r Kanal ist in Fig. 1 durch einen gestrichelten Pfeil veranschaulicht) zugeführt.

Die mechanische Laserstrahl-Verstelleinrichtung 3.

welche die elektromechanische Baugruppe 4 mit einem Antrieb umfaßt, ermöglicht also die Verstellung des Laserstrahls im Bestrahlungsfeld und besteht im wesentlichen aus zwei Reflexionselementen, und zwar Prismen 12, 13 (F i g. 2), aufgebaut auf zwei Schlitten 18, 19, die, jeweils über ein Getriebe 16 bzw. 17 von einem elektrischen Schrittmotor 14 bzw. 15 angetrieben, in senkrecht zueinander stehenden Richtungen verschoben werden.

Die mechanische Laserstrahlverstelleinrichtung 3 weist einen Fokussierungstubus 20 mit einem Entfernungsmesser 21 auf.

Für die Höhenverstellung des Strahls ist der Tubus 20

bo über ein Getriebe 22 mit einem dritten elektrischen Schrittmotor 23 verbunden, der die automatische Fokussierung des Strahls unter Einbeziehung des Entfernungsmessers 21 ermöglicht.

An der Welle eines jeden Elektromotors 14, 15, 23 b'j sitzt ein Schrittgeber 24,25 bzw. 26.

Die Lese- und Steuereinrichtung 6 weist einen Lochstreifenleser 27 (F i g. 3) zum Ablesen der auf den Lochstreifen 11 in der Eingabeeinheit 5 gespeicherten

Information auf. Ausgangsseitig ist der Lochstreifenleser 27 an den ersten Eingang eines Registers 28 und den eines Schrittzählers 29 angeschlossen. Ins Register 28 werden codierte Befehle zur Freigabe der einzelnen Verstellrichtungen und solche, die den Betrieb der Strahlungsquelle steuern, eingeschri -ben. In den Schrittzähler 29 werden aus dem Programm codierte Befehle übernommen, die die zurückzulegenden Wege, d.h. bestimmte Schrittzahlen für die einzelnen Koordinatenrichtungen festlegen. Am zweiten Eingang des Schritt-Zählers 25 liegt ein erstes ODER-Gatter 30, dessen erster, zweiter und dritter Eingang mit dem ersten bzw. zweiten und dritten Schrittgeber 24, 25,26(Fi g. 2) der elektromechanischen Baugruppe 4 verbunden sind. Ausgangsseitig ist der Schrittzähler 29 mit dem ersten Decodierer 31 gekoppelt, dessen Ausgang am zweiten Eingang des Registers 28 liegt Der erste Ausgang des Registers 28 ist über ein zweites ODER-Gatter 32 an den Lochstreifenleser 27 angeschlossen, seinem dritten Eingang ist ein drittes ODER-Gatter 33 vorgeschaltet. Der erste Eingang des dritten ODER-Gatters 33 ist mit dem dritten Eingang des Schrittzählers 29 und dem ersten Ausgang des Steuerpultes 34 zusammengeschaltet. Mit dem zweiten Eingang des zweiten Oder-Gatters 32 und demjenigen des dritten ODER-Gatters 33 ist das Steuerungssystem 2 für die Strahlungsquelle verbunden.

Der dritte Eingang des zweiten ODER-Gatters 32 ist zum Anschluß des zweiten Ausganges des Steuerpultes 34 bestimmt.

An den dritten Ausgang des Steuerpultes 34 ist der Eingang des Impulsgenerators 35 angeschlossen, als welcher ein selbstschwingender Multivibrator eingesetzt wird.

Über den zweiten Ausgang steht das Register 28 mit dem ersten Eingang des zweiten Decodierers 36 in J5 Verbindung, dessen zweiter Eingang zum Anschluß an den vierten Ausgang des Steuerpultes 34 vorgesehen ist. Mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Ausgang des zweiten Decodierers 36 sind die ersten Eingänge eines ersten, zweiten, dritten und vierten UND-Gatters 37, 38, 39, 40 verbunden. Auf die zweiten Eingänge des ersten, zweiten und dritten UND-Gatters 37, 38, 39 arbeitet der Impulsgenerator 35.

Die Ausgänge des ersten, zweiten und dritten UND-Gatters 37,38,39 sind jeder für sich jeweils über einen elektronischen Schalter 41 bzw. 42 bzw. 43 und einen Verstärker 44 bzw. 45 bzw. 46 an die elektrischen Schrittmotoren 14, 15 bzw. 23 (F i g. 2) der elektromechanischen Baugruppe 4 geschaltet.

Die elektronischen Schalter 41, 42, 43 erzeugen mehrphasige Speisespannungen für die Wicklungen der elektrischen Schrittmotoren 14, 15, 23. Der zweite Eingang und Ausgang des vierten UND-Gatters 40 sowie der fünfte Ausgang des zweiten Decodierers 36 sind mit dem Steuerungssystem 2 für die Strahlungsquelle I verbunden.

Die klinische Praxis macht die Korrektur der Laserstrahllage, die den zufälligen Verlagerungen des Kranken nachläuft, und also eine entsprechende Einrichtung im Apparat notwendig. hei

Die den Verschiebungen des Bestrahlungsobjekts folgende Einrichtung 47 (F i g. 1,4) zur Nachstellung des Laserstrahls, hier als Laserstrahl-Nachstelleinrichtung bezeichnet, wird mit einem selbstschwingenden Multivibrator 48 realisiert, der uusgangsseitig an den t,·; Primärwicklungen von Lagegebern 49, 50, 51, 52, 53, 54 liegt, die als Impulstransformatoren ausgeführt sind. Die Sekundärwicklungen de- genannten Lagegeber 49, 50, 51, 52, 53, 54 sind an de Eingänge eines Speicherregisters 55 angeschlossen. Der erste und der zweite Ausgang des Speicherregisters 55 sind mit dem dritten Eingang des UND-Gatters 40 bzw. dem dritten Eingang des zweiten Decodierers 36 der Lese- und Steuereinrichtung 6 (Fig.3) verbunden. Der dritte und vierte Ausgang des Speicherregisters 55 sind jeder für sich an den ersten Eingang des ersten UND-Gatters bzw. denjenigen des zweiten UND-Gatters angeschlossen. An die zweiten Eingänge der UND-Gatter 56,57 ist der Impulsgenerator 35 der Lese- und Steuereinrichtung 6 geschaltet Am entsprechenden Ausgang der UND-Gatter 56, 57 liegt der Eingang eines elektronischen Schalters 58 bzw. 59.

Die elektronischen Schalter 58, 59 dienen zur Formierung von mehrphasigen Speisespannungen für die Wicklungen elektrischer Schrittmotoren. Hinter jedem dieser elektronischen Schalter liegt ein Verstärker 60 bzw. 61, auf den ein elektrischer Schrittmotor 62 bzw. 63 (Fig.5) folgt. Mit den Wellen der beiden elektrischen Schrittmotoren 62, 63 sind Fassungen 64 bzw. 65 mechanisch verbunden. Sie tragen die auf sie entsprechend verteilten Lagegeber 49,50,51,52,53,54 und nehmen innen und koaxial zu ihnen drehbare Scheiben 66,67 aus magnetisch nicht leitendem Material mit je zwei Ferriteinsätzen 68, 69 bzw. 70, 71 auf. Die erwähnten Lagegeber sind an den Fassungen 64, 65 so angebracht, daß ihre Magnetkerne durch den Luftspalt hindurch die Ferriteinsätze 68, 69 und 70, 71 beeinflussen bzw. von diesen beeinflußt werden. Jede Scheibe 66,67 ist einem Schlitten 74,75 zugeordnet und mit diesem durch ein Zahnstangengetriebe 72 bzw. 73 verbunden. Am Schütten 74 ist mit einem Ende ein Teleskopfühler 76 fest angebaut, wobei sich an sein anderes Ende durch ein Kugelgelenk 77 eine Maske 78 anschließt, die mau am Bestrahlungsobjekt auflegt.

Die allen Verschiebungen des Bestrahlungsobjekts folgende Nachstelleinrichtung 47 ist noch mit einem Halter 79 ausgestattet, derart, daß man die Einrichtung vor Arbeitsbeginn, ausgehend von der Bestrahlungseinrichtung, entsprechend ausrichten kann.

Der Arbeitsablauf des Laser-Therapiegeräts läßt sich wie folgt darstellen.

Der Lochstreifen mit der darauf aufgezeichneten Information über die durchzuführende Bestrahlung wird in den Lochstreifenleser 27 eingelegt.

Vor der Bestrahlung legt man die Maske 78 (F i g. 5) auf das Bestrahlungsobjekt. Dabei wird die Laserstrahleinrichtung 47 (Fig. 5) zum Ausgleich von Bestrahlungsobjektverlagerungen in die Anfangsstellung eingestellt, die der Anfangsstellung (gemäß Kontrollstrahl) der Strahlungsquelle 7 entspricht.

Vom Steuerpult 34 (Fig. 3) aus werden der Schrittgeber 29 und das Register 28 über das ODER-Gatter 33 in den Nullzustand eingestellt.

Man startet vom Steuerpult 34 aus den Apparat. Dabei wird über das zwei'e ODER-Gatter 32 (Fig. 3) der Lochstreifenleser 27 angesteuert, und der Lochstreifen beginnt seine Start-Stopp-Bewegung.

Die in den ersten vier Spuren des Lochstreifens abgelochten kodierten Befehle werden ist Register 28 eingeschrieben, das für die Speicherung und für die Ausgabe des Kodes an den zweiten Decodierer 36 benutzt wird.

Je nach dem eingangsseitig anstehenden Befehl erzeugt der zweite Decodierer 36 entweder ein Signal für die Freigabe der gerade zu fahrenden Koordinatenrichtung, also ermöglicht das Verschieben eines der

Schlitten 18,19 (F i g. 2) in der Horizontalebene bzw. die Höhenverstellung des Fokussierungstubus 20 mit Entfernungsmesser 21, oder ein solches, das die Strahlungsquelle «(.-haltet, d. h. das Signal »Pumpen« bzw. »Zünden« (Strahlschuß).

Den UND-Gattern 37, 38, 39 (Fig.3) wird eine Impulsfolge (Impulszahlkode) entnommen.

Beim Fahren in einer Koordinatenrichtung der Horizontalebene, wenn beispielsweise der Schlitten 18 verschoben wird, wird die Impulsfolge vom UND-Gatter 37 am elektronischen Schalter 41 eingespeist, wo sie zu einem mehrphasigen Spannungssystem verarbeitet wird. Dieses über den Impulsverstärker 44 laufende Spannungssystem speist die Wicklungen des elektrischen Schrittmotors 14(F ig. 2).

Vom elektrischen Schrittmotor !4 erfolgt über das Getriebe 16 der Antrieb des Schlittens 18, der das Prisma 12 trägt. Mit der Zahl der Impulse in der Impulsfolge ist die Zahl der Schritte des elektrischen Schrittmotors 14, d. h. der Gesamtweg, den das Prisma 12 bei der Verstellung in der gegebenen Koordinatenachse zurücklegt, mit der Impulsfolgefrequenz die Geschwindigkeit, mit welcher das Bestrahlungsfeld mit dem Strahl abgetastet wird, gegeben. Die Abtastgeschwindigkeit wird am Steuerpult 34 eingestellt, von wo aus man die ÄC-Ketten des selbstschwingenden Impulsgenerators 35 umschaltet.

Genauso werden die Verstellungen in den anderen zwei Koordinatenrichtungen durchgeführt.

Zum Verschieben des Schlittens 19 nach der anderen Koordinatenachse der Horizontalebene wird der zweite Wirkungsweg über das zweite UND-Gatter 38 (F i g. 3), den zweiten elektronischen Schalter 42, den zweiten Verstärker 45, den zweiten elektrischen Schrittmotor 15 (F i g. 2) und das Getriebe 17 benutzt.

Der dritte Kanal über das dritte UND-Gatter 39 (F i g. 3) den dritten elektronischen Schalter 43, den dritten Verstärker 46, den dritten elektrischen Schrittmotor 23 (Fig. 2) und das Getriebe 22 ist für die Höhenverstellungen des Fokussierungstubus 20 vorgesehen.

Die kodierten Befehle, welche die erforderlichen Wege für die Schlitten 18, 19 und den Fokussierungstubus 20 festlegen, werden von den übrigen vier Spuren des Lochstreifens 11 in den binären Schrittzähler 29 geschrieben.

Die in den Schrittzähler 29 eingeschriebene Information wird jeweils mit über das erste ODER-Gatter 30 ankommenden Impulsen abgetastet. Diese werden von einem der Schrittgeber 24, 25, 26 geliefert, der einen Impuls nach jedem Schritt des betreffenden elektrischen Schrittmotors 14 bzw. 15 bzw. 23 abgibt

Das Signal vom Abruf der Information vom Zähler 29, d. h. das Signal über die Durchführung der erforderlichen Verstellung gelangt vom Decodierer 31 zum Register 28 zur Kodelöschung. Nach der Kodelöschung halten die Schrittmotoren 14, 15, 23 an. Die Vorbereitung des Registers 28 für den nächsten Verarbeitungszyklus wird über das zweite ODER-Gatter 32 dem Lochstreifenleser 27 signalisiert. Das ankommende Signal startet den Lochstreifenleser, und der Start-Stopp-Betrieb geht weiter, d.h. der Lochstreifen wird um einen Schritt weitergeschaltet. Nun führt der zweite Decodierer 36 ausgangsseitig das Signal »Pumpen«, welches zum Steuersystem 2 der Strahlungsquelle 1 gelangt.

Das Steuerungssystem 2 für die Strahlungsquelle liefert an die Lese- und Steuereinrichtung 6 die Signale »Laser-Pumpen« und »Laser-Zünden«. Außerdem wird von dem Steuerungssystem 2 das Ende des Pumpens bzw. Zündens signalisiert.

Die Bestrahlung erfolgt automatisch, erst wenn die Laserstrahl-Nachstelleinrichtung 47 (Fig. 1) der Lese- und Steuereinrichtung 6 keine Bestrahlungsobjektverlagerungen signalisiert. Dabei nehmen die Ferriteinsätze 68, 71 eine Lage ein, bei welcher die Geber 49, 51 bzw. 52, 54 (F i g. 5) sich oberhalb der Endpunkte der Einsätze befinden und keine Signale liefern. Im Gegensatz dazu stehen die Ferriteinsätze 69, 70 genau unter den betreffenden Gebern 50,53. Die Geber 50,53 liefern von ihren Ausgängen an das Register 55 (F i g. 4) Signale, die dann als das Fehlen von Bestrahlungsobjektverlagerungen meldendes Signal für das UND-Gatter 40 (F i g. 3) ge wertet werden.

Wie verhält sich nun der Apparat bei einer Verlagerung des Bestrahlungsobjekts? Angenommen, die Verlagerung ist in derjenigen Koordinatenrichtung eingetreten, welcher der Schlitten 74 zugeordnet ist. Der Fühler 76 (F i g. 5) wird dabei vom Objekt mitgenommen. Dem Fühler folgt der Schlitten 74. Über das Zahnstangengetriebe 72 wird die Bewegung auf die Scheibe 66 übertragen, welche samt ihren Ferriteinsätzen 68, 69 gedreht wird. Nach der Verdrehung der Scheibe 66 liefert der Geber 50 keine Signale mehr, dagegen wird je nach Verlagerungsrichtung am Geber 49 oder Geber 51 ein Signal abgenommen, welches im Register 55 eingespeichert wird. Jetzt enthält das Speicherregister 55 eine Signalkombination, die vom zweiten Decodierer 36 als Freigabe der entsprechenden Koordinatenrichtung für den entsprechenden elektrischen Schrittmotor der elektromechanischen Baugruppe 4 zum Ausgleich der Objektverlagerung interpretiert wird. Gleichzeitig wird dem Register 55 ein Signal entnommen, das den elektrischen Schrittmotor 62 über das UND-Gatter 56, den elektronischen Schalter 58 und Verstärker 60 in dem Sinne ansteuert daß jener die Fassung 64 solange rotiert bis die Signalkombination des Gebers 49 oder 51 für das Register 55 wechselt und als Signal ausgewertet wird, welches das Fehlen von Verlagerungen des Bestrahlungsobjekts meldet

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Laser-Therapiegerät mit einer in drei Ebenen verstellbaren Laserquelle, mit einer elektromechanischen Baugruppe (4) mit einem Antrieb (14, 15, 23) zur Positionierung und Fokussierung der Strahlung der Laserquelle in zwei horizontalen bzw. einer vertikalen Ebene, gekennzeichnet durch einen Lagefühler (76) für das zu bestrahlende Objekt, der über in zwei horizontalen Ebenen bewegliche Schlitten (74, 75) mit Lagegebern (49, 50, 51; 52,53, 54) verbunden ist, die ihrerseits zusammen mit den horizontalen Antrieben (14, 15; 16, 17; 18, 19) der Laserquelle nachstellbar sind.

2. Laser-Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagegeber (49—54) von einem Multivibrator (48) gespeist sind, der über einen Speicher (55) auf die als Schrittmotoren (62, 63) ausgebildeten Nachstellantriebe der Lagegeber und einen Impulsgenerator (35) zur Speisung der als Schrittmotoren (14, 15) ausgebildeten Antriebsmotoren des Horizontalantriebs der Laserquelle geschaltet sind.