RU2005515C1

RU2005515C1 - Device for contact-free perforation of skin for taking blood samples

Info

Publication number: RU2005515C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Будник; В.А. Груздев; Л.Г. Сапрыкин; Б.А. Константинов
Original assignee: Научно-производственная внедренческая фирма "Созет"
Priority date: 1991-09-16
Filing date: 1991-09-16
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: laser medical engineering. SUBSTANCE: device has a system for indicating a focussed laser radiation position on patient's skin including a nonmonochromatic visible radiation source, optic system forming at least two spaced beams of nonmonochromatic visible radiation optic axes of which are symmetric relative to the focussing system optic axis, a regulating unit for providing convergence of nonmonochromatic and laser beams after passing them through the focussing system in its focus, laser radiation energy, focal distance of the focussing system, divergence of laser radiation, lateral, lens aperture diaphragm satisfying expressions given in the invention description. The device is characterized in that a microwound is formed with dimensions required and sufficient to obtain a blood dose required for analysis. EFFECT: reduced possibility of infection at contact of patient's skin with contaminated parts, reduced pain. 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской аппаратуре для облучения лазерным излучением, в частности к устройствам бесконтактной перфорации кожного покрова лазерным излучением для забора проб крови. The invention relates to medical equipment for irradiation with laser radiation, in particular to devices for contactless perforation of the skin with laser radiation for blood sampling.

Недостатком указанного устройства является достаточно высокая вероятность загрязнения площадки и других элементов перфоратора кровью при проведении перфорации кожного покрова и, следовательно, вероятность последующего инфицирования и повышенный болевой эффект при проведении перфорации. The disadvantage of this device is the rather high probability of contamination of the site and other elements of the perforator with blood during perforation of the skin and, therefore, the likelihood of subsequent infection and increased pain effect during perforation.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является перфоратор кожного покрова, содержащий импульсный лазер с системой фокусирования лазерного излучения на кожный покров и систему наведения лазерного луча, которая включает источник монохроматического излучения (Не - Ne лазер) и оптическую систему для формирования двух пучков излучения Не - Ne лазера, симметричных относительно оптической оси фокусирующей системы излучения импульсного лазера. Closest to the technical nature of the invention is a perforator of the skin containing a pulsed laser with a system for focusing laser radiation on the skin and a laser beam guidance system that includes a monochromatic radiation source (He - Ne laser) and an optical system for the formation of two beams of He - radiation Ne laser symmetric with respect to the optical axis of the focusing system of the pulsed laser radiation.

Недостатком такой конструкции является то, что она не обеспечивает необходимой точности наведения, что приводит к повышению болевого эффекта, либо образованию микрораны кожного покрова, размеры которой недостаточны для получения требуемой для анализа дозы крови. The disadvantage of this design is that it does not provide the necessary accuracy of guidance, which leads to an increase in the pain effect, or the formation of microrana of the skin, the dimensions of which are insufficient to obtain the required blood dose for analysis.

Целью изобретения является повышение эффективности использования и улучшение эксплуатационных возможностей лазерного перфоратора кожного покрова за счет снижения болевого эффекта у пациента, уменьшения вероятности инфицирования за счет случайного соприкосновения пальца пациента с загрязненными кровью поверхностями узлов перфоратора, формирование микрораны с размерами, необходимыми и достаточными для получения требуемой дозы крови. The aim of the invention is to increase the efficiency of use and improve the operational capabilities of the laser perforator of the skin by reducing the pain effect in the patient, reducing the likelihood of infection due to accidental contact of the patient’s finger with blood-contaminated surfaces of the perforator nodes, the formation of microranes with the dimensions necessary and sufficient to obtain the required dose blood.

Цель достигается тем, что перфоратор кожного покрова, содержащий импульсный твердотельный лазер с длиной волны излучения 2,5. . . 3,0 мкм, фокусирующую оптическую систему с фокусным расстоянием не менее 20 мм, содержит немонохроматический источник видимого излучения и оптическую систему для формирования по крайней мере двух пучков видимого немонохроматического излучения, оптические оси которых симметричны относительно оптической оси фокусирующей системы излучения лазера, причем расстояние между ними не превосходит апертурной диафрагмы фокусирующей системы, а энергия излучения лазера на выходе фокусирующей системы (Е, Дж), фокусное расстояние фокусирующей системы (F, мм), расходимость лазерного излучения (γ, рад), поперечный размер лазерного пучка (d_п) и диаметр апертурной диафрагмы (D) заданы следующими соотношениями:
0,01 Дж ≅E≅ 1,5 Дж;
0,05 рад˙мм < γ˙ F < 1,5 рад˙мм ;

≥ 2.0 .The goal is achieved in that a perforator of the skin containing a pulsed solid-state laser with a radiation wavelength of 2.5. . . 3.0 μm, a focusing optical system with a focal length of at least 20 mm, contains a non-monochromatic visible radiation source and an optical system for generating at least two beams of visible non-monochromatic radiation, the optical axes of which are symmetrical with respect to the optical axis of the focusing laser radiation system, and the distance between they do not exceed the aperture diaphragm of the focusing system, but the laser radiation energy at the output of the focusing system (E, J), the focal length of the focusing system s (F, mm), the divergence of the laser radiation (γ, rad), the transverse size of the laser beam (d _p ) and the diameter of the aperture diaphragm (D) are given by the following relations:
0.01 J ≅E≅ 1.5 J;
0.05 rad˙mm <γ˙ F <1.5 rad˙mm;

≥ 2.0.

На чертеже приведен пример конструкции перфоратора кожного покрова, где 1 - импульсный твердотельный лазерный излучатель с длиной волны излучения в диапазоне 2,5. . . 3,0 мкм; 2 - блок питания и управления; 3 - фокусирующая система; 4 - немонохроматический источник видимого излучения (например, лампа накаливания); 5,6 - оптическая система для формирования двух пучков видимого немонохроматического излучения (5 - линза, 6 - сегментное кольцевое зеркало); 7 - фокальная плоскость фокусирующей системы; 8 - фокус оптической системы. The drawing shows an example of the design of the perforator of the skin, where 1 is a pulsed solid-state laser emitter with a radiation wavelength in the range of 2.5. . . 3.0 microns; 2 - power supply and control unit; 3 - focusing system; 4 - non-monochromatic source of visible radiation (for example, an incandescent lamp); 5,6 - an optical system for the formation of two beams of visible non-monochromatic radiation (5 - lens, 6 - segmented ring mirror); 7 - the focal plane of the focusing system; 8 - focus of the optical system.

Перфоратор работает следующим образом. The punch works as follows.

Твердотельный лазерный излучатель 1 генерирует импульс лазерного излучения с длиной волны 2,5-3,0 мкм с поперечным размером лазерного пучка d_п, расходимостью γ и энергией излучения на выходе оптической системы не менее 0,01 Дж. Пучок лазерного излучения подается на фокусирующую линзу 3. Фокусирующая линза имеет фокусное расстояние F не менее 20 мм, а диаметр апертурной диафрагмы D по крайней мере в 2 раза больше поперечного размера (d_п) лазерного пучка. Излучение источника видимого немонохроматического излучения лампы накаливания 4 формируется линзой 5, направляется на периферийные области фокусирующей системы 3 кольцевым сегментным зеркалом 6, содержащем по крайней мере два отражающих сегмента. Фокусирующая линза 3 формирует в фокальной плоскости 7 перетяжку лазерного пучка, размеры которого ограничены соотношением между расходимостью лазерного пучка ( γ) и фокусным расстоянием линзы (F). Сегментное кольцевое зеркало 6 совместно с линзой 5 формирует по крайней мере два пучка видимого излучения немонохроматического источника, направляемых на периферийные области линзы 3 под углом, симметричным к оси лазерного пучка и линзы 3. За счет перемещения (юстировки) линзы 5 или источника 4 этот угол может изменяться и тем самым изображение источника 4 может быть совмещено с фокусом 8. Выбор фокусного расстояния F > 20 мм позволил уменьшить требования к точности установки пальца пациента в фокусе. Это позволило перенести упор для пальца на расстояние, примерно равное или большее фокусу (F), и тем самым практически полностью исключить вероятность случайного заражения за счет соприкосновения пальца с поверхностями прибора, а разделение пучков видимого излучения в пространстве позволило значительно повысить эффект визуального контроля при наведении на фокус. Ограничения на соотношение F˙γ при определенной нижней границе энергии лазерного излучения позволяет установить характерные размеры микрораны, с одной стороны, достаточные для получения необходимой дозы крови (ограничение снизу), а с другой стороны, не приводящие к ожогу пальца и увеличению болевого эффекта (ограничения сверху). Все указанные соотношения и параметры установлены в результате проведения многочисленных экспериментов в лабораторных и натурных условиях.A solid-state laser emitter 1 generates a laser pulse with a wavelength of 2.5-3.0 μm with a transverse laser beam size d _p , divergence γ and radiation energy at the output of the optical system of at least 0.01 J. The laser beam is fed to the focusing lens 3. The focusing lens has a focal length F of at least 20 mm, and the diameter of the aperture diaphragm D is at least 2 times larger than the transverse size (d _p ) of the laser beam. The radiation from a source of visible non-monochromatic radiation from an incandescent lamp 4 is formed by a lens 5, and is directed to the peripheral regions of the focusing system 3 by an annular segment mirror 6 containing at least two reflective segments. The focusing lens 3 forms in the focal plane 7 a constriction of the laser beam, the dimensions of which are limited by the ratio between the divergence of the laser beam (γ) and the focal length of the lens (F). The segmented annular mirror 6 together with the lens 5 forms at least two beams of visible radiation from a non-monochromatic source directed to the peripheral regions of the lens 3 at an angle symmetrical to the axis of the laser beam and lens 3. Due to the displacement (adjustment) of the lens 5 or source 4, this angle can change and thus the image of the source 4 can be combined with the focus 8. The choice of the focal length F> 20 mm allowed to reduce the requirements for the accuracy of the patient’s finger in focus. This made it possible to shift the focus for the finger to a distance approximately equal to or greater than the focus (F), and thereby almost completely eliminate the chance of accidental infection due to the finger touching the surfaces of the device, and the separation of visible radiation beams in space significantly increased the effect of visual control when pointing on focus. Limitations on the F˙γ ratio for a certain lower limit of the laser radiation energy allows us to establish the characteristic sizes of microranes, on the one hand, sufficient to obtain the necessary blood dose (lower limit), and on the other hand, not leading to a burn of the finger and an increase in the pain effect (limitations on top). All these ratios and parameters were established as a result of numerous experiments in laboratory and field conditions.

В конкретном варианте исполнения перфоратор содержит следующие узлы: 1 - лазерный излучатель. Активный элемент: алюмо-иттрий-эрбиевый гранат ⌀5 мм, L - 100 мм. Отражатель - диффузный. Расходимость - не более 20 м˙рад. Энергия лазерного излучения (в импульсе) - 0,01. . . 1,5 Дж. 2 - блок питания. Энергия накачки - 40. . . 160 Дж. Длительность импульса накачки - 200 мкс. 3 - выходная линза. F = 35 мм. 4 - система наведения. Лампа накаливания мощностью ≈ 3 Вт. Фокусирующая линза. f = 30 мм. Кольцевое двухсегментное зеркало. In a specific embodiment, the perforator contains the following nodes: 1 - a laser emitter. Active element: aluminum-yttrium-erbium garnet ⌀5 mm, L - 100 mm. The reflector is diffuse. Divergence - no more than 20 mrad. The energy of laser radiation (per pulse) is 0.01. . . 1.5 J. 2 - power supply. The pump energy is 40.. . 160 J. The duration of the pump pulse is 200 μs. 3 - output lens. F = 35 mm. 4 - guidance system. Incandescent lamp with a power of ≈ 3 watts. Focusing lens. f = 30 mm. Ring two-segment mirror.

Экспериментальные образцы прибора, изготовленные в соответствии с заявленным техническим решением (ЭРМЭД - 303), прошли клинические испытания. (56) Труды международной конференции. "Лазеры и медицина", Ташкент, 1989. Experimental samples of the device, made in accordance with the claimed technical solution (ERMED - 303), have passed clinical trials. (56) Proceedings of the international conference. "Lasers and medicine", Tashkent, 1989.

Claims

DEVICE FOR NON-CONTACT PERFORMANCE OF THE SKIN FOR BLOOD COLLECTION, containing a pulsed laser, an optical focusing system and a guidance system, characterized in that the guidance system contains a non-monochromatic source of visible radiation, an optical system for focusing at least two radiation beams whose optical axes are symmetrical about the optical axis focusing system of laser radiation, and the distance between them does not exceed the size of the aperture diaphragm of the focusing system, and the energy E laser radiation, the focal length F of the focusing system, the divergence γ of the laser beam, the transverse size d _{p of the} laser beam and the aperture diaphragm D of the lens are given by the following relations:
0.01 J ≅ E ≅ 1.5 J,
0.05 rad ˙ mm <<<< γF <<<< 1.5 rad ˙ mm,
D / d _p ≥ 2.0.