--PAGE_BREAK--Наиболее интенсивное развитие проектирования лазерных установок для эпиляции получило в США. Развитие в большей степени связано с деятельностью ведущих фирм-производителей в этой области, таких как “Coherent Radiation”, “MIRA” и “Optics Technology Inc.”, которые являются представителями передовой инженерной мысли. Также интенсивно ведется развитие в таких странах как Франция (ведущая фирма“Capsular”); Германия “Opteltek”, “Polytec” и “Meditec”; Израиль “Sharpan”; Южная Корея “Vondar Lazer” и Япония.
Со времени начала использования лазера в косметологии, развитие лазерных эпиляторов и подобной техники ведется по нарастающей. Это вызвано относительной легкостью проведения операций, её безболезненностью и дорогой стоимостью подобных операций.
Таблица 1. Технические показатели лазерных установок
Прибор/Фирма-производитель/страна
Наименование и единицы измерений
«Модель-25»
Россия
«Лазулет», ООО «ИТ-Лагран» Россия
«Эпилаг» ООО «ИТ-Лагран» Россия
«PINACLE»HGM, США
IG-2,
HGM, США
Модерни-зируемый образец:
«Квант-15М», ООО «Резерв НК» Россия
Длина волны излучения, мкм
1,064
0,26
1,064
1,06
0,532
1,06
Тип излучателя
АИГ:Nd
АИГ:Nd
АИГ:Nd
АИГ:Nd
Аргоновый
АИГ:Nd
Выходная мощность, Вт (энергия,
Дж)
(25)
10 и 20
(2,5 и 5)
(До 15)
(0,02)
2
150-200
(15-20)
Режим работы
Импульс-ный
Импульсный и импульсно- периодичес-кий
Импульсный и импульсно- периодичес-кий
Импульс-ный
Непрерыв-ный, импульсный
Непрерывный, Импульсный
Длительность импульсов, мс
5-50
0,01
10
0,1-3
1.5;2;4;5
Макс. частота
повтореня импульсов, Гц
10
50
До 3
0,1-35
Диаметр пятна ЛИ, мкм
7-12
0,6
3-5-7
50-400
100-400
0,2-3
Пилотный лазер
красный
зеленый
красный
He-Ne
видимое излучение
красный
(λ=0,63 мкм)
Охлаждение
Воздуш-ное
Воздушное
Закрытый
Воздушно-Водяной контур
—
—
Закрытый
Воздушно-Водяной контур
Питание аппарата, В/Гц
220-240/
50-60
110-220
50-60
220/240
50-60
220/
50
220/
50
220/
50-60
Установки Лазулет и Эпилаг, производства объединения «ИТ-Лагран» – это компактные, современные и удобные в использовании установки для лазерной эпиляции волос. При установке данных эпиляторов не требуется дополнительного специального оборудования.
Разрабатываемая модель лазерного эпилятора «Квант-15», по сравнению с его существующими зарубежными и отечественными аналогами имеет такие схожие признаки как длина волны 1,064 мкм, длительность и мощность импульса, способ передачи излучения (с помощью оптического световода), тип охлаждения (воздушно-водяного), наличие пилотного лазера и способы изменения диаметра фокального пятна излучения (фокусировка и дефокусировка).
В зависимости от параметров лазера повреждение фолликулы может быть фотомеханическим, когда основным разрушительным фактором является быстрое расширение ткани при нагревании, или фототермическим, когда происходит коагуляция, обугливание (карбонизация) или испарение (вапоризация). Наиболее проверенным типом лазера, использующегося на данный момент для эпиляции, является гранатовый (или неодимовый) лазер. Этот тип лазера одобрен FDA (Foog and Drug Administration), — агенством в США, контролирующим введение в практику всех медицинских и пищевых препаратов и приборов (как лазер, который может применяться в качестве эпиляционной техники). В то время как сведения об эффективности других лазеров часто противоречивы.
Генерация лазерного излучения в таком лазере осуществляется на переходах ионов неодима (Nd3+), которые встроены в алюмо-иттрий-гранатовые кристаллы (yttrium-aluminium garnet — YAG). Поэтому такой лазер чаще называют Nd:YAG лазер. Он излучает в ближнем инфракрасном диапазоне (λ=1064 нм). Это излучение минимально поглощается в верхних слоях кожи и проникает в глубокие слои. Длительность импульса порядка 100 нс, то есть гораздо меньше, чем у других типов лазера. Также проводимая мной модернизация оптической системы установки позволит значительно улучшить оптические характеристики при фокусировке пятна лазера (снижение расходимости пучка излучения и уничтожение паразитных пятен), путём внедрения диафрагмы в квантрон установки, выделяющей центральную моду пучка, тем самым также уменьшая мощность излучения лазера (до 15 Вт) и увеличивая точность фокусировки пятна, что особенно немаловажно, т.к при использовании модулированного излучения, с ростом мощности, значительно повышается вероятность вызвать механическое повреждение коагулируемой ткани (особенно при малом диаметре фокального пятна). Существенные различия между лазерами с синхронизацией мод и свободной генерации заметны на частоте модуляции вплоть до 100кГц. Рассмотренные мной в табл.1 аналоги, по оптическим показателям (таким как размер пятна, регулируемая энергия импульса и управляемый режим работы) уступают установке «Квант-15М», что, по моему мнению, является существенным преимуществом при выборе направления модернизации.
1.3 Обзор патентной и технической литературы
С целью определения направления модернизации лазерной установки «Квант-15М» был проведен патентный поиск и анализ патентной и технической литературы периода с 1992 по 2003 гг., и были исследованы устройства по классу В23К26/00, представляющие собой устройства для лазерной эпиляции и лазерной терапии. Выявлены сходные и отличительные моменты в конструкции, принципе действия, способах транспортировки лазерного излучения и способах охлаждения лазерных установок.
Страны поиска: Россия и ведущие страны мира (США, Швеция, Франция, Германия Япония).
В результате проведенного поиска, были выявлены следующие основные цели, преследуемые при подаче заявок на патент: повышение точности наводки лазерного излучения, сокращение времени проведения операции, повышение эффективности воздействия лазерного излучения на кожу человека, снижение риска и последствий во время проведения процедуры эпиляции и в послепроцедурный период, локализация лазерного воздействия внутри фолликулы волоса, повышение надежности, упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров, упрощение сборки и юстировки и уменьшение экономических показателей установок.
Рассмотрена различная литература по конструированию и проектированию лазерных установок, таких авторов, как У. Диоли «Лазерная технология и обработка материалов», Рэди Дж. «Действие мощного лазерного излучения», Рыкалин Н.Н., Углов А.А. «Теплофизические процессы при взаимодействии лазерного излучения с поглощающими средами», Сухов Л.Т «Лазерная сварка» и многих других.
В процессе патентного анализа выявлены следующие ведущие Российские фирмы в данной отрасли техники:
ОАО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро».
Научно-производственное объединение «Электронная техника»
ЗАО «Астрофизика»
Таблица 2. Обзор патентной литературы.
Наименование объекта
Страна заявителя
Количество патентов, опубликованных заявок по годам
1992
1993-95
1998
2003
Приборы для лазерной эпиляции и терапии.
Россия
США
Швеция
Франция
Япония
Германия
2
1
1
1
—
—
3
1
1
—
1
1
1
—
2
—
2
1
3
—
2
—
—
—
Наиболее интересными патентами, на мой взгляд, являются:
· повышение точности наводки лазерного излучения и дозирования излучения; это отмечено в патентах №2042338RU, №2196558 RU, 9717011WO, 556204US, 4430720DE, 1768162RU, 2144342RU;
· повышение надежности, упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров – 5643252US, 2042338RU, 930303RST, 1637795RU, 1768162RU, 92010458RU, 97113312RU;
· локализация лазерного воздействия на биологическую ткань – 1651777JP, 2197933RU, 4430720DE, 5565938US, 2164117RU, 6458120 US;
Для модернизации лазерной эпиляционной установки «Квант-15М» была выбрана базовая цель – повышение точности наводки лазерного излучения на область воздействия лазера, также для облегчения работы косметолога и из-за труднодоступности некоторых зон эпиляции и сложным рельефом кожного покрова человека одним из основных направлений модернизации установки была выбрана модернизация оптико-механической системы, в частности замена телескопической системы кварцевым световодом по которому лазерное излучение будет передаваться непосредственно на эпилятор, при помощи которого врач легко сможет производить эпиляцию волос с тела пациента; локализация воздействия лазерного излучения внутри фолликулы волоса, с помощью внедрения в оптическую систему внутрирезонаторной диафрагмы, для выделения модового состава излучения, уменьшения угловой расходимости и снижения мощности излучения; также была выбрана модернизация системы охлаждения и упрощение конструкции установки, уменьшение её габаритных размеров.
2. Расчетно-конструкторская часть
2.1 Описание конструкции установки
2.1.1 Разработка общего вида установки Общий вид лазерной технологической установки должен быть таким, чтобы находящемуся на рабочем месте косметологу, производящему лазерную эпиляцию были доступны все органы управления установкой и видны необходимые контрольно — измерительные приборы. Также лазерная технологическая установка должна отвечать как эстетическим требованиям, (окраска её не должна раздражать глаза работающего и обслуживающего персонала), так и требованиям безопасности. Наиболее важными аспектами в разработке общего вида лазерной технологической установки, конечно, являются компактность её блоков и безопасность работы на ней как для косметолога, так и для пациента.
Чтобы обезопасить оператора от воздействия лазерного излучения при работе установки, работающей на длине волны 1.06 мкм, применяется специальный кварцевый световод, по которому лазерное излучение будет передаваться непосредственно на эпилятор, с помощью которого оно локализуется строго в точке фокусировки на коже, тем самым сводя к минимуму рассеивание и отражение лазерного излучения в пространство и снижая риск его попадания в глаза косметолога. Для удобства наведения лазера в нужную точку на коже человека, в установку был внедрён полупроводниковый «пилотный» лазер, на «красной» длине волны 0,63 мкм.
2.1.2 Описание принципа действия установки
Рис.2. Блок-схема прибора «КВАНТ-15».
Описание блок-схемы прибора
Напряжение 220В силовой сети переменного двухфазного тока поступает на блоки питания лазера и щелевой лампы. Затем питание поступает на выпрямитель, и через выпрямитель на разрядный коммутатор. С помощью которого врач-офтальмолог задает следующие необходимые параметры: мощность лазерного излучения, время экспозиции и количество импульсов. После этого электрическая энергия W подаётся в оптико-механическую систему для питания лампы накачки. Для получения необходимой длительности импульса в разрядной цепи емкостного накопителя установлены катушки индуктивности. Для первоначальной ионизации разрядного промежутка импульсной лампы питания лазера и поддержания его в проводящем состоянии служит блок «поджига» и источник «дежурной дуги» соответственно.
Управление моментом начала разряда емкостного накопителя на импульсную лампу и отключение последней на период заряда накопителя производится разрядным коммутатором.
Лазер вырабатывает мощный световой импульс в виде параллельного пучка лучей, который поступает в оптическую систему оптико-механического блока, фокусирующего излучение на поверхность кожи пациента. Выпрямитель, источник тока и емкостной накопитель энергии служат для электропитания импульсной лампы питания лазера.
Система охлаждения поддерживает нормальный тепловой режим работы лазера. В системе охлаждения используется пластиковый бак, насосы и теплообменники зарубежного производства.
Для контроля энергии импульса лазера служит индикатор энергии ИЭ-ЗА.
Система управления СУМ-10А служит для управления источником питания.
Оптико-механический блок имеет основание, на котором установлен лазер, который вместе с оптической системой оптико-механического блока закрыты кожухами. К оптико-механическому блоку подсоединён кварцевый световод, по которому лазерное излучение подаётся на эпилятор, при помощи которого оператор (косметолог) удаляет волосы с кожи человека. Управление включением и выключением лазерного излучения косметолог производит нажатием ногой на педаль, подсоединённую к блоку управления СУМ-10А и установленную на полу, возле процедурного кресла.
2.2 Расчёт оптической системы
Расчет оптической системы ведется по эквивалентным схемам с учетом главных плоскостей, апертурных углов и увеличения.
2.2.1 Расчет плотности мощности падающего лазерного излучения
qпад. на кожу человека
(1.1)
(1.2)
Для установки «Квант-15М»
Длительность импульсов будет равна: τmin=5 мс=5*10-3с,
τmax=50 мс=5*10-2с, энергия импульса Е=20 Дж, длина волны лазера λ=1.064*10-5 см, диаметр пятна лазера dср=0.001 см.
[см2](1.3)
Подставляем в формулу (1.2):
Для минимальной длительности имульса τmin=5*10-3с:
(1.4)
Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=31см-1, глубина слоя 0,01 см. получим:
(1.5)
Для дермы, коэффициент поглощения α=23см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:
(1.6)
Для максимальной длительности имульса τmax=5*10-2с:
(1.7)
Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=31см-1, глубина слоя 0,01 см, степень отражения R=0.32 получим:
(1.8)
Для дермы, коэффициент поглощения α=23см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:
(1.9)
Для установки «Лазулет»
Длительность импульсов будет равна: τ=1*10-8с, энергия импульса
Е=3*10-4 Дж, длина волны λ=0.26*10-3 см, диаметр несфокусированного пятна (эпиляция волокном) d=0.06 см.
(1.10)
Подставляем в формулу ( qпад ):
(1.11)
Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=1000см-1, глубина слоя 0,01 см. получим:
(1.12)
Для дермы, коэффициент поглощения α=26см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:
(1.13)
продолжение
--PAGE_BREAK--