Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Laser Ndyag Q-Switched Hai Bước Sóng 1064532Nm Dùng Trong Y Học Thẩm Mỹ Cao Cấp.docx

Microsoft Word 7383 doc BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LASER Nd YAGQ SWITCHED HAI BƯỚC SÓNG 1064[.]

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LASER Nd:YAGQ-SWITCHED HAI BƯỚC SÓNG 1064/532mm DÙNG TRONG Y HỌC THẨM MỸ CAO CẤP Chủ nhiệm đề tài: KS LÊ HUY TUN 7383 01/6/2009 H NI 2008 Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ ( Thông tin quản lý ) Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chÕ t¹o laser Nd: YAG Qswitched hai b−íc sãng 1064/532nm dïng y häc thÈm mü cao cÊp Mà số: Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan (cấp) quản lý: chủ trì: Cơ quan Chơng trình: Ks Lê Huy Tuấn Bộ Khoa học Công nghệ Trung tâm công nghệ Laser Viện ứng dụng Xởngnghệ khí Trung tâm 80 Cục tác chiến Cơ quan phối hợp: công điện tử; Nhà máy yếu TW Đảng; Bệnh viện TW Quân đội 108; Bệnh viện Đa khoa Hồng Ngọc 24 tháng (01/ 2006 12/ Thêi gian thùc hiÖn: Kinh phÝ : Ng−êi tỉ chøc, thùc hiƯn chÝnh: - KS Lª Huy Tn 2007) 385 triệu đồng - TS Trần Ngọc Liêm - Phòng Điện tử Y học TTCN Laser 10 Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 01 thiết bÞ laser Nd:YAG Q-switched øng dơng laser Nd:YAG Q-switched điều trị 20 bệnh nhân 11 Nội dung: Nghiên cứu, khảo sát hệ thống: nguyên lý, đo lờng phân tích tham số chế hoạt động Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản phẩm: modul, panel, block khối điều khiển, chức hệ thống Lắp ráp hiệu chỉnh quang học, học, điện tử, điện lạnh Thiết bị hoạt động thử nghiệm phòng thí nghiệm 100h ứng dụng điều trị thực nghiệm bệnh nhân thống kê, tổng kết đánh giá kết KHCN Y học 12 Nhu cầu Kinh tế Xà hội, nơi áp dụng (u áp dụng, giá thành thiết bị): Hiện nhu cầu ứng dụng thiết bị laser Nd:YAG Q-switched lớn chuyên khoa da liễu thẩm mỹ (u sắc tố, u máu phẳng, sẹo lồi, mụn ruồi, hình xăm) nhng thiết bị nhập ngoại đắt tiền ( trung bình khoảng 50.000USD) lại dễ hỏng hóc điều kiện thời tiết Việt Nam, việc bảo hành, sửa chữa thiết bị gặp nhiều khó khăn hầu nh không sửa chữa đợc Nếu khắc phục đợc vấn đề có khả cung cấp thị trơng Việt Nam 100 máy/ năm với giá thành 20.000USD/1 máy 13 Tình hình nghiên cứu trong, nớc: Trong nớc: Đến thời điểm này, cha có tổ chức đặt vấn đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd: YAG Q- swiched hai b−íc sãng 1064/532nm dïng y học thẩm mỹ cao cấp cách hoàn chỉnh Trên giới: Mỗi hÃng sản xuất cho loại thiết bị có u điểm riêng biệt nhng hoạt động Việt Nam gặp phải sè sù cè nh−: sù bỊn bØ, sù t−¬ng thÝch với điều kiện hoàn cảnh sử dụng địa bàn khác Báo cáo tóm tắt thực đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd:Yag Q – switched hai b−íc sãng 1064/532nm dïng y häc thÈm mü cao cÊp ” ThiÕt bÞ laser Nd:YAG 1064/532nm thuộc dòng thiết khó tiếp cận chế tạo Tuy cứu triển khai thực thuyết minh, đến Nhóm bớc đầu: Q Switched hai bớc sóng bị y học công nghệ cao, phức tạp, nhiên, sau hai năm nỗ lực nghiên nội dung đăng ký đề tài đ đạt đợc số kết 1/ Hoàn thành mục tiêu đặt chế tạo hoàn chỉnh 01 thiết bị 2/ Cho thiết bị chạy thử, kiểm chứng thực nghiệm 200 bệnh nhân Khoa y học thực nghiệm Bệnh viện 108 Bệnh viện Hồng Ngọc bớc đầu thu đợc kết điều trị khả quan (vợt mức yêu cầu đặt ra) 3/ Qua trình sử dụng (8 tháng) thiết bị hoạt động tốt, không gây tiếng ồn, ổn định, có mỹ thuật đẹp, hợp lý lắp đặt nh thao tác, vận hành, độ an toàn cao (13 tham số an toàn tự động bán tự động) 4/ Đà xây dựng đợc: - Các nguyên tắc thiết lập cấu hình bố trí hệ thống đà tính đến yếu tố: An toàn toàn diện tối u tham số hoạt động nhằm nâng cao độ bền vững (tuổi thọ) thiết bị; Khả thay linh kiện; Giá trị thẩm mỹ; Khả lắp đặt triển khai thiết bị vào thực tế; Thiết kế mở để nâng cấp hay tháo lắp bảo trì sửa chữa dễ dàng phù hợp - Phơng pháp tính toán thiết kế kỹ thuật phần tử hệ thống - Phơng pháp lựa chọn linh kiện tốt, hợp lý, có độ bền hoàn cảnh môi trờng Việt Nam - Các quy trình, nguyên tắc gia công, lắp ráp, chỉnh phần tử hay khối chức nhằm đạt đợc độ an toàn, bền vững, xác cao xác suÊt háng hãc thÊp nhÊt - Bé hå s¬ thiÕt kế chế tạo tổng thành hoàn chỉnh (bản vẽ kỹ thuật, phơng pháp, quy trình) Từ sản xuất giai đoạn để cung cấp cho nhu cầu thị trờng nớc Những vấn đề công nghệ cần giải giai đoạn sau: Đề tài hoàn chỉnh công nghệ chế tạo mức độ đơn nên cần nghiên cứu thiết lập công nghệ có tính chất chế tạo dây chuyền để sản xuất thiết bị với quy mô lớn Vấn đề làm lạnh (bằng blog lạnh) phải đợc đa vào bên máy laser Nd:YAG để giảm sù cång kỊnh hƯ thèng MỤC LỤC Trang PhÇn I: Nghiên cứu hệ thống, thiết kế, chế tạo thiết bÞ laser Nd:yag q – switched hai b−íc sãng 1064/532nm A HÖ thèng laser Nd:YAG Q – switched (= 1064/532nm) 1 Sơ đồ khối chức Ngun lý hoạt động T inh thĨ Nd:YAG vµ KTP Tinh thể Nd:YAG Q - Switch 11 Tinh th KTP 13 c điện công suất điều khiển đèn bơm quang học Xenon kích hoạt 33 laser Nd:YAg Hệ thống bơm quang học 33 Hệ thống điều khiển lượng phát tia laser 34 D Điều khiển công suất laser 40 Ch độ điều biến độ phẩm chất 40 Bộ tạo xung đơn, xung chuỗi 41 E Quang häc, ghÐp nèi chỉnh 42 S nguyờn lý h quang 42 BCH – yêu cầu ghép nối chỉnh 42 F HƯ thèng b−íc sãng 50 Vị trí lắp đặt KTP 50 Hệ thống điều khin chuyn ng KTP 51 G.Điều khiển tham số hoạt động hiển thị 51 H thng mch điều khiển 51 Bộ chuyển đổi tương tự/số 53 Vi điều khiển 89C51 54 H An toàn hệ thống 61 Phần II: Tham số vận hành thiết bị 64 A.sự phân loại thiết bị điều trị yêu cầu môi trờng 64 B thông số kỹ thuật 64 C phạm vi áp dụng 65 D giới thiệu chức 66 E giới thiệu hệ thống hoạt động 69 F cài đặt điều khiển thiết bị 70 G sửa chữa 72 Phần III: ứng dụng thử nghiệm máy bệnh nhân 74 PhÇn IV: Phơ lơc 79 Đề tài cấp Bộ: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd:YAG Q – switch hai bước sóng 1064/532nm dùng y học thẩm mỹ cao cp Phần I: Nghiên cứu hệ thống, thiết kế, chế tạo thiết bị laser Nd:YAG Q Switched hai b−íc sãng 1064/532nm a/ HƯ thèng laser Nd:YAG Q – Switched (= 1064/532nm) Sơ đồ khối chức Nguồn AC220V/50Hz/15A Ngn DC ỉn ¸p 5V, 10V, 12 V, 24 V Power supply APTOMAT tổng bảo vệ hệ thống chỉnh lu Đặt tham số làm việc PARAMETER (6 tham số) Trung tâm điều khiển , xử lý , đo đạc, Nguồn công suất nuôi dao động 300VDC/30Ađiều hành Dc Power Control Central Nguồn lạnh sơ cấp, thứ cấp, bể nớc, máy bơm, đo nhiệt độ tự động (18-200 C) Cooling Water TRANZITOR Siêu công suất An toàn hệ thống (13 tham sè ) Safety system ChØnh l−u läc cao tần rectifier Đo áp lực, dũng chy Flow pressure Đèn XENON Thanh laser Nd: YAG/KTP Laser dÉn ®−êng = 635nm Aiming Beam Nguồn laser dẫn đờng AIMING Beam pOWEr Tạo Q - Switch C−ìng bøc Quang häc optical C¸nh tay laser Conducting Light arm Laser Nd:YAG Đề tài cấp Bộ: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd:YAG Q – switch hai bước sóng 1064/532nm dùng y học thẩm mỹ cao cấp“ Hình Sơ đồ khối chức Đề tài cấp Bộ: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd:YAG Q – switch hai bước sóng 1064/532nm dùng y học thẩm mỹ cao cấp“ Nguyên lý hoạt động Thiết bị kết nối với điện mạng AC220V/50Hz/60Hz/15Ampe  qua APTOMAT 20A bảo vệ dòng tổng qua lọc nhiễu hệ thống NOISER FILTER 20Ampe qua khởi động từ MAGETRIC RELAY 20A/36V DC CONTROL  qua cảm biến dòng điện CURRENT SENSOR 20Aqua TRANSITROR siêu công suất MOSFET Hệ dao động tần số 1Mhz điều khiển tạo dịng điện xung cơng suất  qua chỉnh lưu lọc cao tần KIT DIODE qua van đột ngột  tạo điện áp đặt lên đèn Xenon (công suất laser tỉ lệ với điện áp này)  laser Nd:YAG / KTP tạo tia laser Bộ tạo Q – switch cưỡng qua hệ quang học cánh tay laser khớp đến mô điều trị Laser dẫn đường (= 635nm) hợp tia trùng khít tia laser Nd:YAG Trung tâm điều khiển xử lý đo đạc, điều hành CONTRAL CENTRER làm nhiệm vụ điều khiển xử lý toàn hệ thống thông qua tham số như: thời gian đóng mở nguồn điện, dịng điện I, điện áp U, nhiệt độ nước, laser, máy bơm, lưu lượng nước, áp lực nước, thời gian xung (Q - Switched), thời gian xung lặp lại WIDTH PULSE, tần số xung FREQUENCY PULSE…Tất tham số điều hành bị lỗi hệ thống báo lỗi thiết bị tự động dừng hoạt động Các nguồn ni AC, DC có chất lượng cao xử lý với độ xác 1% An toàn hệ thống thiết lập cách chuẩn mực với độ xác độ nhậy cao nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ, độ tin cậy hệ thống diều kiện không áp ứng Điều cần thiết cho thiết bị đại có nhiều lĩnh vực áp dụng: Điều khiển tự động, Quang học, Điện tử công suất, Điện lạnh, Cơ học Việc đặt thông số làm việc hiển thị hình LCD cảm ứng giúp cho người vận hành dễ dàng thân thiện (6 tham số hiển thị lúc): Năng lượng ENGERY, tần số FREQUENCY, laser dẫn đường LASER BEAM, lựa chọn bước sóng WAVE LENGTH, đếm xung TREATING COUNT, chế độ hoạt động READY/STANDBY Hệ thống bơm nước mát BCH laser Nd:YAG thực nhờ động có áp lực 8000mm cột nước bơm nước tuần hoàn từ bể nước Inox có dung tích 10l Việc giảm nhiệt bể nước cần thiết trình hoạt động đèn Xenon phát nhiệt cao C/1 phút, điều thực cưỡng nhờ nước lạnh nước sinh hoạt Quá trình hoạt động hệ nước làm mát cảm biến nhận biết áp lực, lưu lượng, nhiệt độ Các tham số nước không đảm bảo hệ thống tự động dừng báo lỗi Hệ quang học bố trí mặt nhơm dầy 50mm có độ biến dạng học thấp, vít chỉnh hệ quang học hãm tốt nhằm chống rung sóc vận chuyển giãn nở nhiệt độ gây nên Đặc biệt cánh tay truyền Nd:YAG có độ xác cao ( 1/1000), có gương phản xạ nằm khớp linh động Tia laser trước thoát khỏi cánh tay qua thấu kính hội tụ điều chỉnh tiêu cự từ 7 mm Toàn hệ thống thiết kế khung học vững chãi di chuyển linh hoạt không gây tiếng ồn Đề tài cấp Bộ: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo laser Nd:YAG Q – switch hai bước sóng 1064/532nm dùng y học thẩm mỹ cao cấp“ B/ tinh thĨ Nd:yag /ktp, ®iỊu kiƯn chế phát tia laser Tinh th Nd:YAG Laser Nd:YAG laser rắn sử dụng phổ biến kể từ hợp chất Nd:YAG sử dụng làm hoạt chất laser thành công vào năm 1964 Cơng thức hố học chất Y3Al5O12 (Ytrium Aluminum Garnet-viết tắt YAG) tâm kích hoạt 3+ ion Nd (Neodym-viết tắt Nd) Bức xạ laser xảy dịch chuyển mức 3+ lượng ion Nd Hoạt chất ion Nd tỷ lệ đến 2% (theo trọng lượng) Do mật độ Nd 3+ 3+ cấy vào tinh thể YAG với lớn nên hệ số khuếch đại laser Nd:YAG lớn nhiều so với laser khí Hợp chất Nd:YAG hợp chất sử hữu thuộc tính tốt quang học, nhiệt khí ngun liệu sử dụng tốt cho laser rắn Đặc trưng hợp chất là: truyền dẫn mạnh nhiệt độ phịng với bước sóng 0 1064nm, độ rộng tia 4,5 A , thời gian huỳnh quang 230ns, điểm nóng chảy 1970 C Nd:YAG vơ cứng có dẫn suất nhiệt tốt Một số tính chất vật lý tinh thể Nd:YAG Tinh thể Nd:YAG tinh thể đều, nuôi phương pháp Czochral (kéo tinh thể 22 nóng chảy) Trường tinh thể gần đối xứng tứ giác Số nút mạng tinh thể 1,36.10 /cm -19 Tiết diện chuyển dịch laser hiệu dụng 3.10 cm điều kiện nhiệt độ phịng Thanh hoạt chất thơng thường có độ dài từ 75mm đến 150mm, đường kính lớn 8mm (tuỳ thuộc vào công nghệ nuôi) Hai đầu hoạt chất cắt phẳng cắt theo góc Bruster đánh bóng, phủ lớp khử phản xạ Mục đích khử phản xạ để tránh tạo buồng cộng hưởng phụ Tuỳ theo công nghệ nuôi cấy khác nhau, tiết diện ngang hoạt chất hình trịn, hình chữ nhật hay hình vng Tuy nhiên, thơng thường hình trịn, cơng nghệ kéo hình trịn dễ bảo đảm độ đồng Một số tham số laser Nd:YAG (của hãng Korad, USA) tinh thể YAG tổng kết bảng 1.1 bảng 1.2 Bảng 1.1 Các tham số laser Nd:YAG JK Anh chế tạo Kích thước hoạt l = 100mm, D = mm chất Nd:YAG Bơm quang học đèn Crypton, đèn có cơng suất 6kW (500ms) Bộ phản xạ elip có mặt đánh bóng phản xạ 90% Năng lượng 2 J Công suất phát Ở chế độ tự (= 320m) 50kW, chế độ xung (= 10ns) Độ dài bước sóng 2000 MW 1,064 m Độ phân kỳ mrad Cấu trúc chùm tia Đơn mode Hiệu suất 2%