ОСВЕТИТЕЛЬ ДЛЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ СО СВЕТОВОДНЫМ ВЫВОДОМ ИЗЛУЧЕНИЯ
ÓÄÊ 621.391.837.681.3]: [621 + 681: 723
ÎÑÂÅÒÈÒÅËÜ ÄËß ÔÎÒÎÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÒÅÐÀÏÈÈ È ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÒÍÎÉ ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÈ ÑÎ ÑÂÅÒÎÂÎÄÍÛÌ ÂÛÂÎÄÎÌ ÈÇËÓ×ÅÍÈß
2008 ã. Kang Uk*, Ph.D; Ã. Â. Ïàïàÿí**, êàíä. òåõí. íàóê; Ä. À. Ìàêàðîâ*; Lee Seung Yup *; Bae Su Jin*
** “SOI-Korea Center” of Korean Electrotechnology Research Institute (KERI), Seoul, Korean Republic
** Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ìåäèöèíñêèé óíèâåðñèòåò èì. àêàä. È.Ï. Ïàâëîâà, ** Ñàíêò-Ïåòåðáóðã,
** E-mail: pgarry@mail.wplus.net
 îñâåòèòåëå, ïðåäíàçíà÷åííîì äëÿ ôîòîòåðàïèè è ôëóîðåñöåíòíîé äèàãíîñòèêè, èñïîëüçóþòñÿ îäíîâðåìåííî ðòóòíàÿ è ãàëîãåííàÿ ëàìïû, îáëàäàþùèå âçàèìíî äîïîëíÿþùèìè ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Èõ èçëó÷åíèå ñóììèðóåòñÿ è ïîäâîäèòñÿ ê îáúåêòó ÷åðåç æèäêîñòíûé ñâåòîâîä. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðîáîâàíû äâà ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ - ñïåêòðàëüíûé è óãëîâîé. Ëó÷øèå ðåçóëüòàòû äàë ïîñëåäíèé ñïîñîá, ïðè êîòîðîì ñõîäÿùèåñÿ ïó÷êè îò ëàìï íàïðàâëÿþòñÿ â ñâåòîâîä ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè. Ñóììàðíàÿ îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà â äèàïàçîíå 300–800 íì ñîñòàâëÿåò 14,5 Âò. Âûäåëåíèå ðàáî÷åãî ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïåðåêëþ÷àåìûõ èíòåðôåðåíöèîííûõ ñâåòîôèëüòðîâ ïî êîìàíäàì îò âñòðîåííîãî ïðîöåññîðà. Ïðîâåäåíà îöåíêà âëèÿíèÿ ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ íà ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷èñòîãî ïîòîêà.
Êîäû OCIS: 1700170, 170.2150, 170.2680, 170.3880, 170.3890, 170.4580.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 28.05.2008.
Ââåäåíèå
Ôîòîäèíàìè÷åñêàÿ òåðàïèÿ (ÔÄÒ) è ôëóîðåñöåíòíàÿ äèàãíîñòèêà (ÔÄ) – ïðèìåðû óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ íîâûõ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ â ïðàêòè÷åñêîé ìåäèöèíå. ÔÄÒ îñíîâàíà íà ãåíåðàöèè ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåòà öèòîòîêñè÷åñêèõ âåùåñòâ, ñïîñîáíûõ ðàçðóøèòü âðåäíûå äëÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè êëåòêè è òêàíè [1]. Äëÿ ýòîãî â îðãàíèçì áîëüíîãî ïðåäâàðèòåëüíî ââîäÿòñÿ (ñèñòåìíûì îáðàçîì èëè ìåñòíî) ñïåöèàëüíûå ïðåïàðàòû – ôîòîñåíñèáèëèçàòîðû (ÔÑ) è ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ ïðîâîäèòñÿ îáëó÷åíèå â ïðèñóòñòâèè êèñëîðîäà ïîðàæåííîãî ó÷àñòêà âûñîêîèíòåíñèâíûì îïòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì â ïîëîñàõ ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, ðàñïîëîæåííûõ îáû÷íî â âèäèìîé îáëàñòè ñïåêòðà. ÔÄÒ, ïåðâîíà÷àëüíî ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ òåðàïèè îïóõîëåé, â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñïåøíî ïðèìåíÿåòñÿ è äëÿ ëå÷åíèÿ íåîíêîëîãè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé. Ñðîäñòâî ÔÑ ê îïóõîëåâîé òêàíè, à òàêæå èõ ñïîñîáíîñòü ôëóîðåñöèðîâàòü èñïîëüçóþòñÿ â ïðèáîðàõ äëÿ ôëóîðåñöåíòíîé äèàãíîñòèêè çàáîëåâàíèé âíóòðåííèõ îðãàíîâ [2, 3] è êîæè [4, 5]. Íàðÿäó ñ ÔÑ â ÔÄ èñïîëüçóþòñÿ ñâîéñòâà ýíäîãåííûõ âåùåñòâ èçìåíÿòü ñâîè îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè âîçíèêíîâåíèè ïàòîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Íà ýòîé îñíîâå ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñïåêòðàëüíûå ìåòîäû àâòîôëóîðåñöåíòíîé (ÀÔ) äèàãíîñòèêè [6–8]. Êðîìå òîãî, äëÿ ëå÷åíèÿ ìíîãèõ íåîíêîëîãè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé èñïîëüçóåò-
ñÿ ôîòîòåðàïèÿ (ÔÒ) – ëå÷åíèå ñâåòîì íèçêîé èíòåíñèâíîñòè áåç ïðèìåíåíèÿ ïðåïàðàòîâ [9].
Äëÿ óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ óêàçàííûõ ìåòîäîâ â äèàãíîñòèêå è ëå÷åíèè òðåáóåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêàÿ ïëîòíîñòü ìîùíîñòè â îãðàíè÷åííîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå, ñîîòâåòñòâóþùåì ïîëîñå ïîãëîùåíèÿ òîãî èëè èíîãî õðîìîôîðà èëè ôëóîðîôîðà. Ëåã÷å âñåãî åå ìîæíî äîñòè÷ü ñ ïîìîùüþ êîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ. Ïîýòîìó áîëüøèíñòâî àïïàðàòîâ äëÿ ÔÄÒ è ÔÄ ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ëàçåðîâ. Ïðè ýòîì äëÿ ìíîãèõ ìåäèöèíñêèõ ïðèìåíåíèé âàæíûì ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü äîñòàâêè ñâåòà âî âíóòðåííèå îðãàíû ñ ïîìîùüþ ïîäñîåäèíÿåìîãî ê ëàçåðó âîëîêîííîãî èíñòðóìåíòà. ×åì áîëüøå ìîùíîñòü ëàçåðà, òåì áîëüøóþ ïëîùàäü îáúåêòà ìîæíî ïðè ýòîì îñâåòèòü. Íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà “ÌÈËÎÍ–ËÀÕÒÀ”, ó êîòîðîãî ìàêñèìàëüíàÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ñîñòàâëÿåò íà äëèíå âîëíû 635 íì 1 Âò, à íà 665 íì – 2,3 Âò, ìîæíî îñâåùàòü ïîëÿ äèàìåòðîì ñîîòâåòñòâåííî 2,5 è 3,8 ñì ïðè ïëîòíîñòè ìîùíîñòè 200 ìÂò/ñì2. Ýòî ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ ÔÑ òðåõ òèïîâ – ïðîèçâîäíûìè ãåìàòîïîðôèðèíà (HPD) èëè àëþìîëåâóëèíîâîé êèñëîòû (ALA) è ïðåïàðàòàìè õëîðèíîâîãî ðÿäà (Chlorine e6).
Âûñîêàÿ ñòîèìîñòü ëàçåðîâ è îãðàíè÷åíèÿ ïî äëèíàì âîëí ñòèìóëèðóþò ñîçäàíèå îñâåòèòåëåé ñ íåêîãåðåíòíûìè èñòî÷íèêàìè ñâåòà. Òàêèå îñâåòèòåëè îáû÷íî ñòðîÿòñÿ ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà
16 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
63
7
1
2
5
4
Ðèñ. 1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ ñ âûâîäîì èçëó÷åíèÿ ÷åðåç ñâåòîâîä.
ðèñ. 1. Ñâåòÿùååñÿ òåëî ëàìïû 1, ïðîåöèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ çåðêàëüíîãî îòðàæàòåëÿ 2 è (èëè) ëèíçîâîé ñèñòåìû 3 íà âõîäíîé òîðåö ñâåòîâîäà 4 â âèäå ïÿòíà 5. Èçëó÷åíèå îò ëàìïû ïðåäâàðèòåëüíî ôèëüòðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ øèðîêîïîëîñíîãî ñâåòîôèëüòðà 6, îòñåêàþùåãî íåíóæíûå äëÿ ðàáîòû îñâåòèòåëÿ ó÷àñòêè ñïåêòðà (â îñíîâíîì ÈÊ), à îêîí÷àòåëüíî ñ ïîìîùüþ ñâåòîôèëüòðà 7, êîòîðûé âûäåëÿåò ðàáî÷èé èíòåðâàë äëèí âîëí è ìîæåò áûòü ñìåííûì.
Îñíîâíûå ïðîáëåìû ïðîåêòèðîâàíèÿ òàêèõ îñâåòèòåëåé ñâÿçàíû ñ ðåøåíèåì ñëåäóþùèõ âîïðîñîâ: âûáîðîì îïòèìàëüíîãî äëÿ äàííîé çàäà÷è èñòî÷íèêà ñâåòà, ñîçäàíèåì ýôôåêòèâíîé ñèñòåìû ñáîðà è ïðîåêöèè ñâåòà íà âõîä ñâåòîâîäà, óìåíüøåíèåì ïîòåðü ñâåòà íà ñâåòîôèëüòðàõ, ïåðåäà÷åé ñâåòà ñ ïîìîùüþ ñâåòîâîäà ñ íàèìåíüøèìè ïîòåðÿìè, èñêëþ÷åíèåì òåïëîâîãî ðàçðóøåíèÿ ñâåòîâîäà è ñâåòîôèëüòðîâ.
Èñòî÷íèêàìè ñâåòà ìîãóò áûòü êîðîòêîäóãîâûå ãàçîðàçðÿäíûå ëàìïû (êñåíîíîâûå, ðòóòíûå, ìåòàëëîãàëîèäíûå) èëè ëàìïû íàêàëèâàíèÿ ñ ãàëîãåííûì öèêëîì.  ñïåöèàëèçèðîâàííîì îñâåòèòåëå äëÿ ÔÄÒ LumaCare™ Lamp (MBG Technologies Inc., UK) èñïîëüçóåòñÿ ãàëîãåííàÿ ëàìïà ìîùíîñòüþ 250 Âò ñî âñòðîåííûì ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì. Òàêîé îòðàæàòåëü ïîçâîëÿåò ïðîåöèðîâàòü òåëî ëàìïû íåïîñðåäñòâåííî íà òîðåö ñâåòîâîäíîãî êàáåëÿ. Èíòåðôåðåíöèîííûé ñâåòîôèëüòð, âûäåëÿþùèé ðàáî÷èé ñïåêòðàëüíûé èíòåðâàë, âñòðîåí íåïîñðåäñòâåííî â êàáåëü, ÷òî ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè çàìåíû åãî öåëèêîì äëÿ èçìåíåíèÿ ðàáî÷åé äëèíû âîëíû. Îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà äèàìåòðîì 17 ìì â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà 560– 680 íì ñîñòàâëÿåò 1200 ìÂò, â ñèíåé îáëàñòè 400– 440 íì – 80 ìÂò. Áîëüøèå ãàáàðèòû êàáåëÿ (âíåøíèé äèàìåòð 25,4 ìì) è ìàëàÿ åãî ãèáêîñòü ñîçäàþò íåóäîáñòâà ïðè ðàáîòå ñ íèì.
 îñâåòèòåëå D-Light (Karl Storz, GmbH, Germany), ïðåäíàçíà÷åííîì äëÿ ýíäîñêîïè÷åñêîé ÔÄ, èñòî÷íèêîì ñâåòà ñëóæèò êñåíîíîâàÿ ëàìïà ìîùíîñòüþ 300 Âò ñî âñòðîåííûì ïàðàáîëè÷åñêèì îòðàæàòåëåì. Äëÿ ïðîåêöèè ñâåòÿùåãîñÿ òåëà ëàìïû íà âõîä æèäêîñòíîãî ñâåòîâîäà äèàìåòðîì 2 ìì èñïîëüçóåòñÿ êâàðöåâûé êîíäåíñîð. Ðàñïîëîæåííûå âáëèçè êîíäåíñîðà ñìåííûå ñâåòîôèëüòðû íà èíòåðâàëû 380–460 íì è 380–440 íì ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ âîçáóæäåíèÿ ÀÔ èëè ALA-èíäóöèðîâàííîé ôëóîðåñöåíöèè. Ïðè ïðîâåäåíèè íàáëþäåíèé â áåëîì ñâåòå îíè âûâîäÿòñÿ èç õîäà ëó÷åé. Ìîùíîñòü íà âûõîäå ãèáêîãî áðîíõîñêîïà, ïîäêëþ÷åííîãî ê îñâåòèòåëþ D-Light, â ñèíåì ñâåòå ñîñòàâëÿåò 50 ìÂò [2].
Îñíîâíûå íåäîñòàòêè ñóùåñòâóþùèõ íåêîãåðåíòíûõ îñâåòèòåëåé ñîñòîÿò â íåäîñòàòî÷íî âûñîêîé âûõîäíîé ìîùíîñòè è â ðàçäåëüíîé ðåàëèçàöèè ðåæèìîâ ÔÄ è ÔÄÒ. Íèæå îïèñûâàåòñÿ îñâåòèòåëü, ïðåäíàçíà÷åííûé îäíîâðåìåííî äëÿ îáîèõ ðåæèìîâ, â êîòîðîì áëàãîäàðÿ ñóììèðîâàíèþ èçëó÷åíèé îò ëàìï ñ äîïîëíÿþùèìè ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè óäàåòñÿ ïîëó÷èòü âûñîêóþ âûõîäíóþ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå.
Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ëàìï è ñïîñîáû ñóììèðîâàíèÿ èõ èçëó÷åíèé
 îáëàñòè ñïåêòðà, ïðåäñòàâëÿþùåé èíòåðåñ äëÿ ÔÄ è ÔÄÒ, ñïåêòðàëüíàÿ ÿðêîñòü ëàìï ìîæåò ñèëüíî âàðüèðîâàòüñÿ. Íà ðèñ. 2. ïîêàçàíû ñïåêòðû îáû÷íî èñïîëüçóåìûõ äëÿ ýòîé öåëåé èçëó÷àòåëåé – êîðîòêîäóãîâûõ ëàìï ñ êñåíîíîâûì è ðòóòíûì íàïîëíåíèåì, à òàêæå ãàëîãåííîé ëàìïû. Âèäíî, ÷òî â îáëàñòè 350–750 íì êñåíîíîâàÿ ëàìïà îáëàäàåò íàèáîëåå ðàâíîìåðíûì ñïåêòðîì. Ëàìïà íàêàëèâàíèÿ ñ ãàëîãåííûì öèêëîì õîðîøî èçëó÷àåò â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà. Çäåñü îíà ñïîñîáíà äàòü áîëüøå ñâåòà, ÷åì êñåíîíîâàÿ, íî ñóùåñòâåííî åé óñòóïàåò â êîðîòêîâîëíîâîé ÷àñòè. Ëèäèðóþùåå ïîëîæåíèå â ýòîé îáëàñòè çàíèìàåò ðòóòíàÿ ëàìïà, îñîáåííî â ìåñòàõ ðàñïîëîæåíèÿ õàðàêòåðíûõ ðòóòíûõ ëèíèé – 365, 405, 436, 546 è 578 íì.  êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðàëüíàÿ ìîùíîñòü êîíòèíóóìà ðòóòíîé ëàìïû ìåíüøå ÷åì ó ãàëîãåííîé ëàìïû. Ñïåêòðàëüíûå ïðåèìóùåñòâà ðòóòíîé è ãàëîãåííîé ëàìï ìîæíî îáúåäèíèòü ïóòåì ñóììèðîâàíèÿ èõ èçëó÷åíèé. Òàêîå ñóììèðîâàíèå ìîæíî âûïîëíèòü äâóìÿ ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè: ñïåêòðàëüíûì è óãëîâûì (ðèñ. 3).
 îñíîâå ñïåêòðàëüíîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ ëåæèò èñïîëüçîâàíèå ñâîéñòâ äèõðîè÷íîãî çåðêàëà õîðîøî ïðîïóñêàòü ñâåò â îäíîé îáëàñòè ñïåêòðà è
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
17
pλ, Âò/íì 0,15
0,10
0,05 1
0 400
3 500 600
2 700 λ, íì
Ðèñ. 2. Ðàñïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîé ìîùíîñòè ðλ èçëó÷åíèÿ ëàìï ðàçëè÷íîãî òèïà ÷åðåç ôîêàëüíîå îòâåðñòèå äèàìåòðîì 5 ìì. 1 – êñåíîíîâàÿ êîðîòêîäóãîâàÿ ëàìïà P300BUV (Perkin Elmer) ìîùíîñòüþ 300 Âò ñ ïàðàáîëè÷åñêèì îòðàæàòåëåì è êâàðöåâûì êîíäåíñîðîì F/1.0, 2 – ãàëîãåííàÿ ëàìïà ELC (Ushio) ìîùíîñòüþ 250 Âò ñ ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì, 3 – ðòóòíàÿ êîðîòêîäóãîâàÿ ëàìïà HXP 120VIS (OSRAM) ìîùíîñòüþ 120 Âò ñ ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì.
(à) (á)
1 34 1
5 4
22
Ðèñ. 3. Ðàçëè÷íûå ñïîñîáû ñóììèðîâàíèÿ èçëó÷åíèé îò äâóõ ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. à – ñïåêòðàëüíûé ñïîñîá, á – óãëîâîé ñïîñîá. 1 – ëàìïà L1, 2 – ëàìïà L2, 3 – äèõðîè÷íîå çåðêàëî, 4 – ñâåòîâîä, 5 – äâîéíîé àïåðòóðíûé óãîë ñâåòîâîäà.
ïðè ýòîì õîðîøî îòðàæàòü â äðóãîé (ðèñ. 3à). Åñëè èçëó÷åíèå ëàìïû L1 â îñíîâíîì ñîñðåäîòî÷åíî â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè, à ëàìïû L2 – â äëèííîâîëíîâîé îáëàñòè, òî ñïåêòðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèõðîè÷íîãî çåðêàëà äîëæíà èìåòü ñòóïåí÷àòûé ïðîôèëü ñ ãðàíè÷íîé äëèíîé âîëíû, îáåñïå÷èâàþùåé äëÿ ïåðâîé ëàìïû âûñîêîå ïðîïóñêàíèå, à äëÿ âòîðîé âûñîêîå îòðàæåíèå.
Ýôôåêòèâíîñòü ñïåêòðàëüíîãî ñóììèðîâàíèÿ çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ äèõðîè÷íî-
ãî çåðêàëà. Íà äàííîé äëèíå âîëíû îí äîëæåí ïðèíèìàòü ìàêñèìàëüíîå èëè ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé èç ïîòîêîâ èìååò áîëüøåå çíà÷åíèå. Ïðè ðàâåíñòâå ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè âåëè÷èíà ïðîïóñêàíèÿ íå èìååò çíà÷åíèÿ. Ñïåêòðàëüíûé ñïîñîá ñëåäóåò ïðèìåíÿòü â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èìåþòñÿ ñóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â ñïåêòðàõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ. ×åì îíè áîëüøå, òåì ñ áîëüøåé ïîëüçîé îí ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí. Íàèáîëüøèé ýôôåêò èìååò ìåñòî â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ëàçåðîâ. Îí ìîæåò áûòü òàêæå ïîëåçåí ïðè ïðèìåíåíèè êîìáèíàöèè ëàìï “ðòóòíàÿ–ãàëîãåííàÿ”, ãäå ó ïåðâîé áîëüøå ñâåòà â êîðîòêîâîëíîâîé ÷àñòè ñïåêòðà (< 600 íì), à ó âòîðîé – â äëèííîâîëíîâîé (> 600 íì) [10]. Íóæíî, îäíàêî, èìåòü â âèäó, ÷òî ïðè ñïåêòðàëüíîì ñïîñîáå íà îäíîé è òîé æå äëèíå âîëíû íåëüçÿ äîáèòüñÿ ñóììèðîâàíèÿ ìîùíîñòè îò îáåèõ ëàìï. Íàïðèìåð, åñëè ãàëîãåííàÿ ëàìïà â êðàñíîé îáëàñòè äàåò 1 Âò, à ðòóòíàÿ 0,5 Âò, òî ìîùíîñòü ïðè ñóììèðîâàíèè íå ìîæåò ïðåâûñèòü 1 Âò.
Ýòîãî íåäîñòàòêà ëèøåí óãëîâîé ñïîñîá ñóììèðîâàíèÿ (ðèñ. 3á) [11]. Åãî ìîæíî ðåàëèçîâûâàòü ïðè íàëè÷èè ó ñâåòîâîäà çàïàñà ïî àïåðòóðå îòíîñèòåëüíî àïåðòóð îñâåùàþùèõ åãî ïó÷êîâ. Äëÿ åãî îñóùåñòâëåíèÿ îñè ëàìï äîëæíû áûòü íàêëîíåíû äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà. Åñëè êðàéíèå ëó÷è ñõîäÿùèõñÿ ïó÷êîâ îêàæóòñÿ â ïðåäåëàõ äâîéíîãî àïåðòóðíîãî óãëà ñâåòîâîäà, òî ìîæíî äîáèòüñÿ ñóììèðîâàíèÿ ìîùíîñòåé îò îáåèõ ëàìï íåçàâèñèìî îò äëèíû âîëíû.  ïðèâåäåííîì ïðèìåðå ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ìîæåò ïðè ýòîì äîñòèãàòü 1,5 Âò.
Ýôôåêòèâíîñòü òîãî èëè èíîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ ñóùåñòâåííûì îáðàçîì çàâèñèò îò âûáîðà ýëåìåíòîâ, èõ êîìïîíîâêè â îïòè÷åñêîé ñõåìå è êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé îñâåòèòåëÿ.
Îñâåòèòåëü EcoBright
Ïðè ðàçðàáîòêå îñâåòèòåëÿ EcoBright áûëè ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðîáîâàíû îáà ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ. Ëó÷øèå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû ñ ïîìîùüþ ñïîñîáà óãëîâîãî ñóììèðîâàíèÿ, êîãäà â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà óäàëîñü ïîëó÷èòü â 1,8 ðàçà áîëüøå ñâåòà, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè ñïåêòðàëüíîãî ñóììèðîâàíèÿ. Ïîýòîìó â îñíîâó ïîñòðîåíèÿ îïòè÷åñêîé ñõåìû îñâåòèòåëÿ áûë ïîëîæåí óãëîâîé ñïîñîá.  êà÷åñòâå ñðåäñòâ äîñòàâêè èçëó÷åíèÿ â íåì èñïîëüçóþòñÿ æèäêîñòíûå ñâåòîâîäû ñåðèè 380 (Lumatec Industries, Inc.) äèàìåòðîì 3, 5 è 8 ìì, à â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ ñâåòà – ðòóòíàÿ ëàìïà HXP120 (Osram) è ãàëîãåííàÿ ëàìïà EKE (Ushio).
Ó ëàìïû HXP120 ñîãëàñíî ïàñïîðòíûì äàííûì äâîéíîé óãîë êîíóñà ëó÷åé ðàâåí 44,8°. Ñâåòîâîé äèàìåòð ýëëèïòè÷åñêîãî çåðêàëà ëàìïû EKE ñîñòàâ-
18 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
ëÿåò 42 ìì, ÷òî ïðè ôîêóñå çåðêàëà 44,45 ìì äîëæíî äàòü äâîéíîé óãîë îêîëî 50°. Ñóììàðíûé óãîë ñõîäÿùèõñÿ ïó÷êîâ îò ëàìï â ýòîì ñëó÷àå çàìåòíî ïðåâîñõîäèò óãîë êîíóñà ëó÷åé, âîñïðèíèìàåìûõ âûáðàííûì ñâåòîâîäîì (72°). Ýêñïåðèìåíòû, îäíàêî, ïîêàçàëè, ÷òî îñíîâíàÿ ýíåðãèÿ ýòèõ ëàìï ñîñðåäîòî÷åíà â ìåíüøèõ óãëàõ, à èìåííî – 46° ó EKE è 36° ó HXP, ÷òî îáëåã÷àåò ðåàëèçàöèþ óãëîâîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ.
Ïðèíöèïèàëüíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ, ðåàëèçóþùåãî ýòîò ñïîñîá, ïîêàçàíà íà ðèñ. 4. Èçëó÷åíèå îò ãàëîãåííîé ëàìïû 1 íàïðàâëÿåòñÿ â ñâåòîâîä ñ ïîìîùüþ çåðêàëà 3, à îò ðòóòíîé ëàìïû íàïðÿìóþ. Çåðêàëî 3 ïîçâîëÿåò óäàëèòü äðóã îò äðóãà êîðïóñà ëàìï ñ èõ äåðæàòåëÿìè, èìåþùèìè çíà÷èòåëüíûå ãàáàðèòû, è òåì ñàìûì ïðèáëèçèòü äðóã ê äðóãó îñâåòèòåëüíûå ïó÷êè. Íàíåñåííîå íà çåðêàëî èíòåðôåðåíöèîííîå ïîêðûòèå ïðîïóñêàåò ÈÊ èçëó÷åíèå, ÷òî ïîçâîëÿåò ñíèçèòü òåïëîâóþ íàãðóçêó íà îñòàëüíûå ýëåìåíòû îïòè÷åñêîé ñõåìû. Ïîñêîëüêó ñóììàðíûé óãîë êîíóñîâ ëó÷åé îò ëàìï íåñêîëüêî ïðåâûøàåò äâîéíîé àïåðòóðíûé óãîë ñâåòîâîäà, èñïîëüçîâàòü èõ èçëó÷åíèå â ïîëíîé ìåðå íå óäàåòñÿ. Èçëó÷åíèå ðòóòíîé ëàìïû ÿâëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêè áîëåå öåííûì. Ïîýòîìó ðàñïîëîæåíèå çåðêàëà âûáðàíî òàê, ÷òîáû èçëó÷åíèå ðòóòíîé ëàìïû ïîäâåðãàëîñü ìèíèìàëüíîìó âèíüåòèðîâàíèþ. Ïîòåðÿ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ îò ãàëîãåííîé ëàìïû èç-çà åãî îãðàíè÷åíèÿ êðàåâîé çîíîé çåðêàëà ñîñòàâëÿåò îêîëî 10%.
 îñâåòèòåëå èñïîëüçóþòñÿ ñìåííûå èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû, óñòàíîâëåííûå íà äâóõ ìîòîðèçîâàííûõ òóðåëÿõ âáëèçè òîðöà ñâåòîâîäà.  ýòîé ïëîñêîñòè ïëîòíîñòü ìîùíîñòè îïòè÷åñêîé ðàäèàöèè ïðåâûøàåò 10 Âò/ñì2. Äëÿ òîãî ÷òîáû âûäåðæàòü òàêóþ íàãðóçêó, íà ñâåòîôèëüòðû íàíåñåíû ñïåöèàëüíûå ïðî÷íûå ïîêðûòèÿ. Âëèÿíèå íàêëîííûõ ïó÷êîâ íà ñïåêòðàëüíûå ñâîéñòâà îñâåòèòåëÿ îêàçàëîñü íåçíà÷èòåëüíûì.  îäíîé èç ïîçèöèè òóðåëè óñòàíîâëåíà çàãëóøêà (äëÿ âûïîëíåíèÿ ôóíêöèè îïòè÷åñêîãî çàòâîðà), à â äðóãîé – ôèãóðíàÿ äèàôðàãìà (äëÿ ðåãóëèðîâêè ñâåòîâîãî ïîòîêà). Óïðàâëåíèå ðàáîòîé îñâåòèòåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîãî ïðîöåññîðà. Âûáîð è èçìåíåíèå ðåæèìîâ îñóùåñòâëÿþòñÿ îðãàíàìè óïðàâëåíèÿ, ðàñïîëîæåííûìè íà ïåðåäíåé ïàíåëè îñâåòèòåëÿ, à òàêæå äèñòàíöèîííûì îáðàçîì ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðà èëè ïåäàëè. Áëàãîäàðÿ àâòîìàòèçàöèè îñóùåñòâëÿþòñÿ îïåðàòèâíûé ïåðåõîä îò îäíîé äëèíû âîëíû ê äðóãîé, ðåãóëèðîâêà ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ è âêëþ÷åíèå çàòâîðà. Âíåøíèé âèä îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ïîêàçàí íà ðèñ. 5. Îñâåòèòåëü îáåñïå÷èâàåò òåðàïèþ ïðè ïîñòîÿííîì îñâåùåíèè íà îäíîé èëè äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíî ñìåíÿåìûõ äëèíàõ
1
3 2
5 4
Ðèñ. 4. Ïðèíöèïèàëüíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ ECO-Bright. 1 – ðòóòíàÿ ëàìïà, 2 – ãàëîãåííàÿ ëàìïà, 3 – çåðêàëî, 4 – æèäêîñòíûé ñâåòîâîä, 5 – ñìåííûå èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû.
Ðèñ. 5. Âíåøíèé âèä îñâåòèòåëÿ ECO-Bright.
âîëí ïðè ïîñòîÿííîì èëè èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîì îñâåùåíèè, à òàêæå ôëóîðåñöåíòíóþ äèàãíîñòèêó ñ âîçìîæíîñòüþ îñâåùåíèÿ îáúåêòà âîçáóæäàþùèì èçëó÷åíèåì èëè áåëûì ñâåòîì.
Îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå îñâåòèòåëÿ çàâèñèò îò óñòàíîâëåííîãî ñâåòîâîäà è âûáðàííîãî ñâåòîôèëüòðà. Èçìåðåííûå ñ ïîìîùüþ ðàäèîìåòðà 12À (Ophir Optronics Inc.) çíà÷åíèÿ ìîùíîñòè äëÿ ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Äëÿ íåêîòîðûõ èç íèõ íà ðèñ. 6 ïîêàçàíû êðèâûå ðàñïðåäåëåíèÿ ñïåêòðàëüíîé ìîùíîñòè â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
19
pλ, Âò/íì
14 2
0,04
5 6
0,02 10 11
0 400
500 600 700 λ, íì
Ðèñ. 6. Ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå èçëó÷åíèÿ îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ñ ðàçëè÷íûìè ñâåòîôèëüòðàìè. Íîìåðà êðèâûõ ñîîòâåòñòâóþò ïîçèöèÿì òàáëèöû.
 äèàïàçîíå 300–800 íì îñâåòèòåëü ECO-Bright îáåñïå÷èâàåò íà âûõîäå ñóììàðíóþ ìîùíîñòü 14,5 Âò, ÷òî â 5,6 ðàç áîëüøå ìîùíîñòè, êîòîðóþ ñïîñîáåí äàòü îñâåòèòåëü ñ îäíèì ãàëîãåííûì èñòî÷íèêîì ñâåòà. Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî â îòäåëüíûõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ ðàçëè÷èÿ ìîãóò ñîñòàâèòü: â èíòåðâàëå 300–400 íì – 50 ðàç, 400–500 íì – 14 ðàç, 500–600 íì – 6,6 ðàçà, 600–700 íì – 2,6 ðàçà è 700– 800 íì – 2,1 ðàçà. Àíàëîãè÷íîå ñîïîñòàâëåíèå ñ îñ-
âåòèòåëåì, ïîñòðîåííûì íà êñåíîíîâîé ëàìïå, äàåò ñîîòâåòñòâåííî 17, 7, 6,7, 3,2 è 9 ðàç.
Âëèÿíèå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ Óâåëè÷åíèå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ
ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷èñòîãî ïîòîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîíîõðîìàòè÷åñêèì ñëó÷àåì, ïîñêîëüêó ÷àñòü ñïåêòðàëüíûõ êîìïîíåíòîâ
Ìîùíîñòü íà âûõîäå îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ñ ðàçëè÷íûìè ñâåòîâîäàìè è ñâåòîôèëüòðàìè, à òàêæå âîçìîæíûå ìåòîäèêè åãî ïðèìåíåíèÿ
Ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà, Âò
¹
Îáëàñòü ñïåêòðà, íì
Äèàìåòð ñâåòîâîäà, ìì 35 8
Ìåòîäèêà
1 357 ± 22 2 406±7,5 3 417±30 4 435±20 5 540±30 6 575±12,5 7 612±12
429±55 8 629±26,5 9 635±95 10 655±20 11 675±58 12 685±20 13 320±20 14 380–750
0,68 0,56 1,5 1,11 0,53 0,56 1,75
0,35 1,58 0,23 0,49 0,22 0,22 3,45
1,56 1,07 3,0 2,24 1,18 1,07 3,65
0,76 3,30 0,53 1,08 0,49 0,45 7,2
2,85 ÔÄ (AF-AGE), ÔÒ ( Atopic Dermatitis) 1,6 ÔÄ (AF, ALA), ÔÄÒ (Chlorine e6) 4,58 ÔÄ (AF, ALA), ÔÄÒ (ALA) 3,4 ÔÄÒ (BPD-MA) 1,95 ÔÒ (Ïðîòèâîâîñïàëèòåëüíîå äåéñòâèå) 1,6 ÔÄÒ (BPD-MA, PPIX) 6,05 ÔÄÒ (Acne vulgaris)
ÔÄÒ (ALA, HPD) 1,41 5,65 ÔÄÒ (ALA, HPD, Chlorine e6),ÔÒ (àíòèòîêñè÷åñêîå äåéñòâèå) 1,03 ÔÄÒ (Chlorine e6) 2,00 ÔÄÒ (ALA, HPD, Chlorine e6) 0,93 ÔÄÒ (CASPc, BPD-MA) 0,68 ÔÒ (Psoriasis, Vitiligo) 11,4 Áåëûé ñâåò äëÿ ÔÄ
20 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
îêàçûâàåòñÿ âíå ìàêñèìóìà âûáðàííîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ è ïîýòîìó â ìåíüøåé ñòåïåíè ïîãëîùàåòñÿ ìîëåêóëàìè õðîìîôîðà.  ëàìïîâûõ îñâåòèòåëÿõ ñóæåíèå ñïåêòðàëüíîé ïîëîñû ïðèâîäèò îäíîâðåìåííî ê ñíèæåíèþ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ. Âîçíèêàåò âîïðîñ î òîì, êàêèå òðåáîâàíèÿ â ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïðåäúÿâèòü ê ñâåòîôèëüòðó, ÷òîáû ñ÷èòàòü âûáîð îïòèìàëüíûì. Îäíîçíà÷íî îòâåòèòü íà íåãî íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì, ïîñêîëüêó ïðè ôîòîâîçäåéñòâèè â æèâîì îðãàíèçìå èíèöèèðóþòñÿ ðàçëè÷íûå ôîòîáèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, êîòîðûå â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû è èíòåíñèâíîñòè îáëó÷åíèÿ ìîãóò êàê óñèëèâàòü ëå÷åáíûé ýôôåêò, òàê è ïîäàâëÿòü åãî. Ïîýòîìó, åñëè íåò íà òî ñïåöèàëüíûõ îñíîâàíèé ïðè âûáîðå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû îñâåùåíèÿ, öåëåñîîáðàçíî îñòàâàòüñÿ â ïðåäåëàõ âûáðàííîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ. Ýòà ðåêîìåíäàöèÿ, îäíàêî, íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà ìíîãîâîëíîâîå îñâåùåíèå, èñïîëüçóåìîå â íåêîòîðûõ ìåäèöèíñêèõ ìåòîäèêàõ. Òàê, íàïðèìåð, ïðè ëå÷åíèè àêíå ïîêàçàíî ïðîâîäèòü îñâåùåíèå îäíîâðåìåííî â ñèíåé è êðàñíîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà [12].
Äëÿ áîëåå äåòàëüíîãî àíàëèçà ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ íóæíî çíàòü îñîáåííîñòè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èñòî÷íèêà è ÔÑ. Äëÿ îïðåäåëåííîñòè â êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå îñâåòèòåëÿ ECOBright ñîâìåñòíî ñ îòå÷åñòâåííûìè ÔÑ âòîðîãî ïîêîëåíèÿ õëîðèíîâîãî ðÿäà – ïðåïàðàòàìè “Ðàäàõëîðèí” è “Ôîòîäèòàçèí”. Ñïåêòð èõ ïîãëîùåíèÿ âêëþ÷àåò ðÿä ïîëîñ, èç êîòîðûõ íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò èíòåíñèâíàÿ ïîëîñà Ñîðå, ðàñïîëîæåííàÿ â ôèîëåòîâîé îáëàñòè ñïåêòðà (λmax = 404 íì, øèðèíà ïîëîñû íà ïîëóâûñîòå 44 íì), è äëèííîâîëíîâàÿ Q-ïîëîñà (λmax = 662 íì, øèðèíà – 30 íì). Êîðîòêîâîëíîâóþ ïîëîñó èñïîëüçóþò ïðè ëå÷åíèè ïîâåðõíîñòíûõ ñòðóêòóð, à äëèííîâîëíîâóþ – ïðè íåîáõîäèìîñòè âîçäåéñòâèÿ íà ñòðóêòóðû, ðàñïîëîæåííûå â ãëóáèíå òêàíè.
Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè âëèÿíèÿ ñïåêòðàëüíîé øèðèíû ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî èñòî÷íèêà ââåäåì êîýôôèöèåíò ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ åãî èçëó÷åíèÿ
∆λ ∆λ
Q = ∫ p(λ)k(λ)dλ ∫ p(λ)dλ, 00
ãäå ∆λ – ñïåêòðàëüíàÿ øèðèíà, öåíòðèðîâàííàÿ îòíîñèòåëüíî ìàêñèìóìà ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ; p(λ) – ñïåêòðàëüíàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, k(λ) – íîðìèðîâàííûé îòíîñèòåëüíî ìàêñèìóìà êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ âûáðàííîé ïîëîñû ÔÑ.
Èíòåãðàë â çíàìåíàòåëå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììàðíóþ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïàäàþùåãî íà îáúåêò
Q, îòí. åä. 1
0,6
1 2
0,2
0 20 40 60 80 ∆λ, íì
Ðèñ. 7. Âëèÿíèå øèðèíû ñïåêòðà ∆λ èçëó÷åíèÿ îñâåòèòåëÿ ECO-bright íà ýôôåêòèâíîñòü Q âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ ôëóîðîôîðàìè õëîðèíîâîãî ðÿäà äëÿ ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ c λmax = 404 (1) è λmax = = 662 íì (2).
ñëîæíîãî ïî ñïåêòðàëüíîìó ñîñòàâó ëó÷èñòîãî ïîòîêà. Èíòåãðàë â ÷èñëèòåëå äàåò ýôôåêòèâíîå çíà÷åíèå ýòîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðîå ìîæíî òðàêòîâàòü êàê ýêâèâàëåíòíóþ ïî ôîòîâîçäåéñòâèþ ìîùíîñòü ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî èñòî÷íèêà ñ äëèíîé âîëíû, ðàñïîëîæåííîé â ìàêñèìóìå ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 7. Âèäíî, ÷òî ïðè ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëàõ 30 è 44 íì, êîòîðûå ðàâíû øèðèíàì ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, ýôôåêòèâíîñòü îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé: 80% äëÿ ïîëîñû 662 íì è 83% äëÿ ïîëîñû 404 íì. Îíà çàìåòíî ïàäàåò (äî 56–58%) ïðè óäâîåíèè ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà è ñíèæàåòñÿ ïðèìåðíî äî 40% ïðè åãî óòðîåíèè. Íî äàæå ïðè ñòîëü øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå ýôôåêòèâíàÿ ìîùíîñòü ïðîäîëæàåò ñëàáî íàðàñòàòü çà ñ÷åò ôîíîâîãî ïîãëîùåíèÿ. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ, óâåëè÷åíèå øèðèíû âûøå äâîéíîãî ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà ïîëîñû ìîæåò îêàçàòüñÿ ïîëåçíûì. Òàêîå óâåëè÷åíèå ïðè ïðèìåíåíèè âûñîêîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè îáëó÷åíèÿ ìîæåò, îäíàêî, âûçâàòü èçáûòî÷íûé íàãðåâ òêàíè, èç-çà ÷åãî ó ïàöèåíòà â ìåñòå îáëó÷åíèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü ÷óâñòâî ææåíèÿ. Íàðÿäó ñ íåæåëàòåëüíûì ýôôåêòîì, “ëèøíèé ñâåò” âìåñòå ñ òåì ñïîñîáåí îêàçàòü ïîëåçíîå ëå÷åáíîå äåéñòâèå, ïîñêîëüêó, ïî íåêîòîðûì äàííûì, ñîâìåñòíîå ôîòîäèíàìè÷åñêîå è òåðìè÷åñêîå âîçäåéñòâèÿ äàþò ñèíåðãåòè÷åñêèé ýôôåêò [1].
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàííûé îñâåòèòåëü ECO-Bright äàåò çíà÷èòåëüíî áîëüøå ñâåòà ïî ñðàâíåíèþ ñ àíàëîãè÷íîé àïïàðàòóðîé. Åãî ïðåèìóùåñòâà îñîáåííî çà-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
21
ìåòíû â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè ñïåêòðà, ãäå ðàñïîëîæåíû íàèáîëåå ñèëüíûå ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ. Ýòà îáëàñòü îòíîñèòåëüíî ðåäêî èñïîëüçóåòñÿ â ÔÄÒ è íå òîëüêî èç-çà ìàëîé ãëóáèíû ïðîíèêíîâåíèÿ ñâåòà â òêàíü, íî è èç-çà îòñóòñòâèÿ äîñòóïíûõ äëÿ âðà÷åé îñâåòèòåëåé. Îíà íåîáõîäèìà, íàïðèìåð, ÷òîáû èçáåæàòü ïåðôîðàöèè èëè òîãäà, êîãäà ôîòîðåöåïòîðû íàõîäÿòñÿ âáëèçè ïîâåðõíîñòè òêàíè. Ïðåèìóùåñòâî â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè èãðàåò îñîáóþ ðîëü äëÿ âîçáóæäåíèÿ ôëóîðåñöåíöèè, ãäå, êàê ïðàâèëî, îñîáåííî ñèëüíî îùóùàåòñÿ äåôèöèò ñâåòà. Âîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ îáëó÷åíèÿ ïðè ÔÄÒ ñìåøàííûì ñèíå-êðàñíûì îñâåùåíèåì ÿâëÿåòñÿ åùå îäíèì ïðåèìóùåñòâîì îñâåòèòåëÿ. Òàêîå îñâåùåíèå ìîæíî ïðîâîäèòü êàê îäíîâðåìåííî, òàê è ïîñëåäîâàòåëüíî. Óíèêàëüíîå ñâîéñòâî îñâåòèòåëÿ ñîñòîèò â âîçìîæíîñòè ðàáîòû â ÓÔ îáëàñòè, ÷òî âàæíî äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ íåêîòîðûõ ìåòîäèê ÔÒ è äëÿ âîçáóæäåíèÿ ñîáñòâåííîé ôëóîðåñöåíöèè, îáóñëîâëåííîé òàêèìè ðàñïðîñòðàíåííûìè âåùåñòâàìè, êàê NADH, êîëëàãåí è ýëàñòèí. Çíà÷èòåëüíàÿ ìîùíîñòü ÓÔ èçëó÷åíèÿ äîñòèãíóòà íå òîëüêî çà ñ÷åò âûáîðà ïîäõîäÿùåãî èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ, íî è áëàãîäàðÿ îòñóòñòâèþ íà åãî ïóòè ïîãëîùàþùèõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, à òàêæå èñïîëüçîâàíèþ ïðîçðà÷íîãî äëÿ ýòîé îáëàñòè æèäêîñòíîãî ñâåòîâîäà.
Èç ïðåäñòàâëåííûõ â ïðåäûäóùåì ðàçäåëå äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî åñëè ñïåêòðàëüíûé èíòåðâàë èçëó÷åíèÿ ñîïîñòàâèì ñ øèðèíîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, òî ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû îñâåòèòåëÿ ïðèáëèæàåòñÿ ê ëàçåðíîìó îñâåùåíèþ. Ïîñëåäíåå ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ýòàëîí îñâåùåíèÿ òîëüêî ïðè óñëîâèè òî÷íîãî ñîâïàäåíèÿ ëàçåðíîé ëèíèè ñ ìàêñèìóìîì ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ, ÷òî âûïîëíÿåòñÿ äàëåêî íå âñåãäà.  ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ íåêîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà îòêëîíåíèå îñâåùåíèÿ îò èäåàëèçèðîâàííûõ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé âïîëíå äîïóñòèìî, ïîñêîëüêó õðîìàòîôîðû òêàíè ñàìè âûáèðàþò èç øèðîêîãî ñïåêòðà íóæíûå èì ñïåêòðàëüíûå êîìïîíåíòû. Èçìåíåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé îñâåùåíèÿ â ýòîì ñëó÷àå ìåíåå çàìåòíû ïî ñðàâíåíèþ ñ êîãåðåíòíûìè èñòî÷íèêàìè. Ðàäèàöèÿ, íå ïîãëîùåííàÿ îñíîâíûì âåùåñòâîì, ìîæåò â îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ áûòü ïîëåçíîé äëÿ ëå÷åíèÿ ìåòîäîì ÔÄÒ áëàãîäàðÿ òåìïåðàòóðíîìó ýôôåêòó. Îêîí÷àòåëüíî ðåøåíèå î öåëåñîîáðàçíîñòè ðàáîòû ñ òîé èëè èíîé øèðèíîé ñïåêòðà íóæíî ïðèíèìàòü ïî êëèíè÷åñêèì ïîêàçàíèÿì. Çíàíèå êîýôôèöèåí-
òà ýôôåêòèâíîñòè ïðè øèðîêîïîëîñíîì èñòî÷íèêå ïîçâîëÿåò ïåðåíîñèòü óñëîâèÿ îñâåùåíèÿ, ïîëó÷åííûå ïðè ëàçåðíîì îñâåùåíèè, íà ðåæèì ëàìïîâîãî îñâåòèòåëÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Dougherty T. J., Gomer C.J., Henderson B.W., Jori G., Kessel D., Korbelik M., Moan J., Peng Q. Photodynamic therapy // J. Natl. Cancer Inst. 1998. V. 90. I. 12. ¹ 17. P. 889–905.
12. Leonhard M. New Incoherent Autofluorescence/Fluorescence System for Early Detection of Lung Cancer // Diagnostic and Therapeutic Endoscopy. 1999.V. 5. P. 71–75.
13. Ïàïàÿí Ã.Â., Êàíã Óê. Ôëóîðåñöåíòíàÿ ýíäîñêîïè÷åñêàÿ âèäåîñèñòåìà // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 64. ¹ 10. Ñ. 94–99.
14. Hewett J., Nadeau V., Ferguson J., Moseley H., Ibbotson S., Allen J.W., Sibbett W., Padgett M. The application of compact multispectral imaging system with integrated excitation source to in vivo monitoring of fluorescence during topical photodynamic therapy of superficial skin cancer // Photochemistry and Photobiology. 2001. V. 73. ¹ 30. P. 278–282
15. Êàíã Óê, Ïàïàÿí Ã.Â., Áý Ñó Äæèí, Áåðåçèí Â.Á., Êèì Ñ. Ôëóîðåñöåíòíûé âèäåîäåðìàòîñêîï // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2008. Ò. 75. ¹ 1. Ñ. 32–38.
16. Richards-Kortum R., Sevick-Muraca E. Quantitative optical spectroscopy for tissue diagnosis // Annual Review of Physical Chemistry. 1996. V. 47. ¹ 1. Ð. 555–606.
17. Wagnieres G.A., Star W.M., Wilson B.C. In vivo fluorescence spectroscopy and imaging for oncological applications // Photochem. Photobiol. 1998. V. 68. ¹ 5. P. 603–632.
18. Papayan G.V., Barsky I.Ya. Contact Luminescence spectrophotometry for biomedical studies // Proc. SPIE. 2001. V. 4515. P. 125–136.
19. Êàðàíäàøîâ Â.È., Ïåòóõîâ Å.Á., Çðîäíèêîâ Â.Ñ. Ôîòîòåðàïèÿ (ñâåòîëå÷åíèå) / Ïîä ðåä. Ïàëååâà Í.Ð. Ì.: Ìåäèöèíà, 2001. 390 ñ.
10. Kang Uk, Papayan G., Bae Soo Jin, Rim Geun Hie. Light source for Fluorescence Diagnosis and Photodynamic Therapy // Patent KR10-0798486.
11. Kang Uk, Papayan G., Makarov D., Lee Seung Yup, Bae Soo Jin. Light source system for phototherapy of skin disease // Patent application KR20070101398.
12. Papageorgiou P., Katsambas A., Chu A. Phototherapy with blue (415 nm) and red (660 nm) light in the treatment of acne vulgaris // British Journal of Dermatology. 2000. ¹ 142. P. 973–978.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
ÎÑÂÅÒÈÒÅËÜ ÄËß ÔÎÒÎÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÒÅÐÀÏÈÈ È ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÒÍÎÉ ÄÈÀÃÍÎÑÒÈÊÈ ÑÎ ÑÂÅÒÎÂÎÄÍÛÌ ÂÛÂÎÄÎÌ ÈÇËÓ×ÅÍÈß
2008 ã. Kang Uk*, Ph.D; Ã. Â. Ïàïàÿí**, êàíä. òåõí. íàóê; Ä. À. Ìàêàðîâ*; Lee Seung Yup *; Bae Su Jin*
** “SOI-Korea Center” of Korean Electrotechnology Research Institute (KERI), Seoul, Korean Republic
** Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ìåäèöèíñêèé óíèâåðñèòåò èì. àêàä. È.Ï. Ïàâëîâà, ** Ñàíêò-Ïåòåðáóðã,
** E-mail: pgarry@mail.wplus.net
 îñâåòèòåëå, ïðåäíàçíà÷åííîì äëÿ ôîòîòåðàïèè è ôëóîðåñöåíòíîé äèàãíîñòèêè, èñïîëüçóþòñÿ îäíîâðåìåííî ðòóòíàÿ è ãàëîãåííàÿ ëàìïû, îáëàäàþùèå âçàèìíî äîïîëíÿþùèìè ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Èõ èçëó÷åíèå ñóììèðóåòñÿ è ïîäâîäèòñÿ ê îáúåêòó ÷åðåç æèäêîñòíûé ñâåòîâîä. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðîáîâàíû äâà ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ - ñïåêòðàëüíûé è óãëîâîé. Ëó÷øèå ðåçóëüòàòû äàë ïîñëåäíèé ñïîñîá, ïðè êîòîðîì ñõîäÿùèåñÿ ïó÷êè îò ëàìï íàïðàâëÿþòñÿ â ñâåòîâîä ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè. Ñóììàðíàÿ îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà â äèàïàçîíå 300–800 íì ñîñòàâëÿåò 14,5 Âò. Âûäåëåíèå ðàáî÷åãî ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïåðåêëþ÷àåìûõ èíòåðôåðåíöèîííûõ ñâåòîôèëüòðîâ ïî êîìàíäàì îò âñòðîåííîãî ïðîöåññîðà. Ïðîâåäåíà îöåíêà âëèÿíèÿ ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ íà ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷èñòîãî ïîòîêà.
Êîäû OCIS: 1700170, 170.2150, 170.2680, 170.3880, 170.3890, 170.4580.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 28.05.2008.
Ââåäåíèå
Ôîòîäèíàìè÷åñêàÿ òåðàïèÿ (ÔÄÒ) è ôëóîðåñöåíòíàÿ äèàãíîñòèêà (ÔÄ) – ïðèìåðû óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ íîâûõ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ â ïðàêòè÷åñêîé ìåäèöèíå. ÔÄÒ îñíîâàíà íà ãåíåðàöèè ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåòà öèòîòîêñè÷åñêèõ âåùåñòâ, ñïîñîáíûõ ðàçðóøèòü âðåäíûå äëÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè êëåòêè è òêàíè [1]. Äëÿ ýòîãî â îðãàíèçì áîëüíîãî ïðåäâàðèòåëüíî ââîäÿòñÿ (ñèñòåìíûì îáðàçîì èëè ìåñòíî) ñïåöèàëüíûå ïðåïàðàòû – ôîòîñåíñèáèëèçàòîðû (ÔÑ) è ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ ïðîâîäèòñÿ îáëó÷åíèå â ïðèñóòñòâèè êèñëîðîäà ïîðàæåííîãî ó÷àñòêà âûñîêîèíòåíñèâíûì îïòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì â ïîëîñàõ ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, ðàñïîëîæåííûõ îáû÷íî â âèäèìîé îáëàñòè ñïåêòðà. ÔÄÒ, ïåðâîíà÷àëüíî ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ òåðàïèè îïóõîëåé, â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñïåøíî ïðèìåíÿåòñÿ è äëÿ ëå÷åíèÿ íåîíêîëîãè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé. Ñðîäñòâî ÔÑ ê îïóõîëåâîé òêàíè, à òàêæå èõ ñïîñîáíîñòü ôëóîðåñöèðîâàòü èñïîëüçóþòñÿ â ïðèáîðàõ äëÿ ôëóîðåñöåíòíîé äèàãíîñòèêè çàáîëåâàíèé âíóòðåííèõ îðãàíîâ [2, 3] è êîæè [4, 5]. Íàðÿäó ñ ÔÑ â ÔÄ èñïîëüçóþòñÿ ñâîéñòâà ýíäîãåííûõ âåùåñòâ èçìåíÿòü ñâîè îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè âîçíèêíîâåíèè ïàòîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Íà ýòîé îñíîâå ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñïåêòðàëüíûå ìåòîäû àâòîôëóîðåñöåíòíîé (ÀÔ) äèàãíîñòèêè [6–8]. Êðîìå òîãî, äëÿ ëå÷åíèÿ ìíîãèõ íåîíêîëîãè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé èñïîëüçóåò-
ñÿ ôîòîòåðàïèÿ (ÔÒ) – ëå÷åíèå ñâåòîì íèçêîé èíòåíñèâíîñòè áåç ïðèìåíåíèÿ ïðåïàðàòîâ [9].
Äëÿ óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ óêàçàííûõ ìåòîäîâ â äèàãíîñòèêå è ëå÷åíèè òðåáóåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêàÿ ïëîòíîñòü ìîùíîñòè â îãðàíè÷åííîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå, ñîîòâåòñòâóþùåì ïîëîñå ïîãëîùåíèÿ òîãî èëè èíîãî õðîìîôîðà èëè ôëóîðîôîðà. Ëåã÷å âñåãî åå ìîæíî äîñòè÷ü ñ ïîìîùüþ êîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ. Ïîýòîìó áîëüøèíñòâî àïïàðàòîâ äëÿ ÔÄÒ è ÔÄ ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ëàçåðîâ. Ïðè ýòîì äëÿ ìíîãèõ ìåäèöèíñêèõ ïðèìåíåíèé âàæíûì ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü äîñòàâêè ñâåòà âî âíóòðåííèå îðãàíû ñ ïîìîùüþ ïîäñîåäèíÿåìîãî ê ëàçåðó âîëîêîííîãî èíñòðóìåíòà. ×åì áîëüøå ìîùíîñòü ëàçåðà, òåì áîëüøóþ ïëîùàäü îáúåêòà ìîæíî ïðè ýòîì îñâåòèòü. Íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà “ÌÈËÎÍ–ËÀÕÒÀ”, ó êîòîðîãî ìàêñèìàëüíàÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ñîñòàâëÿåò íà äëèíå âîëíû 635 íì 1 Âò, à íà 665 íì – 2,3 Âò, ìîæíî îñâåùàòü ïîëÿ äèàìåòðîì ñîîòâåòñòâåííî 2,5 è 3,8 ñì ïðè ïëîòíîñòè ìîùíîñòè 200 ìÂò/ñì2. Ýòî ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ ÔÑ òðåõ òèïîâ – ïðîèçâîäíûìè ãåìàòîïîðôèðèíà (HPD) èëè àëþìîëåâóëèíîâîé êèñëîòû (ALA) è ïðåïàðàòàìè õëîðèíîâîãî ðÿäà (Chlorine e6).
Âûñîêàÿ ñòîèìîñòü ëàçåðîâ è îãðàíè÷åíèÿ ïî äëèíàì âîëí ñòèìóëèðóþò ñîçäàíèå îñâåòèòåëåé ñ íåêîãåðåíòíûìè èñòî÷íèêàìè ñâåòà. Òàêèå îñâåòèòåëè îáû÷íî ñòðîÿòñÿ ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà
16 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
63
7
1
2
5
4
Ðèñ. 1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ ñ âûâîäîì èçëó÷åíèÿ ÷åðåç ñâåòîâîä.
ðèñ. 1. Ñâåòÿùååñÿ òåëî ëàìïû 1, ïðîåöèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ çåðêàëüíîãî îòðàæàòåëÿ 2 è (èëè) ëèíçîâîé ñèñòåìû 3 íà âõîäíîé òîðåö ñâåòîâîäà 4 â âèäå ïÿòíà 5. Èçëó÷åíèå îò ëàìïû ïðåäâàðèòåëüíî ôèëüòðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ øèðîêîïîëîñíîãî ñâåòîôèëüòðà 6, îòñåêàþùåãî íåíóæíûå äëÿ ðàáîòû îñâåòèòåëÿ ó÷àñòêè ñïåêòðà (â îñíîâíîì ÈÊ), à îêîí÷àòåëüíî ñ ïîìîùüþ ñâåòîôèëüòðà 7, êîòîðûé âûäåëÿåò ðàáî÷èé èíòåðâàë äëèí âîëí è ìîæåò áûòü ñìåííûì.
Îñíîâíûå ïðîáëåìû ïðîåêòèðîâàíèÿ òàêèõ îñâåòèòåëåé ñâÿçàíû ñ ðåøåíèåì ñëåäóþùèõ âîïðîñîâ: âûáîðîì îïòèìàëüíîãî äëÿ äàííîé çàäà÷è èñòî÷íèêà ñâåòà, ñîçäàíèåì ýôôåêòèâíîé ñèñòåìû ñáîðà è ïðîåêöèè ñâåòà íà âõîä ñâåòîâîäà, óìåíüøåíèåì ïîòåðü ñâåòà íà ñâåòîôèëüòðàõ, ïåðåäà÷åé ñâåòà ñ ïîìîùüþ ñâåòîâîäà ñ íàèìåíüøèìè ïîòåðÿìè, èñêëþ÷åíèåì òåïëîâîãî ðàçðóøåíèÿ ñâåòîâîäà è ñâåòîôèëüòðîâ.
Èñòî÷íèêàìè ñâåòà ìîãóò áûòü êîðîòêîäóãîâûå ãàçîðàçðÿäíûå ëàìïû (êñåíîíîâûå, ðòóòíûå, ìåòàëëîãàëîèäíûå) èëè ëàìïû íàêàëèâàíèÿ ñ ãàëîãåííûì öèêëîì.  ñïåöèàëèçèðîâàííîì îñâåòèòåëå äëÿ ÔÄÒ LumaCare™ Lamp (MBG Technologies Inc., UK) èñïîëüçóåòñÿ ãàëîãåííàÿ ëàìïà ìîùíîñòüþ 250 Âò ñî âñòðîåííûì ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì. Òàêîé îòðàæàòåëü ïîçâîëÿåò ïðîåöèðîâàòü òåëî ëàìïû íåïîñðåäñòâåííî íà òîðåö ñâåòîâîäíîãî êàáåëÿ. Èíòåðôåðåíöèîííûé ñâåòîôèëüòð, âûäåëÿþùèé ðàáî÷èé ñïåêòðàëüíûé èíòåðâàë, âñòðîåí íåïîñðåäñòâåííî â êàáåëü, ÷òî ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè çàìåíû åãî öåëèêîì äëÿ èçìåíåíèÿ ðàáî÷åé äëèíû âîëíû. Îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà äèàìåòðîì 17 ìì â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà 560– 680 íì ñîñòàâëÿåò 1200 ìÂò, â ñèíåé îáëàñòè 400– 440 íì – 80 ìÂò. Áîëüøèå ãàáàðèòû êàáåëÿ (âíåøíèé äèàìåòð 25,4 ìì) è ìàëàÿ åãî ãèáêîñòü ñîçäàþò íåóäîáñòâà ïðè ðàáîòå ñ íèì.
 îñâåòèòåëå D-Light (Karl Storz, GmbH, Germany), ïðåäíàçíà÷åííîì äëÿ ýíäîñêîïè÷åñêîé ÔÄ, èñòî÷íèêîì ñâåòà ñëóæèò êñåíîíîâàÿ ëàìïà ìîùíîñòüþ 300 Âò ñî âñòðîåííûì ïàðàáîëè÷åñêèì îòðàæàòåëåì. Äëÿ ïðîåêöèè ñâåòÿùåãîñÿ òåëà ëàìïû íà âõîä æèäêîñòíîãî ñâåòîâîäà äèàìåòðîì 2 ìì èñïîëüçóåòñÿ êâàðöåâûé êîíäåíñîð. Ðàñïîëîæåííûå âáëèçè êîíäåíñîðà ñìåííûå ñâåòîôèëüòðû íà èíòåðâàëû 380–460 íì è 380–440 íì ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ âîçáóæäåíèÿ ÀÔ èëè ALA-èíäóöèðîâàííîé ôëóîðåñöåíöèè. Ïðè ïðîâåäåíèè íàáëþäåíèé â áåëîì ñâåòå îíè âûâîäÿòñÿ èç õîäà ëó÷åé. Ìîùíîñòü íà âûõîäå ãèáêîãî áðîíõîñêîïà, ïîäêëþ÷åííîãî ê îñâåòèòåëþ D-Light, â ñèíåì ñâåòå ñîñòàâëÿåò 50 ìÂò [2].
Îñíîâíûå íåäîñòàòêè ñóùåñòâóþùèõ íåêîãåðåíòíûõ îñâåòèòåëåé ñîñòîÿò â íåäîñòàòî÷íî âûñîêîé âûõîäíîé ìîùíîñòè è â ðàçäåëüíîé ðåàëèçàöèè ðåæèìîâ ÔÄ è ÔÄÒ. Íèæå îïèñûâàåòñÿ îñâåòèòåëü, ïðåäíàçíà÷åííûé îäíîâðåìåííî äëÿ îáîèõ ðåæèìîâ, â êîòîðîì áëàãîäàðÿ ñóììèðîâàíèþ èçëó÷åíèé îò ëàìï ñ äîïîëíÿþùèìè ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè óäàåòñÿ ïîëó÷èòü âûñîêóþ âûõîäíóþ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå.
Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ëàìï è ñïîñîáû ñóììèðîâàíèÿ èõ èçëó÷åíèé
 îáëàñòè ñïåêòðà, ïðåäñòàâëÿþùåé èíòåðåñ äëÿ ÔÄ è ÔÄÒ, ñïåêòðàëüíàÿ ÿðêîñòü ëàìï ìîæåò ñèëüíî âàðüèðîâàòüñÿ. Íà ðèñ. 2. ïîêàçàíû ñïåêòðû îáû÷íî èñïîëüçóåìûõ äëÿ ýòîé öåëåé èçëó÷àòåëåé – êîðîòêîäóãîâûõ ëàìï ñ êñåíîíîâûì è ðòóòíûì íàïîëíåíèåì, à òàêæå ãàëîãåííîé ëàìïû. Âèäíî, ÷òî â îáëàñòè 350–750 íì êñåíîíîâàÿ ëàìïà îáëàäàåò íàèáîëåå ðàâíîìåðíûì ñïåêòðîì. Ëàìïà íàêàëèâàíèÿ ñ ãàëîãåííûì öèêëîì õîðîøî èçëó÷àåò â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà. Çäåñü îíà ñïîñîáíà äàòü áîëüøå ñâåòà, ÷åì êñåíîíîâàÿ, íî ñóùåñòâåííî åé óñòóïàåò â êîðîòêîâîëíîâîé ÷àñòè. Ëèäèðóþùåå ïîëîæåíèå â ýòîé îáëàñòè çàíèìàåò ðòóòíàÿ ëàìïà, îñîáåííî â ìåñòàõ ðàñïîëîæåíèÿ õàðàêòåðíûõ ðòóòíûõ ëèíèé – 365, 405, 436, 546 è 578 íì.  êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðàëüíàÿ ìîùíîñòü êîíòèíóóìà ðòóòíîé ëàìïû ìåíüøå ÷åì ó ãàëîãåííîé ëàìïû. Ñïåêòðàëüíûå ïðåèìóùåñòâà ðòóòíîé è ãàëîãåííîé ëàìï ìîæíî îáúåäèíèòü ïóòåì ñóììèðîâàíèÿ èõ èçëó÷åíèé. Òàêîå ñóììèðîâàíèå ìîæíî âûïîëíèòü äâóìÿ ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè: ñïåêòðàëüíûì è óãëîâûì (ðèñ. 3).
 îñíîâå ñïåêòðàëüíîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ ëåæèò èñïîëüçîâàíèå ñâîéñòâ äèõðîè÷íîãî çåðêàëà õîðîøî ïðîïóñêàòü ñâåò â îäíîé îáëàñòè ñïåêòðà è
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
17
pλ, Âò/íì 0,15
0,10
0,05 1
0 400
3 500 600
2 700 λ, íì
Ðèñ. 2. Ðàñïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîé ìîùíîñòè ðλ èçëó÷åíèÿ ëàìï ðàçëè÷íîãî òèïà ÷åðåç ôîêàëüíîå îòâåðñòèå äèàìåòðîì 5 ìì. 1 – êñåíîíîâàÿ êîðîòêîäóãîâàÿ ëàìïà P300BUV (Perkin Elmer) ìîùíîñòüþ 300 Âò ñ ïàðàáîëè÷åñêèì îòðàæàòåëåì è êâàðöåâûì êîíäåíñîðîì F/1.0, 2 – ãàëîãåííàÿ ëàìïà ELC (Ushio) ìîùíîñòüþ 250 Âò ñ ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì, 3 – ðòóòíàÿ êîðîòêîäóãîâàÿ ëàìïà HXP 120VIS (OSRAM) ìîùíîñòüþ 120 Âò ñ ýëëèïòè÷åñêèì îòðàæàòåëåì.
(à) (á)
1 34 1
5 4
22
Ðèñ. 3. Ðàçëè÷íûå ñïîñîáû ñóììèðîâàíèÿ èçëó÷åíèé îò äâóõ ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. à – ñïåêòðàëüíûé ñïîñîá, á – óãëîâîé ñïîñîá. 1 – ëàìïà L1, 2 – ëàìïà L2, 3 – äèõðîè÷íîå çåðêàëî, 4 – ñâåòîâîä, 5 – äâîéíîé àïåðòóðíûé óãîë ñâåòîâîäà.
ïðè ýòîì õîðîøî îòðàæàòü â äðóãîé (ðèñ. 3à). Åñëè èçëó÷åíèå ëàìïû L1 â îñíîâíîì ñîñðåäîòî÷åíî â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè, à ëàìïû L2 – â äëèííîâîëíîâîé îáëàñòè, òî ñïåêòðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèõðîè÷íîãî çåðêàëà äîëæíà èìåòü ñòóïåí÷àòûé ïðîôèëü ñ ãðàíè÷íîé äëèíîé âîëíû, îáåñïå÷èâàþùåé äëÿ ïåðâîé ëàìïû âûñîêîå ïðîïóñêàíèå, à äëÿ âòîðîé âûñîêîå îòðàæåíèå.
Ýôôåêòèâíîñòü ñïåêòðàëüíîãî ñóììèðîâàíèÿ çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ äèõðîè÷íî-
ãî çåðêàëà. Íà äàííîé äëèíå âîëíû îí äîëæåí ïðèíèìàòü ìàêñèìàëüíîå èëè ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé èç ïîòîêîâ èìååò áîëüøåå çíà÷åíèå. Ïðè ðàâåíñòâå ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè âåëè÷èíà ïðîïóñêàíèÿ íå èìååò çíà÷åíèÿ. Ñïåêòðàëüíûé ñïîñîá ñëåäóåò ïðèìåíÿòü â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èìåþòñÿ ñóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â ñïåêòðàõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ. ×åì îíè áîëüøå, òåì ñ áîëüøåé ïîëüçîé îí ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí. Íàèáîëüøèé ýôôåêò èìååò ìåñòî â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ëàçåðîâ. Îí ìîæåò áûòü òàêæå ïîëåçåí ïðè ïðèìåíåíèè êîìáèíàöèè ëàìï “ðòóòíàÿ–ãàëîãåííàÿ”, ãäå ó ïåðâîé áîëüøå ñâåòà â êîðîòêîâîëíîâîé ÷àñòè ñïåêòðà (< 600 íì), à ó âòîðîé – â äëèííîâîëíîâîé (> 600 íì) [10]. Íóæíî, îäíàêî, èìåòü â âèäó, ÷òî ïðè ñïåêòðàëüíîì ñïîñîáå íà îäíîé è òîé æå äëèíå âîëíû íåëüçÿ äîáèòüñÿ ñóììèðîâàíèÿ ìîùíîñòè îò îáåèõ ëàìï. Íàïðèìåð, åñëè ãàëîãåííàÿ ëàìïà â êðàñíîé îáëàñòè äàåò 1 Âò, à ðòóòíàÿ 0,5 Âò, òî ìîùíîñòü ïðè ñóììèðîâàíèè íå ìîæåò ïðåâûñèòü 1 Âò.
Ýòîãî íåäîñòàòêà ëèøåí óãëîâîé ñïîñîá ñóììèðîâàíèÿ (ðèñ. 3á) [11]. Åãî ìîæíî ðåàëèçîâûâàòü ïðè íàëè÷èè ó ñâåòîâîäà çàïàñà ïî àïåðòóðå îòíîñèòåëüíî àïåðòóð îñâåùàþùèõ åãî ïó÷êîâ. Äëÿ åãî îñóùåñòâëåíèÿ îñè ëàìï äîëæíû áûòü íàêëîíåíû äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà. Åñëè êðàéíèå ëó÷è ñõîäÿùèõñÿ ïó÷êîâ îêàæóòñÿ â ïðåäåëàõ äâîéíîãî àïåðòóðíîãî óãëà ñâåòîâîäà, òî ìîæíî äîáèòüñÿ ñóììèðîâàíèÿ ìîùíîñòåé îò îáåèõ ëàìï íåçàâèñèìî îò äëèíû âîëíû.  ïðèâåäåííîì ïðèìåðå ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ìîæåò ïðè ýòîì äîñòèãàòü 1,5 Âò.
Ýôôåêòèâíîñòü òîãî èëè èíîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ ñóùåñòâåííûì îáðàçîì çàâèñèò îò âûáîðà ýëåìåíòîâ, èõ êîìïîíîâêè â îïòè÷åñêîé ñõåìå è êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé îñâåòèòåëÿ.
Îñâåòèòåëü EcoBright
Ïðè ðàçðàáîòêå îñâåòèòåëÿ EcoBright áûëè ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðîáîâàíû îáà ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ. Ëó÷øèå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû ñ ïîìîùüþ ñïîñîáà óãëîâîãî ñóììèðîâàíèÿ, êîãäà â êðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà óäàëîñü ïîëó÷èòü â 1,8 ðàçà áîëüøå ñâåòà, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè ñïåêòðàëüíîãî ñóììèðîâàíèÿ. Ïîýòîìó â îñíîâó ïîñòðîåíèÿ îïòè÷åñêîé ñõåìû îñâåòèòåëÿ áûë ïîëîæåí óãëîâîé ñïîñîá.  êà÷åñòâå ñðåäñòâ äîñòàâêè èçëó÷åíèÿ â íåì èñïîëüçóþòñÿ æèäêîñòíûå ñâåòîâîäû ñåðèè 380 (Lumatec Industries, Inc.) äèàìåòðîì 3, 5 è 8 ìì, à â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ ñâåòà – ðòóòíàÿ ëàìïà HXP120 (Osram) è ãàëîãåííàÿ ëàìïà EKE (Ushio).
Ó ëàìïû HXP120 ñîãëàñíî ïàñïîðòíûì äàííûì äâîéíîé óãîë êîíóñà ëó÷åé ðàâåí 44,8°. Ñâåòîâîé äèàìåòð ýëëèïòè÷åñêîãî çåðêàëà ëàìïû EKE ñîñòàâ-
18 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
ëÿåò 42 ìì, ÷òî ïðè ôîêóñå çåðêàëà 44,45 ìì äîëæíî äàòü äâîéíîé óãîë îêîëî 50°. Ñóììàðíûé óãîë ñõîäÿùèõñÿ ïó÷êîâ îò ëàìï â ýòîì ñëó÷àå çàìåòíî ïðåâîñõîäèò óãîë êîíóñà ëó÷åé, âîñïðèíèìàåìûõ âûáðàííûì ñâåòîâîäîì (72°). Ýêñïåðèìåíòû, îäíàêî, ïîêàçàëè, ÷òî îñíîâíàÿ ýíåðãèÿ ýòèõ ëàìï ñîñðåäîòî÷åíà â ìåíüøèõ óãëàõ, à èìåííî – 46° ó EKE è 36° ó HXP, ÷òî îáëåã÷àåò ðåàëèçàöèþ óãëîâîãî ñïîñîáà ñóììèðîâàíèÿ.
Ïðèíöèïèàëüíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ, ðåàëèçóþùåãî ýòîò ñïîñîá, ïîêàçàíà íà ðèñ. 4. Èçëó÷åíèå îò ãàëîãåííîé ëàìïû 1 íàïðàâëÿåòñÿ â ñâåòîâîä ñ ïîìîùüþ çåðêàëà 3, à îò ðòóòíîé ëàìïû íàïðÿìóþ. Çåðêàëî 3 ïîçâîëÿåò óäàëèòü äðóã îò äðóãà êîðïóñà ëàìï ñ èõ äåðæàòåëÿìè, èìåþùèìè çíà÷èòåëüíûå ãàáàðèòû, è òåì ñàìûì ïðèáëèçèòü äðóã ê äðóãó îñâåòèòåëüíûå ïó÷êè. Íàíåñåííîå íà çåðêàëî èíòåðôåðåíöèîííîå ïîêðûòèå ïðîïóñêàåò ÈÊ èçëó÷åíèå, ÷òî ïîçâîëÿåò ñíèçèòü òåïëîâóþ íàãðóçêó íà îñòàëüíûå ýëåìåíòû îïòè÷åñêîé ñõåìû. Ïîñêîëüêó ñóììàðíûé óãîë êîíóñîâ ëó÷åé îò ëàìï íåñêîëüêî ïðåâûøàåò äâîéíîé àïåðòóðíûé óãîë ñâåòîâîäà, èñïîëüçîâàòü èõ èçëó÷åíèå â ïîëíîé ìåðå íå óäàåòñÿ. Èçëó÷åíèå ðòóòíîé ëàìïû ÿâëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêè áîëåå öåííûì. Ïîýòîìó ðàñïîëîæåíèå çåðêàëà âûáðàíî òàê, ÷òîáû èçëó÷åíèå ðòóòíîé ëàìïû ïîäâåðãàëîñü ìèíèìàëüíîìó âèíüåòèðîâàíèþ. Ïîòåðÿ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ îò ãàëîãåííîé ëàìïû èç-çà åãî îãðàíè÷åíèÿ êðàåâîé çîíîé çåðêàëà ñîñòàâëÿåò îêîëî 10%.
 îñâåòèòåëå èñïîëüçóþòñÿ ñìåííûå èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû, óñòàíîâëåííûå íà äâóõ ìîòîðèçîâàííûõ òóðåëÿõ âáëèçè òîðöà ñâåòîâîäà.  ýòîé ïëîñêîñòè ïëîòíîñòü ìîùíîñòè îïòè÷åñêîé ðàäèàöèè ïðåâûøàåò 10 Âò/ñì2. Äëÿ òîãî ÷òîáû âûäåðæàòü òàêóþ íàãðóçêó, íà ñâåòîôèëüòðû íàíåñåíû ñïåöèàëüíûå ïðî÷íûå ïîêðûòèÿ. Âëèÿíèå íàêëîííûõ ïó÷êîâ íà ñïåêòðàëüíûå ñâîéñòâà îñâåòèòåëÿ îêàçàëîñü íåçíà÷èòåëüíûì.  îäíîé èç ïîçèöèè òóðåëè óñòàíîâëåíà çàãëóøêà (äëÿ âûïîëíåíèÿ ôóíêöèè îïòè÷åñêîãî çàòâîðà), à â äðóãîé – ôèãóðíàÿ äèàôðàãìà (äëÿ ðåãóëèðîâêè ñâåòîâîãî ïîòîêà). Óïðàâëåíèå ðàáîòîé îñâåòèòåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîãî ïðîöåññîðà. Âûáîð è èçìåíåíèå ðåæèìîâ îñóùåñòâëÿþòñÿ îðãàíàìè óïðàâëåíèÿ, ðàñïîëîæåííûìè íà ïåðåäíåé ïàíåëè îñâåòèòåëÿ, à òàêæå äèñòàíöèîííûì îáðàçîì ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðà èëè ïåäàëè. Áëàãîäàðÿ àâòîìàòèçàöèè îñóùåñòâëÿþòñÿ îïåðàòèâíûé ïåðåõîä îò îäíîé äëèíû âîëíû ê äðóãîé, ðåãóëèðîâêà ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ è âêëþ÷åíèå çàòâîðà. Âíåøíèé âèä îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ïîêàçàí íà ðèñ. 5. Îñâåòèòåëü îáåñïå÷èâàåò òåðàïèþ ïðè ïîñòîÿííîì îñâåùåíèè íà îäíîé èëè äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíî ñìåíÿåìûõ äëèíàõ
1
3 2
5 4
Ðèñ. 4. Ïðèíöèïèàëüíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñõåìà îñâåòèòåëÿ ECO-Bright. 1 – ðòóòíàÿ ëàìïà, 2 – ãàëîãåííàÿ ëàìïà, 3 – çåðêàëî, 4 – æèäêîñòíûé ñâåòîâîä, 5 – ñìåííûå èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû.
Ðèñ. 5. Âíåøíèé âèä îñâåòèòåëÿ ECO-Bright.
âîëí ïðè ïîñòîÿííîì èëè èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîì îñâåùåíèè, à òàêæå ôëóîðåñöåíòíóþ äèàãíîñòèêó ñ âîçìîæíîñòüþ îñâåùåíèÿ îáúåêòà âîçáóæäàþùèì èçëó÷åíèåì èëè áåëûì ñâåòîì.
Îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü íà âûõîäå îñâåòèòåëÿ çàâèñèò îò óñòàíîâëåííîãî ñâåòîâîäà è âûáðàííîãî ñâåòîôèëüòðà. Èçìåðåííûå ñ ïîìîùüþ ðàäèîìåòðà 12À (Ophir Optronics Inc.) çíà÷åíèÿ ìîùíîñòè äëÿ ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Äëÿ íåêîòîðûõ èç íèõ íà ðèñ. 6 ïîêàçàíû êðèâûå ðàñïðåäåëåíèÿ ñïåêòðàëüíîé ìîùíîñòè â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
19
pλ, Âò/íì
14 2
0,04
5 6
0,02 10 11
0 400
500 600 700 λ, íì
Ðèñ. 6. Ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå èçëó÷åíèÿ îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ñ ðàçëè÷íûìè ñâåòîôèëüòðàìè. Íîìåðà êðèâûõ ñîîòâåòñòâóþò ïîçèöèÿì òàáëèöû.
 äèàïàçîíå 300–800 íì îñâåòèòåëü ECO-Bright îáåñïå÷èâàåò íà âûõîäå ñóììàðíóþ ìîùíîñòü 14,5 Âò, ÷òî â 5,6 ðàç áîëüøå ìîùíîñòè, êîòîðóþ ñïîñîáåí äàòü îñâåòèòåëü ñ îäíèì ãàëîãåííûì èñòî÷íèêîì ñâåòà. Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî â îòäåëüíûõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ ðàçëè÷èÿ ìîãóò ñîñòàâèòü: â èíòåðâàëå 300–400 íì – 50 ðàç, 400–500 íì – 14 ðàç, 500–600 íì – 6,6 ðàçà, 600–700 íì – 2,6 ðàçà è 700– 800 íì – 2,1 ðàçà. Àíàëîãè÷íîå ñîïîñòàâëåíèå ñ îñ-
âåòèòåëåì, ïîñòðîåííûì íà êñåíîíîâîé ëàìïå, äàåò ñîîòâåòñòâåííî 17, 7, 6,7, 3,2 è 9 ðàç.
Âëèÿíèå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ Óâåëè÷åíèå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷åíèÿ
ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷èñòîãî ïîòîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîíîõðîìàòè÷åñêèì ñëó÷àåì, ïîñêîëüêó ÷àñòü ñïåêòðàëüíûõ êîìïîíåíòîâ
Ìîùíîñòü íà âûõîäå îñâåòèòåëÿ ECO-Bright ñ ðàçëè÷íûìè ñâåòîâîäàìè è ñâåòîôèëüòðàìè, à òàêæå âîçìîæíûå ìåòîäèêè åãî ïðèìåíåíèÿ
Ìîùíîñòü íà âûõîäå ñâåòîâîäà, Âò
¹
Îáëàñòü ñïåêòðà, íì
Äèàìåòð ñâåòîâîäà, ìì 35 8
Ìåòîäèêà
1 357 ± 22 2 406±7,5 3 417±30 4 435±20 5 540±30 6 575±12,5 7 612±12
429±55 8 629±26,5 9 635±95 10 655±20 11 675±58 12 685±20 13 320±20 14 380–750
0,68 0,56 1,5 1,11 0,53 0,56 1,75
0,35 1,58 0,23 0,49 0,22 0,22 3,45
1,56 1,07 3,0 2,24 1,18 1,07 3,65
0,76 3,30 0,53 1,08 0,49 0,45 7,2
2,85 ÔÄ (AF-AGE), ÔÒ ( Atopic Dermatitis) 1,6 ÔÄ (AF, ALA), ÔÄÒ (Chlorine e6) 4,58 ÔÄ (AF, ALA), ÔÄÒ (ALA) 3,4 ÔÄÒ (BPD-MA) 1,95 ÔÒ (Ïðîòèâîâîñïàëèòåëüíîå äåéñòâèå) 1,6 ÔÄÒ (BPD-MA, PPIX) 6,05 ÔÄÒ (Acne vulgaris)
ÔÄÒ (ALA, HPD) 1,41 5,65 ÔÄÒ (ALA, HPD, Chlorine e6),ÔÒ (àíòèòîêñè÷åñêîå äåéñòâèå) 1,03 ÔÄÒ (Chlorine e6) 2,00 ÔÄÒ (ALA, HPD, Chlorine e6) 0,93 ÔÄÒ (CASPc, BPD-MA) 0,68 ÔÒ (Psoriasis, Vitiligo) 11,4 Áåëûé ñâåò äëÿ ÔÄ
20 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
îêàçûâàåòñÿ âíå ìàêñèìóìà âûáðàííîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ è ïîýòîìó â ìåíüøåé ñòåïåíè ïîãëîùàåòñÿ ìîëåêóëàìè õðîìîôîðà.  ëàìïîâûõ îñâåòèòåëÿõ ñóæåíèå ñïåêòðàëüíîé ïîëîñû ïðèâîäèò îäíîâðåìåííî ê ñíèæåíèþ ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ. Âîçíèêàåò âîïðîñ î òîì, êàêèå òðåáîâàíèÿ â ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïðåäúÿâèòü ê ñâåòîôèëüòðó, ÷òîáû ñ÷èòàòü âûáîð îïòèìàëüíûì. Îäíîçíà÷íî îòâåòèòü íà íåãî íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì, ïîñêîëüêó ïðè ôîòîâîçäåéñòâèè â æèâîì îðãàíèçìå èíèöèèðóþòñÿ ðàçëè÷íûå ôîòîáèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, êîòîðûå â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû è èíòåíñèâíîñòè îáëó÷åíèÿ ìîãóò êàê óñèëèâàòü ëå÷åáíûé ýôôåêò, òàê è ïîäàâëÿòü åãî. Ïîýòîìó, åñëè íåò íà òî ñïåöèàëüíûõ îñíîâàíèé ïðè âûáîðå ñïåêòðàëüíîé øèðèíû îñâåùåíèÿ, öåëåñîîáðàçíî îñòàâàòüñÿ â ïðåäåëàõ âûáðàííîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ. Ýòà ðåêîìåíäàöèÿ, îäíàêî, íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà ìíîãîâîëíîâîå îñâåùåíèå, èñïîëüçóåìîå â íåêîòîðûõ ìåäèöèíñêèõ ìåòîäèêàõ. Òàê, íàïðèìåð, ïðè ëå÷åíèè àêíå ïîêàçàíî ïðîâîäèòü îñâåùåíèå îäíîâðåìåííî â ñèíåé è êðàñíîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà [12].
Äëÿ áîëåå äåòàëüíîãî àíàëèçà ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ íóæíî çíàòü îñîáåííîñòè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èñòî÷íèêà è ÔÑ. Äëÿ îïðåäåëåííîñòè â êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå îñâåòèòåëÿ ECOBright ñîâìåñòíî ñ îòå÷åñòâåííûìè ÔÑ âòîðîãî ïîêîëåíèÿ õëîðèíîâîãî ðÿäà – ïðåïàðàòàìè “Ðàäàõëîðèí” è “Ôîòîäèòàçèí”. Ñïåêòð èõ ïîãëîùåíèÿ âêëþ÷àåò ðÿä ïîëîñ, èç êîòîðûõ íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò èíòåíñèâíàÿ ïîëîñà Ñîðå, ðàñïîëîæåííàÿ â ôèîëåòîâîé îáëàñòè ñïåêòðà (λmax = 404 íì, øèðèíà ïîëîñû íà ïîëóâûñîòå 44 íì), è äëèííîâîëíîâàÿ Q-ïîëîñà (λmax = 662 íì, øèðèíà – 30 íì). Êîðîòêîâîëíîâóþ ïîëîñó èñïîëüçóþò ïðè ëå÷åíèè ïîâåðõíîñòíûõ ñòðóêòóð, à äëèííîâîëíîâóþ – ïðè íåîáõîäèìîñòè âîçäåéñòâèÿ íà ñòðóêòóðû, ðàñïîëîæåííûå â ãëóáèíå òêàíè.
Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè âëèÿíèÿ ñïåêòðàëüíîé øèðèíû ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî èñòî÷íèêà ââåäåì êîýôôèöèåíò ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ åãî èçëó÷åíèÿ
∆λ ∆λ
Q = ∫ p(λ)k(λ)dλ ∫ p(λ)dλ, 00
ãäå ∆λ – ñïåêòðàëüíàÿ øèðèíà, öåíòðèðîâàííàÿ îòíîñèòåëüíî ìàêñèìóìà ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ; p(λ) – ñïåêòðàëüíàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, k(λ) – íîðìèðîâàííûé îòíîñèòåëüíî ìàêñèìóìà êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ âûáðàííîé ïîëîñû ÔÑ.
Èíòåãðàë â çíàìåíàòåëå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììàðíóþ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïàäàþùåãî íà îáúåêò
Q, îòí. åä. 1
0,6
1 2
0,2
0 20 40 60 80 ∆λ, íì
Ðèñ. 7. Âëèÿíèå øèðèíû ñïåêòðà ∆λ èçëó÷åíèÿ îñâåòèòåëÿ ECO-bright íà ýôôåêòèâíîñòü Q âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ ôëóîðîôîðàìè õëîðèíîâîãî ðÿäà äëÿ ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ c λmax = 404 (1) è λmax = = 662 íì (2).
ñëîæíîãî ïî ñïåêòðàëüíîìó ñîñòàâó ëó÷èñòîãî ïîòîêà. Èíòåãðàë â ÷èñëèòåëå äàåò ýôôåêòèâíîå çíà÷åíèå ýòîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðîå ìîæíî òðàêòîâàòü êàê ýêâèâàëåíòíóþ ïî ôîòîâîçäåéñòâèþ ìîùíîñòü ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî èñòî÷íèêà ñ äëèíîé âîëíû, ðàñïîëîæåííîé â ìàêñèìóìå ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 7. Âèäíî, ÷òî ïðè ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëàõ 30 è 44 íì, êîòîðûå ðàâíû øèðèíàì ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, ýôôåêòèâíîñòü îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé: 80% äëÿ ïîëîñû 662 íì è 83% äëÿ ïîëîñû 404 íì. Îíà çàìåòíî ïàäàåò (äî 56–58%) ïðè óäâîåíèè ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà è ñíèæàåòñÿ ïðèìåðíî äî 40% ïðè åãî óòðîåíèè. Íî äàæå ïðè ñòîëü øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå ýôôåêòèâíàÿ ìîùíîñòü ïðîäîëæàåò ñëàáî íàðàñòàòü çà ñ÷åò ôîíîâîãî ïîãëîùåíèÿ. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ, óâåëè÷åíèå øèðèíû âûøå äâîéíîãî ñïåêòðàëüíîãî èíòåðâàëà ïîëîñû ìîæåò îêàçàòüñÿ ïîëåçíûì. Òàêîå óâåëè÷åíèå ïðè ïðèìåíåíèè âûñîêîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè îáëó÷åíèÿ ìîæåò, îäíàêî, âûçâàòü èçáûòî÷íûé íàãðåâ òêàíè, èç-çà ÷åãî ó ïàöèåíòà â ìåñòå îáëó÷åíèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü ÷óâñòâî ææåíèÿ. Íàðÿäó ñ íåæåëàòåëüíûì ýôôåêòîì, “ëèøíèé ñâåò” âìåñòå ñ òåì ñïîñîáåí îêàçàòü ïîëåçíîå ëå÷åáíîå äåéñòâèå, ïîñêîëüêó, ïî íåêîòîðûì äàííûì, ñîâìåñòíîå ôîòîäèíàìè÷åñêîå è òåðìè÷åñêîå âîçäåéñòâèÿ äàþò ñèíåðãåòè÷åñêèé ýôôåêò [1].
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàííûé îñâåòèòåëü ECO-Bright äàåò çíà÷èòåëüíî áîëüøå ñâåòà ïî ñðàâíåíèþ ñ àíàëîãè÷íîé àïïàðàòóðîé. Åãî ïðåèìóùåñòâà îñîáåííî çà-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008
21
ìåòíû â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè ñïåêòðà, ãäå ðàñïîëîæåíû íàèáîëåå ñèëüíûå ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ. Ýòà îáëàñòü îòíîñèòåëüíî ðåäêî èñïîëüçóåòñÿ â ÔÄÒ è íå òîëüêî èç-çà ìàëîé ãëóáèíû ïðîíèêíîâåíèÿ ñâåòà â òêàíü, íî è èç-çà îòñóòñòâèÿ äîñòóïíûõ äëÿ âðà÷åé îñâåòèòåëåé. Îíà íåîáõîäèìà, íàïðèìåð, ÷òîáû èçáåæàòü ïåðôîðàöèè èëè òîãäà, êîãäà ôîòîðåöåïòîðû íàõîäÿòñÿ âáëèçè ïîâåðõíîñòè òêàíè. Ïðåèìóùåñòâî â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè èãðàåò îñîáóþ ðîëü äëÿ âîçáóæäåíèÿ ôëóîðåñöåíöèè, ãäå, êàê ïðàâèëî, îñîáåííî ñèëüíî îùóùàåòñÿ äåôèöèò ñâåòà. Âîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ îáëó÷åíèÿ ïðè ÔÄÒ ñìåøàííûì ñèíå-êðàñíûì îñâåùåíèåì ÿâëÿåòñÿ åùå îäíèì ïðåèìóùåñòâîì îñâåòèòåëÿ. Òàêîå îñâåùåíèå ìîæíî ïðîâîäèòü êàê îäíîâðåìåííî, òàê è ïîñëåäîâàòåëüíî. Óíèêàëüíîå ñâîéñòâî îñâåòèòåëÿ ñîñòîèò â âîçìîæíîñòè ðàáîòû â ÓÔ îáëàñòè, ÷òî âàæíî äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ íåêîòîðûõ ìåòîäèê ÔÒ è äëÿ âîçáóæäåíèÿ ñîáñòâåííîé ôëóîðåñöåíöèè, îáóñëîâëåííîé òàêèìè ðàñïðîñòðàíåííûìè âåùåñòâàìè, êàê NADH, êîëëàãåí è ýëàñòèí. Çíà÷èòåëüíàÿ ìîùíîñòü ÓÔ èçëó÷åíèÿ äîñòèãíóòà íå òîëüêî çà ñ÷åò âûáîðà ïîäõîäÿùåãî èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ, íî è áëàãîäàðÿ îòñóòñòâèþ íà åãî ïóòè ïîãëîùàþùèõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, à òàêæå èñïîëüçîâàíèþ ïðîçðà÷íîãî äëÿ ýòîé îáëàñòè æèäêîñòíîãî ñâåòîâîäà.
Èç ïðåäñòàâëåííûõ â ïðåäûäóùåì ðàçäåëå äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî åñëè ñïåêòðàëüíûé èíòåðâàë èçëó÷åíèÿ ñîïîñòàâèì ñ øèðèíîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ÔÑ, òî ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû îñâåòèòåëÿ ïðèáëèæàåòñÿ ê ëàçåðíîìó îñâåùåíèþ. Ïîñëåäíåå ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ýòàëîí îñâåùåíèÿ òîëüêî ïðè óñëîâèè òî÷íîãî ñîâïàäåíèÿ ëàçåðíîé ëèíèè ñ ìàêñèìóìîì ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ, ÷òî âûïîëíÿåòñÿ äàëåêî íå âñåãäà.  ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ íåêîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà îòêëîíåíèå îñâåùåíèÿ îò èäåàëèçèðîâàííûõ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé âïîëíå äîïóñòèìî, ïîñêîëüêó õðîìàòîôîðû òêàíè ñàìè âûáèðàþò èç øèðîêîãî ñïåêòðà íóæíûå èì ñïåêòðàëüíûå êîìïîíåíòû. Èçìåíåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ óñëîâèé îñâåùåíèÿ â ýòîì ñëó÷àå ìåíåå çàìåòíû ïî ñðàâíåíèþ ñ êîãåðåíòíûìè èñòî÷íèêàìè. Ðàäèàöèÿ, íå ïîãëîùåííàÿ îñíîâíûì âåùåñòâîì, ìîæåò â îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ áûòü ïîëåçíîé äëÿ ëå÷åíèÿ ìåòîäîì ÔÄÒ áëàãîäàðÿ òåìïåðàòóðíîìó ýôôåêòó. Îêîí÷àòåëüíî ðåøåíèå î öåëåñîîáðàçíîñòè ðàáîòû ñ òîé èëè èíîé øèðèíîé ñïåêòðà íóæíî ïðèíèìàòü ïî êëèíè÷åñêèì ïîêàçàíèÿì. Çíàíèå êîýôôèöèåí-
òà ýôôåêòèâíîñòè ïðè øèðîêîïîëîñíîì èñòî÷íèêå ïîçâîëÿåò ïåðåíîñèòü óñëîâèÿ îñâåùåíèÿ, ïîëó÷åííûå ïðè ëàçåðíîì îñâåùåíèè, íà ðåæèì ëàìïîâîãî îñâåòèòåëÿ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Dougherty T. J., Gomer C.J., Henderson B.W., Jori G., Kessel D., Korbelik M., Moan J., Peng Q. Photodynamic therapy // J. Natl. Cancer Inst. 1998. V. 90. I. 12. ¹ 17. P. 889–905.
12. Leonhard M. New Incoherent Autofluorescence/Fluorescence System for Early Detection of Lung Cancer // Diagnostic and Therapeutic Endoscopy. 1999.V. 5. P. 71–75.
13. Ïàïàÿí Ã.Â., Êàíã Óê. Ôëóîðåñöåíòíàÿ ýíäîñêîïè÷åñêàÿ âèäåîñèñòåìà // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2006. Ò. 64. ¹ 10. Ñ. 94–99.
14. Hewett J., Nadeau V., Ferguson J., Moseley H., Ibbotson S., Allen J.W., Sibbett W., Padgett M. The application of compact multispectral imaging system with integrated excitation source to in vivo monitoring of fluorescence during topical photodynamic therapy of superficial skin cancer // Photochemistry and Photobiology. 2001. V. 73. ¹ 30. P. 278–282
15. Êàíã Óê, Ïàïàÿí Ã.Â., Áý Ñó Äæèí, Áåðåçèí Â.Á., Êèì Ñ. Ôëóîðåñöåíòíûé âèäåîäåðìàòîñêîï // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2008. Ò. 75. ¹ 1. Ñ. 32–38.
16. Richards-Kortum R., Sevick-Muraca E. Quantitative optical spectroscopy for tissue diagnosis // Annual Review of Physical Chemistry. 1996. V. 47. ¹ 1. Ð. 555–606.
17. Wagnieres G.A., Star W.M., Wilson B.C. In vivo fluorescence spectroscopy and imaging for oncological applications // Photochem. Photobiol. 1998. V. 68. ¹ 5. P. 603–632.
18. Papayan G.V., Barsky I.Ya. Contact Luminescence spectrophotometry for biomedical studies // Proc. SPIE. 2001. V. 4515. P. 125–136.
19. Êàðàíäàøîâ Â.È., Ïåòóõîâ Å.Á., Çðîäíèêîâ Â.Ñ. Ôîòîòåðàïèÿ (ñâåòîëå÷åíèå) / Ïîä ðåä. Ïàëååâà Í.Ð. Ì.: Ìåäèöèíà, 2001. 390 ñ.
10. Kang Uk, Papayan G., Bae Soo Jin, Rim Geun Hie. Light source for Fluorescence Diagnosis and Photodynamic Therapy // Patent KR10-0798486.
11. Kang Uk, Papayan G., Makarov D., Lee Seung Yup, Bae Soo Jin. Light source system for phototherapy of skin disease // Patent application KR20070101398.
12. Papageorgiou P., Katsambas A., Chu A. Phototherapy with blue (415 nm) and red (660 nm) light in the treatment of acne vulgaris // British Journal of Dermatology. 2000. ¹ 142. P. 973–978.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 12, 2008