چگونه از دیودها در مدارهای حفاظت لیزر در اتاق عمل استفاده کنیم؟

چگونه از دیودها در مدارهای حفاظت لیزر در اتاق عمل استفاده کنیم؟
1، فتودیود: «-نگهبان زمان واقعی» قدرت لیزر
تجهیزات جراحی لیزری به پایداری بسیار بالایی در توان خروجی نیاز دارند. با در نظر گرفتن جراحی لیزر اگزایمر چشم، عمق برش هر پالس باید به طور دقیق در 0.25 میکرون کنترل شود و نوسانات برق بیش از 5٪ می تواند منجر به شکست جراحی شود. فوتودیودها شدت خروجی لیزر را نظارت می‌کنند، سیگنال‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، و بازخوردی را به سیستم کنترل برای دستیابی به تنظیم{4} زمان واقعی ارائه می‌دهند. برای مثال، در دستگاه‌های لیزر درمانی نیمه‌رسانا، فتودیودهای{6} با حساسیت بالا می‌توانند تغییرات سطح میکرو وات را در توان نوری تشخیص دهند و اطمینان حاصل کنند که چگالی انرژی لیزر در یک پنجره درمان 0.05-0.3 J/cm² ثابت می‌ماند.

2. ارزیابی کیفیت تیر
کیفیت پرتو جراحی لیزر مستقیماً بر دقت برش تأثیر می گذارد. آرایه فتودیود را می توان همراه با تداخل سنج ها یا سنسورهای جبهه موج هارتمن برای تشخیص ضریب M² (پارامتر کیفیت پرتو) یا انحراف جبهه موج یک پرتو با تجزیه و تحلیل توزیع شدت و اطلاعات فاز آن استفاده کرد. به عنوان مثال، در جراحی نزدیک‌بینی لیزری فمتوثانیه کامل، آرایه فتودیود انحراف موقعیت نقطه کانونی لیزر را در زمان واقعی نظارت می‌کند، سیستم جبران پویا را برای تنظیم زاویه آینه اسکن فعال می‌کند و اطمینان می‌دهد که دقت استخراج لنز استرومایی قرنیه به سطح میکرومتر می‌رسد.

3. قفل ایمنی و هشدار غیر عادی
تجهیزات جراحی لیزری باید کاملاً با استانداردهای ایمنی بین المللی (مانند IEC 60601-2-22) مطابقت داشته باشد. به عنوان جزء اصلی سیستم اینترلاک ایمنی، فوتودیودها می توانند تغییرات شدت نور در مسیر لیزر را در زمان واقعی نظارت کنند. هنگامی که انحراف پرتو غیرمنتظره یا شدت نور منعکس شده غیرعادی تشخیص داده شود، سیستم بلافاصله مکانیسم خاموش کردن اضطراری را برای جلوگیری از حوادث پزشکی راه‌اندازی می‌کند. به عنوان مثال، در جراحی برداشتن تومور با لیزر، یک آرایه فتودیود در اطراف ناحیه جراحی قرار می‌گیرد تا یک مانع نوری ایجاد کند و هرگونه نشت نور غیرمنتظره را می‌توان به سرعت شناسایی کرد و خروجی لیزر را قطع کرد.

2، مدار درایور دیود لیزر: مکانیسم حفاظت چند سطحی
1. کنترل خودکار برق (APC)
توان خروجی یک دیود لیزر (LD) به طور خطی با جریان محرک مرتبط است، اما نوسانات دما یا پیری دستگاه می تواند باعث رانش برق شود. مدار APC شدت نور خروجی LD را در زمان واقعی از طریق یک فتودیود داخلی (PD) نظارت می‌کند، جریان نوری را به سیگنال ولتاژ تبدیل می‌کند، آن را با یک مقدار مرجع مقایسه می‌کند، و به صورت دینامیکی جریان محرک را برای حفظ توان ثابت تنظیم می‌کند. به عنوان مثال، در لیزرهای فیبر، مدار APC جریان نوری PD را از طریق تقویت‌کننده ترانس‌مپدانس (TIA) به سیگنال ولتاژ تبدیل می‌کند، آن را با یک آستانه از پیش تعیین‌شده از طریق مقایسه‌کننده مقایسه می‌کند، و جریان بایاس LD را از طریق یک حلقه بازخورد تنظیم می‌کند تا از توان خروجی پایدار در محدوده 1 ± اطمینان حاصل شود.

2. حفاظت از جریان اضافه و اضافه ولتاژ
دیودهای لیزر در حین کار با قدرت{0} بالا مستعد ضربه‌های اضافه ولتاژ یا جریان اضافی هستند که منجر به آسیب دستگاه می‌شود. مدار حفاظتی با مقاومت های محدود کننده سری، خازن های بای پس موازی و با استفاده از فناوری شروع نرم، گذرهای جریان را سرکوب می کند. به عنوان مثال، در تراشه های درایور دیود لیزری (مانند MAX3867)، مدار شروع نرم، زمان تأخیر هدایت را از طریق یک خازن خارجی تنظیم می کند تا از سوختن LD به دلیل جریان اضافه گذرا جلوگیری کند. در عین حال، هنگامی که مدار حفاظت از مدار کوتاه{4}} مدولاسیون یا جریان بایاس غیرعادی را تشخیص می‌دهد، فوراً خروجی را قطع می‌کند تا از داغ شدن بیش از حد دستگاه جلوگیری کند.

3. نظارت بر دما و مدیریت اتلاف گرما
افزایش دمای اتصال دیودهای لیزر به طور قابل توجهی بازده تبدیل را کاهش می دهد و پیری دستگاه را تسریع می کند. مدار حفاظتی دمای محل اتصال LD را در زمان واقعی با ادغام یک ترمیستور یا سنسور دما (مانند ترمیستور NTC) در زمان واقعی نظارت می‌کند. هنگامی که دما از آستانه ایمنی فراتر رفت، واحد کنترل فن خنک کننده یا تراشه خنک کننده نیمه هادی (TEC) را راه اندازی می کند و به اجبار خنک می شود. به عنوان مثال، در فرسایش تومور لیزری 1470 نانومتری، واحد نظارت بر دما دمای سینک حرارتی LD را از طریق یک ترمیستور جمع‌آوری می‌کند. هنگامی که دما از 60 درجه فراتر رفت، سیستم به طور خودکار توان خروجی را کاهش می دهد و خنک کننده TEC را شروع می کند تا اطمینان حاصل شود که دمای اتصال LD زیر 50 درجه پایدار می ماند.

3، سیستم نظارت چندوجهی: از حفاظت تک تا هشدار هوشمند
1. نظارت بر پالس و تشخیص نشت نور
لیزرهای فیبر توان بالا مستعد پالس های گذرا با دامنه بالا یا نشت نور در نقطه همجوشی یا موقعیت سر خروجی هستند که ممکن است باعث فرسودگی مسیر نوری شود. مدار حفاظتی انرژی پالس و شدت نشت را در زمان واقعی با قرار دادن فتودیودها در گره‌های بحرانی- نظارت می‌کند. به عنوان مثال، در لیزرهای فیبر، واحد نظارت بر پالس از فتودیودهای سرعت بالا (زمان پاسخ) استفاده می کند.<1ns) to capture transient pulses. After transimpedance amplification and voltage comparison, if the pulse energy exceeds the preset threshold, the control unit immediately cuts off the pump drive power supply to prevent optical path damage.

2. بازخورد بافت بیولوژیکی و کنترل تطبیقی
در جراحی لیزر، ویژگی های جذب بافت ها نسبت به لیزر با تغییرات دما یا حالت تغییر می کند. به عنوان مثال، در برداشتن تومور با لیزر، تفاوت در ضریب جذب بین بافت تومور و بافت طبیعی ممکن است منجر به گرمای بیش از حد موضعی شود. با ادغام یک فوتودیود در انتهای پروب جراحی، نظارت بر زمان واقعی شدت نور انعکاس بافت یا سیگنال فلورسانس انجام می‌شود که برای تنظیم پارامترهای لیزر به سیستم کنترل بازگردانده می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک افزایش ناگهانی در شدت نور منعکس شده تشخیص داده می شود، سیستم کربن شدن یا تبخیر بافت را استنباط می کند، به طور خودکار قدرت را کاهش می دهد یا خروجی را متوقف می کند تا از نفوذ عمیق به بافت سالم جلوگیری کند.