Hoàn thiện công nghệ chế tạo hệ laser Nd: YAG loại nhỏ dùng trong y học

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER

BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN SXTN CẤP BỘ

HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO HỆ LASER

Nd:YAD LOẠI NHỎ DÙNG TRONG Y HỌC

Chủ nhiệm đề tài: KS. LÊ HUY TUẤN

7385

01/6/2009

HÀ NỘI – 2007

Danh s¸ch

Nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn chÝnh.

TT Hä tªn Chøc vô Häc vÞ C¬ quan

1 Lª Huy TuÊn Tr−ëng phßng KS §K Trung t©m c«ng nghÖ

Laser

2 TrÇn Ngäc Liªm Gi¸m ®èc TS Trung t©m c«ng nghÖ

Laser

3 NguyÔn ThÕ Hïng §¹i t¸

CN Khoa Y häc

thùc nghiÖm

B¸c sÜ

CKII

ViÖn qu©n y 108

Bé quèc phßng

4 Ph¹m H÷u NghÞ §¹i t¸ TS ViÖn qu©n y 108

Bé quèc phßng

5 §ç ThiÖn D©n Th−îng t¸ TS ViÖn qu©n y 108

Bé quèc phßng

6 TrÇn Ngäc H¶i S¬n Kü S−

Tin häc

Trung T©m C«ng nghÖ

Laser

7 Phïng Minh T©m Cö nh©n

VËt lý

Trung T©m C«ng nghÖ

Laser

8 Ng« Lª QuÕ Kü s−

m¸y

Trung T©m C«ng nghÖ

Laser

9 TrÇn Trung Huy KTV Trung T©m C«ng nghÖ

Laser

10 NguyÔn Hoµi An

Cö nh©n

vËt lý

Trung t©m c«ng nghÖ

Laser

11 Ng« ThÞ Hoa Th¹c sÜ Trung t©m c«ng nghÖ

Laser

Tãm t¾t thùc hiÖn Dù ¸n

“ Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o HÖ laser Nd:yag lo¹t

nhá dïng trong y häc ”

Dù ¸n thùc hiÖn trong hai n¨m, víi khèi l−îng triÓn khai kh¸ lín so víi kinh phÝ

thùc hiÖn bëi gi¸ c¶ biÕn ®éng v× vËy dù ¸n ch−a ®¸p øng ®Çy ®ñ vµ trän vÑn c¸c môc

tiªu ®Ò ra tuy nhiªn ®· ®¹t ®−îc môc tiªu chÝnh mµ dù ¸n ®· ®¨ng ký, cô thÓ lµ :

a) Hoµn thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ s¶n xuÊt hÖ laser Nd:YAG nh»m thóc ®Èy

ph¸t triÓn c«ng nghÖ laser y häc hiÖn ®¹i ë ViÖt Nam phôc vô kh¸m ch÷a bÖnh

ch¨m sãc søc khoÎ cho ng−êi d©n, tiÕn tíi xuÊt khÈu mang th−¬ng hiÖu quèc

gia.

b) ChuyÓn giao thiÕt bÞ Laser Nd: YAG øng dông ®iÒu trÞ ®Õn mét sè c¬ së y

tÕ phôc vô kh¸m ch÷a bÖnh, thu håi vèn ®Çu t−.

c) N©ng cao tr×nh ®é chuyªn m«n cho ®éi ngò c¸n bé nghiªn cøu trong ®¬n vÞ

trong viÖc thiÕt kÕ, chÕ t¹o, b¶o hµnh, b¶o tr× vµ söa ch÷a c¸c m¸y do ViÖt

Nam s¶n xuÊt còng nh− c¸c m¸y cña n−íc ngoµi (lµm chñ ®−îc c«ng nghÖ).

Gi¶i quyÕt viÖc lµm (thuª gia c«ng t¹i c¸c x−ëng) kho¶ng 100 c«ng nh©n.

Nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®−îc vµ ch−a ®¹t ®−îc:

KÕt qu¶ ®¹t ®−îc:

1./ Hoµn thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ s¶n xuÊt 4 hÖ laser Nd:YAG vµ 4 hÖ

lµm l¹nh COOLING SYSTEM theo ®óng tiÕn ®é.

1. HÖ nguån ®iÒu khiÓn trung t©m

2. HÖ lµm l¹nh laser r¾n Nd: YAG

3. HÖ thèng an toµn tù ®éng vµ c−ìng bøc

4. HÖ quang häc laser bao gåm laser Nd: YAG, c¸p quang vµ laser dÉn

®−êng

5. Trung t©m xö lý ®iÒu hµnh

6. Nguån c«ng suÊt ®iÒu khiÓn laser Nd: YAG

7. Nguån nu«i vµ ®iÒu chØnh ®é s¸ng laser dÉn ®−êng

8. Nguån cao ¸p ®iÒu khiÓn laser Nd: YAG

9. §o ®¹c ®iÒu khiÓn tù ®éng nhiÖt ®é lµm viÖc cña laser Nd:YAG

10. §iÒu khiÓn c¸c tham sè lµm viÖc.

11. Giao diÖn víi m¹ch chØ thÞ vµ c¸c phÇn tö ®iÒu khiÓn ngo¹i vi

12. ThiÕt kÕ c¬ khÝ : kÕt cÊu khung s−ên m¸y, c¸c ®å g¸ chuyªn dông,

c¸c hÖ chØnh quang ®Æc biÖt.

13. ThiÕt kÕ tæng thµnh hÖ thèng cã tÝnh chÊt mü thuËt c«ng nghiÖp vµ tèi

−u, vËn trï häc thÝch hîp trong l¾p r¸p, l¾p ®Æt, sö dông, trong söa ch÷a,

b¶o tr×, b¶o hµnh, trong liªn kÕt t−¬ng t¸c logic hÖ thèng…

14. ThiÕt kÕ hÖ m« pháng vµ ch¹y thö nh»m TESTING c¸c tham sè ®iÒu

khiÓn, c«ng suÊt, quang häc, c¬ häc, ®iÖn tö, ®iÖn l¹nh…

15. ThiÕt kÕ m¹ch in, l¾p r¸p ch¹y thö nghiÖm, tÝnh t¸n ®é bÒn, ®é æn

®Þnh, ®é chèng nhiÔu, ®é chÞu ®ùng ®−îc c¸c m«i tr−êng nhiÖt ®é nãng

Èm, phï hîp víi yªu cÇu thùc tÕ vÒ gi¸ thµnh vµ c¸c yªu cÇu kh¸c.

16. X©y dùng

* Quy tr×nh: gia c«ng - l¾p r¸p - c¨n chØnh - ch¹y thö - hiÖu chØnh

- ®o ®¹c - hiÖu chØnh lÇn cuèi - ch¹y demo – kiÓm tra chÊt l−îng –

xuÊt x−ëng.

* T¨ng c−êng bæ xung trang thiÕt bÞ chuyªn dông

* §µo t¹o bæ xung nguån nh©n lùc

* Hîp t¸c khai th¸c nguån c«ng nghÖ n−íc ngoµi (nh÷ng vÊn ®Ò

míi nh−: xö lý tÝn hiÖu: DSP, hiÓn thÞ LCD, vi xö lý CPU… )

* Xóc tiÕn tiÕp thÞ khai th¸c thÞ tr−êng trong vµ ngoµi n−íc, lËp

trang WEB , catalog, qu¶ng c¸o héi chî, triÓn l·m, t− vÊn, héi

nghÞ kh¸ch hµng….tiÕn tíi xuÊt khÈu (nÕu nh− ®¹t ®−îc tiªu

chuÈn ISSO)

* Th−¬ng hiÖu s¶n phÈm vµ c¸c tiªu chuÈn cña s¶n phÈm

+ Hoµn chØnh vÒ mÆt c«ng nghÖ

1. ThiÕt kÕ tèi −u hÖ thèng ®iÒu khiÓn

2. ThiÕt kÕ chÕ t¹o hÖ lµm l¹nh gän nhá h¬n

3. Nghiªn cøu hÖ thèng b¶o vÖ tõ 12 ®Õn 18 th«ng sè

4. ThiÕt kÕ hÖ thèng quang dÉn ®−êng sö dông laser dièt

5. Hoµn thiÖn nguån cao ¸p trong m«i tr−êng nhiÖt ®íi

2./ ChuyÓn giao thiÕt bÞ laser Nd:YAG vµ thiÕt bÞ lµm l¹nh COOLING

SYSTEM øng dông t¹i BÖnh viÖn TW Qu©n ®éi 108 vµ BÖnh viÖn chÊn th−¬ng

chØnh h×nh ITO – Sµi Gßn ®iÒu trÞ ®−îc gÇn 200 l−ît bÖnh nh©n.

3./ N©ng cao tr×nh ®é chuyªn m«n ®éi ngò trong ®¬n vÞ, bÖnh viÖn, x−ëng.

4./ An toµn - ChÊt l−îng - D¸ng vÎ c«ng nghiÖp - §é bÒn lµ 4 ®Æc tÝnh cña

dù ¸n nµy. GÇn 100% s¶n phÈm t¹o ra ®−îc sö dông kh«ng bÞ háng hãc. §é æn

®Þnh vµ c«ng n¨ng thÝch hîp víi hoµn c¶nh, m«i tr−êng ViÖt Nam.

5./ Duy tr× danh hiÖu Huy ch−¬ng vµng TECHMART 2003 ë TECHMART

2005 vµ Héi chî Y d−îc Quèc tÕ 2005- 2006.

KÕt qu¶ ch−a ®¹t ®−îc

(§−îc thùc hiÖn tiÕp tôc trong thêi gian tiÕp theo):

1. S¶n xuÊt 4 hÖ laser Nd:YAG vµ 4 hÖ lµm l¹nh COOLING SYSTEM

2. B¸n vµ thu håi vèn

Thùc ra nhãm Dù ¸n cã kh¶ n¨ng hoµn thµnh 8 hÖ laser Nd:YAG vµ 8 hÖ lµm

l¹nh COOLING SYSTEM theo ®óng tiÕn ®é ®· ®¨ng ký nh−ng v× c¸c bÖnh viÖn

ch−a cã kinh phÝ ®Ó mua thiÕt bÞ. V× vËy nÕu tiÕp tôc s¶n xuÊt th× sÏ dÉn ®Õn viÖc

ø ®äng vèn vµ ph¶i tr¶ l·i cao (L·i suÊt ng©n hµng t¨ng 0,8 lªn 1,2 %/1 th¸ng vµ

ph¶i cã thÕ chÊp chuÈn). H¬n n÷a trong hai n¨m qua gi¸ c¶ linh kiÖn vµ tr¶ l−¬ng

c«ng nh©n bÞ biÕn ®éng theo chiÕu h−íng t¨ng kho¶ng 50% - 80% (ThËm chÝ cã

nh÷ng vËt t− t¨ng gÊp nhiÒu lÇn)

Mét sè kiÕn nghÞ:

1/. Cã thÓ ®Çu t− cho dù ¸n nµy ë tÇm s¶n xuÊt hµng lo¹t víi kinh phÝ 10 – 15 tû

vµ s¶n l−îng lín h¬n ®Ó ®¸p øng thÞ tr−êng trong n−íc .

2/. Nhµ n−íc cã thÓ cho phÐp tr¶ thu håi chËm ( 1 n¨m ) bëi c¸c lý do kh¸ch quan

®· nªu trªn.

Thay mÆt nhãm thùc hiÖn dù ¸n

Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Bé Khoa häc C«ng nghÖ, ViÖn øng dông C«ng nghÖ,

Trung t©m C«ng nghÖ Laser vµ c¸c c¸ nh©n, ®ång nghiÖp ®∙ nhiÖt t×nh céng t¸c

trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn dù ¸n nµy.

Hµ néi , ngµy 8 th¸ng 03 n¨m 2007

Chñ nhiÖm dù ¸n

Lª Huy TuÊn

Lêi më ®Çu

Dù ¸n : “ Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ Laser Nd: YAG lo¹t nhá dïng

trong y häc” thùc hiÖn trong ph¹m vi 2 n¨m t¹i trung t©m C«ng nghÖ Laser víi môc ®Ých

theo kÞp nÒn y häc hiÖn ®¹i ®ang ph¸t triÓn nh− vò b·o nh»m n©ng cao chÊt l−îng kh¸m

ch÷a bÖnh cho con ng−êi vµ lµm chñ c«ng nghÖ chÕ t¹o, b¶o hµnh b¶o tr× lo¹i s¶n phÈm

Laser YAG nãi chung.

§ã còng lµ mét b−íc ®i trong sù nghiÖp “ C«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n−íc

”, ®Æc biÖt khi ViÖt Nam lµ thµnh viªn chÝnh thøc cña WTO. MÆt kh¸c t×nh tr¹ng thiÕu

thèn trang thiÕt bÞ kh¸m ch÷a bÖnh vµ sè l−îng bÖnh nh©n ë n−íc ta qu¸ lín ®· g©y qu¸

t¶i ë c¸c bÖnh viÖn. ChÝnh v× vËy vÊn ®Ò nªu ra vµ thùc hiÖn cña dù ¸n lµ cÊp thiÕt .

Bªn c¹nh ®ã, nÕu lµm tèt ë giai ®o¹n tiÕp theo, sÏ tiÕt kiÖm cho nhµ n−íc mét

kho¶n ngo¹i tÖ ®¸ng kÓ trong qu¸ tr×nh nhËp khÈu thiÕt bÞ.

Thùc tiÔn cho thÊy qu¸ tr×nh triÓn khai kü thuËt vµ c«ng nghÖ y häc míi cÇn ho¹t

®éng kÞp thêi cña dÞch vô sau b¸n hµnh ( hËu m·i ) nh− b¶o hµnh, b¶o tr×, söa ch÷a ….

ViÖc chóng ta ph¸t huy n¨ng lùc c«ng nghÖ néi ®Þa cã ý nghÜa c¬ b¶n trong x©y

dùng ®Êt n−íc ph¸t triÓn bÒn v÷ng, vµ lÊy c«ng nghÖ cao lµm c¬ së cña qu¸ tr×nh tiÕn

nhanh v÷ng ch¾c cña nÒn kinh tÕ x· héi.

Dù ¸n hoµn thµnh víi c¸c môc tiªu ®ã còng lµ b−íc ®Ó më réng thÞ tr−êng néi ®Þa,

tiÕn tíi xuÊt khÈu thu ngo¹i tÖ lµm giÇu cho ®Êt n−íc. §−îc sù ñng hé cña nhµ n−íc, Bé

KHCN, ViÖn ¦DCN dù ¸n ®· hoµn thµnh vµ triÓn khai tèt c¸c néi dung vµ c¸c kÕt qu¶

®· ®Ò ra.

Trong b¸o c¸o dù ¸n nµy chóng t«i tr×nh bµy chñ yÕu vÒ c¸c c«ng nghÖ ®· hoµn

thiÖn vµ c¸c vÊn ®Ò s¸ng t¹o míi( nhiÒu s¸ng kiÕn mµ c¸c thiÕt bÞ n−íc ngoµi kh«ng cã )

®Ó chÕ t¹o ®−îc hÖ laser Nd:YAG vµ nguån l¹nh ®· ®−îc Bé y tÕ cÊp giÊy phÐp l−u hµnh

toµn quèc. Víi hå s¬ c«ng nghÖ ®ã cã thÓ s¶n xuÊt hµng lo¹t c¸c s¶n phÈm cã chÊt l−îng

cao ®¸p øng nhu cÇu thÞ tr−êng trong vµ ngoµi n−íc. C¸c néi dung kh¸c nh− ®µo t¹o ®éi

ngò b¸c sÜ, kÜ s− ; Quan hÖ víi h·ng n−íc ngoµi häc tËp trao ®æi kinh nghiÖm; Thùc hiÖn

c¸c c«ng t¸c thÞ tr−êng më líp tËp huÊn; ChuyÓn giao c«ng nghÖ øng dông tíi c¬ së y tÕ

…. còng ®· ®−îc nhãm ®Ò tµi thùc hiÖn ®µy ®ñ, nhê ®ã mµ c¸c s¶n phÈm ®· ®−îc c¸c gi¶

th−ëng trong n−íc.

Hµ néi , ngµy 8 th¸ng 03 n¨m 2007

Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc

HiÖu qu¶ c«ng nghÖ – kinh tÕ – x∙ héi

1. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ triÓn khai ë n−íc ngoµi

Trªn 20 n−íc ph¸t triÓn vµ ®ang ph¸t triÓn ®· øng dông Laser YAG ®Ó ®iÒu trÞ

nhiÒu bÖnh nan y, ®Æc biÖt c¸c chøng bÖnh bªn trong c¬ thÓ (ph−¬ng ph¸p néi soi) ®Ó

mang l¹i kÕt qu¶ kh¶ quan.

§iÒu trÞ b»ng laser YAG cã nhiÒu lîi thÕ vµ cã c«ng n¨ng m¹nh nh−: c«ng suÊt

ph¸t cao (60W); cã søc xuyªn s©u (trªn 1mm) ; dÔ dµng hÊp thô ®èi víi tæ chøc con

ng−êi. V× thÕ nã cã thÓ øng dông ®iÒu trÞ c¸c tæ chøc m« sinh häc trong c¸c tr−êng hîp :

cÇm m¸u (Coagulation), ®èt ch¸y (Carbonized), bèc bay(Vapoied), c¾t bá (excised).

TuyÖt vêi h¬n c¶ lµ laser YAG cã thÓ qua m«i tr−êng quang häc. Bëi vËy nhê c¸p quang

m¶nh ta cã thÓ ®iÒu trÞ bÊt kú ®iÓm nµo, vïng nµo cña tæ chøc m« bÞ bÖnh ë bÒ mÆt hay ë

bªn trong c¬ thÓ ng−êi. VÝ dô nh− thÈm mü trªn da hay c¾t bá khèi u ë d¹ dµy, u tiÒn liÖt

tuyÕn, u d¹ con…, nhê cã sù trî gióp cña ph−¬ng ph¸p phÉu thuËt néi soi b»ng laser

YAG mµ trong tr−êng hîp nµy ë laser CO2 khã thùc hiÖn ®−îc.

Trªn c¬ së khoa häc vµ thùc tiÔn øng dông l©m sµng, thiÕt bÞ laser YAG c«ng suÊt

cao ®· ®−îc trang bÞ t¹i c¸c trung t©m nghiªn cøu khoa häc y häc, c¸c phßng kh¸m, c¸c

chuyªn khoa,..ë c¸c bÖnh viÖn lín. Laser YAG ngµy nay ®· trë thµnh mét c«ng cô phÉu

thuËt chÝnh yÕu cho viÖc ®µo t¹o, ®iÒu trÞ hay nghiªn cøu khoa häc.

Víi lîi thÕ ®ã, laser YAG ®· ®−îc triÓn khai réng r∙i ë c¸c chuyªn khoa kh¸c

nhau; khoa phÉu thuËt (chØnh h×nh, thÈm mü), khoa d¹ dÇy, khoa tiªu ho¸, khoa h« hÊp,

khoa u bøu…

Nhê sù −u viÖt cña hiÖu øng ch÷a bÖnh mµ laser YAG ®· ch÷a trÞ hµng triÖu bÖnh

nh©n trªn thÕ giíi víi trªn 60 lo¹i bÖnh y häc kh¸c nhau.

ViÖc nghiªn cøu s¶n xuÊt laser YAG chØ ®−îc tiÕn hµnh ë c¸c n−íc cã nÒn KHCN

ph¸t triÓn vµ cã gi¸ thµnh rÊt cao kho¶ng trªn 25.000 USD (ë Trung Quèc);

50.000USD(ë Hµn Quèc); 70.000USD (Mü, Anh)…

2. T×nh h×nh nghiªn cøu triÓn khai trong n−íc

ë ViÖt Nam trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhu cÇu øng dông laser YAG trong phÉu

thuËt lµ rÊt lín, cã mét sè bÖnh viÖn lín ®· sö dông laser YAG trong phÉu thuËt thÈm

mü, r¨ng hµm mÆt, da liÔu, c¸c hèc trªn c¬ thÓ (nh− tai, mòi, häng, hËu m«n, phô khoa..),

nh−ng hiÖn t¹i c«ng nghÖ phÉu thuËt b»ng laser YAG cßn ph¸t triÓn chËm do:

+ B¸c sÜ ch−a ®−îc tiÕp cËn víi c«ng nghÖ nµy vµ ch−a ®−îc ®µo t¹o c¬ b¶n

+ ThiÕt bÞ qu¸ ®¾t (khã triÓn khai, hiÖn nay chØ cã kho¶ng 5 ®Çu m¸y cña n−íc

ngoµi

®−îc triÓn khai)

+ C«ng viÖc b¶o hµnh, b¶o tr×, söa ch÷a gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n khi lµ thiÕt bÞ ngo¹i

nhËp.

Trung t©m c«ng nghÖ Laser lµ ®¬n vÞ ®Çu tiªn nghiªn cøu chÕ t¹o mét thiÕt bÞ laser

YAG hoµn chØnh vµ ®∙ øng dông vµo thùc tÕ l©m sµng cho kÕt qu¶ tèt, ®−îc c¸c b¸c sÜ

t¹i ViÖn 108 rÊt −a dïng. Cô thÓ nã cã thÓ ch÷a mét sè bÖnh nan y tiªu biÓu

+ Tho¸t vÞ ®Üa ®Öm (kh«ng ph¶i mæ, chØ cÇn dïng d©y quang dÉn ®−a vµo n¬i ®Üa

®Öm tho¸t vÞ )

+ U m¸u, u ph×, sÑo låi, c¸c bÖnh u nang, u bøu …

ThiÕt bÞ Laser Nd: YAG 60W liªn tôc lµ mét thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, c«ng nghÖ cao cÇn

ph¶i hoµn thiÖn c«ng nghÖ mét b−íc n÷a tr−íc khi ®−a ra thÞ tr−êng hµng lo¹t. L−u ý

r»ng Trung t©m c«ng nghÖ laser cã kh¶ n¨ng lµm chñ vµ kh¶ thi c«ng nghÖ nµy bëi cã

mét sè s¸ng kiÕn ®Æc biÖt trong c«ng n¨ng cña thiÕt bÞ (kÕ thõa ph¸t triÓn) nh−:

- T¹o ®−îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña thiÕt bÞ trong m«i tr−êng nhiÖt ®íi nãng Èm (hÖ

COOLING SYSTEM, hÖ läc nhiÔu vµ æn ®Þnh c«ng suÊt)

- C¸c vÊn ®Ò tù ®éng khèng chÕ an toµn cao cÊp (25 vÊn ®Ò kü thuËt phøc t¹p)

Nh− vËy ®©y lµ hÖ laser cã nh÷ng øng dông hoµn h¶o trong phÉu thuËt y häc.

3. HiÖu qu¶ kinh tÕ – x∙ héi

Sè bÖnh nh©n trong n−íc cã nhu cÇu sö dông thiÕt bÞ laser Nd:YAG ngµy mét

t¨ng, nh− vËy cÇn ph¶i t¨ng ®Çu m¸y Nd:YAG ®Ó trang bÞ ë c¸c tuyÕn trung −¬ng, tØnh

thµnh.

Tuy nhiªn, hiÖn nay hÖ laser Nd:YAG nÕu chóng ta nhËp ngo¹i cÇn sè tiÒn kh¸

cao vµ khã kh¨n trong viÖc b¶o tr×, b¶o d−ìng. Còng hÖ laser nµy, nÕu chóng ta s¶n xuÊt

trong n−íc th× gi¸ thµnh sÏ gi¶m tõ 30% ®Õn 50% so víi gi¸ nhËp ngo¹i, ngoµi ra nã cßn

phï hîp víi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt ë n−íc ta, dÔ b¶o tr× b¶o d−ìng.

§Æc biÖt thiÕt bÞ ®· ®−îc Bé y tÕ cÊp giÊy phÐp l−u hµnh, vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o

laser Nd:YAG t¹i ViÖt Nam ®· ®−îc chóng t«i n¾m b¾t mét c¸ch cã hÖ thèng (tõ 80%-

90% vÒ c«ng nghÖ). Nay cÇn ®Çu t− thêi gian vµ kinh phÝ ®Ó hoµn thiÖn, nÕu kh«ng sÏ

rÊt l·ng phÝ tiÒm n¨ng ®· ®¹t ®−îc. §©y lµ vÊn ®Ò bøc xóc vµ nh¹y c¶m , nªn ch¨ng dù

¸n nµy cÇn ®−îc sù quan t©m râ rÖt h¬n n÷a cña Nhµ n−íc – Bé KHCN (®Æc biÖt trong

vèn ®Çu t− 552 triÖu cßn rÊt thÊp so víi tiÒm n¨ng ph¸t triÓn vèn cã cña nã ).

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 1

A/ S¬ ®å hÖ thèng vµ nguyªn lý ®iÒu khiÓn laser Nd: YAG 60W

A1. S¬ ®å khèi hÖ thèng laser Nd:YAG 60W

H×nh 1: S¬ ®å khèi tæng thÓ hÖ thèng Laser Nd:YAG 60W

Nguån æn ¸p 5V, 10V,

12 V, 24 V

APTOMAT tæng

b¶o vÖ hÖ thèng vµ

chØnh l−u

Nguån c«ng suÊt

nu«i dao ®éng

300VDC/30A

TRANZITOR

Siªu c«ng suÊt

ChØnh l−u läc cao

tÇn

Trung t©m ®iÒu

khiÓn , xö lý , ®o ®¹c,

®iÒu hµnh

§Æt tham sè lµm viÖc

PARAMETER

(5 tham sè)

Nguån l¹nh s¬ cÊp, thø

cÊp, bÓ n−íc, m¸y b¬m,

®o nhiÖt ®é tù ®éng

(18-200

C)

An toµn hÖ thèng

(13 tham sè )

§o ¸p lùc

§Ìn XENON

Thanh laser Nd:

YAG (BCH)

Laser dÉn ®−êng

λ= 635nm

Nguån laser dÉn

®−êng

Quang häc C¸p quang

Laser ra

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 2

A2. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn, ho¹t ®éng cña hÖ thèng

Laser Nd:YAG lµ mét trong nh÷ng Laser r¾n ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt. C«ng thøc

ho¸ häc cña chÊt nÒn lµ Y3Al5O12 (Yttium Alumium Garnet – viÕt t¾t lµ YAG) vµ c¸c

t©m kÝch ho¹t lµ Ion Nd3+ (Neodym – viÕt t¾t lµ Nd). Bøc x¹ laser x¶y ra trong c¸c dÞch

chuyÓn c¸c møc n¨ng l−îng cña ion Nd3+. Ho¹t chÊt lµ c¸c ion Nd3+ ®−îc cÊy vµo trong

tinh thÓ YAG víi tû lÖ 1,4% (theo träng l−îng). Do mËt ®é ion Nd3+ kh¸ lín nªn hÖ sè

khuyÕch ®¹i cña Laser Nd:YAG lín h¬n nhiÒu so víi laser khÝ. Th−êng Laser Nd:YAG

c«ng suÊt 60W cã thanh ho¹t chÊt cã ®é dµi tõ 20 – 30 cm.

§Ó t¹o nghÞch ®¶o mËt ®é di c− trªn c¸c møc cña dÞch phæ cña Laser, trong Laser

r¾n ng−êi ta dïng b¬m quang häc tøc lµ chiÕu ¸nh s¸ng cã phæ ph¸t x¹ trïng víi hÊp thô

cùc ®¹i vµo thanh ho¹t chÊt ®Ó t¹o tÝch luü chñ yÕu cho møc laser trªn vµ do ®ã t¹o

nghÞch ®¶o mËt ®é - ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó cã ph¸t x¹ Laser. Víi Laser Nd:YAG ng−êi

ta th−êng dïng nguån b¬m quang häc lµ c¸c ®Ìn kÝch Xenon hoÆc Krypton .

Nh÷ng yªu cÇu kü thuËt ®èi víi tinh thÓ YAG ®Ó lµm thanh ho¹t chÊt laser ph¶i

tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau:

♦ BÒn ch¾c vÒ c¬ häc vµ hãa häc ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn cña m«i tr−êng ho¹t

tÝnh

♦ BÒn v÷ng vÒ nhiÖt ®é ®Ó chÞu ®−îc bøc x¹ b¬m lín vµ bøc x¹ Laser lín.

♦ DÔ chÕ t¹o vÒ ph−¬ng diÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ s¶n xuÊt hµng lo¹t.

♦ Cho phÐp gia c«ng c¬ khÝ vµ gia c«ng quang häc (H×nh d¹ng, ®¸nh bãng,

mµi mßn, phñ líp ph¶n x¹, lµm sÇn sïi ë xung quanh, lµm rçng lâi…)

♦ §ång nhÊt quang häc cao ®Ó ®¶m b¶o tiªu hao nhá vµ hÖ sè phÈm chËt

buång céng h−ëng lín.

♦ Ph¶i trong suèt ®èi víi bøc x¹ b¬m vµ bøc x¹ Laser.

Tõ nh÷ng ®Æc ®iÓm cña Laser Nd:YAG vµ nh÷ng yÕu tè ¶nh h−ëng cña ho¹t chÊt

trªn ta thiÕt kÕ thanh ho¹t chÊt Laser Nd:YAG 60W liªn tôc cã c¸c tham sè sau:

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 3

L = 220mm

Nh¸m Φ1= 7mm Φ = 12mm

§é bãng ∆ = 0.01

H×nh 2: Thanh ho¹t chÊt Nd: YAG cña Laser Nd:YAG

ë ®©y ta chän d¹ng trßn ®Ó dÔ gia c«ng, l¾p r¸p vµo buång b¬m quang häc, ë gi÷a

rçng ®Ó dÔ dµng phèi hîp hÖ dÉn ®−êng vµ lµm l¹nh m«i tr−êng ho¹t chÊt (tr×nh bµy ë

phÇn 1.4).

ChÊt ph¶n x¹ ®−îc phñ trªn bÒ mÆt cña hai g−¬ng ®Æt ë hai ®Çu ho¹t chÊt .

§Ó cã tia Laser ph¸t ra ta ph¶i dïng nguån b¬m lµ ®Ìn Xenon. Xung b¬m coi nh−

xung ch÷ nhËt lý t−ëng ho¸ (cã thêi gian duy tr× ®Æt trªn mÆt m¸y)

HÖ thèng ®iÒu khiÓn n¨ng l−îng Laser Nd:YAG còng ®ång nghÜa víi viÖc ®iÒu

khiÓn møc b¬m quang häc trªn ®Ìn kÝch ho¹t Xenon. Ph¶i tho¶ m·n 2 ®iÒu kiÖn:

1. T¹o møc s¸ng nÒn

2. T¹o møc s¸ng cuèi (cã thÓ ®iÒu khiÓn theo ý muèn møc ®é vµ ®é réng τ tån t¹i

møc xung).

§Ó b¬m quang häc ho¹t ®éng theo 2 ®iÒu kiÖn trªn th× ta ph¶i cã sù phèi hîp gi÷a

phÇn ®iÒu khiÓn víi ®Ìn ph¸t s¸ng (Xenon), chiÕu vµo ho¸ chÊt nh»m t¹o môc ®Ých

nghÞch ®¶o mËt ®é. C¸c h¹t cña ho¹t chÊt sÏ hÊp thô bøc x¹ b¬m vµ chuyÓn lªn tr¹ng

th¸i kÝch thÝch. Khi ®ã phæ cña bøc x¹ b¬m ph¶i ®−îc chän thÕ nµo ®Ó chñ yÕu tÝch luü

cho møc trªn. Muèn nghÞch ®¶o mËt ®é ®ñ lín ®Ó cã bøc x¹ (∆N > ∆N*

) th× nguån s¸ng

ph¶i cã c−êng ®é lín. §é s¸ng ng−ìng th−êng vµo kho¶ng vµi chôc W/cm2

®èi víi hÖ 3

møc. C−êng ®é s¸ng ®ã dÔ dµng ®¹t ®−îc ë chÕ ®é xung, v× vËy mµ lóc ®Çu míi chØ

xuÊt hiÖn ë laser xung, Sau nµy do hoµn thiÖn c«ng nghÖ ho¹t chÊt, gi¶m ®−îc ®é s¸ng

ng−ìng ng−êi ta míi chÕ ra Laser lµm viÖc ë chÕ ®é liªn tôc. Ho¹t chÊt khi ®ã ph¶i rÊt

bÒn v÷ng vÒ nhiÖt, cã nghÞch ®¶o ng−ìng nhá, vµ ph¶i ®−îc lµm l¹nh tèt.

HÖ thèng b¬m quang häc th−êng gåm ®Ìn b¬m, hÖ thèng ph¶n x¹ ®Ó héi thô ¸nh

s¸ng vµo ho¹t chÊt. HiÖu suÊt cña hÖ thèng b¬m cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng:

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 4

Th«ng l−îng bøc x¹ do ho¹t chÊt hÊp thô

ηb = C«ng suÊt ®Ìn b¬m

Phæ cña ®Ìn Xenon xung khi mËt ®é dßng phãng ®iÖn lín gÇn gièng phæ cña vËt

®en lý t−ëng.

Trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn cña tô qua ®Ìn, ®iÖn ¸p trªn ®Ìn U, dßng ®iÖn I vµ

c«ng suÊt bøc x¹ P sÏ biÕn ®æi nh− biÓu diÔn trªn h×nh 3.

H×nh 3: Sù thay ®æi U,P,I theo thêi gian trong nguån b¬m

Bøc x¹ lóc ®Çu t¨ng nhanh sau gi¶m dÇn. Thêi gian τ xung sÏ lín khi ®Ìn cã chiÒu dµi

lín. Khi t¨ng ®iÖn ¸p phãng ®iÖn th× τxung còng t¨ng nh−ng t¨ng rÊt chËm. §èi víi nh÷ng

tÇn ®o¹n kh¸c nhau cña phæ bøc x¹ τxung còng cã thÓ kh¸c nhau.

N¨ng l−îng cùc ®¹i mét lÇn phãng cña ®Ìn phô thuéc vµo cÊu t¹o cña ®Ìn. ChØ cã

kho¶ng 20 ÷30 % n¨ng l−îng cña nguån chuyÓn thµnh n¨ng l−îng bøc x¹, phÇn cßn l¹i

®Òu ë d¹ng nhiÖt. V× vËy trong thêi gian xung ®Ìn ph¶i chÞu t¶i vÒ nhiÖt rÊt lín, rÊt cã

thÓ lµm nøt vµ lµm háng ®Ìn. Do ®ã èng phãng th−êng ®−îc lµm b»ng th¹ch anh cã ®é

dÉn nhiÖt lín, ®é bÒn nhiÖt cao. N¨ng l−îng xung kh«ng lín vµ tÇn sè xung nhá th−êng

do nguyªn nh©n vÒ nhiÖt nµy.

Tô cao ¸p C ®−îc tÝch ®iÖn qua hÖ dao ®éng Switching vµ sau ®ã ®−îc chØnh l−u.

Khi tô phãng ®iÖn ®Ìn sÏ t¹o ra bøc x¹ rÊt lín dïng ®Ó b¬m quang häc. N¨ng l−îng

phãng ®iÖn chñ yÕu do ®iÖn dung cña tô vµ ®iÖn ¸p tÝch luü x¸c ®Þnh:

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 5

2

2

1 Eg = CU

Trong tùc tÕ ë nh÷ng nguån xung c«ng suÊt lín ng−êi ta th−êng hay dïng mét bé

gåm nhiÒu tô ®Ó cã ®iÖn dung tæng kho¶ng vµi ngh×n microfara vµ ®−îc tÝch tíi ®iÖn ¸p

vµi tr¨m vol. Phæ bøc x¹ cña phãng ®iÖn xung th−êng gåm rÊt nhiÒu v¹ch vµ dÝnh liÒn

nhau t¹o thµnh phæ liªn tôc, phæ kÝn cña c¶ mét d¶i sãng. TÇn sè xung th−êng ®−îc

h¹n chÕ ë gi¸ trÞ nhá h¬n 1kHz v× nÕu lín h¬n th× phãng ®iÖn xung sÏ chuyÓn thµnh

phãng ®iÖn hå quang liªn tôc. S¬ ®å ®iÖn n¹p tô th«ng th−êng

u(t) u(t)

D

c c

D

Van

H×nh 4: Nguån b¬m quang häc

§Ìn ph¶i ®−îc lµm l¹nh b»ng n−íc, cã èng phãng víi ®−êng kÝnh kh¸ nhá chØ cì

1 ÷ 2 mm. Khi ®Ìn lµm viÖc, ¸p suÊt h¬i thuû ng©n trong èng ®¹t tíi 10atm. Phæ bøc x¹

cña ®Ìn gièng phæ bøc x¹ cña ®Ìn xung vµ lµ phæ ®Çy trong d¶i tÇn rÊt réng. Khi t¨ng ¸p

suÊt lªn th× nh÷ng v¹ch phæ rêi r¹c sÏ biÕn thµnh phæ liªn tôc .HiÖn nay ®Ó b¬m trong

chÕ ®é liªn tôc ng−êi ta dïng ®Ìn phãng ®iÖn Xenon c«ng suÊt lín, phãng ®iÖn x¶y ra

gi÷a hai cùc l¹nh ®Æt gÇn nhau trong h×nh trßn b»ng th¹ch anh. Phæ bøc x¹ khi ®ã chøa

nhiÒu d¶i kh¸ m¹nh ë λ ≈ 1µm vµ mét nÒn rÊt ®Òu ®Æn (h×nh 5).

H×nh 5: Phæ phãng ®iÖn xung, phæ liªn tôc, vµ phæ bøc x¹ c«ng suÊt lín cña ®Ìn Xenon

DACB – Hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ chÕ t¹o hÖ laser Nd:YAG lo¹t nhá dïng trong y häc

C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y laser Nd:YAG 60W liªn tôc model: YAG 2002 – 2MTC Super 6

§iÖn ¸p ®Æt lªn tô n¹p ®−îc biÓu diÔn b»ng gi¶n ®å

τ®Çy

Uc1

300V τ

t

H×nh 6: N¨ng l−îng cña tô trong qu¸ tr×nh n¹p

Khi nèi ®iÖn 220VAC/50Hz, 30A vµo ®Çu LN tô ®iÖn läc nguån 4700µ/400V ®−îc

n¹p ®iÖn theo biÓu ®å trªn.

τ = 4700µ. 170Ω = 0,8s

Cïng lóc, hÖ thèng xö lý còng ®−îc cung cÊp ®iÖn. Sau 20s r¬le J3 t¸c ®éng hÖ

thèng kÝch måi møc 2 lµm viÖc tô ®iÖn 472/1600V phãng n¨ng l−îng tÝch luü tr−íc ®ã

(1000V) vµo cuén s¬ cÊp biÕn ¸p kÝch B4. Bªn cuén thø cÊp sÏ cã ®iÖn ¸p mét chiÒu,

xung cã tû lÖ 50/1 cã cùc thuËn ®Æt vµo 2 cùc ®Ìn Xenon. Cïng víi ®iÖn ¸p tr−íc ®ã

trªn tô 474 bªn thø cÊp cã ®iÖn thÕ 1000V 2 = 1400VDC t¸c ®éng kÝch måi ®Ìn

Xenon ph¸t x¹ møc 2

Umåi= 1000V.(50/1) + 1400V

Khi ®Ìn Xenon ph¸t s¸ng. N¨ng l−îng måi cïng hÕt (τ = 0,1s). Lóc nµy n¨ng

l−îng tõ tô 4700µ b»ng 220. 2 = 300VDC ®−îc ®−a vµo ®Ìn.

T¹i thêi ®iÓm nµy m¹ch vi xö lý chØ cho phÐp gi¸ trÞ ®Æt møc (2) mµ ta ®Æt trªn tô

nhê van CMOS më thÝch øng víi ®iÖn ¸p 125VDC.

ViÖc ®iÒu khiÓn nguån dao ®éng th«ng qua trung t©m ®iÒu khiÓn xö lý ®iÒu hµnh.

§Æt c¸c tham sè theo ý muèn trªn mÆt m¸y. HÖ an toµn ®ãng vai trß quan träng bëi chÕ

®é lµm viÖc cña laser Nd:YAG rÊt kh¾t khe, bao gåm 13 th«ng sè an toµn.

§Ó cã nguån n−íc lµm m¸t trong qu¸ tr×nh Nd:YAG lµm viÖc sinh nhiÖt rÊt lín ta

ph¶i cã nguån l¹nh s¬ cÊp lÊy nhiÖt cña nguån l¹nh thø cÊp. Nguån n−íc l¹nh ®−îc b¬m

vµo ®Ìn Xenon ph¶i ®ñ ¸p lùc.