Способ контроля и управления криохирургическим воздействием и устройство для его осуществления
Изобретение относится к медицинской технике и позволяет создать неинвазив ность, атравматичность контроля сокрашть время и повысить качество операции Для осуществления способа задают глубину зо Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для контроля и управления криохирургическим воздействием . Целью изобретения является обеспече ние неинвазивного, атравматично о контроля сокращение времени и повышение качества операции На фиг. 1 изображено устройство конт роля и управления криохирургическим воз действием на фиг 2 - блок управления, на фиг. 3 - упрощенный алгоритм работы устройства ны криовоздействия и автоматически регулируют подачу хладагента в криоинструмент Зону криовоздействия облучают электромагнитной энергией сверхвысокой частоты, определяют коэффициент отражения от биотканей до замораживания, по которому рассчитывают диэлектрические свойства биотканей В процессе замораживания запоминают частоты, на которых появляются экстремумы коэффициента стоячей волны и по появлению второго и последующих экстремумов вычисляют тол щину замороженного слоя биотканей В ус тройстве сигнала от блока упрэпления (БУ) через измеритель комплексных коэффици ентов отражения поступает на антенну, с которой отраженный сигмам чсрьз измеритель поступает на BV выдающие управляю щие сигчспы через криохирургический аппарат нч криоииструмент Подачей хладагента криоинстр/менгу упоавляет БУ по программе заложенной в нег о. по вводимой врачом информации и по сигналам обратном связи с измерителя 3 з п ф-лы 3 ил Способ заключается в определении глубины залегания разового перехода, разделяющего замороженную и незамороженную гкани посредством измерения коэффициента отражения от него электромагнитной энергии в диапазоне сверхвысоких частоты, регистрации попученмых показаний и вы делений глубины ззтегания фазового перехода на основании изменений диэлектрических свойств тканей подлежащих замораживанию а за гем формировании сигнала управле ния криовоздействием цифровым методом Для плоскопчраллельной модели антенна замороженная биоткань незамороженto VI о го о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ lM 1 ., 1 > (21) 4649541/14 (22) 28.12.88 (46) 30.12.91. Бюл. ¹ 48 (71) Всесоюзн ы и науч но-исследо вател ьский и испытательный институт медицинской техники (72) Л. И. Полетаев, Ю. В. Макеев, В. А. Михайлов и Ю, Н. Муськин (53) 617.7 (088.8) (56) Безруков А. И, и др. Универсальный криохирургический аппарат АК-2. Электронная промышленность, вып. 2 (114), 1982, с. 8082, Патент Великобритании № 1440721, кл. А 61 В 17/36, 1974. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КРИОХИРУРГИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к медицинской технике и позволяет создать неинвазивность,атравматичность контроля, сократить время и повысить качество операции, Для осущвствления способа задают глубину зоИзобретение относится к медицинской технике и предназначено для контроля и управления криохирургическим воздействием. Целью изобретения является обеспечение неинвазивного, атравматичного контроля, сокращение времени и повышение качества операции. На фиг. 1 изображено устройство контроля и управления криохирургическим воздействием на фиг. 2 — блок управления; на фиг. 3 — упрощенный алгоритм работы устройства. „,,50„„1701270 А1 ны криовоздействия и автоматически регулируют подачу хладагента в криоинструмент. Зону криовоздействия облучают электромагнитной энергией сверхвысокой частоты, определяют коэффициент отражения от биотканей до замораживания, по которому рассчитывают диэлектрические свойства биотканей. В процессе замораживания запоминают частоты, H3 KQTopblx появляются экстремумы коэффициента стоячей волны, и по появлению второго и последующих экстремумов вычисляют толщину замороженного слоя биотканей. В устройстве сигнала от блока управления (BY) через измеритель комплексных коэффициентов отражения поступает на антенну, с которой отраженный сигнал через измеритель поступает на БУ, выдающий управляющие сигналы через криохирургический аппарат на криоинструмент. Подачей хладагента криоинструменту упоавляет БУ по программе, заложенной в не э, по вводимой врачом информации и по сигналам обратной связи с измерителя. 3 з. и. ф-лы, 3 ил. Способ заключается в определении глубины залегания разового перехода, разделяющего замороженную и незамороженную ткани посредством измерения коэффициента отражения от него электромагнитной энергии в диапазоне сверхвысоких частоты, регистрации полученных показаний и вычислений глубины залегания фазового перехода на основании измерений диэлектрических свойств тканей, подлежащих замораживанию, а затем формировании сигнала управления криовоздействием цифровым методом. Для плоскопараллельной модели антенна — замороженная биогкань незаморожен1701270 ная биОт((а!"(ь (случаЙ c, Днарадних cI)8/7) KO эффициент отражения определяется следуЮЩИМ 06PBBOM: г \ г12 8 - -Е r2„3 Г |(а 8 | Г12 |23 (Де i 1 л — (аомп/18(а с|! | (|7| кач4! ф! I! | |а(е!.! T! ОТражения ме>кду антенной и замОpÎ>K8ннай биотканью; Г2,3 КГ)МПГ8КСН(а(|i Каэ<ффИЦИЕНТ ОГ,".)а жения между Замараж8ннОЙ биатка(|ьк) |и неэамораженнай биотка!.(ь|а; - Х lit е комплек .на I величина, характери" 3,/ющая зат хание и набеГ с!)аэы в сл08 замарсжен (IОЙ т) иатKа (! и в/g! воен най гол щин ы, в/с2 а 1 а в, < -|- в ., ". /Е1 !:2 — / — 1 /-.2 + Aгзв (в где й,),3 — комплексное знач! .НиедиэлектричьcKoé проницаемости сред I, 2, 3 соответственно (aHT8lIHbI-3BW0PO>:=-На 09 биотка НИ-НЕЗамараженной биот:,;ани). Е; =-01!. "«а1 /i:; =- .,!" в 7, /:3 =ц !+ I@3 в которых -Ф га" !" !- а 7 : 1 .(/ :: " -"" 1 е а ° ъ,,!) .х I г ГдЕ t:1,2,3 — деЙСТЬ|ЛТ(::ЛЬНаяа !(аСТЬ дИЭЛ8К(P !il8cKo(7((! Оавни(цае(а(0 ти GP8(), 1, ?, 3 сс)отB8тств8нн0; (! г123 — млннмальная час ь диэле. трическай проницая(в(асти:::ред 1, 2. 3 соответственна, l 1/7 = 2 77. -- i! /g —— .,7г - - (U2 - (7 2 )! rq» h — т аЛ!дина СЛО.:? (ГЛубиНЬ! ЗаЛЕГаНЛя фаэавага перехода); С Л. == —;. ДЛЛНа Вал!Ни !BC! ÎTB), I-IB КiBTÎ ! РОЙ ПРОИЗВОДИТСЯ ИЗ! (8|а>ЕН(а(8 КазффИЦИЕНТВ отражения; c=-,> .,0 (17 с — с;opocть света в ваB Х У в/ М 8 . Комплексный;Oaффициент отражения является кваэилериодической функцией толщины замороже;-,нсй бисткани. Если, KB K B,даннОм cil ji!B8, пааисхадит п<)ступенное увеличе,ие ; oT нуля, та непрерывное слежение За изменением г позволяет лзбежать ошибки за =чет неоднозначности. Тал!LII!I(|а заi!!op |женнаГО слоя мажет быть вычислена ка;. 1" ъ,з(1- г га ъ) с .er! ). /" / г ((-! г " г) 5 Расстояние между лежащими рядом экстремумами на известной рабочей частота характеризует E. На г(рактике толщина замороженного слоя h п ри известной рабочей частоте может быть определена посрсдсгвом измерения (О положения соседних экстремумов (абычно двух первых) на кривой коэффициента отра>x8Hèë (КСВн), По пол(зжению экстремумов на каивой КСВн (модуля коэффициента отражения) можно определить декремент за15 тука((ия р> электромагнитной волны в замора>кеннол биоткани, еличина Й1 определяется волновыми паОаметрами антенны: /:7(",. 1, W0, Wo ва!;1 J1+(f1 =- — — — соь (/) 5(п (л ! (/|/А Ч/д I где 1О/А,! — Модуль волнового сопротивления антенны; N î — волновое сопротивление вакуума; 25 (л — начальная фаза антенны,. Определение диэлектрический свойств незамароженной биоткани производится путем измеаения полного коэффициента отражения rl, 3 при h=-О и вь!числения йз:, Ф а/.3 (Г13 " ) ) F3iÃ1,3 (- в! Диэлектрические свойства замороженной тканл мО>кнО счи1ать известными, имеющими малый разброс по величине, т.е. для частоты зондирования при известных ,а,"1, 6, Гза ЛЕГКО РаССЧИТЫВаЮтСЯ ВЕЛИЧИНЫ "12 r23, тем самым определяется и h по формуле. : ри этом возн|лкающая из-за погрешностей и-.мерения и несовершенства моде/(и комплексность может быть алсключена согласно опытному критерию, например. путем вычисления толщины замароженног0 слоя как Ь, Затем вводится поправочный коэффициент, определенный на основе экспериментальных 45 данных и зависящий для фиксированной частоты измерения только ат h. Для достижения необходимой глубины замораживания необходимо, измеряя h в реальном времени, останавливать процесс при достижении велл ины h»д, cooTB8TcTBy(о|цей заданной (т|убине эамара>к|лвания. Устройство содержит антенну 1 измери.тель 2 комплекснь|х каэффицлентов отражения (ИККО(, б юк 3 yriраьле(-|ия, криахирургический 55 аппарат (КА) 4, криаинстру()ент 5, п(ричем-выхадантенны подключен к измерителю 2 комПЛЕКСНЫХ КОЭ >фиаЦИЕНТОВ ОТРажеНИЯ, ВЫХОД Koтарогс соединен с входом блока 3 управлен|ля, выход которога соединен с КА 4, к KOTOpOf4 )а ПадКЛЮЧ8Н КрИОИ)(струмЕНТ 5. 1701270 Блок 3 управления состоит иэ блока б цифровой обработки и периферийного блока 7. Блок 6 цифровой обработки содержит центральный процессорный элемент (ЦПЭ) 8, постоянное запоминающее устройство {ПЗУ) 9, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 10, системную шину 11, программируемый последовательно-параллельный интерфейс (ППИ) 12, контроллер печатающего устройства (КПУ) 13, печатающее устройство(ПУ) 14, контооллер клавиатуры (КУ) 15, клавиатуру 1б, контроллер графического дисплея (КГД) 17, графический дисплей (ГД) 18. Периферийный блок 7 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 19, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП 1) 20, (ЦАП 2) 22, усилители (У1) 21, (У2) 23. В ручке криоинструмента 5 вмонтировано устройство управления (УУ) 24, содержащие кнопки для включения устройства в режим замораживания и экстренной остановки операции (экстренный отогрев). Под тестированием понимается простая проверка работоспособности основных узлов устройства, проверяется работа (ПЗУ) 9, (ОЗУ) 10 и правильность засылки управляющего слова в аналоговый блок. Для задания режима работы необходимо указать требуемую глубину. глубину замораживания, скорость замораживания, время выдержки после выхода на режим, скорость оттаивания. Криоинструмент 5, снабженный (УУ) 24, и антенну 1 размещают контактно с областью, подлежащей воздействию. После подачи команды "Начало операции" происходит измерение комплексного коэффициента отражения СВЧ блоком ИККО 2, преобразование полученных данных в цифровую форму в АЦП 19 и запись через ППИ 12 в ОЗУ 10, где происходит вычисление глубины залегания фазового перехода между замороженными и незамороженными тканями ЦПЭ 8 с помощью резидентной программы. записанной в ПЗУ 9, и сравнение с заданной глубиной. Если выполняется условие зад < 11расч, таад < 1расч, то нд криоинструмент 5 через ППИ 12, (ЦАП2) 22, (У2) 23, КА 4 копадется команда для дальнейшего охлаждения по программе. Если выполняется условие Ьзад ирасч, тзад< расч, то подается команда поддержания заданной глубины замораживания за счет периодического изменения скорости подачи хладагента в криоинструмент, Если выполняется условие 1зад = 1расч, то подается команда прекращения операции и выдачи протокола операции Ф на печать, а затем общая команда "Останов", Расчетное время устанавливается исходя из практического опыта с ориентировочно заранее известным темпом замораживания, либо устанавливается от момента достижения заданной глубины замораживания. Перед криохирургической операцией посредством клавиатуры врач задает необходимую глубину промораживания, скорость замораживания и время выдержки. Кроме того, вводят необходимую информацию о больном. Криоинструментом 5 и антенна 1 приводятся в плотный контакт с тканями больного, подлежащими криовоздействию. Через (УУ) 24 производится подача команды "начало операции". В начале происходит измерение величины комплексного коэффициента отражения СВЧ г1з от тканей, подлежащих криовоздействию. и расчет их диэлектрических свойств по форл1уле. Затем по заданной программе начинается процесс замораживания. Программно запоминаются частоты, на которых появляются экстремумы коэффициента стоячей волны, и при появлении второго и последующего экстремумов производится вычисление. толщины замороженного слоя: и + h v=2,3, 1 4 (щ где ha — глубина мертвой зоны. определяемая как и вся величина только после фиксирования второго экстремума; n — номер экстремума. На дисплей 18 при этом выводится текущее значение глубины з".л ега ния фазового перехода между за .ороженными и незгмороженными тканял1и. При g остижении требуемой глубины автоматически подается команда на поддержание заданного режима и времени выдержки. По окончании времени выдержки выполняется команда выкл очения операции. Полный цикл криовоздсствия заканчивается выдачей на печать протокола операции. Формула изобретения 1. Способ контроля и управления криохирургическим воздействием, заключающийся в том, что задают глубину зоны криовоздействия и автоматически регулируют подачу хладагента в криоинструмент, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения неинвазивности, атравматичности контроля, сокращения времени операции, зону криовоздействия облучают электромагнитной энергией сверхвысокой частоты, определяют комплексный коэффициент отражения (модуль и фазу) от биотканей до замораживания, по которому рассчитывают "I 701270 2 — — — 1 — — — 2! 11 +!12 +!ь ь= Г Ь 1— т диэлектрические свойства биотканей, в процессе замораживания периодически измеряют комплексный коэффициент отражения и по изменению фазы изменяющейся части коэффициентэ отражения вычлсляют глубину h замораживания по формуле ж). 4 тг,жгде р,— начальная фаза изменяю.цейся части комплексного коэффициента отражения; p — текущее з-ачение изменяющейся части комплексного коэффициента отражения, измеряемое пеоиодлчески в процессе замораживания; К вЂ” коэффлциен проч |орциональности, Л вЂ” длина волны, ф 1F2 — модуль диэлектрической проницаемости замороженной среды. 2. Способ f10 и. ", 0 л и t а ю шийся тем, что измеряют комплексный коэффициент отражения на двух или двух более частотах, определяют глубину замораживания h>...hp на каждой частоте, а точное значение глубины вычисляют по формуле 3. Способ no nn. 1 и ."., c r n u ч a v щ и йс я тем, что в процессе замооаживания за. поминают частоты, ча которых появляются экстремумы модуля коэффициента отражения, и при появлении последующих экстремумов вычисляют толшину замороженного слоя биотканей по формуле n + hp, ! .2 где hp — толщина "мертвой" зоны, n — номер экстремума. 4. Устролство для контроля и управления криохирургическим воздействием, содержащее последовательно соединенные криоинструмент, криохирургический аппа5 рат и блок управления, к второму входу которого подключен датчик, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения неинвазивности, атравматичности контроля, сокращения времени и повышения качества 10 операции, датчик выполнен в виде измерителя комплексных коэффициентов отражения и антенны, а блок управления — в виде блока цифровой обработки и периферийного блока. 15 5. Устройство по п. 4, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что блок цифровой обработки содержит центральный процессорный элемент, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, 20 последовательно-г1араллельный интерфейс, контроллер печатающего устройства, контроллер клавиатуры и контроллер графического дисплея, обьединенные через вход-выход системной шиной, а также печа25 тающее устройство, клавиатуру и графический дисплей, которые соединены с соответствующими контроллерами. б. Устройство по и. 5, от л и ч а ю щ е ес я тем, что периферийный блок содержит 30 аналого-цифровой преобразователь, два цифроанало овых llреобразователя и два усилителя, причем вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом измерителя комплексных коэффициентов отражения, а вы35 ход — с последовательно-параллельным интерфейсом, второй и третий выходы которого подключены соответственно к nepRîìó и второму цифроаналоговым преобразователям, выходы которых через 40 соответствующие усилители соединены с криохирургическим аппаратом. 1701270 n»noumo Фиг. с «опал»по Петино»e переффийныи истрпостР »ест ирпоание систелы йаапние релкилао аиапто» Ро/РпР «7 Риса«пи Иаиапо апороиии ызлер. rennn капфФ отри«с. лепплпрох, mcneo аыниспелие с паста неполпрок,ткани РыРпР «о Рислнеб 3пчапп ппнпрахиЕанир »»оперение ro»»nn. коеф фочиентп птрпнсеннр Иоты плие с 4»и н Рыоиспеиие ВаРИ «f »7«ennea Ро»бпр Ь ОР7 «„.; zebu» kanb t4e»t 3 pfco япенои»ение оо ow рпаРаееита »7нпалкРение РйРаоа и»пола с!4« прапора. пнин. аы оа. ппн на пропорц. рвач. Фл. J Составитель M.Õàóñòîâ Редактор M.Áàíäóðà Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Король Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4489 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
