Способ локального индукционного нагрева биологических тканей

Изобретение относится к медицине, биологии. Способ осуществляет индукционный нагрев биологических тканей в переменном магнитном поле высокой частоты. Для этого внутри нагреваемого объекта размещают тканезамещающий аппликатор. Аппликатор изготовлен из полимерного материала с добавлением электропроводных ферромагнитных частиц размером 200-1000 мкм. Масса долей частиц в аппликаторе 20-60%. Способ позволяет проводить точно локализованную, контролируемую гипертермию. 1 ил.

 

Изобретение относится к области биотехнологий и медицины, а именно представляет собой способ локального бесконтактного разогрева заранее выбранных участков внутри объектов органического происхождения.

В настоящее время локальная гипертермия рассматривается как один из перспективных способов повышения эффективности лучевой и комбинированной терапии онкологических больных.

Наиболее широкое практическое применение в лучевой терапии нашел метод локальной сверхвысокочастотной (СВЧ) гипертермии. Известно устройство для гипертермии, содержащее СВЧ-генератор и соединенную с ним антенну, излучающую электромагнитные волны в заданную область тела пациента [1].

К основным недостаткам устройств для СВЧ-нагрева, относятся низкая проникающая способность излучения и возможность перегрева тканей с высоким электрическим сопротивлением (хрящи гортани, сухожилия, фасции, кости). Как результат, невозможно точно локализовать тепло в опухолях внутренних органов.

Известен метод локальной высокочастотной (ВЧ) или ультравысокочастотной (УВЧ) гипертермии (емкостный способ) [2, 3].

Основным недостатком данного метода гипертермии является перегрев подкожной жировой клетчатки, затрудняющий избирательный нагрев внутренних органов и тканей до гипертермических температур [4].

Известен метод проведения интраоперационной лучевой терапии, при котором для точного позиционирования источника излучения на место удаленной опухоли устанавливается индивидуальный тканезамещающий аппликатор, изготавливаемый из самополимеризующегося материала [5]. Данный метод является прототипом для предлагаемого способа нагрева.

Равномерный нагрев аппликатора мог бы существенно повысить эффективность локальной лучевой терапии. В данном случае нагреву будут подвергаться лишь ткани, непосредственно прилегающие к аппликатору, то есть, находившиеся в непосредственном контакте с удаленной опухолью. Однако бесконтактный нагрев аппликатора практически невозможен из-за очень низкой поглощательной способности материала, из которого он изготовлен, в широком диапазоне используемых в медицине электромагнитных волн.

Сутью предлагаемого нами изобретения является бесконтактный индукционный нагрев размещаемого внутри биологического объекта тканезамещающего аппликатора за счет внедрения на стадии его изготовления проводящих ферромагнитных частиц в полимерный материал. В патентной литературе аналогов предложенного способа индукционного нагрева композитных материалов на основе смеси полимера с ферромагнитными частицами не обнаружено.

Нагрев полимерного тканезамещающего аппликатора осуществляется за счет поглощения энергии переменного магнитного поля частотой 50-150 кГц. Электромагнитное поле выбранного частотного диапазона слабо поглощается биологическими тканями, поэтому их нежелательный разогрев пренебрежимо мал. Нагреву подвергается лишь аппликатор и ткани, непосредственно прилегающие к нему, чем обеспечивается высокая локализация гипертермии.

Для практического исследования возможности индукционного нагрева аппликатора был проведен ряд экспериментов с лабораторным индуктором на основе инверторного источника тока высокой частоты.

В качестве материала для аппликатора была выбрана силиконовая слепочная масса Speedex putty, состоящая из основы и активатора и широко используемая в стоматологической практике. Перед изготовлением аппликаторов модификации, путем добавления мелкодисперсных ферромагнитных частиц и тщательного перемешивания, подвергалась только силиконовая основа.

В качестве ферромагнитных наполнителей использовались стальные шарики диаметром 200-1000 мкм. Массовая доля ферромагнитных наполнителей варьировалась в диапазоне 20-60%.

Результаты лабораторных исследований для образцов с наполнителем из стальных шариков диаметром 1000 мкм и массовыми долями 20% (1), 40% (2) и 60% (3), нагреваемых при мощности, потребляемой установкой от сети, равной 40 Вт, при температуре окружающей среды 25°С представлены на рисунке в виде графика зависимости температуры аппликатора (Т) от времени нагрева (t).

Данный способ нагрева может использоваться также и в биотехнологических приложениях, например, для осуществления локального отбора проб с целью исследования свойств замороженных биологических образцов при их длительном хранении без полного размораживания и разрушения.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Девятков Н.Д., Гельвич Э.А., Мазохин В.Н. Комплект аппаратуры для электромагнитной гипертермии злокачественных новообразований // Мед. радиология. - 1987, N 1. - С.73-76.

2. Лопатин В.Ф., Деденков А.Н., Ключ В.Е. Способ и устройство для гипертермического лечения опухолей. Патент 1132389 от 01.09.84.

3. Лопатин В.Ф., Цыб А.Ф. Устройство для локальной УВЧ-гипертермии. Патент RU 2372116 С2, опубл. 10.11.2009.

4. Штемлер В. М., Колесников С. В. Особенности взаимодействия электромагнитных полей с биообъектами. //В кн.: «Физиология человека и животных». - М.: Медицина, 1978, 22, С.9-67.

5. Васильченко И.Л., Виноградов В.М., Пастушенко Д.А. Применение интраоперационной контактной лучевой терапии при комбинированном лечении местнораспространенного рака гортани. // Вопросы онкологии, 2011, том 57, №2, 232-235 с.

Способ локального индукционного нагрева биологических тканей в переменном магнитном поле высокой частоты, отличающийся тем, что внутри нагреваемого объекта размещается тканезамещающий аппликатор, изготовленный из полимерного материала, модифицированного путем добавления электропроводных ферромагнитных частиц размером 200-1000 мкм, с массовой долей 20-60%.