Устройство для энергетического воздействия на анатомические структуры
Владельцы патента RU 2613431:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" ФГАОУ ВО СПбПУ" (RU)
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к средствам энергетического воздействия на зону абляции анатомических структур. Устройство включает контейнер в виде стакана, заполненного контактной жидкостью и закрытого с помощью гибкой мембраны-аппликатора, внутри которого расположен акустический блок, состоящий из расположенных коаксиально эхозонда и сферического излучателя. Акустический блок перемещается с помощью манипуляторной системы, содержащей три звена, при этом звенья размещены внутри контейнера, расположены вокруг акустического блока на одинаковом угловом расстоянии и каждое связывает посредством шарнира акустический блок с днищем стакана. Использование изобретения позволяет повысить точность наведения на зону абляции. 1 ил.
Изобретение относится к области медицинской техники, предназначенной для энергетического воздействия на анатомические структуры в широком понимании этого определения.
В описании изобретения в качестве примерного объекта энергетического воздействия, т.е. анатомической структуры, избраны варикозно измененные вены.
Идея энергетического воздействия на стенку вены с целью прекращения в ней кровотока не является новой. Электрокоагуляцию варикозно расширенных вен начали применять еще в 50-х годах прошлого столетия. Эндоваскулярная электрокоагуляция (ЭВЭК) как способ выключения из кровообращения варикозно измененных вен была внедрена в практику в 1959 г. Вместо удаления вены был предложен механизм воздействия, вызванный электродом ожог вены, что через стадию асептического воспаления приводит к рубцеванию вены. Говоря об уменьшении сложности и травматичности электрохирургического вмешательства по сравнению с сафенэктомией, следует отметить также нередкое развитие таких осложнений, как появление глубоких ожогов тканей даже в стороне от места коагуляции и, значительно выраженную, воспалительную реакцию по ходу коагулированной вены. В настоящее время этот способ редко применяется в клинической практике в связи с частыми рецидивами, осложнениями (электроожоги, грубый фиброз) и неудовлетворительными косметическими результатами.
Известен также другой вариант термической деструкции вены - интравазальный термолиз. Механизм радиочастотной окклюзии (РЧО) вены заключается в термическом повреждении ее стенки под воздействием электромагнитного излучения определенной частоты. Результатом этого является тромботическая окклюзия вены, стенка которой подвергается фиброзу, а диаметр ее резко уменьшается. Комбинация этих факторов обеспечивает надежную окклюзию и фиброзную трансформацию вены.
Методика РЧО следующая. После пункции большой подкожной вены на голени в нее помещают специальный катетер с циркулярным электродом на конце, который проводят до верхней трети бедра. После максимального опорожнения вены катетер извлекают со скоростью 2,5-3 см/мин, при этом электрод индуцирует в мышечном слое вены температуру 85°C, что приводит к окклюзии сосуда. Весьма существенным недостатком РЧО является высокая стоимость катетера с электродом однократного использования и стоимость самой процедуры, оцениваемая суммой приблизительно в 3500 долларов США). Однако, несмотря на это, известные материалы по применению РЧО свидетельствуют о несомненной эффективности этой технологии [Хилл К.Р. Применение энергетических воздействий в медицине. Физические основы. М.: Мир, 1989, с. 568].
Одним из последних достижений в лечении варикозной болезни нижних конечностей является применение высокоэнергетических лазеров. Механизм селективной фотокоагуляции заключается в избирательном поглощении различными компонентами биологических тканей лазерной энергии определенной длины волны, что приводит к их избирательному разрушению без нанесения ущерба окружающей ткани.
Применение лазеров для эндоваскулярной коагуляции и абляции сосудов нижних конечностей в качестве инструмента операции оправдано минимальной хирургической агрессией и максимальной косметичностью. Лазерный метод надежно заменяет традиционную сафенэктомию в оперативном лечении. Имеется реальная возможность снижения продолжительности стационарного лечения, уменьшения частоты и тяжести осложнений. С полным основанием лазерная методика относится к малоинвазивным методам лечения [Шевченко Ю.Л. и др. Лазерная хирургия варикозной болезни. М.: БОРГЕС, 2010, с. 370].
Стремление к использованию неинвазивных методов лечения привело к открытию широких возможностей фокусированного ультразвука высокой интенсивности в клинической и экспериментальной медицине. Среди этих возможностей нейрохирургия при воздействии через невскрытый череп, онкология, в том числе и при воздействии на ткани через грудную клетку, гипотермия опухолей, сенсибилизация и сонодинамическая терапия опухолей, лечение опухолей простаты, остановка кровотечений, влияние на сосуды и тромбы, повышение эффективности транспорта лекарственных веществ под действием ультразвука, обратимые изменения в нервных структурах под действием ультразвука, раздражение нервных структур. Сюда же относится применение фокусированного ультразвука в таких областях как офтальмология, кардиология, хирургия фибромиомы матки, липосакция, действие на кости, позвонковые диски и т.д.
Все перечисленные применения связаны с возможностью создания в заданных глубоких структурах организма локальных разрушений, не сопровождающихся поражением окружающих тканей. Механизм этих разрушений чаще всего связан с тепловым действием ультразвука. Если энергия ультразвука в фокальной области достаточно велика, то температура в фокусе может быстро возрасти на 20 градусов и более. Если такое повышение температуры будет поддерживаться в течение нескольких секунд, то тепловая доза может оказаться достаточной, чтобы привести к разрушению клеток и тканей. Возможны также разрушения, создаваемые с помощью кавитационного механизма воздействия, сопровождающего ультразвуковое воздействие [Гаврилов Л.Р. Фокусированный ультразвук высокой интенсивности в медицине. М.: ФАЗИС, 2013, с. 309].
Известно устройство энергетического воздействия на анатомические структуры, описанное в SU 728844 и представляющее собой сферический излучатель, расположенный в корпусе, который, в свою очередь, смонтирован на стереотаксическом основании, выполненном из упруго-эластичного материала. Устройство предназначено для выключения глубоких структур мозга фокусированным ультразвуком.
Недостатком устройства является сложность заполнения контактной жидкостью пространства между излучателем и поверхностью биологического объекта, в частности, кожного покрова черепа испытуемого животного.
Конструкция другого аналога (RU 2086178) лишена недостатка первого аналога за счет того, что сферический излучатель установлен в контейнере, выполненным в виде стакана, открытая часть которого перекрыта гибкой мембраной-аппликатором. Полость стакана постоянно заполнена контактной жидкостью.
Недостатком этого аналога является необходимость во время его использования применения отдельной диагностической аппаратуры в виде ультразвукового эхозонда, т.е. излучатель и эхозонд используются раздельно и независимо друг от друга.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано устройство для энергетического неинвазивного воздействия на анатомические структуры, в котором для диагностических и терапевтических целей использован ультразвук [RU 2050862]. Это устройство включает контейнер, выполненный в виде стакана, открытая часть которого перекрыта гибкой мембраной-аппликатором. Внутри стакана смонтирован неподвижно относительно боковой стенки акустический блок, включающий диагностический прибор - эхозонд и терапевтическое средство в виде сферического излучателя, обеспечивающего концентрацию ультразвуковой энергии в фокальной области и электрически связанного с соответствующим генератором. Эхозонд и излучатель установлены коаксиально с возможностью перемещения эхозонда относительно общей оси симметрии, совпадающей с их общей акустической осью. Акустический блок помещен в контактную жидкость, полностью заполняющую стакан.
Недостатком описанного устройства является то, что наведение фокальной области на зону абляции (коагуляции) осуществляется вручную путем перемещения контейнера, а значит и связанного с ним излучателя. Если учесть, что зона абляции представляет собой некий объем, а фокальная область - объем, по меньшей мере, на порядок менее зоны, то перемещение фокальной области должно осуществляться в пространстве по трем координатам, отслеживаемом на мониторе диагностического прибора. Таким образом, процесс наведения происходит путем ручного манипулирования контейнером, постоянно опирающегося на поверхность объекта посредством условного «плавающего шарнира», образованного совокупностью и совместной деформацией гибкой мембраны-аппликатора и контактной жидкости, заполняющей полость стакана.
Ручное манипулирование контейнером устройства при его использовании значительно снижает точность наведения фокальной области на зону абляции, а значит и качество проводимого терапевтического применения.
Таким образом, задачей изобретения является повышение точности наведения фокальной области на зону абляции и, как следствие, улучшение качества терапевтического процесса.
Поставленая задача решается за счет того, что в устройстве для энергетического воздействия на анатомические структуры, включающем контейнер в виде стакана, заполненного контактной жидкостью и закрытого с помощью гибкой мембраны-аппликатора, внутри которого смонтирован акустический блок, состоящий из расположенных коаксиально эхозонда и сферического излучателя, в контейнер введена манипуляторная система, образованная по меньшей мере тремя звеньями, расположенными вокруг акустического блока и связывающими его посредством шарниров с днищем стакана, при этом каждое звено выполнено в виде привода возвратно-поступательного перемещения. Звенья манипуляторной системы расположены на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга и каждое из них выполнено в виде актюатора.
Техническая сущность изобретения состоит в том, что корпус устройства в процессе одновременного проведения диагностического и терапевтического применения находится в неподвижном состоянии, прижатым к объекту, а наведение фокальной области на зону абляции осуществляется манипуляторной системой вручную или по определенной программе с блока управления. Указанное обстоятельство обеспечивает повышение точности наведения
На чертеже дано схематическое изображение устройства для энергетического воздействия на анатомические структуры.
Устройство для энергетического воздействия на анатомические структуры содержит контейнер 1, выполненный в виде стакана 2 с днищем 3. Открытая часть стакана перекрыта гибкой мембраной-аппликатором 4. Во внутренней полости контейнера 1 установлен акустический блок 5, включающий коаксиально установленные эхозонд 6 и сферический излучатель 7 с постоянным фокусным расстоянием. Эхозонд 6 и излучатель 7 заключены в общий корпус 8, снабженный трубкой 9, предназначенной для размещения проводов электропитания и связи с внешними системами, в том числе и управления (не показаны). Трубка 9 пропущена через эластичную уплотняющую манжету 10, установленную в нижней части днища 3. Внутри контейнера 1 смонтирована манипуляторная система, представленная тремя, установленными на одинаковом угловом расстоянии, звеньями 11, каждое из которых представляет собой электрический привод возвратно-поступательного перемещения. Звенья 11 посредством шарниров 12 и 13 крепятся к днищу 3 и корпусу 8 соответственно. Электрический привод в каждом звене включает шаговый двигатель 14, шток 15 которого представляет собой ходовой винт, взаимодействующий с гайкой 16, закрепленной в полом корпусе 17, связанном посредством шарнира 13 с корпусом 8 акустического блока 5. Шарнир 12 является элементом корпуса шагового двигателя 14. Внутренняя полость контейнера 1 является герметичной и полностью заполнена контактной жидкостью 18, обеспечивающей минимальное сопротивление при прохождении через нее акустических волн. На чертеже фокальная область обозначена позицией 19.
Работает устройство следующим образом.
Мембраной-аппликатором 4 контейнер 3 устанавливается на поверхности объекта энергетического воздействия, например нижней конечности пациента, имеющего диагноз варикозного расширения вен. Контейнер 3 фиксируется неподвижно на конечности с помощью любого известного средства, в частности эластичных ремней. Затем в работу включается диагностический ультразвуковой прибор, который своим эхозондом 6 находит паталогическую анатомическую структуру, т.е. вену. Выявленный паталогический очаг выводится на монитор прибора, после чего оператор включает в работу манипуляторную систему и с помощью управляющего органа (джойстика) перемещает акустический блок 5 к паталогическому очагу, на который проецирует фокальную область 19 сферического излучателя 7, включая его в работу. Сканируя фокальной областью 19 плоскостное (двухмерное) изображение очага на мониторе, путем раздельного или одновременного включения в работу звеньев 11, а точнее включения приводов возвратно-поступательного перемещения каждого из них, оператор осуществляет прижигание стенки кровеносного сосуда путем концентрации на ней энергии, сосредоточенной в фокальной области 19, с целью образования рубца, в конечном итоге перекрывающего кровоток в паталогически измененной вене.
Такой результат, в отличие от сафинэктомии, лазерной терапии и РЧА, достигается неинвазивно, т.е. без механического проникновения в анатомическую структуру (организм).
Действующий макет устройства для энергетического воздействия на анатомические структуры создан в Санкт-Петербургском политехнической университете Петра Великого. Испытания макета на анатомическом материале подтвердили его высокую эффективность как комплексного диагностического и лечебного средства неинвазивного энергетического воздействия на паталогические очаги различной этиологии.
Устройство для энергетического воздействия на анатомические структуры, включающее контейнер в виде стакана, заполненного контактной жидкостью и закрытого с помощью гибкой мембраны-аппликатора, внутри которого расположен акустический блок, состоящий из расположенных коаксиально эхозонда и сферического излучателя и перемещаемый с помощью манипуляторной системы, содержащей три звена, отличающееся тем, что звенья размещены внутри контейнера, расположены вокруг акустического блока на одинаковом угловом расстоянии и каждое связывает его посредством шарнира с днищем стакана.
