Устройство для обработки ран и остановки кровотечений с применением низкотемпературной плазмы атмосферного давления

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству для обработки ран и остановки кровотечений с применением низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Устройство содержит источник высокого напряжения, систему подачи газа и набор биполярных и монополярных разрядников. Процесс формирования потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления на обрабатываемую поверхность осуществляется с одновременным использованием и биполярных, и монополярных разрядов в две стадии. На первой стадии осуществляется первоначальная ионизация подаваемого газа в биполярных разрядниках внутри устройства с последующей подачей ионизированного газа к обрабатываемой поверхности. На второй стадии осуществляется окончательное формирование потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления в зоне обработки раневой поверхности высоковольтными разрядами между монополярными электродами и обрабатываемой поверхностью тела пациента. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение конструкции устройства, снижение его массо-габаритных характеристик, по сравнению с известными аналогами при сохранении эффективности коагуляции раневой поверхности, а также обеспечение возможности мобильного исполнения устройства для его использования в полевых условиях, вне помещений и стационарной электрической сети. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к устройствам плазменной обработки ран и может быть использовано при комплексном лечении хронических, инфицированных и острых ран, которые представляют собой травматические и гнойно-некротические повреждения мягких и костных тканей различной этиологии, а также для остановки кровотечений в том числе в полевых условиях.

Из уровня техники известно большое разнообразие устройств для плазменной обработки ран и остановки кровотечений, которые можно разделить на «биполярные» и «монополярные», (рис. 1)

К биполярным устройствам относятся устройства в которых плазма (ионизированный газ) производится путем электромагнитных разрядов между электродами, находящимися внутри устройства или рабочего инструмента (наконечника). К монополярным относятся устройства в которых одним из электродов, создающих разряд в среде газа, является тело пациента.

Биполярные устройства в свою очередь можно условно разделить на тепловые (в которых температура ионов в зоне ионизации 500 К и более) и нетепловые (с температурой ионов порядка 300 К)

Например, известно биполярное устройство плазменной обработки ран, содержащее полый цилиндрический корпус, конический наконечник в виде сопла с центральным отверстием и контуром охлаждения, и осевой электрод, установленный в корпусе посредством коаксиального изолирующего патрона с продольными каналами (см. патент RU 2183946, кл. А61В 18/04, опубл. 27.06.2002,). В известном устройстве каналы представляют собой лыски, выполненные на внешней поверхности патрона и образующие каналы для подвода охлаждающей жидкости. При этом осевой электрод закреплен в патроне только в тыльной части устройства, а рабочий газ подается по каналу, выполненному внутри осевого электрода. Для центрирования электрода используется множество дополнительных деталей.

Известно так же устройство плазменной обработки ран, использующее биполярный источник плазмы, содержащее полый цилиндрический корпус, конический наконечник в виде сопла с центральным отверстием и контуром охлаждения и осевой электрод, установленный в корпусе посредством коаксиального изолирующего патрона с продольными каналами, снабжено концевой муфтой, в которой фиксируется оконечная часть осевого электрода и выполнены продольные каналы, в сборе совпадающие с каналами патрона, причем муфта и патрон снабжены каналом подачи рабочего газа, сообщающимся с центральным отверстием сопла, каналами подвода и отвода охлаждающей жидкости, сообщающимися с контуром охлаждения сопла, и каналом электропитания, в котором расположен электропровод, подающий напряжение на конический наконечник (см. Международная заявка PCT/RU2017/0003 11 патентная классификация: A 5IB 18/04 (2006.01) А61В I5/12 (2006.01) 16.05.2017 Данные о приоритете: 2016120637, 26 мая 2016 (26.05.2016) RU). Каналы в муфте и патроне предпочтительно выполнены в виде сквозных отверстий. Осевой электрод предпочтительно закреплен внутри муфты и патрона посредством цангового зажима.

Известны аналогичные биполярные устройства для остановки кровотечений (в том числе интраоперационных) и обработки раневой поверхности (см. патент RU 2473318 C2 кл. А61В 18/04 Н05Н 1/36, опубл. 2013.01.27, патент RU 188887 U1 кл. Н05Н 1/24, опубл. 2019.04.29, патент RU 62009 U1 кл. А61В 18/18, опубл. 2007.03.27, патент RU 167392 U1 кл. А61В 18/04 Н05Н 1/34, опубл. 2017.01.10, заявка PCT/RU2017/000311, кл. А61В 18/04 А61В 18/12, опубл. 2017.11.30, патент RU 2654504 C1, кл. Н05Н 1/00, опубл. 2018.05.21).

Известно также множество устройств, использующих монополярный способ продуцирования «холодной» плазмы, применяемых в основном интраоперационно для остановки кровотечений и обеззараживания раневых поверхностей. Принцип их действия на клетки тканей обрабатываемой поверхности заключается в электромагнитном разряде в газовой среде (воздух, аргон, криптон либо смеси газов) между высоковольтным электродом и телом пациента с подключенным к нему нейтральным электродом, (см., например, патент RU 2016118137 A, кл. А61В 18/042, опубл. 2017.11.15, патент RU 2517052 C1, кл. А61В 18/00 А61В 18/04 A61N 1/44, опубл. 2014.05.27,)

Известны способы остановки кровотечений и обеззараживания раневой поверхности такого типа монополярными аппаратами, как например, «ФОТЕК» серия 140, 142 в режиме «Спрей» и «Фульгур» с применением газа аргон (см. патент UA 73500 U, кл. А61В 17/42, опубл. 2012.09.25, патент UA 73501 U, кл. А61В 17/42, опубл. 2012.09.25, патент RU 2009111095A, кл. А61В 17/42, опубл. 2010.12.20)

Аргоноплазменную коагуляцию (АПК) обычно применяют для обеспечения гемостаза рассеченных тканей и для обработки поверхностно поврежденных болезнью тканей, с целью стимуляции естественных процессов замещения их здоровыми тканями, а также при операциях на паренхиматозных органах (см. RU 2339334 С1, 27.11.2008), в онкологии (RU 2255697 С1, 10.07.2005), в гинекологии (RU 2406458 С1, 20.12.2010).

В целом все устройства содержат источник питания и, как минимум, одну рабочую часть, представляющую собой двухэлектродную систему, которая питается подающимся напряжением от источника питания.

Известен способ гемостаза, осуществляемый с помощью аппарата «Plazon», генерирующего плазму, разработанного в Московском государственном техническом университете им. Н.Е. Баумана в 1998 г. Недостатком известного способа является то, что аппарат вырабатывает высокотемпературную плазму в биполярном разряде, а затем в специальной охлаждающей камере ее температура снижается, приводя к потере активных элементов, что ведет к снижению эффективности гемостаза. Монополярный способ генерирования низкотемпературной плазмы атмосферного давления лишен этого недостатка.

Коагуляция раневой поверхности с помощью низкотемпературной плазмы атмосферного давления, в частности аргоноплазменная коагуляция (АПК), является одним из самых распространенных методов бесконтактного воздействия в клинической практике. Электрические импульсы используются для образования искрового разряда в струе инертного газа. Перенос энергии осуществляется ионами возбужденного инертного газа, без непосредственного контакта инструмента с тканью. Под воздействием плазмы происходит локальный нагрев и коагуляция тканей. В процессе высушивания тканей и образования струпа их электрическое сопротивление возрастает, и разряды аргоновой плазмы отклоняются на периферические участки ткани с меньшим сопротивлением. В результате происходит равномерная коагуляция всей зоны воздействия с глубиной от 0,5 до 3,0 мм, в зависимости от длительности воздействия, типа ткани (Майстеренко Н.А. и соавт., 2004; Тимербулатов В.М. и соавт., 2007; Голубев А.А. и соавт., 2013). Одним из главных преимуществ АПК является равномерное распределение энергии, ограничение зоны и глубины коагуляции в зависимости от установленной мощности генератора, скорости подачи аргона, длительности воздействия, расстояния до поверхности органа, физических характеристик тканей конкретного органа. (Машкин А.М.и соавт., 2011).

Важную роль в процессах коагуляции с применением низкотемпературной плазмы атмосферного давления играют также нетермические эффекты взаимодействия активных частиц и соединений низкотемпературной плазмы атмосферного давления с клетками обрабатываемых тканей.

Бесконтактная аргоноплазменная монополярная коагуляция - наиболее распространенный метод интраоперационной остановки кровотечений, при котором от электрохирургического генератора на активный электрод в рукоятке инструмента хирурга подается высокочастотное (обычно выше 400 кГц) переменное напряжение, вызывающее ионизационные разряды между высоковольтным активным электродом и раневой поверхностью в среде инертного газа (аргона).

Такой способ имеет следующие преимущества:

- эффективная и быстрая остановка обширных кровотечений;

- низкая стоимость аргона, как плазмообразующего газа;

- избежание нежелательного окисления и карбонизации живой ткани;

- простота обработки и легкий визуальный контроль результата;

- ускоренное заживление раневой поверхности;

- снижение вероятности гнойно-воспалительных осложнений;

- ускоренная доброкачественная регенерация клеток тканей пациента.

Задачей предлагаемого изобретения являлось создание устройства для обработки раневой поверхности и остановки обширных кровотечений посредством воздействия низкотемпературной газовой плазмой атмосферного давления, пригодного для его использования в полевых условиях, вне помещений и в отсутствии стационарной электрической сети.

Техническим результатом явилось повышение надежности и упрощение конструкции устройства, снижение его массо-габаритных характеристик, по сравнению с известными аналогами при сохранении эффективности коагуляции раневой поверхности с помощью низкотемпературной плазмы атмосферного давления, а также обеспечение возможности мобильного исполнения устройства для его использования в полевых условиях, вне помещений и стационарной электрической сети.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению существующими устройствами для обработки ран и остановки кровотечений в заявляемом устройстве одновременно применены два вида разрядников и две стадии ионизации для получения низкотемпературной плазмы атмосферного давления, биполярные и монополярные разрядники.

При этом в процессе формирования ионизированной газовой смеси для обработки раневой поверхности, в заявляемом устройстве каждый компонент низкотемпературной плазмы атмосферного давления продуцируется наиболее эффективным для него и наименее энергозатратным методом (по напряжению, частоте и другим характеристикам разрядов). Окончательное формирование низкотемпературной плазмы атмосферного давления происходит в условиях монополярных разрядов между высоковольтным(и) электродом(ами) и обрабатываемой раневой поверхностью в среде предварительно ионизированного газа заданного плазмохимического состава.

Кроме того, в заявляемом устройстве обеспечена возможность подачи к обрабатываемой поверхности смеси газов плазмохимического состава, компоненты которой получаются в несовместимых между собой условиях (по температуре, частоте тока, напряжению между электродами разрядников и т.п.). Например, одновременная подача к раневой поверхности оксида азота (NO) и обработка поверхности в среде ионизированного аргона (Ar). То есть одновременное осуществление NO-терапии и АПК (аргоноплазменной коагуляции).

На рис. 2 изображена схема УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАН И ОСТАНОВКИ КРОВОТЕЧЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащего источник высокого напряжения, систему подачи газа и набор биполярных и монополярных разрядников, отличающегося тем, что процесс формирование потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления на обрабатываемую поверхность осуществляется с одновременным использованием и биполярных, и монополярных разрядов в две стадии:

a. первоначальная ионизация подаваемого газа в биполярных разрядниках внутри устройства с последующей подачей ионизированного газа к обрабатываемой поверхности,

b. окончательное формирование потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления в зоне обработки раневой поверхности высоковольтными разрядами между монополярными электродами и обрабатываемой поверхностью тела пациента.

На рис. 3 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 2 тем, что в качестве источника высокого напряжения используется генератор высокого напряжения высокой частоты (свыше 3 кВ, свыше 15 кГц) с выходом на умножитель напряжения (с коэффициентом более 4-х) и набор биполярных и монополярных разрядников, состоящий из одного или более биполярных разрядников, соединенных с одним или более колебательных контуров, индуктивности которых являются одновременно первичными обмотками одного или более высокочастотных резонансных трансформаторов (с частотой резонанса более 400 кГц), а также один или несколько выходных резонансных контуров, состоящих из индуктивностей, которые в свою очередь являются вторичными обмотками одного или нескольких резонансных трансформаторов (более 400 кГц), и емкостей, в которые входят также емкости между одним или несколькими монополярными электродами и телом пациента в районе обрабатываемой поверхности.

На рис. 4 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 3 тем, что к разным биполярным разрядникам по параллельным газопроводам подается газ разного химического состава.

На рис. 5 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 3 тем, что к разным биполярным разрядникам, расположенным последовательно, последовательно добавляется газ разного химического состава к каждому следующему биполярному разряднику, смешиваясь с продуктами ионизации в предыдущем(их) разряднике(ах).

На рис. 6 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 3 тем, что продукты ионизации гадов разного химического состава на выходе из разных биполярных разрядников подаются к обрабатываемой поверхности по отдельности, каждый на свой монополярный электрод (разрядник).

На рис. 7 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 6 тем, что продукты ионизации гадов разного химического состава на выходе из некоторых биполярных разрядников подаются к обрабатываемой поверхности по отдельности напрямую, минуя монополярный электрод (разрядник).

На рис. 8 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 3 тем, что один или несколько биполярных разрядников запитаны от высокочастотной цепи (от вторичных обмоток резонансных трансформаторов).

На рис. 9 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 8 тем, что один или несколько биполярных разрядников, запитанных от высокочастотной цепи (от вторичных обмоток резонансных трансформаторов) имеют общие высоковольтные электроды с соответствующими монополярными разрядниками.

На рис. 10 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 9 тем, что дополнительно в зону обработки раневой поверхности напрямую подается газ (смесь газов), минуя все разрядники.

На рис. 11 изображена схема УСТРОЙСТВА, отличающегося от изображенного на рис. 9 тем, что одна пара или несколько пар монополярных и биполярных разрядников работают попеременно в зависимости от величины биоимпеданса между монополярными электродами и обрабатываемой поверхностью.

1. Устройство для обработки ран и остановки кровотечений с применением низкотемпературной плазмы атмосферного давления, содержащее источник высокого напряжения, систему подачи газа и набор биполярных и монополярных разрядников, отличающееся тем, что процесс формирования потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления на обрабатываемую поверхность осуществляется с одновременным использованием и биполярных, и монополярных разрядов в две стадии:

a. первоначальная ионизация подаваемого газа в биполярных разрядниках внутри устройства с последующей подачей ионизированного газа к обрабатываемой поверхности,

b. окончательное формирование потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления в зоне обработки раневой поверхности высоковольтными разрядами между монополярными электродами и обрабатываемой поверхностью тела пациента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника высокого напряжения используется генератор свыше 3 000 В и частотой свыше 15 000 Гц с выходом на умножитель напряжения с коэффициентом более 4-х и набор биполярных и монополярных разрядников.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к разным биполярным разрядникам по параллельным газопроводам подается газ разного химического состава.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к разным биполярным разрядникам, расположенным последовательно, последовательно добавляется газ разного химического состава к каждому следующему биполярному разряднику, смешиваясь с продуктами ионизации в предыдущего разрядника.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что продукты ионизации газов разного химического состава на выходе из разных биполярных разрядников подаются к обрабатываемой поверхности по отдельности, каждый на свой монополярный электрод, который является разрядником.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что продукты ионизации газов разного химического состава на выходе биполярных разрядников подаются к обрабатываемой поверхности по отдельности напрямую, минуя монополярный электрод, который является разрядником.

7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что биполярные разрядники запитаны от вторичных обмоток резонансных трансформаторов.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что биполярные разрядники, запитанные от вторичных обмоток резонансных трансформаторов, имеют общие высоковольтные электроды с соответствующими монополярными разрядниками.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что дополнительно в зону обработки раневой поверхности напрямую подается газ, минуя все разрядники.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что пары монополярных и биполярных разрядников работают попеременно в зависимости от величины биоимпеданса между монополярными электродами и обрабатываемой поверхностью.