УСТАНОВКА ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО РАЗРУШЕНИЯ БИОТКАНИ

Полезная модель относится к области медицины и ветеринарии, преимущественно к хирургии, и может быть использована для разрушения патологически измененных тканей тела человека и животных.
В последние двадцать лет в онкологии возникла и интенсивно развивается малоинвазивная техника разрушения раковых опухолей за счет их нагрева до температур коагуляции ткани и выше при введении электрода в виде тонкой длинной иглы в опухоль (см., например, G.S. Gazelle, N. Goldberg. Tumor ablation with radio-frequency energy. Radiology. December 2000, 633-645). Избирательность разрушения при такой технике достигается за счет подведения тепловой энергии непосредственно в пораженную патологическим процессом область. Для нагрева в основном используется энергия радиочастотного диапазона. Время разрушения опухолей не превышает 10-15 минут, а сама процедура может быть проведена в амбулаторных условиях без госпитализации больного. Сокращение времени пребывания больного в медицинском учреждении и увеличение числа больных, которым может быть оказана эффективная помощь, делают этот метод весьма привлекательным на современном этапе развития медицины.
Однако при использовании простой иглы для разрушения опухолей диаметр зоны некроза невелик и не превышает 1,5-2,0 см. Объем некроза может быть значительно увеличен при использовании в качестве электрода полой металлической иглы с отверстиями в боковой стенке вблизи острия. Такая конструкция электрода позволяет вводить до и в процессе нагрева электропроводящие растворы с растворенными в них лекарственными веществами, что существенно увеличивает эффективность процедуры. Тем не менее, серьезным недостатком такого рода устройств является невозможность достаточно надежного прогрева тканей вблизи крупных (более 2 мм) кровеносных сосудов.
В последние годы также быстро развивается техника разрушения нежелательных биотканей с помощью очень коротких (1-100 мкс) высоковольтных (1-3 кВ) импульсов различной формы (Weaver, J.С. 1993. Electroporation - a general phenomenon for manipulating cells and tissues. J Cell Biochem 51:426-435). Под действием таких импульсов, в зависимости от напряжения и длительности импульса, происходит обратимый или необратимый электрический пробой внешней плазматической мембраны клеток с образованием пор (электропорация), через которые могут проникать внутрь клетки лекарственные вещества, обычно плохо проникающие в клетки. В случае необратимой электропорации клетка гибнет из-за нарушения ее внутренней среды. Поскольку процесс электропорации не связан с какими-либо существенными тепловыми эффектами, его использование для разрушения тканей с плотной кровеносной сетью или вблизи крупных кровеносных сосудов является весьма перспективным. Существенным недостатком этой техники является относительно небольшой объем разрушения и то, что импульсы вызывают сокращение близлежащих мышц, что может приводить к смещению электродов и вызывать неприятные ощущения у пациента. Кроме того, существует опасность сбоя сердечного ритма. Все это приводит к необходимости использовать общую анестезию и обездвиживание пациента при проведении процедуры, а также синхронизацию ее с сердечным ритмом. Все это усложняет процедуру и снижает уровень ее безопасности, что затрудняет ее развитие и внедрение в клинику.
В патенте США 4822470 A использован радиочастотный генератор для обратимой электропорации и связанной с ней увеличением проницаемости внешней плазматической мембраны различных клеток в культуре. В заявке на патент США 20120109122 A1 высокочастотный генератор и иглы для иглоукалывания были использованы для разрушения различных тканей экспериментальных животных. Эти опыты показали, что радиочастотные импульсы столь же эффективны, как и импульсы постоянного тока. Однако при действии высокочастотных импульсов мышечных сокращений не наблюдалось, что указывает на существенное упрощение на пути использования импульсной техники для разрушения нежелательных биотканей.
Наиболее близкой к предлагаемой является установка для разрушения биоткани (патент РФ на полезную модель №58905 «Установка для разрушения биотканей (варианты)»), содержащая генератор электромагнитной энергии и насос, входы которых соединены с выходами блока управления, причем выход генератора соединен с устройством передачи энергии в разрушаемую биоткань в виде полого игольчатого электрода, который имеет канал, соединенный с выходом насоса, и выходные отверстия в боковой стенке вблизи острия, а также встроенный датчик температуры, выход которого соединен с блоком управления, и нейтральным электродом, который крепится на поверхности тела пациента. Это устройство успешно осуществляет тепловое разрушение биоткани при совместном действии с лекарственными веществами, вводимыми в разрушаемую ткань через полость электрода до и в процессе нагрева. Основным недостатком этой установки является невозможность осуществления нетеплового импульсного режима работы, необходимого для разрушения периваскулярных тканей.
Технический результат, на который направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей известной установки, путем осуществления работы как в тепловом, так и нетепловом импульсном высоковольтном режиме.
Для этого в известной установке для разрушения биоткани, содержащей генератор электромагнитной энергии и насос, входы которых соединены с выходами блока управления, причем выход генератора соединен с устройством передачи энергии в разрушаемую биоткань, содержащим нейтральный электрод, который крепится на поверхности тела пациента, и полый игольчатый электрод, который имеет канал, соединенный с выходом насоса, и выходные отверстия в боковой стенке вблизи острия, а также встроенный датчик температуры, в качестве генератора электромагнитной энергии используется высоковольтный импульсный радиочастотный генератор с регулировкой амплитуды, частоты и скважности импульсов, а устройство передачи энергии в разрушаемую биоткань выполнено в виде коммутируемой радиочастотной линии из двух или более полых игольчатых электродов, вводимых в разрушаемую биоткань, при этом блок управления выполнен с возможностью выбора теплового или нетеплового импульсного высоковольтного режима, на выходе генератора имеется коммутатор энергии, подаваемой на электроды, а на выходе насоса коммутатор потока жидкости, подаваемой в полости электродов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется с помощью фиг.1, на которой представлена блок-схема предлагаемой установки. Установка содержит радиочастотный генератор и насос, входы которых соединены с выходами блока управления. К выходу генератора подключено устройство передачи энергии в разрушаемую биоткань 4. Оно состоит из нейтрального электрода 3, закрепляемого на поверхности тела пациента, и полого игольчатого электрода 5, вводимого в разрушаемую биоткань 4. Игольчатый электрод с помощью штуцера 6 соединен с выходами генератора и насоса. На выходе генератора имеется коммутатор энергии 2, подаваемой на электроды, а на выходе насоса коммутатор потока жидкости 1, подаваемой в полости электродов.
Работа устройства может быть пояснена с помощью блок-схемы установки, представленной на фиг.1. Нейтральный электрод крепится на поверхности тела пациента. Под контролем ультразвукового сканера, не показанного на фиг.1, игольчатый электрод вводится в разрушаемую ткань. Включается насос, подающий электропроводящий лекарственный раствор через иглу в биоткань, а затем генератор. Если используется несколько игольчатых электродов, коммутаторы на выходе генератора и насоса распределяют энергию и потоки раствора между электродами. Выбор теплового или нетеплового режима осуществляется с помощью блока управления.
Работа установки была опробована в эксперименте на печени кролика. Печень представляет собой паренхиматозный орган с плотной сетью кровеносных сосудов и, следовательно, достаточно мощным теплоотводом. Под общей анестезией была вскрыта брюшная полость и обнажена печень животного. В эксперименте были использованы полый игольчатый электрод с диаметром 1,2 мм и длиной рабочей части 3 мм, радиочастотный генератор с несущей частотой 440 кГц и шприцевый насос. В качестве электропроводящего раствора использовался физраствор (0,9% раствор хлорида натрия) со скоростью подачи 0.5 мл/мин. Использовали три режима разрушения ткани печени: прогрев в непрерывном режиме в течение 10 мин до температуры 90 град C (по показаниям внутриэлектродного датчика), 10 импульсов с амплитудой 1 кВ и длительностью 100 мкс с частотой 1 Гц и режим с предварительным прогревом в течение 10 мин до температуры 45 град C (ниже температуры коагуляции) и затем 10 импульсов с вышеуказанными параметрами. Измерения показали, что импульсный режим приводит к большему (примерно на 20%) объему разрушения, чем непрерывный. А комбинированный режим был лучше непрерывного почти на 30%.
Таким образом, проведенные испытания показали возможность эффективной работы установки для разрушения биоткани с расширенными функциями для осуществления работы как в тепловом, так и нетепловом импульсном высоковольтном режиме. Кроме того, возможно также осуществление комбинированного режима, который дает ощутимую прибавку в объеме разрушения.