Электрод для электропорации игольчатого типа
NEEDLE-TYPE ELECTROPORATION ELECTRODE

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к хирургии для абляции или электрохимиотерапии биологических тканей при лечении заболеваний людей и животных с использованием способа электропорации.
Способ электропорации заключается в создании пор во внешней мембране клетки при воздействии на нее кратковременных импульсов электрического поля определенной напряженности, что приводит к гибели клеток из-за проникновения через внешнюю мембрану ионов, нарушающих обменные процессы между клеткой и окружающей средой, либо из-за проникновения в клетку веществ, в обычных условиях практически не проходящих, разрушающих ее внутреннюю структуру.
Электропорация обладает существенным преимуществом - низкой травматичностью. Обусловлено это тем, что для удаления какого-либо участка внутренних органов вводятся электроды, имеющих диаметр, преимущественно, около 1 мм, что сопоставимо с иглами для стандартной инъекции.
Известен электрод для электропорации (NanoKnife, User manual 160-104694 Rev01, Version 2.2.0, стр. 25, фиг. 3-8) представляющий собой стержень диаметром около 1 мм (по шкале Гейдж 19G), частично покрытый изоляционной трубкой. Длина рабочей части устанавливается в пределах от 0 - 4 см с шагом 0,5 см. Общая длина стержня 15 или 25 см. Один конец стержня используется для соединения с генератором электрических сигналов с помощью кабеля. Электрод формирует электрическое поле во всех точках тела человека или животного, и, таким образом, приводит к сокращению всех мышц, находящихся в электрическом поле, в том числе сердечной. Так как нарушение работы сердечной мышцы может привести к остановке сердца, указанное обстоятельство является существенным недостатком рассматриваемого электрода.
Наиболее близким к заявленному электроду для электропорации и принятым за прототип является электрод игольчатого типа (Chenguo Yao et al., Bipolar Microsecond Pulses and Insulated Needle Electrodes for Reducing Muscle Contractions during Irreversible Electroporation, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 64, NO. 12, DECEMBER 2017, фиг. 1 (d)), выполненный с изоляционным покрытием боковой поверхности и неизолированной рабочей частью. В рассматриваемом электроде рабочая часть покрыта изолятором на внешней поверхности. На конце рабочей части выполнен скос. Электрическое поле, формируемое рассматриваемым электродом, распространяется в теле человека в широкой области, за исключением области, находящейся за изолированной поверхностью.
Недостатком этого электрода является то, что не представляется возможным создать узко направленное поле, поэтому оказывается существенное воздействие на мышцы тела человека или животного, а также на рядом расположенные жизненно важные органы, что может привести к негативным последствиям, особенно если лечебное воздействие проводится в области сердца, что может привести к летальному исходу пациента.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, уменьшение мышечного сокращения при процедуре электропорации и исключение излишнего воздействия на органы, расположенные вблизи операционного поля, за счет формирования электрического поля необходимой направленности и объема.
Для решения поставленной задачи электрод выполнен с изоляционным покрытием боковой поверхности и неизолированной рабочей частью. Новым является то, что конец электрода выполнен в виде полуцилиндра с плоской гранью по оси электрода, при этом рабочая часть расположена на этой грани, а боковые поверхности над рабочей частью и на конце электрода выполнены со скосами.
Кроме того, предложено скосы на боковых поверхностях электрода выполнять под углом 8-30 градусов, при этом возможно выполнение скосов с одинаковыми углами наклона или выполнение скоса над рабочей частью с меньшим углом наклона, чем на конце электрода.
Такая конфигурация электрода позволяет существенно уменьшить мышечные сокращения при процедуре электропорации вследствие формирования электрического поля со строго обозначенными границами, определяемыми плоскостью рабочей части электрода. Электрическое поле, формируемое предлагаемым электродом, присутствует только с внутренней области рабочей части электрода, что дает возможность путем размещения электрода формировать электрическое поле таким образом, чтобы не воздействовать на жизненно важные органы человека и животного, главным образом, на сердечную мышцу.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид предлагаемого электрода в изометрии; на фиг. 2 представлен вид сбоку предлагаемого электрода со скосами, выполненными с одинаковыми углами наклона к оси электрода; на фиг. 3 - то же, угол скоса над рабочей частью электрода выполнен меньшим, чем скос на изолированной боковой поверхности на конце электрода.
Электрод содержит стержень 1 из электрически проводящего материала, рабочая часть которого выполнена в виде полуцилиндра с плоской гранью 2 по оси электрода, скос 3 на боковой поверхности на конце электрода, скос 4 над рабочей частью электрода на его боковой поверхности с изоляцией.
Изолирующий материал 5, покрывает боковую поверхность электрода, кроме рабочей части. При этом скос 3 и скос 4 могут быть выполнены под одинаковым углом 6 (фиг. 2) или под разными углами 7 и 8 (фиг. 3) в зависимости от того, на каких тканях предполагается осуществлять электропорацию.
Изолирующий материал 5 имеет покрытие, как правило, из фторопласта или парилена. Толщина покрытия для фторопласта составляет около 0,2 мм, для парилена 0,02 мм.
Скосы могут быть выполнены под произвольным углом, но обязательно покрыты изолирующим материалом, чтобы не допустить создания электрического поля поверхностью скоса.
Соотношение длины рабочей части к общей длине электрода преимущественно выбирают в пределах 1:4 - 1:30, в зависимости от того, на какие ткани будет осуществляться воздействие.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
На практике используется одна или несколько пар электродов, располагающихся таким образом, чтобы рабочие части окружали участок биологической ткани, определенный как операционное поле, при этом один электрод соединяется с катодом электрического генератора, а другой - с анодом. На электроды для электропорации от генератора подаются импульсы электрического тока такой амплитуды, чтобы создать электрическое поле напряженностью около 400 в/см для электрохимиотерапии и около 900 в/см для абляции (Workbookoftheelectroporation-based Technologies and Treatments. Edited by Peter Kramar and DamijanMiklavcic. P. 57. Nov. 2018, Ljubljana, Slovenia), в то время, как мышцы сокращаются при 5 в/см.
При использовании предлагаемого электрода электрическое поле формируется в узкой области, только со стороны рабочих частей электродов. Если пара электродов ориентирована таким образом, чтобы эта область не проходила через сердечную мышцу, исключается влияние электрического поля на сердечную мышцу независимо от расстояния пары электродов от сердца. Кроме того, уменьшается влияние на мышцы других жизненно важных органов.
Точность установления электродов обеспечивается стандартным приспособлением, входящим в комплект электропораторов, а также визуально, как правило, с помощью ультразвукового устройства.
Предлагаемый электрод для электропорации игольчатого типа позволяет производить процедуру абляции или электрохимиотерапии с существенным уменьшением сокращения мышц жизненно главных органов, главным образом сердца, путем формирования электрического поля необходимой направленности и объема.