СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ НЕКРОЗА ПРИ ТЕРМОАБЛЯЦИИ
METHOD FOR DETERMINATION OF NECROSIS ZONE IN THERMAL ABLATION

Область техники, к которой относится изобретение. Предлагаемое изобретение относится к методам медицинской диагностики, а именно к способам определения зоны некроза при термоабляции при заданных параметрах вводимой мощности и времени нагрева опухоли.
Уровень техники.
Радиочастотная и микроволновая абляции относятся к методам локальной термической деструкции. Принцип их действия основан на воздействии высокими температурами (60-130°С) на патологический очаг. Нагрев может осуществляться одноэлектродными или многоэлектродными системами нагрева. Суть метода заключается в введении одного или нескольких активных игольчатых электродов в биологическую ткань с целью термического воздействия за счет радиочастотного или микроволнового излучения в течение ограниченного промежутка времени, не превышающего 15 минут [Долгушин Б.И., Косырев В.Ю. Радиочастотная термоабляция опухолей / Под ред. Давыдова М.И. - М.: Практическая медицина, 2015. - 192 с.].
Критерием эффективности оборудования является конечный объем создаваемого некроза в тканях, при этом размер получаемой зоны некроза должен перекрывать размер опухоли примерно на 1 см. Температура 60°С - это температура, при которой наступает гарантированное уничтожение раковых клеток, поэтому так важно точно определить границу, где температура становится ниже 60°С. В соответствии с этим, при разработке нового оборудования и выборе режимов его работы необходимо зафиксировать границу создаваемого некроза, где температура равна 60°С. При этом получаемые данные контроля должны быть достоверными и соответствовать результатам, получаемым в реальной клинической практике.
Так как опухоль расположена внутри организма, создаваемое тепловое поле с границей некроза нужно визуализировать. Для этого в качестве нагрузки для электродных систем вместо реальных органов человека используются различные имитаторы, схожие по своим характеристикам с биологической тканью.
Хотя существуют различные способы, наиболее часто для определения зоны некроза и отображения получаемого теплового поля прибегают к использованию частей органов животных.
Так, например, для исследования распределения теплового поля в предстательной железе при трансректальном воздействии был создан имитатор, представляющий из себя желатиновую форму, обернутую в часть свиного кишечника [Педонова З.Н. и др. Исследование распределения физических полей в предстательной железе при трансректальном воздействии на примере фантома / Биотехносфера, 2016, №5(47), с. 19-22].
Известен также способ контроля процесса нагрева жидких сред [авторское свидетельство SU 1326910 А1, опубликовано 30.07.1987], заключающийся в использовании термоиндикаторного состава, изменяющего свой цвет в зависимости от температуры. Такой способ позволяет определить диапазон температур и объем нагрева.
Наиболее распространенным и близким к предлагаемому способу является способ контроля температуры биологических тканей во время радиочастотной абляции [Спиридонов Е.Г. и др. К вопросу стандартизации морфологической оценки биоптатов печени при радиочастотной аблации / Вестник ВолгГМУ, 2013, №3 (47), с. 95-99], в котором в качестве имитатора используется ткань животных: печень кролика.
Общими недостатками имеющихся способов являются размытость границ получаемого теплового поля, что приводит к невозможности фиксации границы некроза и проблема воспроизводимости получаемых результатов. Задачей предлагаемого способа является устранение перечисленных недостатков путем замены имитатора из животной ткани на имитатор из растительной ткани с целью получения достоверного отображения создаваемого теплового поля в объеме с четкими границами температурного поля вблизи 60°С.
Сущность объекта патентования. Предлагаемый способ для определения зоны некроза основан на существенных изменениях свойств картофельного крахмала при температурах 58-62°С [Церетели Г.И. и др. Реорганизация вторичных кристаллических структур крахмала при хранении и отжиге / Вестник СПбГУ. Сер. 4, 2012, Вып. 2, с. 40-49]. В этом температурном диапазоне наблюдается резкое увеличение теплоемкости крахмала, приводящее к изменению структуры нагретой области. В месте нагрева картофеля до 60°С образуется область с мелкокристаллической структурой, которая заполняется водой. Вид этой области меняется в зависимости от режима работы и конструкции электродов, при этом картина нагрева сохраняется в течение длительного времени (сутки и более).
Так как электрофизические свойства картофеля близки к свойствам органов человека [Архангельский Ю.С. Справочная книга по СВЧ электротермии. - Саратов: Научная книга, 2011. - 560 с.], то получаемая картина нагрева аналогична картине нагрева животных тканей, но выгодно отличается наличием четко выраженной границы зоны некроза.
Предлагается способ определения зоны некроза при термоабляции, включающий в себя использование радиочастотного или микроволнового оборудования для нагрева биотканей с устройством дистанционного измерения температуры типа «FLIR» и электродной системы из одного или нескольких электродов, отличающийся тем, что в качестве имитатора опухоли используется растительная ткань картофельного клубня, картофельный клубень предварительно разрезается по вертикальной и горизонтальной осям относительно геометрического центра и обрезанные куски картофеля фиксируются, затем в клубни вводится исследуемая электродная система, включается генератор и проводится процедура нагрева при заданных уровнях мощности и времени нагрева, затем после удаления электродов из клубня фиксируются геометрические размеры зоны некроза и фотографируется общий вид зоны нагрева, которая обладает четко выраженными границами и сохраняется на протяжении времени.
Техническим результатом такого способа является четкое отображение границ некроза и картина распределения теплового поля в объеме. Это отличает заявляемый способ от наиболее распространенных способов с применением животной ткани, при которых получаемая граница некроза размыта и плохо идентифицируема.
На фиг. 1 показаны результаты нагрева имитатора на продольном разрезе при испытании одноэлектродной системы. На изображении показан след 1, оставшийся от введения активного игольчатого электрода и полученная зона нагрева 2. В отличии от имитаторов, использующих животные ткани полученное тепловое поле и его граница хорошо различимы.
Сущность способа поясняется с помощью фиг. 2 - на ней показана последовательность действий при испытании электродных систем на примере одноэлектродного нагрева. Перед нагревом имитатора 3 производится его предварительное разрезание по вертикальным и горизонтальным осям (отмечено пунктиром) на линии геометрического центра имитатора, далее производится нагрев предварительно разрезанного по вертикальной и горизонтальной осям имитатора с помощью исследуемой электродной системы 4. Контроль распределения температуры производится с помощью тепловизионного устройства типа «FLIR» 5. После нагрева электродная система удаляется из имитатора, фиксируются размеры зоны некроза и общий вид зоны. Заключительным этапом является формирование конечных картин нагрева с фиксацией полученных зон некроза в сечении, при этом может быть сформировано как вертикальное сечение 6, так и горизонтальное сечение 7.
На фиг. 3а показан результат нагрева имитатора разным количеством электродов в поперечном разрезе - четыре, шесть, восемь, расположенных на различных диаметрах. При нагреве в картофеле происходят структурные изменения, связанные с резким повышением теплоемкости крахмала, и образуется видимая область нагрева с четко выраженными границами. При продольном разрезе (фиг. 3б) можно увидеть границы теплового поля по высоте.
На фиг. 4 показаны термограммы распределения температуры для системы из шести игольчатых электродов по поперечному сечению разреза, полученные с помощью тепловизора «FLIR». Слева показана термограмма в начале нагрева, в центре - температурное распределение в середине нагрева, картина справа -конечный результат нагрева. На термограмме обозначениями sp1-sp3 показаны значения температуры в конкретных точках. Точки sp1, sp3 показывают температуру на границе теплового поля, sp2 - температуру в центре. Используя информацию термограмм можно сделать вывод о равномерности нагрева исследуемой многоэлектродной системы.
Эксперименты показали эффективность предлагаемого способа контроля. Получаемые картины нагрева наглядно демонстрируют распределение теплового поля в объеме с четкой фиксацией границы зоны некроза, при этом результаты нагрева воспроизводимы и сохраняются на протяжении длительного отрезка времени. Использование данного способа позволит разрабатывать эффективные системы термического нагрева и осуществлять подбор параметров нагрева в радиочастотных и микроволновых установках абляции.