УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОЙ УВЧ-ГИПЕРТЕРМИИ
LOCAL UHF-HYPERTHERMIA APPARATUS

Область техники
Изобретение относится к области медицины, а более
точно к устройству для высокочастотной терапии.
Устройство с успехом может использоваться для локальной гипертермии злокачественных опухолей: остеосаркомы, рака гортани, рака щитовидной железы, меланомы, рака молочной железы, саркомы Юинга, рака кожи, гипернефроидного рака почки, рака легкого, опухолей желудочно-кишечного тракта, а также при лечении хронических заболеваний: поздних лучевых повреждений тканей, простатита, аденомы и рака предстательной железы, гепатита, эндометрита, неспецифических воспалительных заболеваний легких и других органов, нейродермита, псориаза, экземы, стрептодермии, инфекционно-аллергической астмы, цистита, аднексита.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время интенсивно развиваются способы лечения хронических заболеваний и злокачественных опухолей путем перегрева (гипертермии) соответствующего патологического очага внутри тела пациента (человека или животного) до 43-45°С проникающими электромагнитными волнами сверхвысокой частоты (СВЧ), магнитными и электрическими полями ультравысокой и высокой частот.
Известно устройство для гипертермии, содержащее генератор СВЧ-энергии и соединенную с этим генератором антенну, излучающую электромагнитные волны в заданную область тела пациента. В таком устройстве используется СВЧ-диапазон электромагнитных колебаний 2450 МГц (длина волны 12 см), 915 МГц, (33 см) и 433 МГц (65 см) [1].
Однако устройство, работающее в СВЧ-диапазоне, позволяет перегревать лишь неглубоко (1-2 см) расположенные ткани из-за низкой проникающей способности электромагнитного излучения данного диапазона. Так, например, СВЧ-излучение с длинной волны 12 см проникает в мышечную ткань на глубину 1 см, а с длинной волны 65 см - на глубину 2 см [2].
Кроме того, СВЧ-излучение относительно свободно проникает в ткани с высоким электрическим сопротивлением (хрящи гортани, сухожилия, фасции, кости) и поскольку отвод генерируемого в них тепла затруднен из-за низкой объемной скорости кровотока, то эти ткани могут перегреваться и повреждаться еще до того, как в опухоли будет достигнута гипертермическая температура - 41-45°С. Поэтому, при СВЧ-гипертермии, например, рака гортани риск термического повреждения хрящей гортани, существенно выше, чем тканей с низким электрическим сопротивлением (мышцы, злокачественные опухоли) [3, 4, 5, 8].
В любом случае небольшая глубина проникновения СВЧ-излучения в ткани и неопределенность комбинаций электрических параметров тканей не позволяет точно локализовать тепло в глубине тела пациента при СВЧ-гипертермии.
Более перспективным является способ локального гипертермического воздействия на злокачественные опухоли электрическим полем УВЧ-диапазона - 300-30 МГц.
УВЧ-поле в 10 и более раз глубже проникает в живые ткани, и распределение тепла по глубине и объему более равномерное, чем при СВЧ-гипертермии.
Указанный способ реализуется устройством, содержащим генератор электрического УВЧ-поля, выходной контур которого нагружен на конденсатор, состоящий из электродов, между которыми размещена та область тела пациента, в которой расположена злокачественная опухоль - объект терапевтического воздействия электрическим УВЧ-полем. Такой нагрев электрическим полем называют емкостным способом гипертермии.
Известен «Способ и устройство для гипертермического лечения опухолей», в котором используется нагрев опухолей электрическим полем УВЧ (40,68 МГц) через слой жидкого диэлектрика (Лопатин В.Ф. и др. Патент №1132389 от 01.09.81) [6]. Для реализации этого способа создан отечественный УВЧ-гипертермический комплекс ЭКСТРАТЕРМ.
Устройство содержит стол и электроды, соединенные с УВЧ-генератором, оно снабжено рамкой, установленной на столе с возможностью изменения угла наклона и продольного перемещения, и камерами для жидкого диэлектрика, соединенными со средством подачи диэлектрика, одна сторона которых выполнена эластичной, а электроды связаны с рамкой и расположены в днище камеры, при этом стол и рамка выполнены из материала с диэлектрической проницаемостью, не превышающей 5.
Основным недостатком этого способа является перегрев подкожно-жировой клетчатки (ПЖК), обладающей большим электрическим сопротивлением, что обусловливает высокий риск термического повреждения поверхностных здоровых тканей у больных с выраженным слоем ПЖК (>1,5-2 см) и что, соответственно, затрудняет избирательный нагрев опухолей внутренних полых органов и тканей до гипертермических температур.
Заметим, что при частоте электрического поля 40 МГц, которая используется в отечественном УВЧ-гипертермическом комплексе ЭКСТРАТЕРМ, подкожно-жировая клетчатка нагревается существенно меньше, чем при частоте 8 МГц (THERMOTRON RF-8, Япония) и 13 МГц (ONCOCARE, Франция) [2, 3, 9].
Прототипом предлагаемого изобретения является «Устройство для высокочастотной терапии и система ориентации для него» [10].
Устройство для высокочастотной терапии, содержит генератор электрического УВЧ-поля, электроды с аппликаторами в форме сильфона с жидким диэлектриком, систему ориентации электродов (скоба из диэлектрика, штанги с электродами), механизм линейного перемещения скобы по осям Х Y и Z, станину с колесами для установки электродов в любом положении относительно стола для пациента. Недостатки прототипа:
1. При локальной УВЧ-ГТ опухолей температура жидкого диэлектрика в электродах-аппликаторах не регулируется в необходимом интервале температур - +2 - +45°С.
2. Велика вероятность появления «горячих точек», сигнализирующих о риске термического повреждения здоровых тканей до достижения в опухоли гипертермической температуры - 41-45°С, и затруднен нагрев опухолей внутренних полых органов до гипертермических температур.
3. Отсутствует возможность перемещения пациента на гипертермическом столе в рентгеновский кабинет для контролируемого введения термодатчиков в ткани и полые органы и последующего перемещения пациента на этом столе к системе ориентации электродов для размещения области тела с опухолью в межэлектродном пространстве.
Клинической опыт работы использования локальной УВЧ-гипертермии в комплексном и комбинированном лечении злокачественных опухолей различных локализаций и гистогенеза, показал следующее:
1. При локальной УВЧ-ГТ опухолей у больных с выраженным слоем подкожно-жировой клетчатки (ПЖК) не всегда удавалось достигать в опухолях гипертермических температур (41-45°С) из-за появления «горячих точек» под электродами-аппликаторами в поверхностных здоровых тканях, сигнализирующих о риске термического повреждения здоровых тканей, при этом особенно был затруднен избирательный нагрев опухолей внутренних полых органов.
2. Для контролируемого введения в ткани и полые органы термодатчиков (ТД) приходилось перекладывать больного со стационарного гипертермического стола на каталку и отвозить его в рентгеновский или ультразвуковой кабинет и затем снова перекладывать на гипертермический стол. Процедура перекладки больного сопровождалась смещением тканей и ТД, а также микроповреждениями тканей игольчатыми ТД. Кроме того, была затруднена укладка больного между электродами-аппликаторами.
3. Управление средством подачи жидкого диэлектрика и средством ориентации электродов было затруднено. Не было программного компьютерного отображения и документирования информации от ТД и генератора, что существенно тормозило проведение сеансов УВЧ-гипертермии.
Сущность предлагаемого изобретения
Новизна изобретения заключается во введении в известное устройство термостата, эластичного катетера, заполняемого электропроводной жидкостью, мобильного стола для пациента, компьютезированной системы управления УВЧ генератором, средством подачи жидкого диэлектрика и средством ориентации электродов, средства отображения и документирования информации.
Раньше при УВЧ-гипертермии температура жидкого диэлектрика регулировалась вручную от +10 до +45°С, то в предлагаемом устройстве с термостатом температура регулируется автоматически в заданном режиме в пределах от +2 до +45°С. Более низкая температура (+2 против +10°С) жидкого диэлектрика позволяет увеличить глубину охлаждения поверхностных здоровых тканей и снизить вероятность появления «горячих точек» под электродами-аппликаторами.
Если раньше был затруднен избирательный нагрев опухолей внутренних полых органов, то эластичный гибкий катетер, введенный в полый орган на уровень расположения опухоли и заполненный электропроводной жидкостью, позволяет увеличить температуру в опухоли на 1-3°С по сравнению с той температурой, которая достигается без катетера. Это снижает вероятность появления «горячих точек» под электродами-аппликаторами до достижения гипертермической температуры в опухоли.
Если раньше медперсонал был вынужден перекладывать пациента со стационарного гипертермического стола на каталку и обратно, то мобильный гипертермический стол позволяет сразу отвозить больного в рентгеновский кабинет и затем, без особых проблем, размещать больного между электродами.
Если раньше было затруднено управление средством подачи жидкого диэлектрика и средством ориентации электродов и не было программного компьютерного обеспечения для отображения и документирования информации от ТД и генератора, то система управления, отображения и документирования информации упрощает и ускоряет проведение сеансов УВЧ-гипертермии.
Перечень чертежей:
Функциональная схема устройства для локальной УВЧ-гипертермии показана на чертеже:
1. Генератор УВЧ-поля (40,68 МГц).
2. Электродная пластина.
3. Эластичный аппликатор, выполненный в виде сильфона и заполненный жидким диэлектриком (ЖД).
4. Электронасос системы циркуляции жидкого диэлектрика.
5. Емкость с жидким диэлектриком.
6. Термостат для регулирования температуры жидкого диэлектрика от +2 до +45°С.
7. Электромеханический привод для сканирования электродов-аппликаторов.
8. Скоба с держателями электродов.
9. Восьмиканальный прибор для измерения температуры с игольчатыми и гибкими волоконнооптическими трехэлементными термодатчиками (ТД).
10. Опухоль.
11.Легкие, поперечный срез грудной клетки.
12.Катетер с электропроводящей жидкостью, снабженный волоконнооптическим гибким ТД.
13. Система управления, отображения и документирования информации (СУОДИ).
14. Стрелками обозначена возможность электродов-аппликаторов совершать поступательные движения «вперед - назад».
15.Мобильный гипртермический стол на колесах.
Описание устройства
Генератор (1) УВЧ поля с согласующим блоком и электродные пластины (2) составляют систему генератора (СГ), которая имеет прямую и обратную связь с СУОДИ (13), а также связана электрическим полем с расположенной в легких (11) опухолью (10) с игольчатым ТД от восьмиканального термометрического прибора (9), и с эластичным катетером (12), заполненным электропроводной жидкостью и связанным с термометрическим прибором (9) гибким волоконнооптическим ТД.
Аппликаторы (3), электронасосы (4), емкости (5) с ЖД, термостаты (6) составляют двухконтурную систему циркуляции (СЦ) жидкого диэлектрика, которая управляется СУОДИ (13) и передает ей информацию.
Электромеханический привод (7), скоба (8) с электрододержателями составляют систему ориентации электродов (СОЭ), которая управляется СУОДИ (9) и перемещает электроды вперед-назад (14), вверх-вниз.
Мобильный гипертермический стол (15) предназначен для размещения пациента и его перемещения в рентгенологический кабинет для контролируемого введения ТД в ткани (включая опухолевую) и полые органы и последующего перемещения пациента на этом столе к СОЭ для размещения области тела с опухолью в межэлектродном пространстве и перемещения тела пациента вверх-вниз.
Работа устройства
Пациент укладывается на мобильный стол (15); один из игольчатых термодатчиков (ТД) термоизмерительного прибора (9) вводится в опухоль (10), один гибкий ТД вмонтирован в гибкий эластичный катетер (12), катетер устанавливается в полом органе, например в бронхе легкого (11), на уровене опухоли и заполняется жидким диэлектриком (ЖД) с высокой электропроводностью, при этом силовые линии электрического УВЧ-поля (при работающем генераторе) концентрируются вокруг катетера и температура в опухоли полого органа повышается, как правило, на 1-3°С по сравнению с той температурой, которая достигается в опухоли без катетера; электроды (2) с аппликаторами (3) без ЖД устанавливаются на теле пациента в области опухоли (10) и заполняются с помощью электронасоса (4) из емкости (5) через термостат (6) жидким диэлектриком с заданной температурой так, чтобы под давлением жидкости эластичная стенка аппликатора (3) повторила неровную поверхность тела пациента; от генератора (1) на электродные пластины (2) подается переменное электрическое напряжение частотой 40,68 МГц, а выходная мощность генератора поднимается до тех пор, пока в опухоли не достигаются гипертермические температуры - 41 - 45°С; включается электромеханический привод (7) для сканирующего нагрева тканей электрическим полем УВЧ, которое создается между мобильной парой электродных пластин (2), совершающих поступательные движения (вперед-назад) по команде оператора; СУОДИ (13) запоминает эти движения и по команде оператора повторяет их в течение сеанса УВЧ-гипертермии. Информация о температуре из точек термометрии и о выходной мощности генератора поступает в СУОДИ (13), которая управляет выходной мощностью генератора (1), сканирующим электромеханическим приводом (7) со скобой (8), температурой жидкости с помощью термостата (11) и давлением жидкого диэлектрика в аппликаторах (3) с помощью электронасоса (4).
Положительный эффект
Устройство позволяет достигать в опухолях внутренних внутренних полых органов, а также в опухолях других органов и тканей гипертермические температуры - 41 - 45°С и выше. Эти температуры в сочетании с воздействием ионизирующего излучения позволяют существенно снизить суммарную очаговую дозу лучевой терапии, существенно повысить выживаемость больных и улучшить качество жизни излеченных пациентов за счет уменьшения частоты калечащих оперативных вмешательств.
Так, например, после термолучевой терапии с использованием УВЧ-ГТ пятилетняя выживаемость больных раком полости рта и ротоглотки была в 2 раза выше, чем в группе лучевой терапии без УВЧ-ГТ (51% против 22%, р<0,05) [10]. При термолучевой терапии с использованием УВЧ-ГТ у больных раком гортани (III стадия болезни) общая пятилетняя выживаемость составила 95%. В группе больных, где лучевая терапия проводилась в сочетании с СВЧ-ГТ, общая пятилетняя выживаемость составила 50% и была практически такой же, как и в контрольной группе - 47% [11]. При термохимиолучевой терапии остеосаркомы с использованием УВЧ-ГТ пятилетняя выживаемость больных, в опухолях которых достигались гипертермические температуры - 41 - 45°С и выше, составила 75%, в контрольной группе (химиолучевая терапия) пятилетняя выживаемость составила 21% (Р<0,01).
Субгипертермические температуры в опухолях - 39 - 41°С не улучшали результатов лечения больных остеосаркомой. Важно, что среди излеченных пациентов, в опухолях которых были достигнуты гипертермические температуры, без оперативного вмешательства выжило 25% больных, а подгруппе, в опухолях которой были достигнуты лишь гипертермические температуры, без оперативного вмешательства выжило - 7%, в контрольной группе - 7% [12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Девятков Н.Д. Гельвич Э.А. Мазохин В.Н. Комплект аппаратуры для электромагнитной гипертермии злокачественных новообразований // Мед. радиология. - 1987, N 1. - С.73-76.
2. Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. - М., 1974. - 524 с.
3. Штемлер В.М., Колесников С.В. Особенности взаимодействия электромагнитных полей с биообъектами. Физиология человека и животных. - М.: Медицина, 1978. - Т.22. - С.9-67.
4. Савин Б.М., Степанский Г.А. Физиология человека и животных. Биологическое действие электромагнитных излучений. М., 1978. С.12-64.
5. Штейншлегер В.Б., Мисежников Г.С., Сельский А.Г. // Успехи физиол. наук. - 1981. -T.134, №1. - C.158-163.
6. Лопатин В.Ф., Деденков А.Н., Ключ В.Е. Способ и устройство для гипертермического лечения опухолей. Патент №1132389 от 01.09.84.
7. Лопатин В.Ф., Мардынский Ю.С., Втюрин Б.М. Локальная УВЧ-гипертермия в лучевой терапии рака органов полости рта и ротоглотки // Рос.онкол. журнал. - 2001. - №4. - С.30-35.
8. Мардынский Ю.С., Андреев В.Г., Лопатин В.Ф., Термолучевая терапия рака гортани // Вопросы онкологии. - 2000. - Т.46, №6. - С.708-712.
9. Мардынский Ю.С., Лопатин В.Ф., Бизер В.А. Локальная УВЧ-гипертермия при лучевом лечении остеогенной саркомы длинных трубчатых костей у детей и подростков // Вопросы онкологии. - 2007. - Т.53, №5 - С.584-588.
10. Лопатин В.Ф. и Шведенко И.М. Устройство для высокочастотной терапии и система ориентации для него. Свидетельство на полезную модель. RU 26004 от 29.05.2002.