УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОКОАГУЛЯЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ СВЕРХВЫСОКИМИ ЧАСТОТАМИ
DEVICE FOR THERMOCOAGULATION OF BIOLOGICAL TISSUES BY SUPER HIGH FREQUENCIES

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к хирургическим устройствам, использующим сверхвысокие частоты, и предназначено для остановки кровотечения из обширных кровоточащих поверхностей при проведении открытых операций на паренхиматозных органах, таких как печень, почка, а также из раневых поверхностей мышечной ткани при ортопедических и общехирургических операциях.
Одной из актуальных проблем в современной медицине является остановка кровотечений (гемостаз) при проведении хирургических операций на паренхиматозных органах (печень, почка) при образовании обширных кровоточащих поверхностей в результате их резекции. Существенные трудности представляет остановка кровотечения из массивов мышечной ткани при их рассечении в ходе хирургических операций.
Для остановки кровотечения применяют моно- и биполярный способы электрокоагуляции. При монополярной технике для остановки артериального и венозного кровотечений, известной из авторских свидетельств SU 942732, опубл. 15.07.82, кл. A61B 17/38; SU 1333324, опубл. 30.08.87, кл. A61B 17/39; патента RU 2261065, опубл. 27.09.2005, кл. A61B 18/14; из Интернета (http://www.sugitron.ru/article_130.htm) аппарат «Surgitron», к телу пациента прикрепляется пассивный электрод, тогда как второй электрод, активный, непосредственно контактирует с кровоточащей поверхностью. При этом, за счет протекающих токов высокой частоты, рабочий электрод нагревает поверхность биологических тканей, образуя изолирующую для электрических токов коагуляционную пленку, которая препятствует окончательной остановке кровотечения.
Такие устройства являются узкопрофильными, предназначены для работы в стандартных хирургических ситуациях. При их использовании существует опасность глубокого неконтролируемого термического некроза тканей протекающими токами, что является причиной повреждения соседних органов. Помимо этого наблюдается эффект «приваривания» посткоагуляционного струпа к зонду, что обычно приводит к отрыву образовавшегося тромба вместе со струпом при убирании зонда и, как результат, повторному кровотечения. Кроме этого, при прохождении электрического тока через тело пациента возможен электролиз тканей.
При использовании аппарата «Surgitron» корпорации "Technotreid International" производства "Ellman" США, работающего на частоте 3,8-4,0 МГц, мощность прибора не позволяет осуществлять уверенный прямой гемостаз при попытках остановки кровотечения поврежденных паренхиматозных органов (травма печени, почки и селезенки) и при коагуляции сосудов диаметром свыше 1,0 мм.
В биполярных устройствах все электроды располагаются на дистальном конце рабочего инструмента. Зона коагуляционного некроза ткани ограничена обычно промежутком между электродами, прикладываемыми к участку органа, где необходимо провести гемостаз органа, так как силовые линии тока концентрируются на ограниченном пространстве между двумя электродами, вмонтированными в головку зонда.
Известен коаксиальный биполярный зонд (US 4674499, опубл. 23.06.1987, кл. A61B 18/14), состоящий из полого внешнего электрода и расположенного соосно изолированного от внешнего внутреннего электрода. Осевой электрод выступает за пределы первого конца внешнего электрода. Внешний и осевой электроды соединены с высокочастотным источником питания. Наконечник электрода выполнен из электроизоляционных полимерных материалов.
Зонд, описываемый в данном патенте, имеет узкое применение. В основном, с помощью него воздействие происходит на очень маленькие поверхности. В качестве примера приведено воздействие на глазное яблоко. Используется данный зонд для разрезания ткани и местной остановки кровотечения. Функцию остановки кровотечений на больших поверхностях выполнять не может. При такой коаксиальной конфигурации электродов распределение токов и электрических полей будет очень неоднородным и в результате сложно предсказать область надежного гемостаза.
Известен биполярный электрокоагулятор, содержащий рабочую часть в виде тела вращения с укрепленным на нем одним или двумя электродами, через токовводы подсоединенными к источнику питания, имеющий также приспособление для очистки электрокоагулятора (WO 85/02762, опубл. 4.07.1985, кл. A61B 17/36). Данный коагулятор предназначен в основном для работы с полыми органами (пищевод и т.д.). Большие плоские поверхности обрабатывать с помощью описанного оборудования (коагулятора) представляется затруднительным.
Существующие бесконтактные с биологической тканью технологии (лазерная фотокоагуляция, аргоноплазменная коагуляция) требуют сложной конструкции устройства и являются дорогостоящими, что затрудняет их широкое использование в лечебных учреждениях. Описанные устройства лишены возможности коагуляции биологической ткани через образованный струп (корка на поверхности кровоточащей поверхности). При их применении возможно продолжение кровотечения под образованным струпом, остановить которое не представляется возможным при дальнейшем использовании устройства.
2
Для проведения лазерной фотокоагуляции необходима хорошая видимость источника кровотечения. Наличие крови и сгустков резко снижает эффективность коагуляции в связи с поглощением энергии кровью. К недостатку данного метода можно отнести малую область воздействия (площадь засветки 1-2 мм) лазерным лучом обрабатываемой ткани. Таким образом, остановка кровотечения на поверхности в десятки квадратных сантиметров становится невозможной.
Недостатками метода аргоноплазменной коагуляции являются невозможность остановить кровотечение из крупной артерии и отсутствие технической возможности точного воздействия на кровеносный сосуд, а также коагуляции биологической ткани через образованный струп.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для хирургической операции с использованием сверхвысоких частот 2450 МГц с максимальной мощностью 150 Вт (US 4494539, опубл. 22.01.1985, кл. A61B 18/12), содержащее генератор сверхвысоких частот, соединенный коаксиальным кабелем с активным операционным электродом в форме иглы. Для устранения эффекта прилипания биологической ткани к активному электроду, выполненному в форме иглы, в данное устройство введен дополнительный источник постоянного тока и дополнительный нейтральный электрод. Нейтральный (индифферентный) электрод соединен с положительным полюсом источника тока и располагается на пациенте, отрицательный полюс источника соединен с операционным электродом. При протекании постоянного тока через коагулируемую поверхность прилипания ткани к игле не наблюдается. Указанное устройство используется при операциях на паренхиматозных органах. Недостатком данного устройства следует считать малую поверхность коагуляции, введение дополнительного электрода и источника тока. Устройство предназначено в основном для коагуляции ткани печени перед ее разрезанием (методики Хабиба и Милишевича) - для профилактики кровотечения. Остановка кровотечения из паренхиматозных органов с резекционной поверхности данным устройством крайне затруднительна ввиду малой площади поверхности коагуляции.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности коагуляции при кровотечениях, возникающих при операциях на паренхиматозных органах и мышцах, сокращение времени вмешательства, направленного на остановку кровотечения, повышение стабильности гемостаза, устранение эффекта прилипания к ткани к аппликатору, возможность работать с органом, покрытым слоем крови. Также устраняется нежелательное для работающего с устройством медицинского персонала и пациента СВЧ излучение.
Авторы предлагают устройство, использующее излучение сверхвысокой частоты (СВЧ), содержащее источник СВЧ излучения, гибкий коаксиальный кабель, электрод-аппликатор в виде однозаходной спирали Архимеда, металлический корпус, два четвертьволновых стакана, диэлектрическую крышку. Использование СВЧ диапазона, а именно частоты 2450 МГц, обусловлено тем, что поглощаемая мощность в этом частотном диапазоне гораздо выше, чем в высокочастотном диапазоне. Следствием этого является высокая скорость нагрева биологической ткани и надежный гемостаз. Отпала необходимость в дополнительных электродах и источнике для предотвращения прилипания ткани к активному электроду.
Источник СВЧ излучения через СВЧ разъем соединен с электродом посредством гибкого коаксиального кабеля. Электрод и два четвертьволновых стакана помещены в металлический корпус, торцевая часть которого закрыта диэлектрической крышкой. Электрод закреплен внутри металлического корпуса. Два четвертьволновых стакана установлены коаксиально электроду.
Сущность изобретения поясняется фиг.1. Как видно из фиг.1, устройство содержит: 1 - СВЧ разъем, для подключения электрода к источнику СВЧ излучения 8, 2 - гибкий коаксиальный кабель, 3 - устройство для закрепления электрода внутри металлического корпуса, например, опорная диэлектрическая шайба, 4 - электрод, выполненный в виде однозаходной спирали Архимеда, 5 - металлический корпус, 6 - два четвертьволновых стакана для предотвращения распространения отраженной СВЧ волны по оплетке кабеля в стороны источника СВЧ и предотвращения распространения поверхностной волны по коагулируемой поверхности, 7 - диэлектрическая крышка, защищающая электрод от проникновения в него жидкости, которая может быть выполнена из материала, препятствующего прилипанию биологической ткани к коагулятору, например из фторопласта, 8 - источник СВЧ излучения. Источником СВЧ излучения может служить магнетрон.
Энергия от СВЧ источника (8) по коаксиальному кабелю (2) подводится к электроду (4), выполненному в форме однозаходной спирали Архимеда. Размеры электрода подобраны таким образом, чтобы фаза СВЧ тока в любой ее точке была практически неизменна. Длина волны должна быть больше длины электрода. В результате протекания тока по электроду возникает электрическое поле, взаимодействующее с биологической тканью. Основная СВЧ энергия запасена в ближнем квазистатическом поле. Линии электрического поля начинаются на электроде (4) и заканчиваются на корпусе (5). Излучаемой волной пренебрегаем, т.к. конструкция электрода такова, что на излучение он практически не работает. Кроме этого, форма применяемого электрода такова, что на расстоянии 1-2 мм от диэлектрической крышки (7) формируется квазиплоское распределение ближнего электрического поля. Это необходимо для того, чтобы воздействие на биологическую ткань было равномерным по всей поверхности аппликатора (электрода). Для предотвращения растекания паразитных токов по коагулируемой поверхности, вызванных возбуждением поверхностной волны на границе раздела сред, в конструкцию устройства введен четвертьволновый стакан (6), ближний к электроду (внутренний). Второй четвертьволновый стакан (6), внешний, необходим для устранения волны, распространяющейся по оплетке кабеля назад к источнику СВЧ. Устранение паразитных волн в предложенной конструкции с помощью двух четвертьволновых стаканов приводит к устранению потерь в устройстве и, соответственно, подведению всей мощности к биологической ткани. Кроме этого, убирается нежелательное для работающего с коагулятором медицинского персонала и пациента СВЧ излучение.
От источника СВЧ (8), работающего в программируемом импульсном режиме (Фиг.2), по коаксиальному кабелю средняя мощность примерно 200 Вт подается на электрод. На фиг.2 обозначено: Т1 - длительность импульса, Т2 - пауза между импульсами, N1 - количество импульсов в одной пачке, Т3 - пауза между пачками, N2 - число пачек.
На фиг.3 представлен коэффициент отражения, полученный при стендовых испытаниях устройства.
Как свидетельствуют измерения (фиг.3), на рабочей частоте источника СВЧ (2450 МГц), коэффициент отражения электрода, нагруженного на биологическую ткань, составляет около 16 дБ. Назад отражается примерно 1/40 часть от всей подводимой мощности. Таким образом, данная излучающая система хорошо согласована с нагрузкой (биологической тканью), что позволяет эффективно вкладывать СВЧ энергию в обрабатываемую область и, соответственно, с большой скоростью проводить гемостаз на больших поверхностях. Изменяя количество и длительность импульсов (при этом меняется средняя мощность), возможно с большой точностью дозировать поглощаемую энергию в биологической ткани. Такая регулировка позволяет подобрать режим для работы в каждом конкретном случае.
ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТРОЙСТВА
Больная Ч. 62 года. Диагноз: Колоректальный метастатический рак печени с локализацией опухолевого конгломерата в правой доле печени с вовлечением IV сегмента. Рост опухоли в правый купол диафрагмы. Операция: правосторонняя расширенная гемигепатэктомия (удаление IV, V, VI, VII, VIII сегментов - трисекционэктомия). Резекция правого купола диафрагмы.
Использование устройства для остановки кровотечения позволило провести операцию с минимальной кровопотерей. Общая кровопотеря - 400 миллилитров. Гемостаз по линии резекции был осуществлен однократным воздействием предлагаемого устройства. Обращает внимание: устойчивый гемостаз раневой поверхности паренхимы печени и диафрагмы. Зона резекции диафрагмы, особенно при плоскостной ее резекции, является проблемной при использовании монополярной, даже аргон-усиленной коагуляции.
Ближайший и отдаленный послеоперационный период - без осложнений. При наблюдении за пациенткой образования жидкостных скоплений в зоне резекции не отмечено, что косвенно свидетельствует об отсутствии эффекта секвестрации паренхимы по линии резекции. Данный пример иллюстрируется фотографией (фиг.4).