УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРАПИИ КОЖНЫХ ЯЗВ
DEVICE FOR TREATMENT OF SKIN ULCERS

Область техники, к которой относится изобретение
Устройства и способы, описанные в настоящем документе, относятся к терапии язв, в частности, но не ограничиваясь этим, диабетических язв.
Уровень техники
Согласно отчету «Global report on diabetes - 2016» (Глобальный отчет по диабету - 2016), выпущенному Всемирной организацией здравоохранения, в последние годы рост диабета вызывает волнение. Число людей, страдающих диабетом, возросло со 108 миллионов в 1980 году до 422 миллионов в 2014 году, и распространенность диабета выросла быстрее в странах с низким и средним уровнем доходов. Диабет является основной причиной ампутации ног. На основе описанных выше тенденций, по прогнозу Всемирной организации здравоохранения, в 2030 году диабет составит седьмую часть всех причин смерти в мире [«Projections of global mortality and burden of disease from 2002 to 2030» - Mathers CD, Loncar D. PLoS Med, 2006, 3(11)] (Прогноз глобальной смертности и «бремени заболевания» с 2002 по 2030 годы).
Среди осложнений диабета все более значимой становится «диабетическая стопа»; это обусловлено многочисленными проблемами, связанными с диабетом (плохая циркуляция крови, особенно в ногах; гипергликемия; невропатия). Раны и язвы легко возникают при диабетической стопе; они медленно и плохо заживают при имеющихся в настоящее время лекарственных средствах, представляя собой осложнения диабета с наиболее высокой степенью госпитализации, и влекут за собой высокие затраты на выздоровление. Наиболее существенной проблемой язв при диабетической стопе является высокий риск ампутации, особенно большой ампутации, т. е. выше щиколотки. По последним оценкам у людей, страдающих диабетом, риск язвы стоп в течение жизни составляет приблизительно 15%, и 85% ампутаций у пациентов с диабетом предшествует язва; язвы при диабетической стопе являются в мире первой причиной нетравматической ампутации нижних конечностей. В 2015 г. Благотворительная организация Великобритании «Diabetes UK» (Диабет в Великобритании) запросила у правительства Великобритании и Национальной системы здравоохранения большего участия и больших вложений для предотвращения и терапии осложнений диабета, поскольку среднее число ампутаций в неделю, обусловленное осложнениями при диабете, возросло до 135. Согласно «National Diabetes Statistics Report, 2014» (Национальному статистическому отчету по диабету, 2014 г.), выпущенному Центром США по контролю и предотвращению заболеваний (CDC), в 2010 г. было приблизительно 73000 нетравматических ампутаций нижних конечностей (200/сутки), связанных с диабетом у пациентов старше 20 лет. В 2014 г. в Италии для клинико-статистической группы 285C, «Amputazioni di arto inferiore per malattie endocrine, nutrizionali о metaboliche» (Ампутации нижних конечностей, связанные с заболеваниями эндокринной системы, связанными с питанием и нарушениями метаболизма), было зарегистрировано 859 увольнений и в целом 10350 дней нетрудоспособности (Rapporto annuale sulfattivita di ricovero 5 ospedaliero del Ministero della Salute - Dati SDO 2014 - Annual report on the hospitalization issued by the Health Minister, SDO data, 2014 (Ежегодный отчет по госпитализации, выпущенный Министром здравоохранения, данные SDO, 2014 г.)).
Экономические и социальные последствия этой проблемы привели к основанию в 1996 г. Международной рабочей группы по диабетической стопе (IWGDF), организации, образованной рабочими группами независимых экспертов из 100 стран, подготавливающей раз в четыре года Практические, специальные и согласованные указания по управлению и предотвращению диабетической стопы. Указания IWGDF обязательно выделяют важность междисциплинарного подхода, четко ориентированного на предотвращение диабета в общем и, в частности, язв стопы, поскольку современные способы клинической терапии малоэффективны для лечения язв при диабетической стопе [«Effectiveness of interventions to enhance healing of chronic ulcers of the foot in diabetes: a systematic review» - Game F.L. et al. For IWGDF, Diabetes Metab Res Rev 2016; 32 (Suppl. 1): 154-168 (Эффективность вмешательств для улучшения заживления хронических язв стопы при диабете: систематический обзор)].
Поэтому, чтобы сократить число ампутаций, необходимо, помимо увеличения внедрения наилучших практических способов в контролирование и предотвращение появления диабетической стопы, также усовершенствовать возможность эффективной терапии язв при диабетической стопе посредством инновационных и эффективных технологий и терапевтических протоколов.
Следовательно, существует потребность в новых и более эффективных устройствах и способах терапии язв, особенно диабетических язв, направленных на снижение числа ампутаций и ограничение дискомфорта пациентов.
Аналогичные проблемы и потребности также могут возникать при кожных язвах другого происхождения, таких как расхождение краев раны, венозные язвы, артериальные язвы, пролежни или язвы при сдавливании.
Раскрытие сущности изобретения
Предлагается устройство для лазерной терапии кожных язв, содержащее источник лазерного излучения, терапевтический ручной блок, световод, предназначенный для передачи лазерного пучка от источника лазерного излучения на ручной блок, коллимационную линзу, предназначенную для коллимации лазерного пучка, приходящего от источника, и для получения коллимированного лазерного пучка на выходе ручного блока, при этом ручной блок предназначен для изменения наклона лазерного пучка, выходящего из ручного блока, относительно продольной оси ручного блока. Другие особенности и варианты осуществления ручного блока приведены далее в описании и в приложенных пунктах.
В первом аспекте настоящего изобретения предлагаются инновационные способы терапии язв, таких как, но не ограничиваясь ими, диабетических язв, способы позволяют преодолеть, частично или полностью, проблемы существующих в настоящее время способов.
Фактически, согласно одному варианту осуществления изобретения предлагается способ, включающий предварительный этап очистки язвы, так называемые кюретаж или эшаротомию, для удаления некротической инфицированной ткани, в наиболее сложных случаях вплоть до обнажения нижележащей кости. Когда основание язвы очищено с помощью лазерного пучка, большинство отверстий выполены в мягких тканях и/или в обнаженной костной ткани, присутствующей в области очищенной язвы. Глубина отверстий в обнаженной костной ткани достаточна, чтобы кровь могла вытекать из внутренней части кости. Отверстия в мягкой ткани вызывают локальное повреждение, т. е. микротравмы, стимулирующие процессы восстановления, подробно описанные далее. Отверстия в мягкой ткани могут быть в подкожных тканях, т. е. тканях ниже эпидермиса, и/или вдоль кожи. В частности, отверстия в мягких тканях могут быть выполнены вдоль краев раны или язвы, а также во внутренних областях язвы.
Этап очистки предпочтительно выполняется с использованием лазера, чтобы достичь лучших результатов также в отношении стерилизации и лучшей переносимости пациентом. Однако также могут быть использованы традиционные способы очистки язвы, например: ультразвуковые и/или хирургические режущие и выскабливающие инструменты.
Микротравмы в результате образования отверстий облегчают восстановление за счет серии механизмов физиологического восстановления, а также улучшают кровоток [Tomlinson R.E., 25 Silva M.J. - Skeletal Blood Flow in Bone Repair and Maintenance (Кровоток костных структур при восстановлении и обращении с костью), Bone Res. 2013 Dec; 1(4): 311-322]. К удивлению, было обнаружено, что стволовые клетки, особенно мезенхимальные стволовые клетки, большое количество которых находится в крови, содержащейся в костной ткани, и которые доступны посредством этих отверстий, способствуют эффективной и быстрой регенерации ткани с постепенным заживлением и закрытием язвы. В крови, вытекающей из костной ткани через отверстия, выполненные лазером, помимо плюрипотенциальных стволовых клеток также присутствуют другие вещества, которые облегчают регенерацию ткани и способствуют регенерации ткани. В частности, вытекающая кровь содержит большое количество факторов роста, факторов свертывания крови, факторов аллергического воспаления или провоспалительных факторов транскрипции (таких как PDGF, TGF-β, IGF, VEGF, EGF).
Мезенхимальные стволовые клетки являются плюрипотенциальными клетками, способными дифференцироваться и в живом организме, и вне его в остеобласты, хондроциты, миоциты и многие другие типы клеток.
Испытания на пациентах, страдающих диабетической стопой, доказали, что описанный способ облегчает реконструкцию и способствует реконструкции костной ткани, когда она частично подвержена процессу воспроизводства, а также мягкой ткани в области язвы, что приводит к постепенному соединению краев язвы и ее заживлению. Стволовые клетки, выходящие из костной ткани, достигая ее поверхности и вступая в контакт с окружающими мягкими тканями, дифференцируются в специфичные клетки, образуя остеоциты и клетки мягкой ткани.
В предпочтительных вариантах осуществления описанного в настоящем документе способа, чтобы улучшить и ускорить процесс регенерации тканей, лазерный пучок может быть использован также, чтобы выполнить отверстия в мягких тканях, оставшихся в основании язвы после кюретажа. Эти отверстия представляют собой целевое повреждение здоровой мягкой ткани, оставшейся после очистки. Повреждения, вызванные лазером, запускают механизм реакции в обработанном организме, нацеленный на восстановление повреждений. Этот механизм реакции вызывает трансмиссию белков с биологическими транскриптами, вызывающими процесс регенерации тканей. Этот механизм реакции обладает синергическим эффектом с выделением стволовых клеток и факторов роста внутри костной ткани в результате ее перфорации, с последующим ускорением процесса регенерации ткани.
Формирование отверстий в мягких тканях посредством лазера происходит одновременно с каутеризацией кровеносных сосудов в этих тканях, предотвращая, таким образом, кровотечение. Гиперемия, создаваемая в этих тканях, вызывает, в свою очередь, усиленное кровоснабжение участков ткани около отверстий, проделанных лазерным пучком, и это ускоряет процесс заживления также за счет механизма реакции, упомянутого выше.
Также обнаружено, что лазерное излучение стимулирует регенеративный процесс благодаря не только упомянутому воздействию на ткани тепла и гиперемии, но также биостимуляции обработанных тканей посредством лазерного излучения. Биостимуляция способствует процессу заживления и облегчает процесс заживления, ускоряя размножение здоровых клеток.
Во многих случаях язвы, особенно диабетические язвы, также воздействуют на сухожилия, которые при поражении некрозом будут частично или полностью удалены. К удивлению, описанный выше способ показал, что стволовые клетки, выделенные посредством кровотечения, вызванного отверстиями, выполненными в костной ткани, подвергаются биологической специализации, также формируя клетки сухожилий, которые, аналогично клеткам окружающих мягких тканей, а также остеоцитов, размножаются также благодаря биостимулирующему эффекту и эффекту гиперемии лазерного пучка.
Во время терапии диабетических язв или тому подобного применение лазера со временем может быть повторено. Например, на первом этапе эшаротомия или кюретаж язвы могут быть выполнены для удаления некротической ткани и стерилизации основания язвы. Затем формируется первая серия отверстий в костной ткани, если она обнажена, и формируется первая серия отверстий в очищенных мягких тканях для указанных выше целей. Приблизительно через неделю можно проверить тенденцию процесса регенерации тканей и, при необходимости, очистить язву повторно, а затем проделать новые отверстия в костной ткани и/или мягкой ткани. За счет таких действий при одной или более процедурах обработки лазером можно достичь быстрого заживления с соединяющимися друг с другом краями язвы до полного закрытия раны.
Язва теоретически может быть очищена посредством традиционных способов. Эти способы предусматривают, в основном, использование скальпелей или других инвазивных инструментов в непосредственном контакте с язвой. В некоторых случаях предполагается использование ультразвука посредством соответствующего датчика (сонотрод) также в непосредственном контакте с пациентом. Эти способы очистки влекут за собой значительный дискомфорт для пациента.
В противоположность этому в некоторых вариантах осуществления изобретения, описанных в настоящем документе, кюретаж язвы или эшаротомия предпочтительно могут быть выполнены посредством лазерного пучка. Таким образом, некротические ткани и/или другие остатки органических веществ в обработанной области удаляются без механического контакта между инструментом и тканями, и, следовательно, без сдавления и выскабливания. Это уменьшает боль, обеспечивает лучшее качество жизни, лучшую переносимость терапии и, следовательно, большую приемлемость для пациента.
На этом этапе параметры лазерного пучка регулируются, чтобы вызывать разрез и/или испарение тканей. Высокие температуры, достигаемые тканями в области лазерной абляции, не только обеспечивают меньшую боль при обработке и, следовательно, большую приемлемость относительно традиционных способов, выполняемых инвазивными инструментами (скальпели, сонотроды или подобное), но также предусматривают автоматическую дезинфекцию; следовательно, основание язвы стерильно или обладает малым содержанием бактерий.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более понятно из следующего описания и сопроводительных чертежей, на которых показаны не подразумевающие ограничения варианты осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 схематично показана хирургическая рабочая зона для терапии кожных язв посредством описанного в настоящем документе способа;
на фиг. 2 - оборудование, содержащее источник лазерного излучения рабочей зоны, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 3 - увеличенный вид ручного блока оборудования, изображенной на фиг. 2;
на фиг. 4, 5 и 6 - конструктивные схемы для линз, содержащихся в ручном блоке, изображенном на фиг. 3;
на фиг. 7 - вид в аксонометрии ручного блока со сменными наконечниками для различных условий работы;
на фиг. 8 - модифицированный вариант осуществления ручного блока, особенно подходящего для использования в способе терапии согласно настоящему изобретению;
на фиг. 9 - схема возможного распределения плотности энергии в поперечном сечении лазерного пучка;
на фиг. 10-12 - различные условия использования ручного блока, изображенного на фиг. 8;
на фиг. 13 - обработка костной ткани и мягкой ткани с отверстиями, сформированными лазерным пучком.
Осуществление изобретения
Следующее подробное описание примеров вариантов осуществления изобретения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одни и те же номера ссылочных позиций на различных чертежах обозначают одни и те же или аналогичные элементы. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе. Причем следующее подробное описание не ограничивает объем настоящего изобретения.
Напротив, объем настоящего изобретения определяется заявленной формулой изобретения.
Ссылки в описании на «один вариант осуществления изобретения» или «вариант осуществления изобретения» или «некоторые варианты осуществления изобретения» означают, что конкретная особенность, конструкция или характеристика, описанные в отношении варианта осуществления изобретения, включена по меньшей мере в один вариант осуществления описанного предмета изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте осуществления изобретения», или «в варианте осуществления изобретения», или «в некоторых вариантах осуществления изобретения» в разных местах в описании необязательно относится к одному и тому же варианту(ам) осуществления изобретения. Кроме того, конкретные особенности, конструкции или характеристика могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления изобретения.
На фиг. 1 схематично показана рабочая зона 1 для терапии кожных язв согласно способу, описанному в настоящем документе. Рабочая зона 1 может содержать операционный стол 3, на котором лежит пациент P. Позицией 5 обозначено оборудование, показанное более детально на фиг. 2. Оборудование 5 содержит источник 7 лазерного излучения (см. фиг. 2), расположенный в корпусе 9. Позицией 11 обозначен световод, предназначенный для передачи лазерного излучения от источника 7 лазерного излучения на ручной блок 13, показанный также в увеличенном виде на фиг. 3. Как известно, световод 11 может содержать несколько трубок, соединенных вместе посредством соединений, в которых для отклонения лазерного пучка вдоль оси каждой трубки предусмотрены зеркала, чтобы ручной блок 13, расположенный на дистальном конце световода 11, мог перемещаться, как это необходимо оператору O, при этом лазерный пучок 10 всегда правильно передается между источником 7 и ручным блоком 13.
Как показано на фиг. 3, позицией 13A обозначена основная часть ручного блока, в которой могут быть расположены, например, системы сканирования, линзы или другие оптоэлектронные компоненты. Ссылочной позицией 13B обозначена функциональная часть ручного блока, которая может иметь наконечник, например головку или концевой элемент 15. Позицией 17 в целом обозначены интерфейс или управляющие элементы, такие как кнопки или тому подобное, позволяющие оператору использовать оборудование 5.
Рабочая зона 1 также может содержать штатив или другую опору 17, которая может быть использована для удержания системы для съемки и визуализации изображений. В примере варианта осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, опора 17 содержит предпочтительно шарнирную консоль 19, удерживающую камеру 21 и, например, одну или более осветительных систем 23. Камера позволяет получить изображения рабочей области, в которой оператор О работает с помощью ручного блока 13. Камера 21 может обладать автоматической системой фокусировки.
Изображения, полученные камерой 21, могут быть получены посредством системы 25 сбора и обработки изображений, удерживаемой опорой 17. Полученные и обработанные изображения могут быть сохранены и показаны на экране, например на экране 27 с высоким разрешением, удерживаемом опорой 17 и предназначенном для простой визуализации для оператора O.
Система съемки, содержащая камеру 21, может представлять собой многоспектральную систему съемки. Система съемки может быть предназначена для съемки 3D-изображений и, следовательно, дополнительно облегчает задачу оператора O.
Ручной блок 13, который схематично показан снаружи на фиг. 2 и 3, может содержать систему сканирования для лазерного пучка, выходящего из источника 7 лазерного излучения и направляемого световодом 11. На фиг. 4 показан вариант осуществления системы 31 сканирования, содержащей первое сканирующее зеркало 33 с первым приводом 35, например гальванометром, управляющим колебаниями первого зеркала 33 вокруг первой оси сканирования. Система 31 сканирования может содержать второе сканирующее зеркало 37, связанное со вторым приводом 39, управляющим колебаниями второго сканирующего зеркала 37 вокруг второй оси сканирования, не параллельной первой оси сканирования, а обычно перпендикулярной ей.
Таким образом, лазерный пучок F1, попадающий в систему 31 сканирования, может быть перемещен в соответствии с шаблоном, который может быть установлен на оборудовании 5, чтобы управлять выходящим лазерным пучком F2 для воздействия на меняющиеся точки цели, т. е. обрабатываемой язвы.
В других вариантах осуществления изобретения система 31 сканирования содержит одно сканирующее зеркало, а также неподвижное зеркало (по отношению к ручному блоку 13), действующее как отклоняющее зеркало. Эта компоновка показана в качестве примера на фиг. 5, где единственное сканирующее зеркало обозначено позицией 33, а его привод обозначен позицией 35, при этом привод управляет малыми колебаниями зеркала 33 относительно по меньшей мере двух осей. Позицией 32 обозначено отклоняющее зеркало, которое неподвижно относительно ручного блока 13.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ручной блок 13 содержит коллимационную систему, используемую для изменения площади сечения лазерного пучка F2, выходящего из ручного блока 13. На фиг. 5 схематично показан возможный вариант осуществления коллимационной системы, обозначенной позицией 41.
Коллимационная система 41 может содержать первую линзу 43 и вторую линзу 45, коаксиальные друг относительно друга и подвижные друг относительно друга вдоль стрелки f41 в осевом направлении, т. е. параллельно совпадающим осям двух линз 43, 45. В некоторых вариантах осуществления изобретения линза 43 является собирающей линзой, в то время как линза 45 является рассеивающей линзой. За счет изменения расстояния между линзами 43, 45 можно изменять площадь сечения выходящего пучка F2 без изменения площади сечения входящего пучка F1.
В других вариантах осуществления изобретения коллимационная система 41 расположена выше по ходу относительно системы 31 сканирования по отношению к направлению распространения лазерного пучка F1, F2.
В других вариантах осуществления изобретения коллимационная система заменена фокусирующей системой посредством собирающей линзы, причем фокусное расстояние может быть выбрано оператором. В некоторых вариантах осуществления изобретения линзы также могут быть предусмотрены для генерирования, при управлении оператором, сфокусированного пучка, для которого фокусное расстояние может быть выбрано оператором, или коллимированного пучка.
Даже если на сопроводительных чертежах коллимационная система 41 показана только на фиг. 5, следует понимать, что аналогичная коллимационная система может быть предусмотрена также для системы 31 сканирования, показанной на фиг. 4.
Использование коллимационной системы обеспечивает наличие коллимированного лазерного пучка F2, выходящего из ручного блока, т. е. пучка с параллельными лучами. Пучок может быть направлен к язве без необходимости сохранения постоянного расстояния между ручным блоком 13 и поверхностью ткани, на которую падает лазерный пучок F2. Действительно, в отличие от того, что происходит при использовании фокусирующей системы, в случае коллимированного пучка плотность энергии выходящего пучка F1 в области падения на ткань по существу неизменна относительно расстояния между ручным блоком 13 и тканями, по меньшей мере в пределах достаточно широких интервалов по отношению к перемещениям между ручным блоком 13 и пациентом P, которые составляют порядка нескольких сантиметров.
Хотя на фиг. 4 и 5 показана система 31 сканирования, позволяющая со временем перемещать точки падения выходящего лазерного пучка F2 на ткани, в других вариантах осуществления изобретения ручной блок 13 содержит линзу, разделяющую входящий лазерный пучок F1 на несколько смежных пучков F3, расположенных в соответствии с заранее определенным шаблоном. Это решение показано на фиг. 6; однако оно менее предпочтительно, поскольку, с одной стороны, оно не позволяет модифицировать шаблон терапии, а с другой стороны, оно не позволяет работать с коллимированным пучком, если не используются достаточно сложные линзы. Кроме того, несколько пучков F3 не подходят для абляции тканей, как указано далее.
На фиг. 7 показан вид в аксонометрической проекции функциональной части 13B варианта осуществления ручного блока 13. Функциональная часть может быть съемной. Ручной блок 13 может содержать несколько взаимозаменяемых концевых элементов или наконечников, схематично показанных на фиг. 7, где показаны три концевых элемента 15A, 15В, 15C, которые могут быть установлены поочередно на функциональной части 13B ручного блока 13.
Концевые элементы 15A, 15B содержат отклоняющие элементы, например отклоняющее зеркало 16 для концевого элемента 15A и не видимое в концевом элементе 15B. Отклоняющее зеркало отклоняет выходящий лазерный пучок F2, чтобы он образовывал некоторый угол, например 90°, с продольной осью A-A ручного блока 13.
И наоборот, концевой элемент 15C выполнен так, чтобы выходящий лазерный пучок F2 был коаксиален оси A-A ручного блока 13. Выходное направление лазерного пучка обозначено позицией F2 для трех концевых элементов 15А, 15В, 15C.
Использование концевых элементов 15, которые соответствующим образом отклоняют выходящий лазерный пучок F2, обеспечивает конкретные преимущества при терапии язв, как будет пояснено далее.
Даже если на фиг. 7 показаны только три различных концевых элемента 15А, 15В, 15C, обеспечивающих две различные ориентации выходящего лазерного пучка F2 по отношению к оси A-A ручного блока 13, также можно предусмотреть концевые элементы 15 с различно расположенными отклоняющими элементами, например зеркалами или призмами, чтобы выходящий лазерный пучок F2 был направлен по-разному по отношению к оси A-A, например образуя с ней острый угол.
Ручной блок 13 с взаимозаменяемыми наконечниками или концевыми элементами 15 (15A, 15B, 15C) особенно предпочтителен с точки зрения конструкции и сокращения затрат, поскольку он обладает очень простой конструкцией, сниженным весом и низкой стоимостью. Однако аналогичный ручной блок не является оптимальным с точки зрения гибкости и простоты использования.
В некоторых других вариантах осуществления изобретения ручной блок 13 имеет концевой элемент, содержащий отклоняющее зеркало с регулируемым наклоном, чтобы можно было с помощью только одного элемента получать выходящие лазерные пучки F2 с разным наклоном относительно оси A-A ручного блока 13. Этот вариант осуществления изобретения показан на фиг. 8. В этом случае предусмотрено отклоняющее зеркало 51, которое может быть закреплено на концевом элементе 15 посредством распорки 53. Отклоняющее зеркало 51 может поворачиваться на распорке 53 вокруг оси 51A, перпендикулярной плоскости фиг. 8. Для изменения наклона зеркала 51 относительно оси 51A может быть использовано любое устройство. Например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 8, для этого предусмотрен стержень 55, который шарнирно закреплен на зеркале 51 на оси 55A. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 8, стержень 55 может перемещаться в направляющем элементе 57, в котором имеется фрикционный материал, позволяющий стержню 55 скользить в направляющем элементе 57 за счет приложения усилия к концевой части 55B стержня 55, удерживая при этом стержень 55 в устойчивом положении, когда к нему не прикладывается усилие, чтобы угловое положение зеркала 51 оставалось неизменным.
Усилие к стержню 55 может быть приложено вручную. В других вариантах осуществления изобретения усилие к стержню 55 может быть приложено посредством привода, которым управляет, например, блок управления оборудования 5. Приводом, схематично показанным штриховой линией и обозначенным позицией 56 на фиг. 10, может быть электрический привод с электронным управлением.
В некоторых вариантах осуществления изобретения лазерный пучок, генерируемый источником 7, предпочтительно обладает распределением Гаусса для мощности, причем плотность энергии максимальна в центре и снижается к периферии поперечного сечения пучка (фиг. 9.) В некоторых вариантах осуществления изобретения для получения гауссовского пучка полость источника лазерного излучения выполнена такой, чтобы защитить основной режим распространения, а фокусирующие линзы предназначены для вклада в поддержание гауссовской формы распределения мощности от оси наружу. За счет надлежащего выбора диаметра полости и радиуса зеркал источника можно обеспечить режим колебаний TEM00, т. е. гауссовский профиль лазерного пучка.
На фиг. 9 лазерный пучок обладает круглым сечением, при этом обозначены три радиуса R2, R3, R4 (т. е. три расстояния от оси пучка), которым соответствуют три отдельных значения плотности энергии E2, ЕЗ, E4. E1 обозначает максимальную плотность энергии на оси лазерного пучка.
Путем использования ручного блока 13 способ осуществляется для терапии язвенных ран, т. е. кожных язв, которые могут быть связаны с диабетом. Как упомянуто выше, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ обеспечивает первый операционный этап так называемого кюретажа, т. е. очистки (также называемой эшаротомией), во время которой некротические ткани и другие органические остатки удаляют из язвы, уменьшая бактериальную нагрузку на нее, вплоть до достижения стерильных условий, если это возможно. В некоторых вариантах осуществления способа по настоящему изобретению этап кюретажа осуществляется посредством лазерного пучка, генерируемого источником 7 и передаваемого посредством ручного блока 13 к кожной язве. Кюретаж также может обнажать участок ткани под обрабатываемой кожной язвой. Если костная ткань была задета некрозом, некротическую часть следует удалить посредством лазерного пучка на этапе кюретажа или эшаротомии.
Предпочтительно очищать язву за счет соответствующим образом отрегулированных параметров лазерного пучка, генерируемого источником 7, чтобы лазерный пучок F2 обеспечивал эффект испарения или абляции для тканей, на которые он воздействует. Длина волны лазера, испускаемой источником 7, может составлять, например, от 500 до 13000 нм, предпочтительно от 9000 до 11000 нм, более предпочтительно равна 10600 нм, это длина волны, генерируемая источником лазерного излучения на углекислом газе.
На этапе кюретажа может быть использовано импульсное лазерное излучение. В некоторых вариантах осуществления изобретения параметры, используемые на этом этапе, следующие:
Средняя мощность: 0,1-80 Вт
Режим испускания: непрерывный или, предпочтительно, импульсный
Длительность импульса (в случае импульсного испускания): от 0,5 мкс до 86 мс
Частота (в случае импульсного испускания): 5-200 Гц
Энергия одного импульса (в случае импульсного испускания): от 1,5 мДж до 3 Дж
Режим экспозиции: непрерывный и синхронизированный
Диаметр пятна (т. е. диаметр сечения лазерного пучка в точке, где он падает на ткани): от 150 до 2800 мкм
Во время выполнения экспериментов и клинической обработки операторы часто выбирают для кюретажа, главным образом на этапах самообучения, импульсы длительностью в пределах 1 мс и среднюю мощность от 1 до 8 Вт.
Кожные язвы могут обладать особенно сложными структурами и требовать необходимости проникновения глубже в мягкие ткани, в некоторых случаях вплоть до достижения костной ткани под ними. Для облечения очистки или кюретажа предпочтительно обеспечить ручной блок, предусмотренный одним из описанных выше способов. На фиг. 10-12 показаны три различных условия операций, которые могут возникать на этом этапе при обработке ручным блоком 13, относящимся к типу, показанному на фиг. 8. Чертежи являются схематичными и приведены только в качестве примера и только для иллюстрации режимов использования и преимуществ этого типа ручного блока.
На фиг. 10-12 буквой U в целом обозначена обрабатываемая кожная язва, буквой C обозначена кожа, а буквами TMS в целом обозначены подкожные мягкие ткани. На фиг. 13 также буквами TO обозначен участок костной ткани.
В условиях, показанных на фиг. 10, за счет ручного блока 13 лазерный пучок F2 направлен к краю язвы U, точнее на кожу C. Отклоняющее зеркало 51 может находиться приблизительно под углом 45° относительно оси A-A ручного блока 13. Угол наклона между осью A-A и зеркалом фактически зависит от навыка оператора O, который может удерживать ручной блок 13 не перпендикулярно поверхности, на которой локализована язва U; в этом случае угол наклона между осью A-A и отклоняющим зеркалом 51 будет отличаться от 45°.
В условиях операции, показанной на фиг. 11, лазерный пучок F2 ориентирован таким образом, чтобы он обрабатывал клиновидный вырез язвы. В примере, показанном на фиг. 11, обрабатывается подкожная мягкая ткань TMS, но аналогичная ориентация отклоняющего зеркала S также может быть использована для обработки кожи C или костной ткани TO.
В условиях, показанных на фиг. 12, обрабатывается глубокая язва. В этом случае также, только в качестве примера, обрабатывается подкожная мягкая ткань TMS, но также можно обрабатывать костную ткань TO, если язва такая глубокая, что затрагивает даже костную ткань.
Эшаротомия или кюретаж могут быть выполнены посредством перемещения ручного блока 13 вручную и удержания в фиксированном положении сканирующих зеркал, которые он содержит, в случае когда они есть. В других вариантах осуществления изобретения перемещение сканирующих зеркал может быть использовано для «распространения» лазерного пучка на более широкие области ткани при удержании ручного блока 13 в фиксированном положении или его повторного позиционирования вручную для обработки примыкающих или не примыкающих участков ткани.
Очистку язв можно значительно облегчить путем использования системы получения изображений с помощью камеры 21. Действительно, визуализация изображений рабочей области на экране 27 с высоким разрешением облегчает задачу оператора О и обеспечивает большую эффективность вмешательства.
Как упомянуто выше, в некоторых случаях этап кюретажа может обнажать по меньшей мере участок здоровой костной ткани. В ситуации, схематично показанной на фиг. 13, язва U очищена, при этом участок очищенной поверхности костной ткани TO обнажен в основании язвы, очищен и простерилизован посредством лазерного пучка F1.
Когда язва очищена посредством пучка, генерируемого источником 7 лазерного излучения, выполняется второй этап описанного в настоящем документе способа; этот этап включает, например в случае ран, в которых затронута костная ткань и которые могут привести к ампутации, этап создания отверстий малого диаметра в очищенной костной ткани TO посредством лазерного пучка F2. На фиг. 13 показаны, просто в качестве примера, отверстия H, продолжающиеся от обнаженной поверхности костной ткани TO к ее внутренней части, при необходимости вплоть до костного мозга. Отверстия могут находиться очень близко друг к другу и могут быть сформированы по заранее определенному шаблону. Для этого в некоторых вариантах осуществления изобретения можно удерживать ручной блок 13 в фиксированном положении, чтобы создать несколько отверстий H, расположенных на расстоянии друг от друга и распределенных по соответствующему шаблону, с помощью описанной выше системы 31 сканирования и, в некоторых ситуациях, вручную.
Например, отверстия H могут быть расположены на соответствующем расстоянии от 50 до 6000 мкм, предпочтительно от 90 до 4000 мкм.
Диаметр отверстий H может составлять, например, от 0,15 до 0,70 мм.
Глубина отверстий H обычно может меняться в соответствии с толщиной стенки, отделяющей обнаженную поверхность костной ткани TO от заключенного в ней костного мозга, и может составлять, например, от 90 до 4000 мкм.
Отверстия H в костной ткани вызывают кровоток из внутренней части. Кровь содержит большое число плюрипотентных стволовых клеток и цитокинов, а также факторы роста, такие как PDGF, TGF-β, IGF, VEGF, EGF и т.д. Эти белки способны стимулировать регенерацию тканей и неоангиогенез, а также пролиферацию и дифференциацию клеток. Поэтому стволовые клетки, появляющиеся на поверхности основания язвы через отверстия H, стимулируются для пролиферации и дифференциации, что удивительным образом приводит к процессу регенерации ткани, причем стволовые клетки специализируются и дифференцируются в клетки различных тканей с разных сторон язвы (костная ткань, мягкая ткань и кожа).
Отверстия H в костной ткани TO могут быть сформированы тем же самым источником лазерного излучения, который используется для кюретажа язвы, с той же самой длиной волны. Предпочтительно также для создания отверстий в костной ткани использовать импульсный лазерный пучок, аналогично этапу кюретажа. Обычно для создания отверстий H используются следующие параметры (значения приведены просто в качестве примера, не подразумевающего ограничения).
Средняя мощность: 0,1-80 Вт
Режим испускания: непрерывный или, предпочтительно, импульсный
Длительность импульса (в случае импульсного испускания): от 0,5 мкс до 86 мс
Частота (в случае импульсного испускания): 5-200 Гц
Энергия одного импульса (в случае импульсного испускания): от 1,5 мДж до 3 Дж
Режим экспозиции: непрерывный и синхронизированный
Диаметр пятна: от 150 до 700 мкм
Удовлетворительные характеристики были зарегистрированы во время клинической терапии, как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения низкой боли, при этом отверстия выполнялись в костной ткани в соответствии со следующими параметрами: средняя мощность примерно 80 Вт, длительность импульса в пределах 1 мс, экспозиция по меньшей мере 50 мс.
В соответствии с дальнейшими разработками описанного в настоящем документе способа, чтобы дополнительно облегчить регенерацию тканей и, следовательно, ускорить заживление язвы, в некоторых вариантах осуществления изобретения используется лазерный пучок для получения отверстий, схематично обозначенных просто в качестве примера позицией H1 на фиг. 13, также в подкожных мягких тканях TMS и вдоль краев язвы, соответствующих кожной ткани. Предпочтительно, чтобы отверстия H1 были выполнены с помощью того же самого ручного блока 13 со сменными концевыми элементами 15 или с отклоняющим зеркалом 51 с регулируемым наклоном. Для создания отверстий H1 в тканях над костной тканью TO могут быть использованы те же самые положения, принимаемые зеркалом 51 на фиг. 10, 11, 12 и описанные выше со ссылкой на этап кюретажа.
2
Небольшие отверстия H1, сформированные в мягких тканях TMS и в коже, представляют собой локальные повреждения ткани, предназначенные для того, чтобы вызвать реакцию организма для обеспечения процесса регенерации. Практически было обнаружено, что ограниченные и локализованные целевым образом повреждения, представленные отверстиями H1, стимулируют выработку белков теплового шока и вызывают гипертермию тканей, окружающих обработанную область. Гипертермия вызывает больший кровоток (гиперемию) и соответствующую подачу питательных веществ и гормонов роста. Оба эти фактора стимулируют пролиферацию и дифференциацию клеток, с последующим ускорением процессов регенерации. Другими словами, в области, где усилен кровоток (гиперемия), это приводит к повышению температуры, изменению pH, значений NO и O, ускорению дифференциации и регенерации клеток.
Для создания отверстий H1 может быть использован тот же источник 7 лазерного излучения, что и для создания отверстий H; однако также можно использовать другие источники лазерного излучения для различных операций, описанных в настоящем документе (кюретаж, формирование отверстий H в костной ткани и отверстий H1 в мягких тканях и коже).
Отверстия H1 могут быть расположены в соответствии с шаблоном, создаваемым лазерным сканированием с использованием системы 31 сканирования или, в некоторых случаях, вручную, в соответствии с особенностями обрабатываемой язвы. Расстояние между отверстиями H1 может быть аналогично расстоянию между отверстиями H. Глубина отверстий H1 может составлять, например, от 300 до 1500 мкм.
Также для формирования отверстий H1 может быть использован лазерный пучок, как и для отверстий H.
Параметры лазера преимущественно выбраны такими, чтобы вызывать требуемое локальное повреждение, не допуская кровотечения. Для этого параметры преимущественно устанавливаются такими, чтобы вызвать каутеризацию кровеносных сосудов, пересекаемых лазерным пучком на этом этапе.
Типичные параметры и значения (приведенные просто в качестве не подразумевающего ограничения ими примера) для этого этапа способа терапии следующие.
Средняя мощность: 0,1-80 Вт
Режим испускания: непрерывный или, предпочтительно, импульсный
Длительность импульса (в случае импульсного испускания): от 0,5 мкс до 86 мс
Частота (в случае импульсного испускания): 5-200 Гц
Энергия одного импульса (в случае импульсного испускания): от 1,5 мДж до 3 Дж
Режим экспозиции: непрерывный и синхронизированный
Диаметр пятна: от 120 до 700 мкм
На основании проведенных клинических экспериментов часто, чтобы сформировать отверстия в мягкой ткани, выбирается средняя мощность от 7 до 15 Вт, длительность импульса в пределах 1 мс и экспозиция по меньшей мере 50 мс.
Эти параметры могут быть отрегулированы, например, для регулировки глубины терапии. Глубина терапии может быть отрегулирована для управления интенсивностью лазерного пучка на ткани, изменения формы импульса, пиковой мощности, средней мощности, испускаемой источником, размера пятна (т. е. площади поперечного сечения пучка), времени, когда пучок удерживается на участке раны, которая подлежит терапии. Плотность энергии пучка (которая зависит от мощности, испускаемой источником и площади пятна), умноженная на время подачи в одно и то же положение, дает энергию, выделенную на ткани, и по существу определяет эффект абляции, испарения заданной толщины ткани, разрез на заданную глубину (на этапе кюретажа) или биостимуляции заданного объема ткани (на последующем этапе биостимуляции для регенерации ткани).
Описанный выше способ предусматривает следующие этапы: этап кюретажа для обнажения участка костной ткани, этап перфорации костной ткани и этап перфорирования мягких тканей. Как упомянуто выше, перфорация костной ткани вызывает выход крови, которая богата стволовыми клетками и факторами роста, в то время как перфорация мягкой ткани стимулирует процессы регенерации.
Согласно описанному выше способу также можно опустить этап очистки, чтобы обнажить кость. А именно, кюретаж может обеспечивать только очистку и стерилизацию язвы, обнажая только мягкие ткани, которые затем перфорируются посредством лазера, как указано выше для обеспечения локального повреждения и стимуляции регенеративных процессов. В этом случае костная ткань не перфорируется.
Также можно очистить язву, чтобы обнажить костную ткань, а затем сформировать отверстия только в мягких тканях, а не в обнаженной костной ткани.
В менее предпочтительных вариантах осуществления изобретения этап кюретажа может быть выполнен с помощью классических способов вместо лазерного пучка, даже если в этом случае преимущества менее явные и эффективность терапии ниже.
Как очевидно из описанного выше, терапия предусматривает различные этапы и может потребовать различных операционных условий. Например, в некоторых случаях удобно наличие системы сканирования, в то время как в других случаях должна быть система фокусировки пучка с переменным расстоянием от конца ручного блока 13. В некоторых случаях удобно наличие системы для автоматического или ручного изменения диаметра лазерного пучка или, в основном, площади его поперечного сечения, в то время как в некоторых ситуациях удобно наличие зеркала, способного отклонять существующий лазерный пучок F2 с изменением углов на основе обрабатываемой площади и их формы и морфологии.
Даже если в приведенном выше описании указаны варианты осуществления изобретения, в которых ручной блок имеет разные функции, например: имеет систему сканирования, систему для изменения поперечного сечения пучка и систему управления углом отклонения пучка F2, выходящего из ручного блока 13, можно обеспечит набор ручных блоков, отличающихся по конструкции и функции, каждый из которых имеет только одну или более из упомянутых выше функций. Например, оборудование 5 описанного выше типа может иметь одно или более из следующего:
- ручной блок с фиксированным углом выхода пучка (например, выходом вдоль оси, углом 90°, с или без сменного концевого элемента для изменения угла выхода путем замены наконечника) и без других органов управления,
- ручной блок с фиксированным углом выхода и системой для регулировки площади поперечного сечения пучка;
- ручной блок с фиксированным углом выхода и системой сканирования пучка;
- ручной блок с фиксированным углом выхода и системой переменной фокусировки;
- ручной блок с регулируемым углом выхода (отклоняющее зеркало с переменным наклоном) и без других органов управления,
- ручной блок с регулируемым углом выхода и системой для регулировки площади поперечного сечения пучка;
- ручной блок с регулируемым углом выхода и системой сканирования пучка;
- ручной блок с регулируемым углом выхода и системой с изменяемым фокусом.
Каждый из этих ручных блоков обладает более простой и легкой конструкцией (которая, следовательно, более практична), чем одиночный ручной блок, предусмотренный с большим числом функций вместе. В некоторых случаях несколько простых ручных блоков, сменных и используемых на разных этапах обработки, могут быть предпочтительны по сравнению с использованием более сложного, громоздкого и тяжелого ручного блока, менее удобного в использовании.
Различные аспекты и варианты осуществления описанного в настоящем документе способа изложены в следующих пунктах:
1. Способ терапии кожной язвы, включающий этапы:
- эшаротомии и кюретажа язвы путем удаления мягких тканей и, если это необходимо, до степени, когда обнажена костная ткань в области обрабатываемой язвы;
- с помощью лазерного пучка, формирования нескольких отверстий в костной ткани в области язвы, причем отверстия должны быть достаточно глубокими, чтобы вызвать кровоток из внутренней части костной ткани.
2. Способ терапии кожной язвы, включающий этапы:
- эшаротомии и кюретажа язвы;
- формирования, посредством лазерного пучка, нескольких отверстий в мягких тканях в области язвы, причем указанные отверстия вызывают микротравмы, чтобы запускались механизмы физиологического восстановления.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап эшаротомии и кюретажа язвы включает этап удаления некротической ткани посредством лазерного пучка.
4. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап формирования, посредством лазерного пучка, нескольких отверстий в мягких тканях около краев язвы после эшаротомии и кюретажа.
5. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором распределение плотности энергии лазерного пучка различно для центральной области и периферийной области поперечного сечения пучка, при этом плотность энергии в центральной области больше, чем плотность энергии в периферийной области.
6. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором распределение плотности энергии лазерного пучка является распределением Гаусса.
7. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором этап формирования отверстий в костной ткани включает этап формирования отверстий, расположенных друг от друга на расстоянии от приблизительно 50 до приблизительно 6000 мкм, предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 4000 мкм.
8. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором этап формирования отверстий в костной ткани включает этап формирования отверстий с диаметром от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,70 мм.
9. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором этап формирования отверстий в костной ткани включает этап формирования отверстий с глубиной от приблизительно 90 до приблизительно 4000 мкм.
10. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором лазерный пучок представляет собой импульсный лазерный пучок.
11. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором длина волны лазерного пучка составляет от приблизительно 500 до приблизительно 13000 нм, предпочтительно от приблизительно 9000 до приблизительно 11000 нм, более предпочтительно равна приблизительно 10600 нм.
12. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в костной ткани сформированы посредством лазерного пучка, средняя мощность которого составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 80 Вт.
13. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в костной ткани сформированы посредством импульсного лазерного пучка, пиковая энергия которого составляет предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 250 Вт, более предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 190 Вт.
14. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором расстояние между отверстиями, сформированными в мягкой ткани, составляет от приблизительно 50 до приблизительно 6000 мкм.
15. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия, сформированные в мягких тканях, обладают глубиной от приблизительно 300 до приблизительно 1500 мкм.
16. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в мягкой ткани сформированы посредством лазерного пучка, средняя мощность которого составляет от приблизительно 7 до приблизительно 15 Вт.
17. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в мягкой ткани сформированы посредством импульсного лазера.
18. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором язва очищается посредством лазерного пучка с диаметром пятна от приблизительно 150 до приблизительно 2800 мкм.
19. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в костной ткани сформированы посредством лазерного пучка с диаметром пятна от приблизительно 150 до приблизительно 700 мкм.
20. Способ по одному или более из предшествующих пунктов, в котором отверстия в мягких тканях сформированы посредством лазерного пучка с диаметром пятна от приблизительно 120 до приблизительно 700 мкм.