УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОРОШЕНИЯ БИОТКАНЕЙ ЛЕКАРСТВЕННЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
DEVICE FOR ULTRASOUND IRRIGATION OF BIOTISSUES WITH DRUGS

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано для антибактериального ультразвукового орошения лекарственными веществами инфицированных ран, слизистых полостей и наружных поверхностей организма в общей хирургии, оториноларингологии, стоматологии, акушерстве и гинекологии, дерматовенерологии, косметологии и т.д.
Известно устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами, содержащее ультразвуковой генератор и акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь и соединенный с ним концентратор колебаний в виде однополуволнового волновода-инструмента, рабочая часть которого снабжена сквозным осевым каналом, сопряженным через подводящее отверстие и эластичную трубку с системой подачи раствора лекарственного вещества в виде отдельно расположенной емкости с раствором [1].
Однако известное устройство имеет недостатки, связанные:
- с недостаточной динамической устойчивостью рабочей части волновода-инструмента, имеющего малое кольцевое сечение из-за сквозного осевого канала при наличии высокоамплитудных продольных колебаний волновода-инструмента, необходимых для высокодисперсного распыления раствора лекарственного вещества. Указанное снижает эффективность ультразвукового орошения лекарственными веществами очагов инфекции, из-за уменьшения порога возникновения других мод колебаний волновода-инструмента, например, изгибных колебаний, повышающих уровень максимальных продольных напряжений в области 1/4 длины волны волновода-инструмента, вызывающих разрезонанс акустической системы. При этом резко снижается амплитуда колебаний волновода-инструмента, а значит и уровень излучаемой мощности, существенно влияющей на дисперсность распыляемого раствора. Кроме того, разрушение волновода-инструмента в области узла колебаний является неизбежным вследствие возникающего параметрического резонанса;
- наличием относительно сложной электромеханической системы включения и выключения подачи раствора лекарственного вещества в осевой канал волновода-инструмента для последующего его ультразвукового распыления, несовместимого с простотой осуществления самой процедуры орошения тканей очага инфекции;
- с неудобством одновременного осуществления манипуляций акустическим узлом с волноводом-инструментом и управления подачей раствора лекарственного вещества на разных стадиях процесса ультразвукового его распыления на ткани очага инфекции из-за наличия отдельно расположенной емкости с лекарственным раствором. Выше приведенное снижает эффективность ультразвукового орошения лекарственным веществом биотканей в области очага инфекции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению, по совокупности признаков, является устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами, содержащее ультразвуковой генератор и акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь, концентратор механических колебаний и соединенный с ним однополуволновый волновод-инструмент со сквозным осевым каналом около узла колебаний волновода-инструмента, в осевом канале выполнено подводящее отверстие для подвода эластичной трубки, присоединенной к системе подачи лекарственного раствора в виде одноразового шприца, заполненного раствором и жестко закрепленного на несущем корпусе посредством держателя [2].
Однако данное устройство также имеет недостатки, связанные:
- с недостаточной динамической устойчивостью рабочей части волновода-инструмента, имеющего малое кольцевое сечение из-за сквозного осевого канала при наличии высокоамплитудных продольных колебаний волновода-инструмента, необходимых для высокодисперсного распыления раствора лекарственного вещества. Указанное снижает эффективность высокоамплитудного ультразвукового орошения лекарственными веществами очагов инфекции из-за резкого снижения порога возникновения других мод колебаний волновода-инструмента, например, изгибных колебаний, повышающих уровень максимальных продольных напряжений в области 1/4 длины волны волновода-инструмента, приводящих к разрезонансу акустической системы. При этом резко снижается амплитуда колебаний волновода-инструмента, а значит и уровень излучаемой мощности, существенно влияющей на дисперсность распыляемого раствора. Кроме того, разрушение волновода-инструмента в области узла колебаний (вблизи подводящего отверстия) является неизбежным следствием возникающего параметрического резонанса;
- с неудобством осуществления манипуляций акустическим узлом с волноводом-инструментом и управления подачей лекарственного раствора на разных стадиях процесса ультразвукового его распыления при орошении биотканей очага инфекции из-за сложной конструкции держателя одноразового шприца в системе подачи лекарственного раствора.
Задача изобретения - повышение уровня излучаемой мощности, обеспечивающей высокоамплитудное ультразвуковое орошение биотканей лекарственными веществами и создание удобной в работе системы подачи раствора лекарственного вещества.
Задача изобретения достигается тем, что устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами, содержащее ультразвуковой генератор и акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь, концентратор механических колебаний и соединенный с ним однополуволновый волновод-инструмент со сквозным осевым каналом, в области узла колебаний волновода-инструмента, в осевом канале имеется подводящее отверстие для подвода эластичной трубки, присоединенной к системе подачи лекарственного раствора в виде одноразового шприца, заполненного раствором, отличающееся тем, что участок волновода-инструмента в области узла колебаний выполнен в виде осесимметричного оливообразного выступа, в центральной части которого, перпендикулярно оси волновода-инструмента, выполнено подводящее отверстие и установлен подводящий штуцер, сопряженный с эластичной трубкой, а держатель включает фиксирующий ложемент для корпуса шприца и несущее кольцо, закрепленное на несущем корпусе посредством фиксирующего винта.
Проведенный патентный поиск показал, что на дату подачи заявки на изобретение не известна конструкция устройства для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами с указанными отличительными признаками.
Выполнение задачи изобретения обеспечивается конструкцией предложенного устройства, которая реализует возможности значительного повышения излучаемой ультразвуковой мощности, а значит и реализацию высокоамплитудного ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами, без разрушения волновода-инструмента в области узла колебаний, характеризующейся максимальным уровнем продольных напряжений, возникающих при ультразвуковых колебаниях, за счет увеличения площади кольцевого сечения волновода-инструмента в области узла колебаний, а следовательно, и динамической устойчивости волновода-инструмента, снабженного сквозным осевым каналом и сообщающимся с ним подводящим отверстием, расположенным перпендикулярно оси волновода-инструмента. Это достигается изменением формы волноводного тракта волновода-инструмента, в области узла колебаний, в виде осесимметричного полого оливообразного выступа (например, в форме двусторонне усеченного полого эллипсоида вращения) большего кольцевого сечения, выполняющего функцию понижающего полого трансформатора скорости, сопряженного с повышающим полым трансформатором скорости меньшего кольцевого сечения, концентрирующим энергию продольной волны. В осесимметричном полом оливообразном выступе, имеющем большую жесткость и расположенном вблизи области узла колебаний, при распространении продольной волны на границах раздела: "металл-воздух", "металл-жидкость" происходит взаимодействие между продольной и поперечной волнами, результатом которого является распространение с большей амплитудой, в основном, продольной волны в направлении акустической оси. В этой области, в зоне местного увеличения жесткости кольцевого (в сечении) волноводного тракта, увеличивается динамическая устойчивость колеблющегося кольцевого сечения волновода-инструмента за счет увеличения порога возникновения других мод колебаний, например, изгибных колебаний волновода-инструмента. Устранение изгибных колебаний приводит к снижению уровня максимальных продольных напряжений в области узла колебаний, что наряду с увеличением площади "живого" сечения волновода-инструмента в этой наиболее напряженной области позволяет повысить многократно ресурс работы волновода-инструмента без его разрушения. В центральной части осесимметричного полого оливообразного выступа, перпендикулярно оси волновода-инструмента, выполнено подводящее отверстие с введенным в него подающим штуцером незначительно уменьшающим его "живое" кольцевое сечение, но имеющим большую длину, позволяющую полноценное введение в него резьбовой части подающего штуцера. Кроме того, конструкция предлагаемого устройства реализует возможность создания компактного и удобного в работе устройства за счет присоединения непосредственно к несущему корпусу акустической системы держателя одноразового шприца с раствором, представляющего собой систему подачи раствора лекарственного вещества.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на Фиг.1 изображено устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами (в сечении);
- на Фиг.2 изображен вид А (Фиг.1);
- на Фиг.3 изображено сечение Б-Б устройства для ультразвукового орошения биотканей раствором лекарственного вещества (Фиг.1);
- на Фиг.4 в изометрии изображен держатель одноразового шприца системы подачи раствора лекарственного вещества;
- на Фиг.5 изображено распределение уровня амплитуды колебаний волновода-инструмента, снабженного осесимметричным оливообразнам выступом в области узла колебаний предлагаемого устройства для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами;
- на Фиг.6, для сравнения, изображено распределение уровня амплитуды колебаний аналогичного волновода-инструмента, но без осесимметричного оливообразного выступа в области узла колебаний, применяемого в известных устройствах для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами;
- на Фиг.7 схематично изображен этап ультразвукового орошения лекарственными веществами биотканей очага инфекции в ротоглотке;
- на Фиг.8 схематично изображен этап ультразвукового орошения лекарственными веществами биотканей очага инфекции в полостях носа и носоглотки;
- на Фиг.9 схематично изображен этап ультразвукового орошения лекарственными веществами биотканей операционной зоны, например, при удалении опухоли легкого.
Устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами содержит (Фиг.1-6): ультразвуковой генератор 1, соединенный с акустической системой 2, размещенной в полимерном несущем корпусе 3. Акустическая система 2 включает в себя пьезоэлектрический преобразователь 4 в виде плоских дисков или колец из пьезокерамики (ЦТБС-8, ПКВ-460, АРС и пр.), контактных пластин 5, отражающей накладки 6, излучающей накладки 7 (концентратор механических колебаний) и соединенный с ней через шпильку 8 однополуволновый волновод-инструмент 9 (сплав титановый ВТ 3-1, ВТ-5 и пр.) со сквозным осевым каналом 10, на сопловом оконечном участке которого выполнена винтовая нарезка 11, сообщающимся с подводящим отверстием 12, расположенным перпендикулярно оси волновода-инструмента 9 вблизи его узла колебаний (О). В подводящее отверстие 12 посредством резьбового соединения введен подводящий штуцер 13 (сплав титановый ВТ 3-1, ВТ-5 и пр.), сопряженный с эластичной трубкой 14, присоединенной к одноразовому шприцу 15, заполненному раствором лекарственного вещества.
В волноводе-инструменте 9 с измененной формой волноводного тракта, имеющего в области узла колебаний (О) осесимметричный полый оливообразный выступ (Фиг.1, Фиг.5) при возбуждении продольных колебаний, амплитуда колебаний от его входного торца (плоскость В-В) до узла колебаний (О) практически совпадает с амплитудой колебаний в волноводе-инструменте 16, не имеющего осесимметричного полого оливообразного выступа (Фиг.6). При этом кривые Г и Д эпюр амплитуд колебаний соответственно в волноводах-инструментах 9 и 16 практически одинаковы.
Начиная с участка волновода-инструмента 9, в области узла колебаний (О), представляющего собой осесимметричный полый оливообразный выступ (Фиг.1, Фиг.5), в зоне местного увеличения жесткости кольцевого волноводного тракта, увеличивается динамическая устойчивость колеблющегося волновода-инструмента 9 за счет увеличения порога возникновения изгибных колебаний волновода-инструмента 9, что приводит к снижению уровня максимальных продольных напряжений в области узла колебаний (О) и резкому возрастанию амплитуды продольных колебаний до значений 150 мкм и выше (максимальное значение кривой Е эпюры амплитуды колебаний волновода-инструмента 9). Указанное обеспечивает высокую эффективность высокоамплитудного ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами. Соответственно, максимальное значение кривой Ж эпюры амплитуды колебаний волновода-инструмента 16, не имеющего осесимметричного полого оливообразного выступа на волноводном тракте, в области узла колебаний, как минимум в два раза меньше (Фиг.6).
Для объединения функций устройства в отношении возможностей одновременного осуществления: ультразвукового воздействия на лекарственное вещество при его распылении, а также удобства управления его подачей в область ультразвукового орошения биотканей очага инфекции, устройство снабжено съемным держателем 17 для надежной фиксации одноразового шприца 15 относительно несущего корпуса 3. Съемный держатель 17 включает в себя фиксирующий ложемент 18, состоящий из разрезной гильзы 19 с ограничителем перемещения 20 одноразового шприца 15. Фиксирующий ложемент 18 присоединен сваркой к несущему кольцу 21, которое по скользящей посадке устанавливается на несущем корпусе 3 в необходимом положении и жестко закрепляет держатель 17 с одноразовым шприцом 15 на несущем корпусе 3 фиксирующим винтом 22.
Устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами используют совместно с серийно выпускаемыми ультразвуковыми аппаратами типа "Тонзиллор" (НПП "Метромед", г.Омск), применяемых в оториноларингологии; "Гинетон" (НПП "Метромед", г.Омск), применяемых в акушерстве и гинекологии, дерматовенерологи; "Стоматон" (НПП "Метромед", г.Омск), применяемых в стоматологии; "Кавитон" (НПП "Метромед", г.Омск), применяемых в хирургии, травматологии и ортопедии, онкологии, физиотерапии и пр.
Устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами работает следующим образом.
Первоначально волновод-инструмент 9 через шпильку 8 присоединяют к акустической системе 2, соединенной с ультразвуковым генератором 1. Затем на несущий корпус 3 акустической системы 2 надевают несущее кольцо 21 держателя 17 и фиксируют его в необходимом положении фиксирующим винтом 22. Одноразовый шприц 15 заполняют раствором лекарственного вещества, рекомендованного лечащим врачом, и устанавливают его в разрезную гильзу 19 фиксирующего ложемента 18. К канюле одноразового шприца 15 присоединяют эластичную трубку 14 и соединяют ее с подводящим штуцером 13, установленным в подводящем отверстии 12, сообщающимся со сквозным осевым каналом 10 волновода-инструмента 9.
После этого включают ультразвуковой генератор 1 и вводят акустическую систему 2 с присоединенным к ней волноводом-инструментом 9 в резонансный режим, обеспечивая достижение максимально необходимой для высокоамплитудного ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами амплитуды колебаний излучающего торца волновода-инструмента 9.
Далее устройство подводят (на необходимое расстояние) к области очага инфекции. Воздействуя на шток поршня одноразового шприца 15, заполненного лекарственным веществом, его подают через эластичную трубку 14, подводящий штуцер 13 и подводящее отверстие 12 в сквозной осевой канал 10 колеблющегося волновода-инструмента 9. При прохождении по осевому каналу 10 лекарственное вещество в поле мощного высокоамплитудного ультразвука низкочастотного диапазона (резонансная частота - 26,5 кГц; амплитуда колебаний излучающего торца - 80-150 мкм и выше) получает дополнительное ускорение и распыляется через сопловое отверстие малого диаметра с винтовой нарезкой 11 на оконечном участке в виде струйно-аэрозольного или аэрозольного факела (в зависимости от расхода раствора - 0,2-1,5 мл/с) с большой кинетической энергией, направляемого на область очага инфекции. При этом кинетическая энергия струйно-аэрозольного или аэрозольного факелов является достаточной для санации очагов инфекции на соответствующем расстоянии - порядка 50-150 мм (Фиг.7, 8 и 9).
Плотный, остро направленный на расстоянии - 50-100 мм струйный факел с максимально высоким уровнем кавитации, воздействующий после хирургической обработки (на стадии санации) на остатки белковых некротических слоев очага инфекции и детрита, находящихся в раневой области, достигается при амплитуде колебаний излучающего торца - порядка 120-150 мкм и расходе раствора - 1,0-1,5 мл/с (Фиг.9).
Менее плотный струйно-аэрозольный факел, но с достаточным уровнем кинетической энергии, направляемый (с расстояния - 50-100 мм) на область очага инфекции на стадии грануляции и репаративной регенерации тканей, а также при лечении воспалительных заболеваний достигается при амплитуде колебаний излучающего торца - порядка 100-120 мкм и расходе раствора - 0,5-1,0 мл/с (Фиг.8).
При амплитуде колебаний излучающего торца - порядка 80-100 мкм и расходе раствора - 0,2-0,5 мл/с - формируется мелкодисперсный - аэрозольный факел лекарственного вещества, применение которого целесообразно при обработке очага инфекции на стадии грануляции и репаративной регенерации тканей, а также при лечении, например, острых воспалительных заболеваний носоглотки и ротоглотки (Фиг.7, 8) и пр.
Вид применяемых лекарственных веществ, экспозиция ультразвукового орошения биотканей лекарственным веществом и количество сеансов лечения, принятых при ультразвуковой терапии, определяется лечащим врачом.
После окончания сеанса ультразвукового орошения биотканей лекарственным веществом ультразвук отключают. Наружную поверхность корпуса 3 акустической системы 2 и волновода-инструмента 9, контактировавшего с тканями очага инфекции, подвергают обработке согласно регламента МУ 287-113-98 "Методические указания по дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации изделий медицинского назначения".
Заявляемое устройство для ультразвукового орошения биотканей лекарственным веществом может быть использовано при ультразвуковой терапии широкого круга заболеваний в разных отраслях клинической практики: физиотерапии, акушерстве и гинекологии, хирургии, косметологии, спортивной медицине и пр. К настоящему времени, предлагаемое устройство, в составе серийно выпускаемых аппаратов физиотерапевтических "Тонзиллор-ММ", "Гинетон-ММ", "Стоматон-MM", "Кавитон" (НПП "Метромед", г.Омск) внедрено в практическую работу соответствующих клинических отделений Фонда "Медсанчасть-168" (г.Новосибирск) при консервативном лечении широкого круга воспалительных заболеваний.
В установленном МЗиСР РФ порядке, для организации производства устройства для ультразвукового орошения биотканей лекарственными веществами разработаны: конструкторская документация, методические рекомендации по применению, программа и методики приемочных и клинических испытаний изделия и пр.
Источники информации
1. Патент РФ 1801017, кл. А61М 35/00, 1993.
2. RU 75564 U1, 20.08.2008.