УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМО- И ФОТОХРОМО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ БИОТКАНЕЙ
DEVICE FOR THERMO- AND PHOTOCHROMO-ULTRASONIC PROCESSING OF BIOTISSUES

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для обработки биотканей, и может применяться при комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой терапии, например, острых и хронических воспалительных процессов, осложненных послеоперационных ран в разных отраслях клинической медицины.
Осложненное течение воспалительного или раневого процесса с присоединением раневой инфекции приводит к социально-трудовой, физической и психологической дезадаптации, увеличению продолжительности и стоимости лечения. Факторами, приводящими к нарушению репаративной регенерации тканей являются хронизация процесса, обширная операционная травма, отек, ишемия тканей, нарушение микроциркуляции крово- и лимфосистем, расстройство местного и общего иммунитета, резорбтивная эндогенная интоксикация, болевой синдром и пр. Сопутствующие заболевания, такие как гиперлипопротенимия, хроническая сердечная недостаточность, сахарный диабет, опухолевый процесс и т.д., создают вкупе с вышеприведенными факторами условия для неблагоприятного течения воспалительного и раневого процессов, проявлений болевого синдрома. Эффективное лечение хронических воспалительных процессов и ран различной этиологии, в том числе возникших после комбинированного лечения опухолей, может быть достигнуто за счет комплексного воздействия на содержимое очага инфекции, а также активации механизмов активной регенерации биотканей путем применения в едином технологическом процессе лечения различных физических факторов в сочетании с высокоактивными лекарственными веществами при оптимизации технологических схем энергетического и вещественного воздействия на рану на разных фазах раневого процесса. Указанное требует разработки современных медицинских технологий лечения осложненных ран, а также технических средств для их реализации.
Известны устройства для фото-ультразвуковой обработки биотканей, содержащие ультразвуковой генератор и акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь, концентратор механических колебаний и соединенный с ним излучающий волновод-инструмент, источник электромагнитного излучения (лазерное излучение), гидросистему подачи в раневой очаг и отвода лекарственного раствора, включающего фотосенсибилизатор-детоксикатор, обеспечивающих ультразвуковую обработку биотканей очага инфекции и патогенных микрорганизмов через промежуточный раствор фотосенсибилизатора-детоксикатора с последующим его удалением и облучением раны электромагнитным излучением (монохромное лазерное излучение - красный спектр излучения) [1, 2].
Однако конструктивные схемы известных устройств предназначены, в основном, для комплексной обработки биотканей раны на первой стадии раневого процесса - фазе воспаления, и не могут быть использованы при лечении ран во второй фазе раневого процесса - фазе регенерации, где необходимо обеспечить, в едином технологическом процессе лечения раны, обработку биотканей очага инфекции путем комплексного воздействия на рану физическими факторами, например контактным низкочастотным ультразвуком, полупроводниковыми светодиодами, излучающими непрерывно или прерывисто, совместно с ультразвуковым воздействием на биоткани, в узкой полосе спектра как в его видимой части - красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних - инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, в сочетании с высокоактивными лекарственными веществами (например, озон/NО-содержащими лекарственными веществами).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для ультразвуковой обработки биотканей, содержащее ультразвуковой генератор, выполненный с возможностью непрерывной или прерывистой генерации ультразвука, акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь из кольцевых пьезокерамических элементов, отражающую накладку, концентратор механических колебаний и соединенный с ним волновод-инструмент с развитым излучающим торцом для контактной низкочастотной ультразвуковой обработки биотканей через технологическую прокладку, пропитанную озон/NО-содержащими лекарственными веществами [3].
Однако данное устройство, предназначенное для реализации одного из этапов липосакции, - поверхностной липосакции, не является многофункциональным и не может быть использовано для повышения эффективности лечения воспалительных процессов и осложненных ран, реализуемых в едином технологическом процессе, путем комплексного воздействия на содержимое очага воспаления или раны такими патогенетически обоснованными физическими и физико-химическими факторами как контактный низкочастотный ультразвук, тепловое (инфракрасное) излучение, излучение видимых частей спектра, а также ближнего инфракрасного и ультрафиолетового областей излучения полупроводниковых светодиодов в сочетании с высокоактивными озон/NО-содержащими лекарственными веществами, способствующими активной регенерации биотканей, а следовательно, уменьшающих сроки лечения. Известное устройство имеет недостатки, связанные со сложностью изготовления акустической системы, ее значительным весом и использованием таких материалоемких составляющих акустической системы как отражающая накладка и концентратор механических колебаний из дорогостоящих материалов типа нержавеющей стали или титановых сплавов, сопрягаемых с волноводом-инструментом, имеющим развитый излучающий торец, но небольшую амплитуду колебаний волновода-инструмента (не более 3-5 мкм), недостаточную для эффективной контактной низкочастотной ультразвуковой обработки патологически измененных биотканей.
Задачей изобретения является создание многофункционального устройства, обеспечивающего повышение эффективности лечения воспалительных процессов и осложненных ран путем комплексного воздействия на содержимое очага воспаления или раны высокоамплитудным ультразвуком низкой частоты, тепловым излучением и светодиодным излучением в сочетании с высокоактивными озон/NО-содержащими лекарственными веществами.
Задача изобретения достигается тем, что в устройстве для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей, содержащем ультразвуковой генератор, выполненный с возможностью непрерывной или прерывистой генерации ультразвука, акустическую систему, размещенную в несущем корпусе, включающую электромеханический преобразователь из кольцевых пьезокерамических элементов, отражающую накладку, концентратор механических колебаний и соединенный с ним волновод-инструмент с развитым излучающим торцом для контактной низкочастотной ультразвуковой обработки биотканей через технологическую прокладку, пропитанную озон/NО-содержащим лекарственным веществом, отличающееся тем, что излучающий волновод-инструмент выполнен в виде тонкостенного односторонне выпуклого дискообразного излучателя, расположенного осесимметрично центральной оси акустической системы, соединенного по его внутренней образующей с концентратором механических колебаний, представляющего собой дискообразный коническо-цилиндрический элемент, снабженный со стороны большого основания полостью в виде параболоида вращения, а на образующей малого основания выполнена резьба для присоединения составной отражающей накладки, состоящей из накидной гайки и опорного диска с кольцевым выступом, сжимающей кольцевые пьезокерамические элементы между опорным диском и концентратором механических колебаний, кроме того, устройство снабжено кольцевой светодиодной матрицей с равномерно распределенными по ней полупроводниковыми светодиодами, излучающими через отверстия, выполненные на торце несущего корпуса и расположенные вне дискообразного излучателя волновода-инструмента, непрерывно или прерывисто, совместно с ультразвуковым воздействием на биоткани как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, при этом на торце несущего корпуса установлен упруго деформируемый съемный защитный экран, внутренняя поверхность которого обладает возможностью отражения излучений полупроводниковых светодиодов.
Проведенный патентный поиск показал, что на дату подачи заявки на изобретение не известны высокотехнологичные и многофункциональные устройства для термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей с указанными отличительными признаками, обеспечивающими, в едином технологическом цикле лечения, комплексное или по отдельности непрерывное или прерывистое воздействие на очаг инфекции контактным высокоамплитудным ультразвуком низкой частоты, тепловым излучением, светодиодным излучением как в видимой части спектра - красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра в сочетании с высокоактивными озон/NО-содержащими лекарственными веществами, способствующими регенерации биотканей и ускорению заживления, а следовательно, сокращению сроков лечения за счет инициирования процессов: экстракции патологического содержимого из области очага инфекции и импрегнации в них лекарственных веществ, выраженного бактерицидного, фунгицидного и вирулицидного эффектов, усиления крово- и лимфообращения, детоксикации, иммунокоррекции, обезболивания и пр.
Преимущества устройства для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей обоснованы тем, что в предлагаемом техническом решении обеспечены возможности реализации каждого из указанных физических и физико-химических факторов, реализующих значимые для успешного решения задачи изобретения свойства и показатели.
1) Контактная тепловая обработка биотканей в поле высокоамплитудного ультразвука (В.В.Педдер и др., 1980), использующая низкочастотный диапазон ультразвука (f=26,5 кГц и f=44 кГц), реализует тепловой эффект ультразвука, связанный, с одной стороны, с демпфированием энергии ультразвуковых колебаний в акустической системе и осесимметричным нагревом зоны контакта на границе раздела «волновод-инструмент-биоткань», выраженность которого определяется разностью акустических сопротивлений, контактирующих сред в зоне контактного озвучивания биотканей, а с другой - с поглощением высокочастотной механической энергии, ее диссипацией биотканями за счет внутреннего трения с последующим превращением в тепло. Так как в предлагаемой конструкции устройства превращение высокочастотной механической энергии в тепловую, прежде всего, сопровождается нагревом границ раздела «волновод-инструмент-биоткань», то постепенное повышение температуры зоны контактного озвучивания биотканей и самих биотканей в области очага инфекции до 40-45°С способствует выраженной гиперемии кожного покрова, усилению микроциркуляции (лимфо- и кровотока), активации биохимических реакций и иммунитета, а также процессов обмена и регенерации, усилению диффузионных процессов с выведением токсинов из глубоких слоев биотканей в области очага инфекции, аналгезии, термо- и виброволновому разволокняющему действию на уплотненную и склерозированную ткань, снижающему опасность образования грубых рубцов, келлоидов, контрактур и пр.
2) Поверхностная контактная высокоамплитудная ультразвуковая обработка биотканей (В.В.Педдер, 1980 и др.), использующая низкочастотный диапазон ультразвука (f=26,5 кГц и f=44 кГц), реализует «щадящее» для окружающих тканей многофункциональное воздействие на очаг инфекции и является частным случаем ультразвуковой санации очага инфекции через промежуточный лекарственный раствор (А.А.Орлова, 1975; Г.А.Николаев, В.И.Лощилов, 1980). Она обеспечивает активацию репаративных процессов в биотканях очага инфекции и окружающих его тканях путем их поверхностного контактного высокоамплитудного озвучивания как непосредственно, так и через капиллярно-пористую технологическую прокладку, пропитанную раствором лекарственного вещества. При этом в поле мощного низкочастотного ультразвука инициируется комплекс физических, физико-химических и биологических процессов: поглощение ультразвука средой и ее нагрев (тепловой эффект), кавитация, акустические течения, знакопеременное звуковое давление, звукокапиллярные и звукохимические эффекты и пр., в свою очередь, влияющих на процессы, протекающие на границах раздела «волновод-инструмент-лекарственный раствор-биоткань», а также в гетерогенных системах биообъектов и биотканей, приводящих к качественной санации поверхности раны от остатков некротических масс, фибринных налетов, раневого детрита и пр., инактивации патогенной микрофлоры, экстракции патологического содержимого из очага инфекции, импрегнации вглубь биотканей лекарственных веществ, осесимметричному нагреву зоны контакта на границе раздела «волновод-инструмент-биоткань», виброволновому массажу на клеточном и тканевом уровне, ускорению регенерации биотканей очага инфекции и пр., что сокращает сроки лечения заболеваний при использовании доступных лекарственных средств.
2
3) Обработка биотканей полупроводниковыми светодиодами (В.В.Педдер, 1979; А.Б.Веселовскийи др., 2001; О.И.Ефанов, 2002 и пр.), излучающих в видимом спектре: красный, желтый, зеленый, синий и другие цвета, а также в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектрального диапазона. Основной мишенью воздействия светодиодного излучения видимого спектра является кожа, в районе поверхности, равной на 1 см, которой находится примерно 6500 капилляров, 200-300 болевых точек, 140-330 потовых желез, до 380 капиллярных желез, до 500 волосяных фоликулов, до 70000 белых отростчатых эпидермицитов, обусловливающих многообразие местных и системных реакций на облучение. Терапевтический эффект определяется, прежде всего, биохимическими и биофизическими изменениями в зоне воздействия на биоткани на клеточном уровне (Капа, 1981 и др.). Видимый свет поглощается хроматофорными (светопоглощающими) группами молекул белка и кислородом при участии меланина, гемоглобина, ферментов и пр. Светохимические реакции в биотканях инициируются возбуждением колебательных процессов в молекулах вещества и активацией возбуждения электронов атомов внешней энергией, равной или превышающей энергию молекулярных связей и атомарных процессов. Все типы возбуждения биологических молекул возникают при энергии кванта 0,1-5,0 эВ. В то же время известно, что энергия фотонов, например лазерного ИК-излучения, составляет 1,0-1,5 эВ, излучения видимого диапазона спектра 2,0-3,1 эВ, излучения УФ-диапазона спектра 3,2-12,4 эВ. Установленная идентичность эффектов лазерного и светодиодного облучения организма при сопоставимых энергетических и дозовых характеристиках обусловливает возможность использования излучения на основе применения полупроводниковых светодиодов и необходимость широкого внедрения цветовой светотерапии (фотохромотерапии) в здравоохранение. Показана избирательность протекания биологических процессов в зависимости от длины волны (цвета) воздействующего излучения. Установлено, что излучение различных длин волн оказывает разное, но системное влияние на течение патологических процессов при местном низкоэнергетическом облучении полупроводниковыми светодиодами (Н.В.Серов, 1993; Е.Ф.Левицкий, 1998).
Каждый компонент света - светодиодное излучение видимой части спектра: красного (λ=0,75-0,62 мкм), оранжевого (λ=0,62-0,586 мкм), желтого (λ=0,58-0,576 мкм), зеленого (λ=0,57-0,51 мкм), синего (λ=0,47-0,45 мкм), фиолетового (λ=0,450-0,40 мкм), а также ближнего инфракрасного (λ=0,98-0,76 мкм) и ультрафиолетового (λ=0,40-0,29 мкм) областей спектра - обладает специфическим действием и может применяться для лечения патологических состояний организма на той или иной стадии их развития. Данные о роли основных длин волн (цвета излучения), принятых в фотохромотерапии (Н.В.Серов, 1993; А.Б.Веселовский и др., 2001; О.И.Ефанов, 2002 и пр.), изложены ниже.
Инфракрасное (ИК) излучение ближнего диапазона (0,76-3,0 мкм) обладает большой проникающей способностью через кожу на глубину до 60-80 мм (контактная методика и умеренная компрессия мягких тканей), поглощается молекулами нуклеиновых кислот, белков, кислорода и активирует белоксинтезирующие системы клеток и теплообразование. Основная часть энергии поглощается поверхностным слоем тканей толщиной 10 мм (А.Р.Евстигнеев и др., 1987). Результат - расширение сосудов, усиление крово- и лимфотока, обмена белков и аминокислот, сопровождающихся уменьшением отека, удалением продуктов распада и аутолиза клеток, усилением метаболизма в тканях, пролиферацией клеток и пр. Показано при купировании болевых синдромов различного генеза вследствие блокирования проведения нервного импульса (аналгезирующий эффект), при лечении последствий травм, заболеваний опорно-двигательного аппарата, вялых параличей и парезов мышц, бурсита, ревматизма и пр.
Красное излучение - обладая хорошей проникающей способностью через кожу, поглощается молекулами ферментов дыхательной цепи (цитохромоксидаза, цитохром С), антиоксидантной системы (супероксиддисмутаза) и индукторов репаративной регенерации (щелочная фосфатаза). Активирует катаболитические процессы и фибробласты соединительной ткани, стимулируя репаративную регенерацию тканей очага инфекции. Снижает импульсную активность нервных проводников кожи и области очага инфекции, обеспечивая анальгетический эффект, а воздействуя на БАТ, стимулирует клеточный и гуморальный иммунитет. Красное излучение показано при лечении кожных заболеваний, герпеса, акне, послеоперационных ран, лимфедем, трофических язв, в том числе у больных с диабетом, ожогов, отморожений, неврологических заболеваний с болевым синдромом (миозиты, невралгии) и пр.
Желтое излучение - хорошо поглощается кожей и адсорбируется клетками, взаимодействуя с рецепторами и липидным слоем клеточных мембран эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов и пр., нормализует распределение электрического заряда по их поверхности с восстанавлением энергетического потенциала поврежденных мембран клеток и клеточного метаболизма. Повышает кислородсвязывающую способность эритроцитов и их деформабильность, улучшает микроциркуляцию крови и образование коллатералей с восстанавлением кровоснабжения тканей. Нормализует количество лейкоцитов, усиливает фагоцитоз, повышает местный и общий иммунитет. Желтое излучение обладает противовоспалительным, детоксикационным и анальгетическим эффектами. Показано при лечении ран, осложнений диабета, трофических язв, ожогов, кожных заболеваний и пр.
Зеленое излучение - поглощается флавопротеидами дыхательной цепи, белковыми комплексами ионов кальция с изменением клеточного дыхания в облучаемых тканях. Восстанавливает активность симпато-адреналиновой системы, угнетенной патологическим процессом, ослабляет интенсивность воспаления и аутоиммунных дефектов, снижает частоту пульса и величину артериального давления, уменьшает выход гистамина из нейтрофилов, уменьшает кожный зуд. Зеленое излучение показано в лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы (гипертоническая болезнь I и II стадии, облитерирующие заболевания периферических артерий, хроническая венозная недостаточность), вегетативных дисфункций нервной системы, гипертонуса поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры и пр.
Синее излучение - поглощается молекулами пиридиновых нуклеотидов гематопорфирина с активацией дыхательной цепи, способствующей усилению гликолиза и липолиза в клетках и ускоряющей процессы фотодеструкции билирубина до веществ, легко выводимых из организма и не оказывающих нейротоксического действия. Синее излучение активизирует венозное кровообращение и способствует лимфатической элиминации, снижает возбудимость нервных проводников кожи, уменьшая ее тактильную и болевую чувствительность (аналгезия). Показано в лечении заболеваний центральной и периферической нервной системы, нарушений пигментного обмена у новорожденных, лор-органов, кожи, вирусных гепатитах и пр.
Ультрафиолетовое излучение (УФ) - способно проникать через кожу и поглощаться кровью и лимфой (Е.Шуберт, 1998). Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме, усиливающих работу кроветворных органов, ретикулоэндотелиальной системы, вырабатывающей антитела, разрушающих чужеродные организму тела и микробы, вызывающих изменения сорбционных свойств поверхности эритроцитов, важных для осуществления кислородтранспортных и детоксикационных функций крови. УФ-облучение стимулирует образование витамина D из стероидных веществ, способствующего усвоению кальция, участвующему в свертывании крови, уплотнении клеточных и тканевых мембран, регулирующему активность ферментов и пр. УФ-излучение усиливает барьерные свойства кожи, улучшает гемодинамические показатели и образование коллатералей, повышает общий и местный иммунитет, обладает мощным обеззараживающим и стерилизующим эффектом и т.д. Показано при иммунодефицитах, в лечении воспалительных и кожных заболеваний, послеоперационных ран, трофических язв, ожогов и пр.
3
4) Озон/NО-содержащие лекарственные вещества (В.В.Педдер и др. 1985-2009; С.Риллинг, Р.Вибан, 1985; С.П.Перетягин, 1992; В.А.Максимов, 1998; А.Ф. Ванин, 1998; А.Б.Шехтер и др., 1998; К.В.Липатов и др., 2001; Г.И.Клебанов, 2003 и др.) - реализуют механизмы лечебного действия озона (О) и экзогенного оксида азота (NO) как в виде озон/NО-содержащей воздушной смеси, так и в ее комплексе с лекарственными растворами, например озон/NО-содержащий физиологический раствор, 5-10% озонид/NО-содержащая масляная эмульсия типа «масло в воде» или озонированное растительное масло, являющимися азеотропными по отношению к организму, т.е. ведущими себя как биологически чистые и совместимые с организмом вещества, одновременно воздействующими на многие патогенетические звенья заболевания (нарушение крово- и лимфообращения, диффузная гипоксия, анаэробный гликолиз, накопление токсичных окисленных радикалов и т.д.), заключающихся:
- в инициировании бактерицидного, фунгицидного и вирулицидного эффектов;
- в активации кислородзависимых процессов в организме, нормализации ПОЛ, кислотно-основного состояния и потенциала антиоксидантной системы, в увеличении деформируемости эритроцитов и кислороднотранспортной функции крови;
- в улучшении реологических свойств крови и лимфы, сосудистой трофики и тканевого обмена, нормализации микроциркуляторных нарушений в крово- и лимфосистемах;
- в стимулировании ангиогенеза, детоксикационного, иммунокоррегирующего, вазодилатирующего, оксигенационного, антигипоксического, анальгетического эффектов и пр.
Физиологический смысл комплексного воздействия на очаг инфекции энергиями теплового поля, низкочастотного ультразвука, излучения полупроводниковых светодиодов, излучающих как в видимых частях спектра, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектрального диапазона, а также озвучиваемых через технологическую прокладку или без нее озон/NО-содержащими лекарственными веществами, заключается в их импрегнации на большую глубину с поверхности тканей очага инфекции и насыщения ими собственно биотканей очага инфекции и тканей, прилежащих к ране, плазмы, межтканевой жидкости, крови и лимфы между поверхностью раны кожи и очагом поражения, а также тканей самого очага инфекции (создание долговременного депо лекарства как в тканях зоны очага инфекции, так и в организме в целом), в изменении в нужном направлении нарушенных функциональных и метаболических процессов, купировании ацидоза и эндогенной интоксикации и пр.
В целом эффекты, инициируемые комплексом вышеуказанных физических и физико-химических факторов на биоткани очага инфекции, реализуются по нескольким основным направлениям:
- санация и детоксикация тканей очага инфекции с экстракцией из них патологического содержимого;
- обеззараживание патогенной микрофлоры очага инфекции и прилежащих тканей;
- импрегнация лекарственного вещества вглубь тканей очага инфекции;
- активация местного и общего иммунитета;
- активация ангиогенеза и трофического обеспечения тканей очага инфекции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
- на Фиг.1 - общий вид устройства для осуществления комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (в сечении);
- на Фиг.2 - вид А устройства для осуществления комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (Фиг.1);
- на Фиг.3 - обозначение полупроводниковых светодиодов, излучающих как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра;
- на Фиг.4 - изображение контактной схемы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей;
- на Фиг.5 - изображение контактно-дистантной схемы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей;
- на Фиг.6 - изображение дистантной схемы термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей;
- на Фиг.7 - изображение примерной циклограммы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей путем воздействия на них непрерывными низкочастотным ультразвуком и светодиодным излучением, а также монотонно возрастающим тепловым потоком;
на Фиг.8 - изображение примерной циклограммы комплексной термо- и фото-хромоультразвуковой обработки биотканей путем воздействия на них прерывистыми низкочастотным ультразвуком и светодиодным излучением, а также практически монотонно возрастающим тепловым потоком (например, в режиме со скважностью 1:1);
- на Фиг.9 изображено осуществление контактной схемы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей;
- на Фиг.10 изображено осуществление контактно-дистантной схемы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей;
- на Фиг.11 изображено осуществление дистантной схемы комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей.
Устройство для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (Фиг.1-3) содержит: блок питания и управления 1, включающий в себя плату ультразвукового генератора колебаний низкочастотного диапазона (f=26,5 кГц или f=44,0 кГц), выполненный с возможностью непрерывной или прерывистой генерации ультразвука, и плату блока полупроводниковых светодиодов, излучающих как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра (на чертеже не показаны); акустическую систему 2, размещенную в несущем полимерном корпусе 3 (далее - несущий корпус 3), присоединенную к блоку питания и управления 1. Акустическая система 2 включает в себя электромеханический преобразователь (в виде пакетного пьезоэлектрического преобразователя продольного типа), состоящий из кольцевых пьезокерамических элементов 4 (например, материал ЦТБС-8, ПКВ-460, АРС и пр.), контактного электрода 5 и кольцевого фторопластового изолятора 6, сжатого составной отражающей накладкой 7 с центральным отверстием. Составная отражающая накладка 7 состоит из накидной гайки 7.1 (алюминиевый сплав) и опорного металлического диска 7.2 с кольцевым выступом 7.3, снижающим требования к строгой параллельности контактирующих при сжатии поверхностей, а также уменьшающим контактное трение-скольжение при вращении накидной гайки 7.1 относительно опорного диска 7.2, при затяжке кольцевых пьезокерамических элементов 4 и контактного электрода 5. Накидная гайка 7.1 отражающей накладки 7 соединена посредством резьбового соединения с входным торцом концентратора колебаний 8 (алюминиевый сплав), обеспечивая стягивание между собой элементов электромеханического преобразователя 4, 5 и 6. Концентратор механических колебаний 8 соединен через резьбовое соединение с волноводом-инструментом 9 (титановый сплав, например ВТ-5) с развитым излучающим торцом большой площади для контактной низкочастотной ультразвуковой обработки биотканей через технологическую прокладку 10 (2-4 слоя марли), пропитанную раствором озон/NО-содержащего лекарственного вещества. Излучающий волновод-инструмент 9 выполнен в виде тонкостенного односторонне выпуклого дискообразного излучателя, непрерывно или прерывисто генерирующим (после включения платы ультразвукового генератора блока питания и управления 1) ультразвуковое и тепловое поля. Волновод-инструмент 9 расположен осесимметрично центральной оси акустической системы 2 и соединен по своей внутренней образующей с концентратором механических колебаний 8, представляющим собой дискообразный коническо-цилиндрический элемент, снабженный со стороны большого основания полостью в виде параболоида вращения 11 (возможны другие геометрические формы излучающих поверхностей с общей параболической образующей), увеличивающим амплитуду колебаний до 20 мкм и выше. При этом на образующей малого диаметра цилиндрического концентратора механических колебаний 8 выполнена резьба для присоединения накидной гайки 7.1 отражающей накладки 7, сжимающей кольцевые пьезокерамические элементы 4 и контактный электрод 5 между ней и концентратором механических колебаний 8. Кроме того, устройство снабжено кольцевой матрицей 12 с закрепленными на ней радиально и равномерно распределенными полупроводниковыми светодиодами 13, излучающими как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, а также обеспечивающими возможность излучения как в непрерывном, так и в прерывистом режимах. Полупроводниковые светодиоды 13 установлены в соответствующих отверстиях заподлицо с плоскостью Б-Б торца несущего корпуса 3 и вне дискообразного излучателя волновода-инструмента 9. Расстояние L между плоскостью Б-Б и вершиной В односторонне выпуклого дискообразного излучателя волновода-инструмента 9 должно быть равным или несколько меньшим величины возможной деформации легко деформируемых со стороны кожного покрова биотканей (например, в области груди, живота, бедра и пр.), возникающей при наложении и перемещении по их поверхности, под собственным весом, излучающего волновода-инструмента 9 акустической системы 2, размещенной в несущем корпусе 3 в процессе реализации схем контактной (Фиг.4) или контактно-дистантной (Фиг.5) комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей. Указанное необходимо для инициирования эффекта усиления (до 40 раз) пропускания света в ткани очага поражения при легком сдавливании рассеивающих слоев мягких биотканей (Г.А.Аскарьян, 1982). Для реализации комплексной термо- и фотохромной обработки биотканей очага поражения и прилежащих тканей с расстояния применяют дистантную схему расположения устройства (Фиг.6).
Контактная схема (Фиг.4) комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей осуществляется наложением волновода-инструмента 9 акустической системы 2, размещенной в несущем корпусе 3, на кожную 14 или раневую поверхность 15 с обеспечением непосредственного контакта с ними как через прослойку раствора лекарственного вещества, так и без него. Акустическая система 2 может устанавливаться стационарно или с последующим ее перемещением в области патологически измененных тканей.
Контактно-дистантная схема (Фиг.5) комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей осуществляется наложением волновода-инструмента 9 акустической системы 2, размещенной в несущем корпусе 3, на кожную 14 или раневую поверхность 15 с обеспечением непосредственного контакта между ними через промежуточную технологическую прокладку 10, пропитанную раствором лекарственного вещества. Акустическая система 2 может устанавливаться стационарно или с последующим ее перемещением в области патологически измененных тканей.
Дистантная схема (Фиг.6) комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей осуществляется размещением акустической системы 2, помещенной в несущем корпусе 3, над кожной 14 или раневой поверхностью 15 с последующим ее перемещением над областью патологически измененных тканей.
Для исключения опасности избыточного облучения глаз пациента и врача, проводящего сеанс лечения с применением вышеуказанных схем комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей, перед включением в работу платы блока полупроводниковых светодиодов 13, относящихся к классу ярких и суперярких, устройство снабжено защищающим от открытого или отраженного излучения упруго деформируемым съемным защитным экраном 16, внутренняя поверхность которого способна отражать излучение. При этом защитный экран 16 устанавливается на оконечной части несущего корпуса 3 вблизи его торца.
При комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработке биотканей очага инфекции включенная в работу плата ультразвукового генератора блока питания и управления 1, сопряженного с акустической системой 2, обеспечивает возможность непрерывного или прерывистого генерирования механических колебаний низкочастотного ультразвукового диапазона с созданием соответствующего теплового поля, возникающего вследствие диссипации энергии ультразвука в акустической системе, на границе раздела «волновод-инструмент-биоткань» из-за разности их акустических сопротивлений, а также в озвучиваемых биотканях вследствие диссипации энергии ультразвука, прошедшей границу раздела «волновод-инструмент-биоткань».
Устройство может быть использовано путем применения различных циклограмм, например, представленных на Фиг.7 и 8, реализующих разные варианты и этапы лечения заболеваний, обеспечивающих совместное или раздельное применение того или иного фактора из общей группы физических и физико-химических факторов, воздействующих на патологически измененные ткани. Использование устройства для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (Фиг.1-11, см. Таблицу 1) в лечении больных с разными формами заболеваний, проводилось на базе Омского областного онкологического диспансера в 2007-2010 гг.
Работа устройства для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей представлена на примере комплексного лечения больных с хронической формой артроза.
ПРИМЕР. Больной Н., 42 года. Диагноз: Ревматоидный артрит с преимущественным поражением коленных суставов. Двухсторонний гонартроз II степени в стадии обострения.
После обследования пациента и уточнения диагноза, назначены стероидные противовоспалительные препараты в стандартной дозировке, инфузионная терапия сосудистыми препаратами. Лечение проводилось в дневном стационаре. Дополнительно в комплексе к назначенному лечению пациенту проводилась термо- и фотохромо-ультразвуковая терапия на область коленных суставов с выбором непрерывной и прерывистой циклограмм воздействия на область коленных суставов, сухожилий квадрицепсов бедер, мышц задней группы бедер и верхнюю часть икроножных мышц в месте их сухожильных креплений. При этом осуществлялась многоэтапная медицинская технология лечения с применением терапевтического аппарата «Рамис-ММ» («НПП «Метромед», г.Омск) и аппарата для газовой озон/NO-терапии «Озотрон» («НПП «Метромед», г.Омск). Перед проведением процедуры лечения пациент располагался в удобной для него позе в положении «сидя» или «лежа».
На первом этапе лечения ревматоидного артрита, в отсутствие поражений кожного покрова 14, в проекциях измененных процессом сустава, мышц и сухожилий, осуществляют нагрев кожи этих поверхностей и прогрев подлежащих тканей до температуры порядка 40-45°С в течение 1 или 2 минут (экспозиция 1 минута используется при лечении детей и пациентов с атрофией кожного покрова 14) с использованием контактной схемы термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (Фиг.4 и 9), а также циклограммы видов воздействия (Фиг.7), предусматривающей непрерывный режим воздействия физическими факторами: низкочастотный ультразвук, светодиодное излучение, тепловое поле. Для этого на кожную поверхность 14 (в пределах заинтересованных зон) наносят лекарственный раствор, например 5-10% озон/NO-содержащую масляную эмульсию типа «масло в воде» (или без нее). Контактно устанавливают на нее волновод-инструмент 9 акустической системы 2, размещенной в несущем корпусе 3 с защитным экраном 16 (для защиты глаз пациента и врача от прямого и отраженного излучения ярких или суперярких светодиодов 13), а затем включают блок питания и управления 1. В режиме «ожидание» включают в работу плату ультразвукового генератора колебаний низкой частоты и плату блока полупроводниковых светодиодов, могущих обеспечивать излучение как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Выбирают длину волны (цвет) воздействующего излучения в зависимости от стадии развития и выраженности заболевания, а также экспозицию воздействия светодиодным и ультразвуковым излучениями. На данном этапе, в первые 7 сеансов, используют последовательно инфракрасное и красное излучения полупроводниковых светодиодов, а в последующие (до конца лечения - еще 7 сеансов) - зеленое светодиодное излучение. Включением режима «пуск-работа» осуществляют термо- и фотохромо-ультразвуковую обработку биотканей озвучиванием, облучением излучением полупроводниковых светодиодов, а также разогревом тканей в области озвучивания до гиперемии за счет поглощения энергии ультразвука в системе «волновод-инструмент-биоткань» и энергии фотонов инфракрасного излучения, обладающих большой проникающей способностью. Комплексное воздействие этими физическими факторами распространяется не только на тонко дифференцированные кожные экстерорецепторы, но и на более глубоко лежащие рецепторные аппараты- проприорецепторы, рецепторы сухожилий, интерорецепторы сосудов и пр., что определяет характер, степень и своеобразие возникающих рефлекторных ответов. При осуществлении термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки обеспечивают контакт волновода-инструмента 9 с кожной поверхностью 14 (под его собственным весом) и осуществляют им линейные или круговые перемещения в области патологически измененных тканей, в том числе по ходу течения крови в венах, а лимфы к лимфатическим узлам, включая участки скопления подколенных и паховых лимфатических сосудов с исключением их травматизации. По окончании выбранной временной экспозиции непрерывной циклограммы (Фиг.7) устройство автоматически отключается.
На втором этапе лечения ревматоидного артрита на подготовленную разогревом кожную поверхность 14 укладывают «захолаживающую» (комнатная температура порядка 20-25°С) технологическую прокладку 10, пропитанную озон/NO-содержащим физиологическим раствором или 5-10% озон/NО-содержащей масляной эмульсией типа «масло в воде» (Фиг.5 и 10), затем контактно-дистантно (через прокладку 10) на кожную поверхность 14 устанавливают волновод-инструмент 9 акустической системы 2, размещенной в несущем корпусе 3. Затем выбирают временную экспозицию (одна или две минуты, обоснование см. выше) прерывистой циклограммы (Фиг.8) воздействия физическими факторами на область патологически измененных тканей, а также вид используемого светодиодного излучения, которым для второго этапа лечения (в течение всех 14 сеансов) являются желтое и синее светодиодные излучения (включаются последовательно по 30 или 60 секунд). Включением режима «пуск-работа» осуществляют термо- и фотохромо-ультразвуковую обработку биотканей озвучиванием и облучением полупроводниковыми светодиодами, а также разогревом тканей в области озвучивания до гиперемии за счет поглощения энергии ультразвука и энергии фотонов желтого и синего светодиодных излучений, обладающих противовоспалительным, анальгетическим и детоксикационным эффектами. При этом осуществляют линейные и круговые перемещения волновода-инструмента 9 акустической системы 2 в области патологически измененных тканей, в том числе и по ходу течения крови в венах, а лимфы к лимфатическим узлам, включая участки скопления подколенных и паховых лимфатических сосудов, избегая их травматизации. По окончании реализации выбранной временной экспозиции прерывистой циклограммы (Фиг.8) устройство автоматически отключается, технологическую прокладку 10 снимают.
На заключительном третьем этапе лечения ревматоидного артрита осуществляют дистантную схему термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей (Фиг.6) путем размещения акустической системы 2, помещенной в несущем корпусе 3 над кожной поверхностью 14 на оптимальном расстоянии порядка 10-70 мм. Выбирают временную экспозицию (одна или две минуты, обоснование см. выше) прерывистой циклограммы (Фиг.8) воздействия физическими факторами на область патологически измененных тканей, а также вид используемого светодиодного излучения. На данном - третьем этапе лечения в первые 7 сеансов используют ультрафиолетовое излучение, а в последующие 7 сеансов до конца лечения - последовательно желтое и красное светодиодное излучения. Включением режима «пуск-работа» осуществляют фотохромную обработку биотканей излучением полупроводниковых светодиодов при перемещении акустической системы 2, помещенной в несущем корпусе 3 с защитным экраном 16, в течение 1 или 2 минут над областями проекций измененных патологическим процессом сустава, мышц и сухожилий (Фиг.6 и 11). По окончании выбранной временной экспозиции непрерывной и прерывистой циклограмм фотохромной обработки биотканей (Фиг.7 и 8) устройство автоматически отключается, а аппараты «Рамис-ММ» и «Озотрон» выключают из сети.
За курс лечения проведено 14 сеансов лечения. Начиная с 5-6 сеансов лечения отмечено улучшение состояния больного, проявившееся в виде снижения болевого синдрома, увеличения амплитуды движений в коленных суставах, исчезновения чувства напряжения в сухожилиях мышц задней группы бедер. К концу лечения больной снизил количество принимаемых НПВС, при этом дополнительных введений в сустав препаратов глюкокортикостероидов не потребовалось. Пациенту показано динамическое наблюдение у терапевта по месту жительства и при необходимости - повторение курса лечения.
Лечение заболеваний суставов по изложенной выше многоэтапной медицинской технологии с применением предложенного устройства для комплексной термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей может сочетаться с назначением лекарственных препаратов или может быть использовано как самостоятельный метод физиотерапии. Длительность курса лечения составляет от 8 до 20 процедур, проводимых как ежедневно, так и через день, и зависит от клинической формы и стадии заболевания суставов, а также от распространенности воспалительного процесса в суставных тканях и оружающих их тканях. Повторный курс лечения можно проводить не ранее 3 месяцев после предыдущего.
Предложенное техническое решение позволяет реализовать высокоэффективные методы лечения с применением разных схем термо- и фотохромо-ультразвуковой обработки биотканей с использованием комплекса патогенетически обоснованных и биотропных видов энергетического и вещественного воздействия на измененные процессом ткани и очаги инфекции: непрерывными или прерывистыми низкочастотным ультразвуком и светодиодным излучением разных длин волн, а также практически монотонно возрастающим тепловым потоком на границе раздела «волновод-инструмент-биоткань». При этом созданное более простым и высокотехнологичным в изготовлении, из доступных недорогих и легких конструкционных материалов, многофункциональное устройство обеспечивает в 2-3 раза более высокую амплитуду колебаний волновода-инструмента, имеющего большую площадь излучающего торца, по сравнению с устройством-прототипом. Кроме того, предлагаемое устройство реализует комплексное или по-отдельности непрерывное или прерывистое воздействие на очаг инфекции контактным высокоамплитудным ультразвуком низкой частоты, тепловым излучением, излучением полупроводниковых светодиодов, излучающими как в видимой области спектра: красный, желтый, зеленый, синий цвета, так и в ближних инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра в сочетании с высокоактивными озон/NО-содержащими лекарственными веществами, в целом способствующими подавлению патогенной микрофлоры, санации пораженных процессом тканей и очагов инфекции, а также импрегнации в них лекарственных веществ, инициирующими активную регенерацию биотканей и, следовательно, сокращающей сроки лечения больных с разными формами заболеваний (см. Таблицу), как правило, трудно поддающимися лечению традиционными методами.
К настоящему времени выполненные опытные образцы устройства, входящие в состав вновь разработанного на «Научно-производственном предприятии «Метромед» (г.Омск) аппарата физиотерапевтического «Рамис-ММ», прошли успешную клиническую апробацию в комплексе с аппаратом для газовой озон/NО-терапии «Озотрон» («НПП «Метромед», г.Омск). В установленном МЗиСР РФ порядке для организации его серийного производства разработаны конструкторская документация, проект ТУ и ПС, Методические рекомендации по применению, а также проведены государственные приемочные испытания аппарата физиотерапевтического «Рамис-ММ».
Источники информации
1. Педдер В.В., Овчинников Ю.М., Костюченок Б.М. и др. «Способ обработки инфицированных ран». / Заявка на изобретение N4617248/14 от 24.10.1988.
2. Жаров В.П. и др. Разработка фотоультразвуковой технологии для лечения инфицированных процессов // Российская научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья». - М.: МГТУ, 2000. - С 45-46.
3. Патент РФ 2297849 «Способ липосакции и устройство для его осуществления», кл. А61M 1/00, A61М 37/00, 2005.