Способ формирования выходного сигнала для электрохирургического воздействия на биологические ткани и устройство для его осуществления

Способ формирования выходного сигнала для электрохирургического воздействия на биологические ткани и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в хирургии для рассечения и коагуляции мягких тканей организма.

Радиоволновая хирургия - это уникальный бесконтактный метод разреза и коагуляции мягких тканей с помощью радиоволн высокой частоты. Рассекающий эффект достигается за счет тепла, выделяемого при протекании высокочастотного тока. Высокочастотная энергия концентрируется на кончике "активного" или "хирургического" электрода и вызывает разогрев тканей, испаряя внутриклеточную жидкость и разлагая высокомолекулярные составляющие тканей. Кроме того, техника радиохирургии полностью исключает болезненные сокращения мышц или стимуляцию нервных окончаний при прохождении волн через тело пациента (эффект Фарадея).

Известен способ формирования выходного сигнала электрохирургического устройства, включающий формирование управляемого импульса возбуждения с помощью высокочастотного генератора, усиление и последующую подачу на биологический объект при его коагуляции или рассечении, установку частоты повторения колебаний (Патент РФ №2204958, МПК А 61 В 18/12, публ. 2003 г.).

Недостатком этого способа является то, что форма импульса не является оптимальной для режима коагуляции, что увеличивает деструкцию тканей и ведет к довольно высокой травматичности. В режиме рассечения присутствует эффект коагуляции.

Известен способ формирования выходного сигнала электрохирургического устройства путем формирования импульса возбуждения высокочастотного генератора, его модулирования, усиления и установки модулированного высокочастотного напряжения на выходе электрохирургического устройства в режимах рассечения и коагуляции, при этом в режиме рассечения формируют импульсы тока прямоугольной формы (а.с. 1410959, МПК А 61 В 18/12, 1988 г.).

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет оптимизировать процесс деструкции мягких тканей в широком диапазоне изменений импенданса тканей, т.к. поддержание постоянной выходной мощности по предлагаемой схеме позволяет оптимизировать процесс деструкции лишь на ограниченном интервале изменения импенданса тканей.

Известно электрохирургическое устройство, содержащее генератор высокочастотных импульсов, соединенный с ним модулятор, усилитель, устройство управления (Патент США №5267997, кл. А 61 В 18/12, 1993 г.).

Недостатком этого устройства является то, что его конструктивные особенности, а именно отсутствие функционального генератора, выход которого соединен с модулятором, не позволяет сформировать необходимую форму импульса тока, которая является оптимальной в режиме коагуляции для щадящей деструкции тканей. В режиме рассечения присутствует эффект коагуляции. Кроме того, отсутствует необходимое поддержание температуры, требуемое для точного дозирования энерговыделения в области взаимодействия с биотканью.

Задача предлагаемого изобретения - устранить указанные недостатки, обеспечить полноценную коагуляцию в глубине ткани при ее минимальной деструкции на поверхности и оптимизировать электрохирургическое воздействие при рассечении тканей за счет точного поддержания величины температурного режима путем регулируемого дозирования энерговыделения и оптимизации формы импульсов, снизить травматичноность.

Для решения этой задачи в способе формирования выходного сигнала электрохирургического устройства путем формирования импульса возбуждения высокочастотного генератора, его модулирования, усиления и установки модулированного высокочастотного напряжения на выходе электрохирургического устройства в режимах рассечения и коагуляции, при этом в режиме рассечения формируют импульсы тока прямоугольной формы, предложено на выходе электрохирургического устройства устанавливать высокочастотное напряжение от 100 до 2000 В, длительность импульса 5-500 мкс, частоту следования 500-2000 Гц, а в режиме коагуляции формировать импульсы тока с падающей по величине амплитудой, которую устанавливают по зависимости

где K₁=(45-55) и К₂=(20-30) - коэффициенты, определяющие форму импульса, Т - длительность импульса, t - текущее время.

Кроме того, в режиме рассечения на выходе электрохирургического устройства устанавливают высокочастотное напряжение от 400 до 2000 В, длительность импульса 5-100 мкс, а в режиме коагуляции на выходе электрохирургического устройства устанавливают высокочастотное напряжение от 100 до 300 В, длительность импульса 100-500 мкс.

Для осуществления способа предложено электрохирургическое устройство, содержащее генератор высокочастотных импульсов, соединенный с ним модулятор, усилитель, устройство управления, дополнительно снабдить функциональным генератором, при этом модулятор ввести между генератором и усилителем, второй вход модулятора соединить с выходом функционального генератора, причем устройство управления выполнить в виде блока выбора режима и панели управления, выходы которого соединить со входами функционального генератора.

Для обоснования новизны использования в электрохирургических скальпелях радиочастотного тока в импульсно-периодическом режиме с большой пиковой амплитудой и короткой длительностью приведем сравнение этого режима с хорошо известным в лазерной хирургии режимом использования гигантских импульсов. В этом случае при большой пиковой мощности энерговыделения за времена короче времени ухода тепла из области взаимодействия в последней происходит быстрое вскипание воды и термическое разложение высокомолекулярных составляющих биотканей. Если времена энерговлажения короче или сравнимы со временем релаксации давления образовавшихся паров и продуктов разложения из области взаимодействия, то избыточное давление образующихся газов производит разрыв тканей при минимальной их коагуляции. При достаточно высокой частоте следования импульсов серия одиночных разрывов тканей формирует непрерывный разрез. Физика такого взрывного рассечения тканей слабо зависит от механизма энерговыделения в области взаимодействия - поглощение лазерного излучения или разогрев высокочастотным током. Подобный режим рассечения тканей отличается минимальным коагулирующим эффектом.

В отличие от используемых в настоящее время в зарубежной практике аппаратов, в режиме коагуляции предполагается использовать сложный режим подачи тока, а именно вместо прямоугольного импульса тока использовать импульс с падающей во времени амплитудой тока. Если в первом случае температура коагуляции достигается только к концу импульса тока, то во втором случае за счет выбора закона падения амплитуды тока она может быть близка к ней практически за все время действия импульса. Это весьма важно, поскольку приводит к меньшему прогреву окружающих тканей и их термическому травматизму. Заметим также, что режим коагуляции требует точного поддержания величины температуры, что в свою очередь требует точного дозирования энерговыделения в области взаимодействия.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - диаграмма напряжений выходного сигнала на активном электроде в режиме рассечения; на фиг.3 - диаграмма напряжений выходного сигнала на активном электроде в режиме коагуляции.

Электрохирургический аппарат состоит из задающего ВЧ генератора 1, подключенного на вход модулятора 2, выход которого идет на усилитель мощности 3. Выход усилителя мощности через устройство гальванической развязки 4 связан с пассивным и активным электродами 5, 6 рабочего инструмента. На второй вход модулятора подается сигнал с функционального генератора 7, при этом входы последнего соединены со входами устройства управления 8, в которое входят блок выбора режима 9, и панелью управления и индикации 10.

Способ формирования сигнала с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Сигнал с генератора высокочастотных колебаний 1 частотой 2,64 МГц поступает на первый вход модулятора 2, на второй вход которого приходит сигнал с функционального генератора 7. Модулятор преобразует непрерывные ВЧ колебания генератора в импульсно-модулируемые, форма огибающей высокочастотного сигнала определяется режимом работы аппарата и генерируется функциональным генератором 7. Устройство выбора режима позволяет задать следующие режимы работы аппарата (см. фиг.2, 3). Эти режимы выбирает хирург в зависимости от поставленной задачи. То есть функциональный генератор 8, управляя модулятором 2, позволяет получить на активном электроде 6 радиочастотные импульсы, представленные на фиг.2, 3. Блок выбора режима 8 позволяет также регулировать длительность и частоту повторения импульсов в зависимости от поставленной задачи. Радиоимпульсы с формой фиг.2, предназначены для работы в режиме щадящей коагуляции, форма их устанавливается по предлагаемой зависимости, а с формой фиг.3 - для работы в режиме гигантских импульсов. В этом случае при большой пиковой мощности энерговыделения за времена короче времени ухода тепла из области взаимодействия в последней происходит быстрое вскипание воды и термическое разложение высокомолекулярных составляющих биотканей. Если времена энерговлажения короче или сравнимы со временем релаксации давления образовавшихся паров и продуктов разложения из области взаимодействия, то избыточное давление образующихся газов производит разрыв тканей при минимальной их коагуляции. Блок выбора режима 8 позволяет также регулировать длительность и частоту повторения импульсов в зависимости от поставленной задачи.

Выходной сигнал с усилителя мощности через устройство гальванической развязки приходит на активный 6 и пассивный 5 электроды рабочего инструмента. Пассивный электрод 6 служит для отвода высокочастотного выходного сигнала от биологического объекта (оперируемой ткани) и для снижения плотности тока при этом.

Конкретный пример осуществления способа.

Пример.

Больной Г. 46 лет, и/б №11699, поступил в ЛОР-отделение 20.06.04 с диагнозом: Новообразование гортани. Стеноз гортани 1 степени. 22.04.04 под местной инфильтрационной анестезией произведена трахеотомия. На операции мы применяли электрохирургический высокочастотный аппарат. Использовали электрод игла. Для рассечения кожи была выбрана частота 2000 Гц, длительность импульса прямоугольной формы 20 мкс, напряжение 400 В. Для отсепаровки мягких тканей уровень напряжения поднимали до 450 В. Для рассечения хрящей гортани повышали уровень напряжения до 600 В. Величины формирования выходного сигнала устройства корректируются врачом в зависимости от биоткани и опыта врача при визуальном контроле. Операция протекала почти бескровно и поэтому достаточно быстро. Кровоточащие сосуды коагулировали электроволной на зажиме. Послеоперационное течение раневого процесса гладкое. Заживление раны мы наблюдали на 7-е сутки. Швы сняты на 9-е сутки. При контрольном осмотре 05.07.04 реактивных явлений нет, края стомы ровные.

Нами выполнено 12 ларинготрахеопластик. При ларинготрахеопластике мы производили схожие действия, что и при трахеотомии. С теми же параметрами разрезали кожу, подкожную клетчатку, соединительно-тканные образования, мышечные ткани, хрящи трахеи. Мы использовали электроды игла и нить. При данных операциях часто приходится иметь дело с хорошо развитой рубцовой тканью. Для рассечения рубцов применяли высокое напряжение до 420-650 В при наименьшей длительности импульсов 10 мкс.

Клинические испытания проводили на базе ЛОР-отделения МОНИКИ. Была отобрана группа больных с различными заболеваниями верхних дыхательных путей и уха, у которых было возможно проводить длительное катамнестическое наблюдение. Всего больных было 37 человек, срок наблюдения до 6 месяцев, женщин 21, мужчин 16. Дети составили 4 человека. Вмешательства с применением электрохирургического высокочастотного аппарата проводились стационарно и амбулаторно. Под местной и под общей анестезией.

При лечении вазомоторного ринита мы производили деструкцию нижних носовых раковин при помощи радиоволнового электрохирургического метода у 10 больных. Выбирали электрод лопатка, игла или нить. Электрод вводили под слизистую оболочку нижней носовой раковины.

Коагулировали ткани при напряжении до 300 В, частота следования импульсов - 1000 Гц, длительность импульса - 200 мкс, коэффициенты К₁ и К₂ равны 47 и 23 соответственно. Величина коэффициентов определяется эмпирически; настройкой функционального генератора устанавливается необходимая форма импульсов визуально (фиг.2). Наблюдалось сокращение носовой раковины, слизистая оболочка приобретала беловатый оттенок. Из всего числа вмешательств 8 выполнено под местной анестезией и 2 под общей анестезией.

Радиочастотное электрохирургическое воздействие мы использовали при закрытии ларинготрахеальных и трахеоэзофагеальных дефектов. Всего таких операций сделано 19. С помощью радиоволнового электротока производили разрез кожи и подкожной клетчатки. Высокочастотной электроволной мы отсепаровывали мягкие ткани с мобилизацией кожных лоскутов. Нами использовались электроды игла и нить. Для разреза кожи на электрохирургическом генераторе мы устанавливали наименьшее напряжение порядка 400 В, устанавливали режим с длительностью импульсов 10-30 мкс, при частоте следования 1000 Гц. При рассечении мягких тканей приходилось иметь дело в основном с рубцовыми тканями. Поэтому мы увеличивали мощность воздействия. Напряжение электроволны повышали до 510-540 В, длительность импульсов - 30 мкс. Увеличение мощности позволяло ускорять разрезание.

Важной областью применения цифроаналоговых преоборазователей (ЦАП) является синтез аналоговых сигналов необходимой формы. В последние годы получили развитие системы прямого цифрового синтеза сигналов, обеспечивающие высокую точность задания частоты и начальной фазы сигналов, а также высокую верность воспроизведения их формы. Более того, эти системы позволяют генерировать сигналы большого многообразия форм, в том числе и форм, задаваемых пользователем.

Функциональный генератор выполнен на базе программируемого микроконтроллера PIC16C54A-20/P фирмы MICROCHIP, в состав которого входит 10-разряднный ЦАП. Он осуществляет формирование сигналов нужной формы. Все вышеперечисленные функции реализованы программно. Функциональный генератор может быть выполнен и на дискретных элементах (Журнал «Радио-хобби» N5 2000 г., стр 79-80).

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают повышение эффективности рассечения и коагуляции биологических тканей, при этом обеспечивается минимальная кровопотеря, значительно снижается травматичность, возможность возникновения послеоперационных осложнений, что существенно сокращает сроки выздоровления пациентов.

1. Способ формирования выходного сигнала электрохирургического устройства путем формирования импульса возбуждения высокочастотным генератором, его модулирования, усиления и установки модулированного высокочастотного напряжения на выходе электрохирургического устройства в режимах рассечения и коагуляции, при этом в режиме рассечения формируют импульсы тока прямоугольной формы, отличающийся тем, что на выходе электрохирургического устройства устанавливают высокочастотное напряжение от 100 до 2000 В, длительность импульса - 5-500 мкс, частоту следования 500-2000 Гц, а в режиме коагуляции формируют импульсы тока с падающей по величине амплитудой, которую устанавливают по зависимости

где K₁=45-55 и К₂=20-30 - коэффициенты, определяющие форму импульса, Т - длительность импульса, t - текущее время.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме рассечения на выходе электрохирургического устройства устанавливают высокочастотное напряжение от 400 до 2000 В, длительность импульса - 5-100 мкс.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме коагуляции на выходе электрохирургического устройства устанавливают высокочастотное напряжение от 100 до 300 В, длительность импульса - 100-500 мкс.

4. Электрохирургическое устройство, содержащее генератор высокочастотных импульсов, соединенный с ним модулятор, усилитель, устройство управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено функциональным генератором, при этом модулятор введен между генератором и усилителем, второй вход модулятора соединен с выходом функционального генератора, причем устройство управления выполнено в виде блока выбора режима и панели управления, выходы которого соединены со входами функционального генератора.