Свч-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма

Свч-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано в медицине для разрушения патологически измененных тканей тела человека в виде новообразований и других патологий.

Известны различные устройства для СВЧ-воздействия, в состав которых входят медицинские микроволновые излучатели, антенные зонды, насадки и другие необходимые узлы в виде генератора, согласующих элементов, разъемов, волноводов и т.д. [авторские свидетельства SU на изобретения № 1607827, № 1819635, патенты RU на изобретения № 2015699, 2086270].

Известно также устройство для осуществления способа микроволновой диатермокоагуляции биоткани, работающее в СВЧ-диапазоне на частоте 2,4 ГГц [патент RU на изобретение №2318465], содержащее подключенный к микроволновому генератору излучатель. Последний выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, образующего рабочую часть и включающего внешний и выступающий внутренний проводники с изоляцией между ними. На конце внутреннего проводника прикреплен основанием металлический наконечник, выполненный в виде полусферы. Излучатель установлен с зазором в радиопрозрачном катетере. Рабочая часть покрыта слоем диэлектрика с толщиной, равной толщине внешнего проводника коаксиальной линии.

Однако для обеспечения работы данного устройства необходимо введение в патологические ткани 20-25% раствора NaCl объемом, равным объему разрушаемой ткани. Процесс наполнения раствором патологической ткани может привести к проникновению ее в непораженные ткани. Работа устройства без использования раствора может привести к пробою с неконтролируемыми высокотемпературными процессами. Нагрев патологической ткани происходит через нагрев раствора путем постепенного распространения тепла в растворе - процесс термовоздействия на разрушаемую ткань сложно контролируем.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является «Устройство для электромагнитной терапии» [патент RU на изобретение № 2209096], содержащее антенный узел, радиометрический приемник, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора, генератор прямоугольных импульсов, индикатор и детекторный узел. Антенный узел выполнен в виде монополь-вибратора, представляющего собой миниатюрный излучатель СВЧ-диапазона, смонтированный на иглодержателе, в котором закреплена пункционная игла с центральным проводником, проходящим через согласующую муфту. Антенный узел соединен через согласователь, связанный с выходом первичной линии рефлектометра и СВЧ-усилителем, с СВЧ-генератором. К выходам плеч вторичной линии рефлектометра подключены детекторные секции детекторного узла, связанные выходами через аналоговый делитель с контроллером. Последний подключен восьмиразрядной шиной к согласователю и включает генератор прямоугольных импульсов. Импульсы подведены на вход широтно-импульсного модулятора и вход радиометрического приемника. Выход радиометрического приемника связан с входом радиотермометра с возможностью передачи сигналов на контроллер и индикатор скорости изменения температуры. Клавиатура подсоединена к управляющему входу СВЧ-генератора.

Однако в данном устройстве диаметр диэлектрического согласующего перехода в виде согласующей муфты значительно превышает диаметр монополь-вибраторной антенны (см. чертеж указанного патента RU на изобретение № 2209096), что затрудняет ввод и вывод устройства из патологической ткани. Кроме того, возможен ожог обрабатываемой ткани по причине несовершенства контроля температуры внутри обрабатываемой области, так как и воздействие, и контроль за ним осуществлены в одном СВЧ-диапазоне, хотя и на разных частотах.

Задачей заявляемого изобретения является исключение возможности внутритканевого ожога при устранении новообразования вокруг него.

Сущность данного изобретения характеризуется тем, что СВЧ-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма выполнено в виде троакара из металлической трубки с мандреном и СВЧ-волноводом, при этом СВЧ-волновод и мандрен выполнены протяженными коаксиально внутри и вдоль металлической трубки с возможностью поочередного введения и выведения их из нее; на дистальной стороне СВЧ-волновода размещены диэлектрический согласующий переход, выполненный из материала с плавно увеличивающейся величиной диэлектрической проницаемости от 2 до 7 единиц, и монополь-вибраторная антенна, имеющая с дистального края участок стаканообразной формы, обращенный днищем наружу от дистального конца СВЧ-волновода, а открытой частью - к проксимальному концу; на проксимальном конце СВЧ-волновода размещен согласующий управляемый модуль с коаксиально-полосковыми переходами, подключенный к СВЧ-генератору через фидер, имеющий с двух сторон СВЧ-разъемы, соответсвующие ответным частям СВЧ-разъемов согласующего управляемого модуля и СВЧ-генератора, причем фидер, СВЧ-волновод, диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторная антенна полностью заполнены СВЧ-диэлектриком, стенки и днище участка стаканообразной формы монополь-вибраторной антенны выполнены металлическими, днище имеет форму эллипсоида.

Заявляется также СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, которое имеет ИК-световод, размещенный внутри СВЧ-волновода, одним концом пропущенный со стороны проксимального конца СВЧ-волновода внутри его диэлектрика последовательно сквозь диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторную антенну, а другим концом входящий в согласующий управляемый модуль, смонтированный на диэлектрической подложке из СВЧ-диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ≈30, в котором выполнен канал для укладки проходящего ИК-световода, выходящего наружу и через оптический разъем соединяемого с ИК-термографом.

Заявляется также СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, в котором ИК-световод выполнен в виде кварцевой цилиндрической протяженной нити, легированной соединениями лантана, диаметром до 0,1 мм.

Заявляется также СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, внешний диаметр СВЧ-волновода которого составляет порядка 1,5-2,5 мм.

Заявляется также СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, СВЧ-волновод которого выполнен с возможностью пропускания мощности СВЧ-излучения порядка 5-18 Вт.

Кроме того, заявляется СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, которое имеет набор неразъемных СВЧ-блоков, включающих последовательно соединенные согласующий управляемый модуль, СВЧ-волновод, диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторную антенну, с протяженностью участков согласующего диэлектрического перехода и монополь-вибраторной антенны под конкретный вид патологии.

Заявляется также СВЧ-устройство с вышеописанными признаками, в котором протяженность монополь-вибраторной антенны L≈λ_ε/4 или L≈5λ_ε/8, где λ_ε - длина волны СВЧ-излучения в биологической ткани новообразования.

Технический результат данного изобретения.

В отличие от наиболее близкого аналога заявляемое решение имеет возможность осуществить доступ к тканям любой плотности, в том числе хрящевой и костной. Это достигнуто введением в устройство троакара с внутри входящим мандреном (или стилетом для костной ткани). В отличие от наиболее близкого аналога диэлектрический согласующий переход на дистальной стороне монополь-вибраторной антенны не препятствует введению ее в зону СВЧ-воздействия, поскольку диаметры монополь-вибраторной антенны и диэлектрического согласующего перехода одинаковы, в то время, как в наиболее близком аналоге диаметр диэлектрического согласующего перехода был более чем в два раза больше, чем диаметр монополь-вибраторной антенны. Переход к более компактной геометрии диэлектрического согласующего перехода стал достижим в заявляемом СВЧ-устройстве за счет использования особого материала СВЧ-диэлектрика - с плавно изменяющейся относительной диэлектрической проницаемостью. Это приводит к значительному расширению диапазона частот согласования и более плавным вариациям напряженности СВЧ-поля вокруг диэлектрического согласующего перехода и монополь-вибраторной антенны. С медицинской стороны это уменьшает вероятность внутритканевого СВЧ-пробоя. Другая техническая проблема, нерешенная в наиболее близком аналоге - превышение СВЧ-энергии, концентрирующейся на дистальном конце устройства - в монополь-вибраторной антенне, а именно на ее конце, могла привести к ожогу ткани при использовании СВЧ-мощностей более 5 Вт. Эта проблема устранена в заявленном решении формой монополь-вибраторной антенны в виде полого открытого стакана в проксимальную сторону с днищем на краю дистального конца с формой эллипсоида. Бегущая волна СВЧ-излучения, попадая в стакан, достигает коротко замыкающего днища, где электрическая компонента электромагнитной волны равна 0. Волна отражается от коротко замыкающей стенки обратно. Так как форма монополь-вибраторной антенны - протяженный открытый стакан в обратную сторону, то отраженная волна при своем движении назад распределяется вокруг образующей вытянутого стакана и диэлектрического согласующего перехода на глубину, сравнимую со скин-слоем проникновения СВЧ-излучения в ткань. Область максимальной мощности излучения в данном, заявляемом случае - грушеобразной формы с основанием на дистальном краю. Радиус в сечении этой фигуры превышает величину λ_ε/4, где λ_ε - длина волны СВЧ-излучения в обрабатываемой ткани. Мощность СВЧ-излучения за пределами зоны обработки вокруг не превышает 15% от всей величины падающей СВЧ-мощности. Причем ореолы распространения этой мощности при дальнейшем распространении снижаются и не превышают 1% от величины падающей мощности. Данные получены аналитическими расчетами и подтверждены лабораторными испытаниями. Кроме того, неодинаковая, плавно меняющаяся величина диэлектрической проницаемости диэлектрического согласующего перехода в свою очередь оказывает выравнивающее влияние на величину напряженности электрической компоненты СВЧ-излучения, что уменьшает вероятность внутритканевого ожога. Технический прием введения ИК-световода в заявляемое устройство позволил осуществить функцию контроля за динамикой температуры в зоне обработки ткани в процессе работы СВЧ-облучением и, соответственно, регулировать процесс с помощью ИК-термографа, соединенного через оптический разъем с волоконно-оптической линией. Данное регулирование возможно изменением задаваемых параметров СВЧ-сигнала с СВЧ-генератора.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг.1-2, на которых показано: на Фиг.1 - схематичное изображение СВЧ-устройства в целом для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма; на Фиг.2 - схематичное изображение неразъемного СВЧ-блока. На Фиг.1-2 позициями 1-12 обозначены:

1 - троакар;

2 - СВЧ-волновод;

3 - диэлектрический согласующий переход;

4 - монополь-вибраторная антенна;

5 - участок стаканообразной формы монополь-вибраторной антенны;

6 - согласующий управляемый модуль;

7 - СВЧ-генератор;

8 - фидер;

9 - СВЧ-разъемы;

10 - ИК-световод;

11 - ИК-термограф;

12 - неразъемный СВЧ-блок.

СВЧ-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма выполнено в виде троакара 1 из металлической трубки с мандреном и одним СВЧ-волноводом 2, при этом СВЧ-волновод 2 и мандрен выполнены протяженными коаксиально внутри и вдоль металлической трубки с возможностью поочередного введения и выведения их из нее. СВЧ-волновод 2 выполнен с возможностью пропускания мощности СВЧ-излучения порядка 5-18 Вт; его внешний диаметр составляет порядка 1,5-2,5 мм. На дистальной стороне СВЧ-волновода 2 размещены диэлектрический согласующий переход 3 и монополь-вибраторная антенна 4. Диэлектрический согласующий переход 3 выполнен из материала с плавно увеличивающейся величиной диэлектрической проницаемости от 2 до 7 единиц. Монополь-вибраторная антенна 4 имеет с дистального края участок стаканообразной формы 5, обращенный днищем наружу от дистального конца СВЧ-волновода 2, а открытой частью - к проксимальному концу. Стенки и днище участка стаканообразной формы 5 монополь-вибраторной антенны 4 выполнены металлическими. Днище имеет форму эллипсоида. Протяженность монополь-вибраторной антенны 4 составляет L≈λ_ε/4 или L≈5λ_ε/8, где λ_ε - длина волны СВЧ-излучения в биологической ткани новообразования. На проксимальном конце СВЧ-волновода 2 размещен согласующий управляемый модуль 6 с коаксиально-полосковыми переходами, подключенный к СВЧ-генератору 7 через фидер 8, имеющий с двух сторон СВЧ-разъемы 9, соответсвующие ответным частям СВЧ-разъемов согласующего управляемого модуля 6 и СВЧ-генератора 7. Фидер 8, СВЧ-волновод 2, диэлектрический согласующий переход 3 и монополь-вибраторная антенна 4 полностью заполнены СВЧ-диэлектриком. СВЧ-устройство имеет ИК-световод 10, выполненный в виде кварцевой цилиндрической протяженной нити, легированной соединениями лантана, диаметром до 0,1 мм, и размещенный внутри СВЧ-волновода 2, одним концом пропущенный со стороны проксимального конца СВЧ-волновода 2 внутри его диэлектрика последовательно сквозь диэлектрический согласующий переход 3 и монополь-вибраторную антенну 4, а другим концом входящий в согласующий управляемый модуль 6, смонтированный на диэлектрической подложке из СВЧ-диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ≈30, в котором выполнен канал для укладки проходящего ИК-световода 10, выходящего наружу и через оптический разъем соединяемого с ИК-термографом 11. Заявляемое СВЧ-устройство имеет набор неразъемных СВЧ-блоков 12, включающих последовательно соединенные согласующий управляемый модуль 6, СВЧ-волновод 2, диэлектрический согласующий переход 3 и монополь-вибраторную антенну 4, с возможностью подбора конкретного неразъемного СВЧ-блока 12 под конкретный вид патологии с разной протяженностью участков согласующего диэлектрического перехода 3 и монополь-вибраторной антенны 4.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Для эффективного использования заявляемого СВЧ-устройства в хирургическом воздействии до операции осуществляют тест-контроль готовности оборудования. Для чего вынимают из стерильной упаковки неразъемный СВЧ-блок 12. Подключают его к СВЧ-генератору 7 посредством фидера 8 - коаксиального кабеля СВЧ, имеющего с двух сторон СВЧ-разъемы 9, соответствующие ответным частям СВЧ-разъемов согласующего управляемого модуля 6 и СВЧ-генератора 7. Помещают монополь-вибраторную антенну 4 в стерильную пробирку с физраствором или водой для инъекций, включают СВЧ-генератор 7 на заданное время обработки патологической ткани. С помощью ИК-термографа 11 контролируют температуру нагрева воды в пробирке. При условии получения величин температур, соответствующих планируемым в процессе предстоящей обработки патологической ткани (и полученных ранее расчетным и отработанных эмпирическим путем), считают работу аппаратуры подготовленной для предстоящей лечебной хирургической манипуляции. Названный тест-контроль занимает 2-3 минуты времени.

Размещают пациента на операционном столе в положении, наиболее удобном для проведения планируемых хирургических манипуляций. Определяют при помощи УЗИ, рентгена или компьютерного томографа точную локализацию, размер и форму патологической ткани, проверяют ранее полученные данные. С учетом всей полученной информации выбирают наиболее безопасное место планируемого прокола и введения троакара 1 с мандреном.

Затем приступают к хирургической манипуляции - разрушению новообразования или обработки патологической ткани. Для этого осуществляют под местной анестезией под контролем рентгеновской и/или УЗИ аппаратуры деликатное введение троакара 1 с мандреном в центральную область новообразования или патологической ткани. Вынимают из троакара 1 мандрен. Вводят на его место излучатель неразъемного СВЧ-блока 12, в состав которого входят согласующий управляемый модуль 6, СВЧ-волновод 2, диэлектрический согласующий переход 3 и монополь-вибраторная антенна 4, через троакар 1 так, чтобы излучатель - монополь-вибраторная антенна 4 располагалась в центре новообразования или патологически измененной ткани организма. Контролируют при помощи рентгеновской и/или ультразвуковой аппаратуры правильность расположения монополь-вибраторной антенны 4. Приступают к процедуре деструкции новообразования и/или патологически измененной ткани, обеспечивая их СВЧ-обработку в заявленных режимах: температурных пределах 43-48°C, мощности излучения порядка 5-18 Вт, рабочей частоты в пределах 1,5-10 ГГц, длительности воздействия порядка 3-30 секунд. В процессе всей процедуры обработки патологии контролируют точность локализации излучателя с помощью средств визуализации - рентгена, компьютерной томографии, ультразвуковой аппаратуры. Одновременно контролируют и температурную динамику облучаемой ткани ИК-термографом 11, причем с самого начала процесса обработки до конца, и не допускают ее выхода за пределы установленного температурного режима. На Фиг.1-2 неразъемный СВЧ-блок оконтурен штриховой линией.

При обработке патологически измененных мягких тканей обеспечивают более низкие температурные пределы порядка 43-45°C, не допуская более высоких температур обработки в отличие от температур, используемых для обработки костных тканей.

Пример.

СВЧ-устройство апробировано на больных животных, а также на пораженных тканях человека. Параметры СВЧ-воздействия предлагаемого устройства (температура, время, мощность) на опухолевую ткань были экспериментально определены in vitro. Для этого были использованы блоки опухолевых тканей, которые доставляли из операционной в течение первых двух часов после их удаления из тела пациента (злокачественные и доброкачественные опухоли внутренних органов, костно-мышечной и жировых тканей). Эффективность и безопасность отрабатывались экспериментально in vivo на животных (кроликах). Объем деструктивного СВЧ-воздействия на ткани определялись после усыпления животных, а зона температурного воздействия контролировалась в ходе операции игольчатыми ИК-термографами непосредственно в зоне патологической ткани и в расположенных непораженных тканях.

Полученные результаты исследований показали, что при помощи заявляемого устройства при СВЧ-воздействии достигается деструкция патологически измененных тканей без воздействия на окружающие непораженные ткани.

1. СВЧ-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде троакара из металлической трубки с мандреном и СВЧ-волноводом, при этом СВЧ-волновод и мандрен выполнены протяженными коаксиально внутри и вдоль металлической трубки с возможностью поочередного введения и выведения их из нее; на дистальной стороне СВЧ-волновода размещены диэлектрический согласующий переход, выполненный из материала с плавно увеличивающейся величиной диэлектрической проницаемости от 2 до 7 единиц, и монополь-вибраторная антенна, имеющая с дистального края участок стаканообразной формы, обращенный днищем наружу от дистального конца СВЧ-волновода, а открытой частью - к проксимальному концу; на проксимальном конце СВЧ-волновода размещен согласующий управляемый модуль с коаксиально-полосковыми переходами, подключенный к СВЧ-генератору через фидер, имеющий с двух сторон СВЧ-разъемы, соответствующие ответным частям СВЧ-разъемов согласующего управляемого модуля и СВЧ-генератора, причем фидер, СВЧ-волновод, диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторная антенна полностью заполнены СВЧ-диэлектриком, стенки и днище участка стаканообразной формы монополь-вибраторной антенны выполнены металлическими, и днище имеет форму эллипсоида.

2. СВЧ-устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно имеет ИК-световод, размещенный внутри СВЧ-волновода, одним концом пропущенный со стороны проксимального конца СВЧ-волновода внутри его диэлектрика последовательно сквозь диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторную антенну, а другим концом входящий в согласующий управляемый модуль, смонтированный на диэлектрической подложке из СВЧ-диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ≈30, в котором выполнен канал для укладки проходящего ИК-световода, выходящего наружу и через оптический разъем соединяемого с ИК-термографом.

3. СВЧ-устройство по п.2, характеризующееся тем, что ИК-световод выполнен в виде кварцевой цилиндрической протяженной нити, легированной соединениями лантана, диаметром до 0,1 мм.

4. СВЧ-устройство по п.1, характеризующееся тем, что внешний диаметр СВЧ-волновода составляет порядка 1,5-2,5 мм.

5. СВЧ-устройство по п.1, характеризующееся тем, что СВЧ-волновод выполнен с возможностью пропускания мощности СВЧ-излучения порядка 5-18 Вт.

6. СВЧ-устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно имеет набор неразъемных СВЧ-блоков, включающих последовательно соединенные согласующий управляемый модуль, СВЧ-волновод, диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторную антенну, с протяженностью участков согласующего диэлектрического перехода и монополь-вибраторной антенны под конкретный вид патологии.

7. СВЧ-устройство по п.6, характеризующееся тем, что протяженность монополь-вибраторной антенны L≈λ_ε/4, где λ_ε - длина волны СВЧ-излучения в биологической ткани новообразования.

8. СВЧ-устройство по п.6, характеризующееся тем, что протяженность монополь-вибраторной антенны L≈5λ_ε/8, где λ_ε - длина волны СВЧ-излучения в биологической ткани новообразования.