Крионаконечник с сапфировым хладопроводом-облучателем

Крионаконечник с сапфировым хладопроводом-облучателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к хирургическим инструментам, применяемым для локального замораживания и деструкции выделенных участков биологической ткани, в том числе внутритканевой деструкции, и может быть использовано в общей и детской хирургии, в онкологии, дерматологии, отоларингологии, гинекологии, косметологии и в других областях медицины.

Известные устройства для криовоздействия на ткани человека, работающие с жидким хладоагентами включают теплоизолированный корпус с резервуаром с хладоагентом и устройством регулирования скорости подачи хладоагента, магистраль подвода хладоагента, и присоединяемый к магистрали сменный рабочий наконечник, часть которого выполнена из высокотеплопроводного материала - хладопровод. Для локального замораживания хладопровод, охлаждаемый циркулирующим в крионаконечнике хладоагентом, прикладывают к удаляемому объекту.

Значительной проблемой криохирургических инструментов является прилипание хладопровода к биологической ткани при экстремально низких температурах. Для того чтобы сократить время оттаивания хладопровода для извлечения. или перемещения инструмента применяется принудительное нагревание места контакта либо путем внешнего смывания теплыми растворами с последующим удалением их из зоны операции, или путем повышения температуры хладопровода за счет передачи тепла от нагревательных элементов, расположенных внутри криоинструмента.

Так, известно устройство (US 2011245821 (А1) от 2011.10.06 Cryoprobe having internal warming fluid capabilities) с принудительно нагревающимся хладопроводом. Во внутреннем объеме протяженного крионаконечника с высокотеплопроводным хладопроводом на его дистальном конце проложены несколько открытых трубочек-магистралей, оканчивающихся вблизи хладопроводящей части для подачи теплой воды, а также магистраль для отвода использованных жидкостей.

Недостатком данного устройства является необходимость в применении дополнительной системы подачи и отсасывания жидкости, значительные поперечные размеры хладопровода крионаконечника, сложность управления.

Задача сокращения времени оттаивания крионаконечника в устройстве (WO 83/03961 от 24.11.83), которое является близким к заявляемому изобретению, решена за счет того, что лазерное излучение поглощается на внутренней поверхности хладопровода крионаконечника и разогревает его. Устройство содержит крионаконечник с хладопроводом с размещенными внутри крионаконечника оптическими волокнами, которые присоединены к источнику лазерного излучения и оканчиваются вблизи хладопровода крионаконечника. Использование лазерного излучения в данном устройстве, предназначенном в основном для внутритканевой криодеструкции, не дает искажений и артефактов при наблюдении за процессом замораживания посредством устройств магнитно-резонансной термометрии.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность нагревания площади контакта хладопровода и ткани, так как значительная часть выделяющегося тепла нагревает объем хладопровода и крионаконечника, в том числе за счет внутреннего отражения лазерного излучения внутри крионаконечника. Кроме того, непрозрачный хладопровод не позволяет передавать лазерное излучение вглубь замораживаемой или предохраняемой от замораживания окружащей крионаконечник здоровой ткани.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в повышении эффективности оттаивания крионаконечника, а также расширении возможностей метода криодеструкции путем передачи лазерного излучения непосредственно в ткань для формирования одновременного или последовательного с криовоздействием лазерного температурного воздействия внутри ткани с пространственным совмещением или разнесением областей криовоздействия и лазерного воздействия, а также путем передачи излучения от тканей для флуоресцентной диагностики.

Для достижения указанного технического результата в крионаконечнике с сапфировым хладопроводом-облучателем с размещенными внутри оптическими волокнами, которые присоединены к источнику лазерного излучения и оканчиваются вблизи хладопровода крионаконечника, хладопровод изготовлен из оптически прозрачного сапфира с протяженным, закрытым с торца каналом, в котором располагаются оптические волокна. Форма сапфирового хладопровода выполнена в соответствии с оптическими расчетами, он имеет соответствующую обработку поверхности и нанесенные покрытия. Также в сапфировом хладопроводе имеются несколько каналов для размещения волокон, часть из которых может быть использована для размещения диагностических волокон, а часть для размещения светодиодов и/или дополнительных инструментов.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что хладопровод крионаконечника изготовлен из оптически прозрачного сапфира с протяженным, закрытым с торца каналом, в котором располагаются оптические волокна.

Выполнение хладопровода деструктора из прозрачного сапфира с протяженным каналом и расположение в канале оптических волокон обеспечивает расширение возможностей метода криодеструкции, позволяющего одновременно или последовательно с криовоздействием проводить лазерное температурное воздействие на объем ткани с пространственным совмещением областей крио- и лазерного воздействия. Прозрачность использованного для изготовления зонда сапфира позволяет не только доставлять лазерное излучение в зону криовоздействия, но и захватывать излучение, отраженное от ткани или переизлученное тканью (флуоресценцию) и проводить предварительную, одновременную или следующую после терапии оптическую диагностику.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, сапфировый хладопровод имеет несколько закрытых с торца каналов.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, часть каналов могут быть открытыми.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, часть волокон предназначена для захвата излучения флуоресценции и передачи на спектрометрическое средство.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, торец сапфирового крионаконечника выполнен плоским перпендикулярно оси хладопровода.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, торец сапфирового хладопровода имеет коническую форму.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, торец сапфирового хладопровода имеет форму полусферы.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, торец сапфирового хладопровода имеет сферическую поверхность, диаметр которого больше максимального поперечного размера наконечника.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, что сапфировый хладопровод имеет утолщение в форме шарика на дистальном конце.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, на часть поверхности сапфирового хладопровода нанесено просветляющее покрытие.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, на часть поверхности сапфирового хладопровода нанесено отражающее покрытие.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, часть внешней поверхности сапфирового хладопровода выполнена рассеивающей лазерное излучение.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, по крайней мере на часть площадки контакта сапфирового хладопровода нанесено светопоглощающее покрытие.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, по крайней мере на часть боковой поверхности сапфирового хладопровода нанесено светопоглощающее покрытие.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в канале сапфирового хладопровода размещен по крайней мере один светодиод.

Осуществление изобретения

Фиг.1 - схема крионаконечника;

Фиг.2 - сапфировый хладопровод с несколькими каналами с размещенными оптоволокнами;

Фиг.3 - сапфировым хладопровод с несколькими каналами, один из которых открыт;

Фиг.4 - сапфировый хладопровод с выпуклой площадкой контакта;

Фиг.5 - сапфировый хладопровод с шариком на конце;

Фиг.6 - сапфировый хладопровод с игловой заточкой;

Фиг.7 - сапфировый хладопровод с диффузором;

Фиг.8 - сапфировый хладопровод с поглощающим покрытием на площадке контакта;

Фиг.9 - фотография сапфировых изделий с продольными каналами, выращенных способом Степанова.

Использованы следующие обозначения:

1 - крионаконечник,

2 - сапфировый хладопровод,

3 - оптические волокна,

4 - источник лазерного излучения,

5 - канал сапфирового хладопровода,

6 - открытый канал сапфирового хладопровода,

7 - выпуклая площадка контакта,

8 - утолщение в форме шарика на дистальном конце сапфирового хладопровода,

9 - конический торец сапфирового хладопровода,

10 - поглощающее покрытие на боковой поверхности сапфирового хладопровода,

11 - рассеивающая боковая поверхность сапфирового хладопровода,

12 - зоны с поглощающим покрытием на торцевой поверхности сапфирового хладопровода.

Крионаконечник, схема которого представлена на Фиг.1 содержит крионаконечник 1 с прозрачным сапфировым хладопроводом 2, источник лазерного излучения 4 с присоединенным оптическим волокном 3, дистальный конец которого помещен в канал сапфирового хладопровода 5.

Предлагаемый крионаконечник работает следующим образом.

Крионаконечник присоединяют к используемому криоаппарату и герметизируют узел. В начале процедуры лечения источник лазерного излучения включается в пилотном режиме (длина волны видимого диапазона при невысокой мощности излучения) и крионаконечник с использованием подсветки перемещается к патологическому узлу и сапфировый хладопровод вводится в контакт с биотканью. Осуществляется подача криоагента. Криоагент, попадая изнутри на торец канала сапфирового хладопровода, быстро охлаждает его объем. Биологическая ткань патологического очага, к которую введен Крионаконечник, охлаждается до криогенных температур с последующим некрозом. Далее источник лазерного излучения включается в режиме термовоздействия (длина волны диапазона 800-1000 нм - «окно прозрачности тканей» - объемное воздействие) или лазерной абляции (длина волны 2940 нм - послойное удаление тканей), за счет чего происходит оттаивание контактной площадки, дистального конца сапфирового хладопровода и ледяного шара, а также осуществляется лазерное воздействие. После этого крионаконечник может быть безопасно извлечен из области воздействия или может быть повторен цикл замораживая/оттаивания.

При наличии нескольких каналов в сапфировом хладопроводе 2, Фиг.2, один используется для подвода хладоагента, а волокна 3 располагаются в других каналах и положение волокон выбирается таким образом, чтобы получалась требуемое световое распределение. Некоторые волокна 3 могут использоваться для передачи от тканей излучения флуоресценции для осуществления диагностики, когда в процессе позиционирования, криовоздействия и после криовоздействия осуществляют регистрацию оптического сигнала и его спектрофотометрию. В хладопроводе некоторые каналы 6 могут быть открытыми с выходом на торцевую поверхность для подачи жидкостей в область контакта или для доступа к патологическому очагу дополнительных инструментов, в том числе биопсийных (Фиг.3).

Сапфировым хладопроводом с выпуклой площадкой контакта 7 (Фиг.4), которая действует как положительная линза и фокусирует излучение на некоторой глубине в ткани, касаются поверхности возможной патологической ткани и подают диагностическое излучение. При наличии патологии, накопленные в ткани экзогенные или естественные «маркеры» флуоресцируют, и сигнал флуоресценции захватывается волокнами, используемыми для захвата излучения флуоресценции в каналах сапфирового хладопровода. При достаточном уровне регистрируемого сигнала флуоресценции, принимается решение о начале криовоздействия и хладоагент подается в крионаконечник.

При необходимости ограничения глубины криовоздействия используется одновременное облучение и подача хладоагента. Дополнительное механическое надавливание на кожу наконечником приводит к «просветлению» биоткани за счет оттока поглощающей лазерное излучение крови, излучение проходит через ткань и поглощается в глубине с выделением тепла, которое блокирует распространение вглубь ледяного шара. Оптимального результата добиваются многократными циклами воздействия, которые могут включать временные промежутки, когда осуществляет либо только лазерное, либо только криовоздействие.

При использовании сапфирового хладопровода с шариком 8 на конце, большая часть поверхности которого за исключением области контакта выполнена матовой, излучение, отраженное от границы раздела, используется для подсветки области операции (Фиг.5).

Для воздействия на различные локализации патологий мягких тканей и органов используют сапфировые хладопроводы с соответствующей геометрией и обработкой сапфировой поверхности, а также с нанесенными покрытиями. Так, для замораживания патологии, находящейся в глубине ткани, используется сапфировый хладопровод с конусным торцем 9, с помощью которого он самостоятельно позиционируется в ткани (Фиг.6). Поверхность цилиндрической части с поглощающим покрытием 10 нагревается от пропускаемого лазерного излучения и предотвращает криоповреждение здоровых тканей, через которые проходит хладопровод. Незначительное количество излучения, достигающее при этом конической части острия, преимущественно концентрируется в его окончании. Вызванное им повышение температуры в ткани незначительно и не влияет на образование ледяного шара в процессе криовоздействия.

При позиционировании крионаконечника в естественных каналах организма удобно использовать боковое лазерное подсвечивание через рассеивающую боковую поверхность сапфирового хладопровода 11 (Фиг.7).

В случае, когда контактная площадка 7 частично покрыта светопоглощающим покрытием 12, становится возможным ускоренное оттаивание области контакта для целей цикличного охлаждения или для экстренного удаления инструмента из операционной зоны (Фиг.8). На часть поверхности крионаконечника нанесенно просветляющее покрытие, позволяющее уменьшить нагрев крионаконечника изнутри из-за потерь излучения на отражение на внутренней поверхности канала.

На Фиг.9 показана фотография сапфировых стержней, содержащих группы продольных каналов, выращенных из расплава по способу Степанова. Данный способ профилированного роста позволяет выращивать сапфировые изделия произвольного, в том числе сложного сечения, а также менять профиль и переходить с сечения, содержащего каналы на монолитный стержень. Применяемые в данном устройстве сапфировые крионаконечники могут быть изготовлены с использованием данной технологии.

1. Крионаконечник с хладопроводом-облучателем, содержащий внутри оптические волокна, которые присоединены к источнику лазерного излучения и рабочими концами подведены к хладопроводу крионаконечника, отличающийся тем, что хладопровод изготовлен из оптически прозрачного сапфира с протяженным одним или несколькими каналами, в которых располагаются оптические волокна.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы закрыты.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть каналов открыта.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено флуорометрической системой, к которой подсоединена часть оптических волокон.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец сапфирового крионаконечника выполнен плоским перпендикулярно оси хладопровода.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец сапфирового хладопровода имеет коническую форму.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец сапфирового хладопровода имеет форму полусферы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец сапфирового хладопровода имеет сферическую поверхность, диаметр которой больше максимального поперечного размера наконечника.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сапфировый крионаконечник имеет утолщение в форме шарика на дистальном конце.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на часть поверхности сапфирового хладопровода нанесено просветляющее покрытие.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на часть поверхности сапфирового хладопровода нанесено отражающее покрытие.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть поверхности сапфирового хладопровода выполнена рассеивающей лазерное излучение.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере на часть контактной площадки сапфирового хладопровода нанесено светопоглощающее покрытие.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере на часть боковой поверхности сапфирового хладопровода нанесено светопоглощающее покрытие.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в канале сапфирового хладопровода размещен по крайней мере один светодиод.