Устройство для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактике, лечении и патологии проктологических заболеваний

Устройство для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактике, лечении и патологии проктологических заболеваний

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области медицины, и касается медицинской техники, а именно, физиотерапевтических устройств, и может быть использовано для профилактики, лечения и патологии проктологических заболеваний, в частности, предстательной железы (простаты): хронического простатита, аденомы простаты, опухоли простаты и пр.

Уровень техники

Известно физиотерапевтическое устройство, включающее в качестве средства нагрева СВЧ-антенну, заключенную в катетер. Катетер снабжен охлаждающим каналом для охлаждения окружающих его биотканей. Для определения температуры катетера в нем установлен температурный зонд (ЕР 0370890 А1, кл. A61N 5/01, опубл. 05.30.1990). Однако, температура, измеряемая в катетере, не соответствует температуре биоткани, испытывающей тепловое воздействие. Кроме того, нагревательное устройство имеет недостаток, состоящий в том, что нагрев биоткани происходит в зоне или объеме, ограниченном действием области диффузии.

Известно физиотерапевтическое устройство, содержащее трубчатый корпус с нагревателем, датчик термометра и герметично установленной на одном его конце соединительной колодкой, рабочую головку, электрод, элемент подачи лекарственного раствора и перфорированный кожух, причем второй конец трубчатого корпуса вставлен в выполненную из гибкого материала трубку, свободный конец которой закрыт пробкой. При этом полость трубки содержит проволочный датчик термометра, на который намотан проволочный нагреватель, и заполнена теплопроводной пастой, на трубку намотан электрод, корпус вместе с трубкой вставлены через держатель и втулку в перфорированный кожух, который выполнен гибким, при этом к полости между трубкой и перфорированным кожухом подведен элемент подачи лекарственного раствора, а датчик термометра и электрод связаны с соединительной колодкой (RU 2241419 С2, кл. A61F 7/12, опубл. 10.12.2004). Конструктивная сложность и необходимость сетевого подключения устройства ограничивает возможности его использования.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для физиотерапии полых органов, описанное в патенте RU 2033822 С1, кл. A61N 2/10, опубл. 30.04.1995. Устройство представляет собой цилиндрический корпус, выполненный из двух эластичных слоев, сферическую насадку на дистальном конце и воронкообразную насадку - на проксимальном, при этом во внешнем слое корпуса размещены параллельными продольными рядами нагревательные элементы, электрически соединенные с источником питания и вставки из постоянных магнитов, а во внутреннем слое корпуса выполнены продольные сквозные каналы, нагревательные элементы выполнены из термостабилизирующего материала состава Ba_0,7Pb_0,3Ti_0,998Nb_0,002O₃ или Ba_0,76Sr_0,2Ti_0,09O_3+0,1%V_+2%SiO₂

Несмотря на обеспечение возможности более эффективного по сравнению с нагревом комплексного воздействия на ткани полых органов магнитным и тепловым воздействием (Джоулево тепло), недостаток данного устройства состоит в том, что лечение не дает возможности локального нагрева и сброса лекарств только в зоне патологии, требует сетевого подключения и предполагает наличие стационара для проведения физиотерапевтических процедур.

Раскрытие изобретения

Задача состоит в разработке малоинвазивного, мобильного, автономного подхода для профилактики и лечения патологий простаты и заболеваний органов в проктологии

Техническим результатом изобретения является обеспечение локального комплексного воздействия на зону патологии органов при отсутствии необходимости непосредственного подключения устройства магнитотеплового воздействия к внешнему источнику питания, а также возможность управляемого сброса лекарственных препаратов непосредственно в зоне патологии.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства для физиотерапевтического воздействия полых органов, содержащего средство магнитотеплового воздействия, средство доставки средства магнитотеплового воздействия в зону патологии, в предложенном устройстве для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактики, лечении и патологии проктологических заболеваний, в качестве средства магнитотеплового воздействия используют капсулу, выполненную в виде высокотеплопроводной, магнитопроницаемой и биосовместимой оболочки, содержащей, по меньшей мере, один отсек, в который заключен магнитный материал, характеризующийся способностью к нагреванию или охлаждению окружающей капсулу среды при помещении в магнитное поле, источник которого расположен вне тела пациента. В качестве средства доставки средства магнитотеплового воздействия в зону патологии используют катетерообразное малоинвазивное устройство, выполненное с возможностью отсоединения и последующего присоединения со средством магнитотеплового воздействия. Кроме того, устройство для физиотерапевтического воздействия содержит средство температурного контроля нагрева зоны патологии, размещенное в капсуле.

В средство магнитотеплового воздействия в качестве магнитного материала применяют материал с магнитокалорический эффектом (МКЭ).

В качестве таких материалов используют редкоземельные элементы - Gd, Tb, Dy, Но, Er или их сплавы - Gd-Tb, Gd-Dy, Gd-Ho; интерметаллические соединения - Gd₇Pd₃, MnAs, GdGeSi, Gd₅Si_1.98-2.09Ge_1.91-2.02, , La(Fe,Si)₁₃H_0.5-1.5; сплавы и соединения переходных металлов - FeRh, , Co_5.1Ni_45.2Mn_36.7In₁₃, Ni_49.8Mn₃₅In_15.2, Ni_50.4Mn_34.8In_15.8.

Помимо материалов с большим МКЭ, для магнитотеплового воздействия в качестве магнитного материала применяют материал с мультикалорическим эффектом.

В качестве таких материалов используют мультиферроики - La_0.7Sr_0.3MnO₃/Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃, NdCrTiO₅ или соединения редкоземельных и переходных металлов.

Магнитный материал, помещаемый в капсулу, использован в виде твердой пластины или жидкой суспензии.

Оболочка средства магнитотеплового воздействия выполнена из фторопластов, например, политетрафторэтилен.

Свойства теплопроводности, магнитопроницаемости и биосовместимости оболочки средства магнитотеплового воздействия может быть также обеспечена путем выбора комбинации материалов, формирующих оболочку в виде корпуса и покрытия.

В качестве материала покрытия применяют полимер, например, поли-N-изопропилакриламид или карбид кремния.

В структуру полимера встроено лекарственное средство путем адсорбции на его поверхности.

Лекарственное средство содержит противоопухолевые препараты и/или гормональные препараты и/или анастезирующие препараты.

Корпус оболочки средства магнитотеплового воздействия выполнен из биоинертной нержавеющей стали - сталь марки 12Х18Н10Т.

Источник магнитного поля является регулируемым.

Источник магнитного поля является автономным.

При этом автономный источник магнитного поля представляет собой источник поля на постоянных магнитах.

В качестве материала для постоянного магнита используют NdFeB, SmCo, FePt, FePd, ферриты.

В качестве ферритов применяют бариевые и стронциевые ферриты Ba/SrO·6Fe₂O₃, …

Средство магнитотеплового воздействия включает, по меньшей мере, один дополнительный отсек.

При этом дополнительный отсек предназначен для размещения различных дополнительных источников теплового воздействия и/или для загрузки сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций: лекарственных средств, либо контрастных веществ, с обеспечением, при необходимости, возможности выхода субстанций через оболочку капсулы в зону патологии.

Возможность выхода субстанции обеспечена посредством выполнения отверстий в соответствующей отсеку области оболочки.

На поверхность оболочки средства магнитотеплового воздействия нанесена магнитострикционная пленка для обеспечения возможности дозированного выпуска сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций.

В качестве дополнительного источника теплового воздействия применяют, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент, расположенный в соответствующем отсеке, изолированном от соседних, и связанный с источником электрического тока, или, по меньшей мере, один нагревательный элемент, расположенный в отсеке, изолированном от соседних, в виде замкнутого контура, в котором возникает индукционный электрический ток и связанный с источником электрического тока.

Источник электрического тока выполнен регулируемым и расположен вне тела пациента или является автономным и расположен в том же отсеке, что и нагревательный элемент или в соседнем и соединен с источником электрического тока.

Один из концов средства магнитотеплового воздействия оснащен магнитным или механическим разъемом или захватом для обеспечения возможности точной пристыковки/отстыковки катетерообразного малоинвазивного устройства.

Осуществление изобретения

Устройство для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактики, лечении и патологии проктологических заболеваний содержит средство магнитотеплового воздействия, представляющее собой капсулу, выполненную в виде высокотеплопроводной, магнитопроницаемой и биосовместимой оболочки, содержащей, по меньшей мере, один отсек, в который заключен магнитный материал, средство доставки, выполненное в виде катетерообразного малоинвазивного устройства, выполненного с возможностью отсоединения и последующего присоединения со средством магнитотеплового воздействия.

Фундаментальное значение магнитокалорического эффекта состоит в его теснейшей связи, как с физикой магнитных явлений, так и с термодинамикой твердых тел.

Процесс выделения или поглощения тепла в МКЭ можно объяснить тем, что при наложении магнитного поля подсистема магнитных моментов изменяет свою энтропию. При условии адиабатичности это изменение передается кристаллической решетке, что приводит к увеличению ее энтропии и повышению ее температуры на ΔT_ad. При адиабатическом выключении магнитного поля происходит размагничивание ферромагнетика, то есть разрушение магнитного порядка, что приводит к возрастанию магнитной энтропии и, соответственно, уменьшению энтропии кристаллической решетки. Это, в свою очередь, приводит к понижению температуры решетки на ΔT_ad. Другими словами, процесс разрушения магнитного порядка (размагничивания) в подсистеме магнитных моментов требует энергии, которая поставляется кристаллической решеткой. Таким образом, при адиабатическом намагничивании и размагничивании вещества происходит обратимый процесс перехода энтропии от магнитной подсистемы к решетке и обратно, то есть, МКЭ в материалах является результатом изменения энтропии вследствие изменения спиновой магнитной подсистемы под действием магнитного поля.

Таким образом, изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения внутренней энергии магнитного вещества между системой магнитных моментов его атомов и кристаллической решеткой.

Мультикалорический эффект состоит в том, что изменение энтропии (суть МКЭ) вызывается изменением напряжения электрического поля, приложенного к магнитокалорическому материалу. В данном эффекте сочетаются преимущества электрокалорических и магнитокалорических материалов, так как МКЭ возникает засчет контроля напряжения. Магнитные свойства материала (анизотропия и температура фазового перехода) в случае мультикалорического эффекта контролируются путем механической деформации, возникшей в результате обратного пьезоэлектрического эффекта. Возникшее таким образом в магнитном материале локальное напряжение может существенно изменить температуру фазового перехода материала (изменить степень магнитного упорядочения в материале с дальним магнитным порядком). Изменение характера магнитного упорядочения сопровождается изменением магнитной части энтропии, то есть магнитокалорическим эффектом.

Пример 1

В отсек капсулы, снабженной датчиком температуры и содержащей корпус из биоинертной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и оболочку из политетрафторэтилена с покрытием из поли-N-изопропилакриламида, помещают магнитный материал в виде пластины, изготовленной из MnAs. Капсулу соединяют с катетером, при помощи магнитного замка, после чего ее вводят с катетером внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из NdFeB, в результате чего создается магнитное поле, которое создает магнитокалорический эффект в магнитном материал, в результате чего он нагревается. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить магнитное поле, в результате чего происходит размагничивание магнитного материала и снижение его температуры.

Пример 2

Для физиотерапевтического воздействия используют капсулу в виде оболочки из политетрафторэтилена, содержащую четыре отсека и снабженную датчиком температуры. Для физиотерапевтического воздействия используют четырехсекционную капсулу, снабженную датчиком температуры и содержащей оболочку из политетрафторэтилена. В одну из секций капсулы помещают магнитный материал в виде жидкой суспензии, содержащей твердые частицы на основе FeRh с размером 1-100 нм, в другую - резистивный элемент, в третью - автономный источник электрического поля, соединенный с резистивным элементов, а в четвертую - лекарственное средство, содержащее противоопухолевые препараты и/или гормональные препараты и/или анастезирующие препараты. Капсулу соединяют с катетером, при помощи механической защелки, после чего ее с катетером вводят внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из SmCo, в результате чего создается магнитное поле и одновременно создают электрическое поле резистивным элементом. В результате совместного воздействия электрического и магнитного поля в магнитном материале создает мультитокалорический эффект, который способствует нагреву магнитного материала. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить воздействие магнитного и/или электрического поля, в результате чего происходит снижение температуры магнитного материала.

Пример 3

Для физиотерапевтического воздействия используют капсулу, содержащую корпус из биоинертной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с двумя отсеками и снабженную датчиком температуры. В первый отсек капсулы помещают магнитный материал в виде молотых частиц из GdPd₃ с размером 1-100 нм, во второй - нагревательный элемент в виде замкнутого контура. Капсулу соединяют с катетером, при помощи магнитного замка, после чего ее вводят с катетером внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из NbFeB, в результате чего создается магнитное поле и одновременно создают электрическое поле нагревательным элементом. В результате совместного воздействия электрического и магнитного поля в магнитном материале создает мультитокалорический эффект, который способствует нагреву магнитного материала. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить воздействие магнитного и/или электрического поля, в результате чего происходит снижение температуры магнитного материала.

Пример 4

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 2. Отличие состоит в том, что оболочку покрывают карбидом кремния.

Пример 5

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 3. Отличие состоит в том, что корпус оболочки покрывают карбидом кремния.

Пример 6

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 1. Отличие состоит в том, что применяют постоянный магнит изготовленный из Ba/SrO·6Fe₂O₃.

1. Устройство для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактике, лечении и патологии проктологических заболеваний, содержащее средство магнитотеплового воздействия, представляющее собой капсулу, выполненную в виде высокотеплопроводной, магнитопроницаемой и биосовместимой оболочки, содержащей, по меньшей мере, один отсек, в который заключен магнитный материал, характеризующийся способностью к нагреванию или охлаждению окружающей капсулу среды при помещении в магнитное поле, источник которого расположен вне тела пациента, средство температурного контроля нагрева зоны патологии, размещенное в капсуле, и средство доставки средства магнитотеплового воздействия в зону патологии, при этом средство магнитотеплового воздействия выполнено с возможностью отсоединения и последующего присоединения со средством доставки, выполненного в виде катетерообразного малоинвазивного устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве магнитного материала выбран материал с магнитокалорическим эффектом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве магнитного материала выбран материал с мультикалорическим эффектом.

4. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что магнитный материал является твердым телом или представляет собой жидкую суспензию.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник магнитного поля является регулируемым.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник магнитного поля является автономным.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство магнитотеплового воздействия включает, по меньшей мере, один дополнительный отсек.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из концов средства магнитотеплового воздействия оснащен магнитным или механическим разъемом или захватом для обеспечения возможности точной пристыковки/отстыковки катетерообразного малоинвазивного устройства.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка средства магнитотеплового воздействия выполнена из фторопластов.

10. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве материала с магнитокалорическим эффектом используют редкоземельные элементы, интерметаллические соединения или сплавы и соединения переходных металлов.

11. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве материала с мультикалорическим эффектом используют мультиферроики или соединения редкоземельных и переходных металлов.

12. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что автономный источник магнитного поля представляет собой источник поля на постоянных магнитах.

13. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительный отсек предназначен для размещения различных дополнительных источников теплового воздействия или для загрузки сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций: лекарственных средств либо контрастных веществ, с обеспечением, при необходимости, возможности выхода субстанций через оболочку капсулы в зону патологии.

14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что в качестве фторопласта используют политетрафторэтилен.

15. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что свойства теплопроводности, магнитопроницаемости и биосовмести оболочки средства магнитотеплового воздействия обеспечены путем выбора комбинации материалов, формирующих оболочку в виде корпуса и покрытия.

16. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве редкоземельных элементов используют Gd, Tb, Dy, Но, Er или их сплавы - Gd-Tb, Gd-Dy, Gd-Ho; в качестве интерметаллических соединений - Gd₇Pd₃, MnAs, GdGeSi, Gd₅Si_1.98-2.09Ge_1.91-2.02, , La(Fe,Si)₁₃H_0.5-1.5; в качестве сплавов и соединений переходных металлов - FeRh, , , Ni_49.8Mn₃₅In_15.2, Ni_50.4Mn_34.8In_15.8.

17. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что в качестве мультиферроиков выбраны La_0.7Sr_0.3MnO₃/Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃, NdCrTiO₅.

18. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что в качестве материала для постоянного магнита используют NdFeB, SmCo, FePt, FePd.

19. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в качестве дополнительного источника теплового воздействия применяют, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент, расположенный в соответствующем отсеке, изолированном от соседнего, и связанный с источником электрического тока, или, по меньшей мере, один нагревательный элемент в виде замкнутого контура, расположенный в соответствующем отсеке, изолированном от соседнего, в котором возникает индукционный электрический ток и связанный с источником электрического тока.

20. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что возможность выхода субстанции обеспечена посредством выполнения отверстий в соответствующей отсеку области оболочки.

21. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что лекарственное средство содержит противоопухолевые препараты и/или гормональные препараты и/или анастезирующие препараты.

22. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что на поверхность оболочки средства магнитотеплового воздействия нанесена магнитострикционная пленка для обеспечения возможности дозированного выпуска сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций.

23. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что в качестве материала покрытия применяют полимер или карбид кремния.

24. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что корпус средства магнитотеплового воздействия выполнен из биоинертной нержавеющей стали.

25. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что источник электрического тока выполнен регулируемым и расположен вне тела пациента или является автономным и расположен в том же отсеке, что и нагревательный элемент, или в соседнем и соединен с источником электрического тока.

26. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что в качестве полимера используют поли-N-изопропилакриламид.

27. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что в структуру полимера встроено лекарственное средство путем адсорбции на его поверхности.

28. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что в качестве биоинертной нержавеющей стали выбрана сталь марки 12Х18Н10Т.