Аппарат и способ для дробления минерально-органических конкрементов

Аппарат и способ для дробления минерально-органических конкрементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к аппаратам для дробления конкрементов в полых органах, в том числе к применимым в медицине методикам дробления твердых каменистых образований в протоках и полостях организма.

Уровень техники

По различным причинам в полых органах человека и других млекопитающих формируются конкременты минерально-органической природы. Примерами могут служить отложения в сосудах (в т.ч. кальция), камни в слюнных железах, мочевыделительной системе, желчных протоках печени. Устранение подобных образований является важной и актуальной проблемой.

Для дробления конкрементов и последующего удаления фрагментов из желчных протоков и мочевыделительной системы человека в клинической практике используются несколько техник. При лечении наиболее сложных форм мочекаменной болезни (множественные, крупные и коралловидные конкременты почек, крупные сдавливающие конкременты мочеточников и т.п.) все чаще используют эндоурологические способы. В частности, использование чрескожной и трансуретральной контактной литотрипсии позволяет снизить периоперативные риски, связанные с дистанционной литотрипсией и открытой литотомией, а также уменьшить продолжительность амбулаторного и стационарного лечения

Несмотря на отличия между процедурами, все они включают в себя расширение, обезболивание и смазку мочевыводящих или желчевыводящих путей, а затем попытку захвата конкремента для его дробления и извлечение получившихся фрагментов.

Сегодня для интракорпоральной литотрипсии используются прежде всего ультразвуковой, пневматический, электрокинетический, лазерный и электродинамический способы. Например, при интракорпоральной ударно-волновой литотрипсии для фрагментации и разрушения конкрементов используются интенсивные ударные волны. При ультразвуковой литотрипсии используется ультразвуковой зонд, который испускает высокочастотные ультразвуковые импульсы по направлению к конкременту. Для эффективной звуковой литотрипсии необходим непосредственный контакт между наконечником зонда и камнем.

У каждого способа есть достоинства и недостатки. Например, для ультразвуковой литотрипсии можно использовать только жесткие зонды и жесткие эндоскопы, а область ее применения в настоящее время ограничена преимущественно конкрементами почек. Ударную (пневматическую и электрокинетическую) литотрипсию относят к числу наиболее эффективных и безопасных способов контактной фрагментации камней. Применение таких литотриптеров также ограничено жесткостью эндоскопов. Недостатком способа считается и ретроградная пропульсия конкремента при трансуретральной литотрипсии мочеточников. При электрогидравлической (ЭГЛ) и лазерной литотрипсии, которые являются эффективными способами контактного дробления конкрементов, можно использовать и жесткие, и гибкие эндоскопы, что существенно расширяет область их применения в современной урологии.

ЭГЛ эффективна для дробления мочевых камней на фрагменты, достаточно мелкие для корзиночной экстракции или самостоятельного отхождения. При использовании ЭГЛ зонд помещается близко к камню. Электрический разряд приводит к образованию ударной волны, которая воздействует на поверхность камня, что приводит к образованию мелких трещин. При достаточном количестве трещин камень раскалывается на мелкие фрагменты. Каждый фрагмент подвергается воздействию, либо они удаляются способом корзиночной экстракции. Но применение ЭГД сопряжено с гораздо большим количеством осложнений, чем другие способы, начиная с того что ударная волна может повредить окружающие ткани, если разряд передается слишком близко к стенкам органов мочевыделительной системы.

С другой стороны, сегодня в медицине широко используются лазерные технологии, в т.ч. для фрагментации минерально-органических конкрементов. Лазер известен в качестве альтернативного источника энергии для литотрипсии, особенно при разрушении почечных камней. Для лазерной литотрипсии разрабатываются разнообразные зонды с различными источниками лазерной энергии (импульсный лазер на красителях, александритовый лазер, неодимовый лазер, гольмиевый лазер и др.). Лазерная фрагментация более безопасна, чем ЭГЛ, но требует больше времени и более дорогостоящего оборудования. Кроме того, серьезный недостаток этой техники — частые повреждения гибкого уретропиелоскопа, а именно лазерного волокна внутри эндоскопа, при сгибании.

Также известно (см., например, патент США № 7087061, патентную заявку США № 2007/0021754), что способ наносекундных электроимпульсов можно использовать для безопасного контактного разрушения конкрементов вдоль всех мочевыводящих путей. При этом используются зонды разного диаметра, совместимые с жесткими и гибкими эндоскопами.

Наносекундный электрический импульс через конкремент приводит к образованию плазменного канала, микровзрывам и появлению многочисленных термомеханических напряжений. Однако, по принципу действия наносекундная электроимпульсная литотрипсия (НЭИЛ) существенно отличается от электрогидравлической литотрипсии (ЭГЛ). Если при электрогидравлической деструкции электроды не находятся в прямом контакте с объектом, то при электроимпульсной деструкции используется зонд с электродами, которые помещаются непосредственно на поверхность объекта для фрагментации камней короткими, наносекундными электрическими импульсами. Этот способ основан на эффекте Воробьева, основанном на определенных свойствах разряда, наблюдаемых, когда твердый диэлектрик в контакте с двумя стержнеподобными электродами помещается в жидкую диэлектрическую среду и импульс напряжения с нарастающим фронтом подается на электроды. В соответствии с этим эффектом, спад импульса не так выражен (например, время нарастания импульса составляет более чем прибл. 0,3 мкс), разряд развивается в окружающей жидкости, а не проникает в твердое тело диэлектрика. С другой стороны, при достаточно крутом спаде импульса (например, время нарастания импульса составляет менее чем прибл. 100 нс), разряд протекает через твердое тело. При этом в камне возникают механические напряжения, которые приводят к его растрескиванию и, в конечном итоге, разрушению (см., например, Масяц Г.А. Письма в журнал технической физики, т. 31, № 24, 2005, с. 51–59).

Ударные волны при применении электрогидравлической литотрипсии (ЭГЛ) могут привести к серьезному разрушению окружающих тканей, и поэтому использование ЭГЛ для эндоскопического дробления камней практически прекращено. В то же время, если для дробления конкрементов используется наносекундная электроимпульсная литотрипсия (НЭИЛ), энергия электрического импульса выделяется непосредственно в объеме разрушаемого тела, а не в окружающей жидкости, что требует значительно меньших ее значений для фрагментации, чем ЭГЛ, и делает способ более безопасным.

Медицинские лазеры работают в широком диапазоне от ультрафиолетовой и почти до инфракрасной области, включая видимую часть спектра. В настоящее время используются преимущественно алюмо-иттриевые лазеры с легированием гольмием (Ho:YAG) с длиной волны 2,140 мкм, алюмо-иттриевые лазеры с легированием неодимом (Nd:YAG) с длиной волны 1,064 мкм, алюмо-иттриевые лазеры, спаренные с калийтитанилфосфатным кристаллом, с легированием неодимом (KTP:Nd:YAG; SHG) с длиной волны 0,532 мкм, алюмо-иттриевые лазеры, спаренные с литийборатным кристаллом, лазеры с легированием неодимом (LBO:Nd:YAG; SHG) с длиной волны 0,532 мкм, алюмо-иттриевые лазеры с легированием тулием (Tm:YAG) с длиной волны 2,013 мкм, лазеры на красителях с широким диапазоном длины волны, лазеры на монооксиде углерода (CO) с длиной волны 10,6 мкм и диодные лазеры с длиной волны 0,830, 0,940, 0,980, 1,318 и 1,470 мкм.

Лазерные способы фрагментации минерально-органических конкрементов известны и широко используются в настоящее время. Пример — использование лазера Ho: YAG с длиной волны 2,1 мкм для фрагментации мочевых камней. Взаимодействие лазерной радиации с поверхностью тканей и конкрементов или фрагментация минерально-органических отражений основаны на сочетании трех механизмов: фототермального, фотомеханического и эффекта кавитационных пузырьков, т.е. механизма ударных волн. Фототермальный и фотомеханический эффекты связаны с непосредственным поглощением лазерной энергии облучаемым телом. Молекулы жидкости, содержащейся в теле, независимо от того, состоит оно из биологических тканей или минерально-органических образований, поглощают лазерное излучение с определенной длиной волны, что приводит к испарению. Более того, нагревание, вызванное энергией лазерного импульса, дестабилизирует химическую структуру минерально-органических образований, что приводит к образованию лунки на поверхности облучаемого тела. Кроме того, лазерный луч формирует сферические кавитационные пузырьки, создавая ударную волну в результате их разрыва. Эта ударная волна создает фотоакустический эффект, который также способствует фрагментации минерально-органических образований. Поэтому могут наблюдаться явления, сходные с теми, которые наблюдаются при ЭГЛ. В случаях, когда лазерное излучение непосредственно влияет на биологические ткани, возникает термический эффект, выраженность которого зависит от длины волны лазера, что связано с коэффициентом поглощения лазерного излучения водой, тканью и т.д.

Исследования заявителя показали, что НЭИЛ — это более эффективный способ разрушения биологических образований, чем лазерный или электрогидравлический способ.

Но эффективность этого способа, в сущности, зависит от физических свойств образования, в частности от плотности и структуры. Чем выше плотность образования, тем ниже эффективность НЭИЛ (см., например, Мартов А., Диамант В., Борисик А., Андронов А., Черненко В. Сравнительное исследование эффективности электроимпульсного и электрогидравлического литотрипторов in vitro // ЖУРНАЛ ЭНДОУРОЛОГИИ, 2013, Т. 27, № 10, С. 1287–1296 [Alexey Martov, Valery Diamant, Artem Borisik, Andrey Andronov, and Vladimir Chernenko. Comparative in Vitro Study of the Effectiveness of Nanosecond Electrical Pulse and Laser Lithotripters. JOURNAL OF ENDOUROLOGY, 2013, V. 27, N. 10, P. 1287 - 1296]; Мартов А., Гудков А., Диамант В., Чеповецкий Г., Лернер М. Изучение различий между наносекундным электроимпульсным и электрогидравлическим способами литотрипсии: сравнительное исследование эффективности in vitro // ЖУРНАЛ ЭНДОУРОЛОГИИ, 2014, Т. 28, № 4, С. 437–445 [Alexey Martov, Alexander Gudkov, Valery Diamant, Gennady Chepovetsky, and Marat Lerner. Investigation of Differences between Nanosecond Electro-pulse and Electrohydraulic Methods of Lithotripsy: JOURNAL OF ENDOUROLOGY, 2014, V. 28, N. 4, P. 437 - 445]).

Цель и сущность изобретения

Как описано выше, лазерные техники позволяют раздробить практически любой камень, но эффективность лазерного литотриптера невысока, т.к. для фрагментации каждого мелкого камня требуется значительное количество времени.

В то же время наносекундная электроимпульсная литотрипсия (НЭИЛ) — высокоэффективная относительно безопасная техника контактной фрагментации минерально-органических образований во всех мочевыводящих каналах, а также в полых органах (кровеносные сосуды, желчные протоки и т.п.). Исследования заявителей показали, что эта методика гораздо более эффективна для фрагментации конкрементов, чем другие современные подходы, например, лазерная и электрогидравлическая литотрипсия. Однако эффективность НЭИЛ, а также некоторых других способов контактной литотрипсии зависит от плотности и структуры минерально-органических конкрементов. Таким образом, существует зависимость между свойствами минерально-органических конкрементов и кумулятивной энергией, требуемой для их фрагментации.

В то же время лазерное облучение при некоторых длинах волн может изменять свойства поверхности минерально-органических образований. Заявителями обнаружено, что даже если это лазерное облучение имеет низкую энергию, недостаточную для фрагментации конкрементов, создаваемые в них дефекты могут существенно влиять на эффективность применения НЭИЛ вслед за лазерным излучением.

Поэтому потребность в данном изобретении существует, а инновационный медицинский прибор и способ интракорпоральной литотрипсии для быстрой и простой фрагментации минерально-органических образований и их фрагментов в полостях органов были бы полезны. Кроме того, преимущество изобретения состоит в сокращении времени процедуры и уменьшении вероятности травмирования прилегающих тканей при ее проведении.

Термин «конкремент», используемый в настоящей заявке, относится к твердым калькулезным образованиям, состоящим из уратов, оксалатов и фосфатов, т.е. к желчным камням, почечным камням, цистиновым камням и другим подобным образованиям в протоках и полостях организма.

В аппаратах для безопасного введения в мочеточник, мочевой пузырь или желчные пути, кровеносные сосуды и другие органы пациента с целью нарушения структуры или дробления конкремента на более мелкие фрагменты было бы полезно объединить эффекты лазерной литотрипсии и НЭИЛ.

Также востребован способ фрагментации минерально-органических образований путем НЭИЛ с предварительным лазерным облучением камня. Предлагаемый нами способ может открыть новые горизонты для быстрой фрагментации крупных и плотных минерально-органических образований, например, крупных плотных камней или коралловидных камней в мочевыводящих путях, для которых в клинической практике используется ретроградный доступ.

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеназванную потребность в новом медицинском аппарате для дробления конкрементов в организме на более мелкие фрагменты, который использует комбинированное воздействие лазерного излучения и НЭИЛ на минерально-органические образования, что ускоряет и повышает эффективность фрагментации по сравнению с лазерным излучением и НЭИЛ, применяемыми раздельно.

Медицинский аппарат снабжен комбинированным зондом, состоящим из зонда лазерного волновода и зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии.

Медицинский аппарат также включает в себя источник световой энергии, соединенный с зондом лазерного волновода. Источник световой энергии выбран таким образом, чтобы создать область излучения с энергией, достаточной для повреждения поверхности минерально-органического образования при приложении к нему зонда лазерного волновода.

Медицинский аппарат также включает в себя источник электрической энергии, соединенный с зондом для наносекундной электроимпульсной литотрипсии. Источник электрической энергии выбран таким образом, чтобы генерировать наносекундные электрические импульсы высокого напряжения с энергией, достаточной для разрушения минерально-органического образования при приложении зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии к минерально-органическому образованию.

Медицинский аппарат снабжен системой наблюдения и контроля для установки параметров и контроля работы аппарата путем переключения аппарата из режима активации зонда лазерного волновода с целью генерации лазерного излучения в режим активации зонда для наносекундной лазерной литотрипсии с целью генерации наносекундных электрических импульсов.

В некоторых вариантах исполнения изобретения зонд лазерного волновода включает в себя одно или несколько лазерных волокон для лазерного облучения минерально-органического образования. Аналогично, зонд для наносекундной электроимпульсной литотрипсии оснащен рабочей головкой, производящей кратковременный электрический разряд, проходящий через минерально-органический конкремент.

В некоторых вариантах исполнения изобретения дистальная часть лазерного волокна лазерного волновода расположена соосно с рабочей головкой зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии. Например, лазерное волокно расположено вдоль продольной оси комбинированного зонда. Зонд с рабочей головкой для наносекудной электроимпульсной литотрипсии включает в себя электроды литотриптера, образующие вокруг лазерного волокна концентрические трубчатые втулки. Иными словами, лазерное волокно имеет трубчатую форму, а рабочая головка расположена внутри лазерного волокна.

В некоторых вариантах исполнения изобретения лазерное волокно лазерного волновода параллельно рабочей головке зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии.

В некоторых вариантах исполнения изобретения комбинированный зонд включает в себя внешние оболочки, окружающие зонд лазерного волновода и зонд для наносекундной электроимпульсной литотрипсии.

В некоторых вариантах исполнения изобретения комбинированный зонд включает в себя независимые друг от друга манипулятор для перемещения лазерного волокна и рабочую головку зонда для электроимпульсной литотрипсии, которые приводятся в прямой контакт с конкрементом.

Настоящее изобретение также удовлетворяет вышеназванную потребность в способе разрушения конкремента с помощью устройства, приведенного в настоящем изобретении. Способ включает создание поля лазерного излучения с энергией, достаточной для повреждения поверхности минерально-органического образования при приложении зонда лазерного волновода к его поверхности и воздействии на поверхность полем для создания дефекта в конкременте и генерацию наносекундных электрических импульсов высокого напряжения с энергией, достаточной для разрушения минерально-органического образования при приложении зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии к минерально-органическому образованию.

Соответственно, способ также включает в себя манипуляцию лазерным волокном с приложением его к поверхности конкремента для облучения полем лазерного излучения с целью повреждения поверхности конкремента. Способ также включает в себя манипуляцию по меньшей мере одним электродом рабочей головки зонда для электроимпульсной литотрипсии, чтобы привести электрод в прямой контакт с конкрементом и создать кратковременный электрический разряд с разрядным каналом для генерации ударных волн и напряжения, превосходящего прочность вещества конкремента.

Использование лазерного излучения как часть способа настоящего изобретения позволяет создать дефект(ы) на поверхности минерально-органического образования, что уменьшает напряжение пробоя при наносекундной электроимпульсной литотрипсии (НЭИЛ), применяемой после лазерной обработки конкремента и повышает эффективность НЭИЛ.

Таким образом, способ обеспечивает разрушение конкремента при выполнении интракорпоральной литотрипсии путем последовательной обработки конкремента лазерным излучением и его последующим дроблением на фрагменты с помощью наносекундных электрических импульсов, создающих существенные напряжения, ведущие к фрагментации конкремента.

В некоторых вариантах исполнения изобретения, диапазон длины волны лежит в пределах 0,94–10,6 мкм.

В некоторых вариантах исполнения изобретения, общая кумулятивная энергия при лазерной обработке поверхности лежит в диапазоне от нескольких Джоулей до нескольких тысяч Джоулей. Предпочтительные значения общей кумулятивной энергии при лазерной обработке поверхности лежат в диапазоне от 15 до 250 Дж.

В некоторых вариантах исполнения изобретения, поверхность обрабатывается с помощью непрерывного лазерного излучения.

В некоторых вариантах исполнения изобретения, поверхность обрабатывается с помощью импульсного лазерного излучения. Импульсы лазерного излучения могут иметь продолжительность от 0,1 до 60 мс, частота импульсов — варьироваться от 1 до 30 Гц, а мощность — от 0,5 до 40 Вт. В некоторых вариантах исполнения энергия лазерного импульса варьируется от 0,3 до 5 Дж.

В некоторых вариантах исполнения изобретения, энергия импульса НЭИЛ, прилагаемая к конкременту после лазерной обработки, варьируется от 0,1 до 2 Дж.

Например, может быть использован единственный электрический импульс. Иными словами, может быть использована пачка импульсов, прилагаемых с частотой 1–20 Гц.

Поверхность минерально-органического конкремента может быть последовательно многократно обработана с помощью лазера и зонда для НЭИЛ до полного разрушения конкремента. Например, после первоначальной лазерной обработки поверхности конкремента и его фрагментации посредством НЭИЛ, каждый фрагмент снова обрабатывается лазером и затем опять дробится на меньшие части посредством НЭИЛ и т.д. до полного разрушения.

Таким образом, для лучшего понимания дальнейшего изложения здесь в достаточно общем виде приведены наиболее важные характеристики изобретения. Более детальное его описание и преимущества применения изобретения содержатся далее в подробном описании и частично могут быть оценены из уже сделанного описания или из практики работы с изобретением.

Краткое описание чертежей

Для понимания изобретения и его осуществления на практике предпочтительные варианты исполнения описаны на основе неограничивающих примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 представляет собой функциональную схему аппарата, сочетающего электроимпульсную фрагментацию минерально-органических образований и лазерную обработку поверхности конкремента в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 схематически показан внешний вид аппарата для фрагментации конкрементов в организме в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3A схематически, частично в разрезе показан вид дистальной части зонда для фрагментации конкрементов в организме в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3B схематически показан увеличенный вид дистальной части зонда с фиг. 3A в разрезе;

на фиг. 3С схематически показан вид дистальной части медицинского аппарата с фиг. 3A вдоль линии А—А в поперечном разрезе;

на фиг. 3D схематически показан увеличенный вид дистальной части зонда в разрезе в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4A схематически, частично в разрезе, показан вид дистальной части зонда для фрагментации конкрементов в организме в соответствии с еще одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4B схематически показан увеличенный вид дистальной части зонда с фиг. 4A в разрезе;

на фиг. 4С схематически показан вид головки зонда с фиг. 4A вдоль линии B—B в поперечном разрезе;

на фиг. 5A схематически, частично в разрезе показан вид дистальной части зонда для фрагментации конкрементов в организме в соответствии с вариантом дальнейшего осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5B схематически показан увеличенный вид дистальной части зонда с фиг. 5A в разрезе;

на фиг. 5С схематически показан вид головки зонда с фиг. 5A вдоль линии C—C в поперечном разрезе;

на фиг. 6 показана усредненная суммарная удельная объемная энергия, необходимая для разрушения экспериментальных образцов с помощью различных техник;

на фиг. 7 показана зависимость удельной энергии, необходимой для фрагментации конкрементов с помощью НЭИЛ, от плотности конкрементов и диаметра зонда;

на фиг. 8A и 8B приводятся экспериментальные данные по кумулятивной энергии, необходимой для фрагментации конкремента, когда была использована только НЭИЛ и когда НЭИЛ была использована после предварительной лазерной обработки с использованием разных типов лазеров и измерений наносекундного электроимпульсного лазера.

Подробное раскрытие примеров осуществления изобретения

Принципы способа для медицинского аппарата, соответствующего настоящему изобретению, могут быть более понятными благодаря ссылкам на чертежи и сопутствующее описание, где номера в ссылках обозначают идентичные элементы. Подразумевается, что на этих чертежах необязательно соблюден масштаб; они приводятся только для иллюстрации и не предназначены для сужения области изобретения. Для отдельных элементов представлены примеры конструкций, материалов, измерений и производственных процессов. Специалисты могут оценить, что у многих представленных примеров есть подходящие альтернативы, которые можно использовать.

Изобретатели, подающие настоящую заявку, показали, что НЭИЛ — более эффективный способ разрушения биологических образований, чем лазерный или электрогидравлический способ. Например, на фиг. 6 показана усредненная суммарная удельная объемная энергия, необходимая для разрушения экспериментальных образцов минерально-органических образований с помощью следующих техник: НЭИЛ (наноимпульсной литотрипсии, обозначенной номером 61), ЭГЛ (электрогидравлической литотрипсии, обозначенной номером 62), ЛЛ (литотрипсии лазером Ho:YAG, обозначенной номером 63). Из них следует, что удельная объемная энергия, необходимая для разрушения конкрементов, составляет менее 1 Дж/мм³ для НЭИЛ. Для ЭГЛ энергия составила более 2 Дж/мм³ и для лазерной литотрипсии — более 5 Дж/мм³.

Кроме того, было обнаружено, что эффективность НЭИЛ не зависит от плотности и структуры конкремента, а также от измерений зонда для НЭИЛ. На фиг. 7 показана зависимость удельной энергии, необходимой для фрагментации конкрементов с помощью НЭИЛ, от плотности камней и диаметра зонда. Для разрушения мягких и твердых минерально-органических образований с помощью НЭИЛ использовались электрические импульсы энергией 1 Дж и 0,8 Дж. Символы со ссылочным номером 71 соответствуют экспериментам по разрушению твердых конкрементов с помощью электрических импульсов с энергией 1 Дж. Символы со ссылочным номером 72 соответствуют экспериментам по разрушению твердых конкрементов с помощью электрических импульсов с энергией 1 Дж. Символы с ссылочным номером 73 соответствуют экспериментам по разрушению твердых конкрементов с помощью электрических импульсов с энергией 0,8 Дж. Символы со ссылочным номером 74 соответствуют экспериментам по разрушению мягких конкрементов с помощью электрических импульсов с энергией 0,8 Дж.

В экспериментах использовались зонды (Франция) с диаметром, соответствующим 4,5 Fr и 6 Fr.

Как можно увидеть на фиг. 7, при работе с зондами (3,6 Fr), которые обычно используются в кровеносных сосудах при почечнокаменной болезни и т.д., а также при повышенной плотности камней, энергия и время фрагментации больше, чем при работе с зондами большого диаметра (т.е. 6 Fr). Это нежелательный эффект, который осложняет процедуру и может привести к повреждению тканей, вызванному большей энергией фрагментации, необходимой для достижения большего эффекта с помощью зондов малого диаметра.

В этой связи изобретали, подающие настоящую заявку, рассматривают способ, позволяющий повысить эффективность НЭИЛ. Таким образом, в соответствии с вариантом настоящего изобретения, на первом этапе поверхность конкрементов облучается лазером, чтобы создать дефекты на поверхности. После обработки лазерным облучением фрагментация конкремента завершается благодаря применению НЭИЛ, когда кратковременный разряд пропускается через конкремент, что приводит к его дроблению на мелкие фрагменты. Такая комбинированная техника позволяет осуществлять фрагментацию даже крупных и плотных конкрементов, прилагая незначительную кумулятивную энергию за короткий период.

На фиг. 1 представлена функциональная схема аппарата 10 для фрагментации минерально-органических образования 107, сочетающего лазерную и электроимпульсную техники пробоя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; Аппарат для фрагментации конкрементов укомплектован зондом 106, который состоит из двух частей: зонда лазерного волновода (не показан на фиг. 1) с одним или несколькими лазерными волокнами и зонда для наносекундной электроимпульсной литотрипсии (не показан на фиг. 1) с электродами.

Т.к. зонд 106 включает в себя и зонд лазерного волновода, и для наносекундной электроимпульсной литотрипсии, он также называется комбинированным зондом.

Комбинированный зонд 106 соединен с источником световой энергии 11, включающим в себя генератор лазерного излучения 105, оптически соединенный с зондом лазерного волновода и настроенный для генерации лазерного излучения. Комбинированный зонд 106 также соединен с источником электрической энергии 12, включающим в себя генератор наносекундных электрических импульсов 104, электрически соединенный с зондом для НЭИЛ и настроенный для генерации импульсов высокого напряжения. В соответствии с настоящим изобретением, лазерное излучение требуется для образования дефектов на поверхности конкремента 107. В свою очередь импульсы высокого напряжения необходимы для проведения кратковременного разряды сквозь конкремент 107. Таким образом, энергии импульсов высокого напряжения должно быть достаточно для фрагментации конкремента. Генератор наносекундных электроимпульсов 104 и генератор лазерного излучения 105 подключены к блокам питания 102 и 103 соответственно.

Аппарат 10 также включает в себя систему контроля и наблюдения 101, настроенную для управления, контроля и выбора рабочих параметров аппарата 10. Система наблюдения и контроля 101 также настроена для переключения аппарата 10 из режима лазерного излучения в режим наносекундных электрических импульсов для передачи энергии лазерного излучения и наносекундных электрических импульсов конкременту 107 соответственно. Во время работы прибор 10 и контроль над ним обеспечиваются системой наблюдения и контроля 101, которая позволяет установить параметры, требуемые для работы генератора лазерного излучения 105 от источника световой энергии 11 и генератора наносекундных импульсов высокого напряжения 104 от источника электрической энергии 12.

Система наблюдения и контроля 101 осуществляет контроль работы генератора лазерного излучения 105 и генератора наносекундных импульсов высокого напряжения 104, а именно параметров импульсов лазерного излучения и наносекундных электрических импульсов наряду с другими рабочими параметрами для оптимального осуществления способа фрагментации минерально-органических конкрементов. Оптимальное осуществление достигается сочетанием работы генератора лазерного излучения 105 и генератора наносекундных электроимпульсов 104 для передачи энергии конкременту 107 для дробления после приложения импульсов световой и электрической энергии.

В одном из вариантов исполнения аппарат 10 может включать в себя манипуляционную систему (не показана на фиг. 1), настроенную для работы с комбинированным зондом 106.

В одном из вариантов исполнения обработка минерально-органического соединения комбинированным зондом 106 включает в себя предварительную обработку поверхности конкремента зоной лазерного облучения и последующую фрагментацию конкремента путем НЭИЛ. Таким образом, аппарат 10 объединяет создание зоны лазерного облучения и наносекундных электрических импульсов, чтобы осуществить фрагментацию минерально-органических образований.

В соответствии с другим вариантом исполнения фрагментация конкремента начинается с наносекундной электроимпульсной литотрипсии, с проведения кратковременного электрического разряда сквозь конкремент для предварительного нарушения структуры конкремента. За кратковременным электрическим импульсом следует образование дальнейших внешних повреждений с помощью зоны лазерного облучения. Наконец, фрагментация завершается при вторичном применении наносекундной электроимпульсной литотрипсии.

На фиг. 2 схематически показан вид аппарата 10 для фрагментации конкрементов в организме в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Аппарат 10 включает в себя корпус 200, в котором помещаются система наблюдения и контроля 101, источник световой энергии 11 и источник электрической энергии 12 (см. фиг. 1–2). Аппарат 10 также оснащен кабелем генератора наносекундных электроимпульсов 204, электрически соединенным с зондом для НЭИЛ 210, и лазерным волноводом 203, оптически соединенным с зондом лазерного волновода 209. Кабель зонда для литотрипсии 204 и лазерный волновод 203 настроены для передачи энергии от генераторов наносекундных импульсов и поля лазерного облучения к разрушаемому конкременту (не показано). В корпусе 200 также помещаются экран наблюдения 213 и переключатели параметров световых и электрических импульсов 201 и 202, что позволяет оператору наблюдать за процессом литотрипсии и контролировать рабочие параметры лазерной и электроимпульсной литотрипсии.

Во время работы аппарата 10 можно наблюдать за уровнем энергии световых и электрических импульсов и управлять ими. Общее количество импульсов, их частоту, количество импульсов в каждой серии приложения энергии и кумулятивную энергию, доставленную к конкременту каждой частью аппарата, также можно контролировать. Следует понимать, что другие параметры процесса лечения также могут контролироваться с помощью системы наблюдения и контроля 101 и отображаться на экранах 213.

Сигналы управления передаются с системы наблюдения и контроля 101 к блокам питания 102, 103 для активации генератора лазерного излучения 105 и генератора наносекундных электрических импульсов 104. Наносекундные импульсы высокого напряжения и импульсы лазерного излучения транслируются к комбинированному зонду 106, который состоит из зонда для НЭИЛ 210 и зонда лазерного волновода 209. Комбинированный зонд (106 на фиг. 1) обозначен номером 211 на фиг. 2.

Головка 212 комбинированного зонда 211 на дистальном конце 303 включает в себя электроды зонда для НЭИЛ 210 и одно или несколько лазерных волокон лазерного волновода зонда 209.

Электроды литотриптера и лазерные волокна могут двигаться независимо друг от друга, что позволяет последовательно и независимо проводить два вида литотрипсии, например, предварительную обработку конкремента полем лазерного излучения и дальнейшую фрагментацию конкремента с помощью зонда для литотрипсии.

В соответствии с вариантом исполнения система управления и контроля 101 аппарата 10 включает в себя переключатель параметров лазерного излучения (обозначенный номером 201) и наносекудного электроимпульсного литотриптера (обозначенный номером 202). Во время работы переключатели параметров импульсов 201 и 202 координируют работу системы наблюдения и контроля, которая, в свою очередь, координируют работу источника световой энергии 11 и источника электрической энергии 12. Генератор наносекундных электроимпульсов 104 и генератор лазерного излучения 105 получают соответствующие сигналы от системы наблюдения и контроля 101. В свою очередь, системой наблюдения и контроля 101 с помощью переключателей параметров импульсов 201 и 202 задаются значения требуемых параметров энергии лазерного излучения и наносекундных импульсов высокого напряжения. Энергия электроимпульсов и лазерная световая энергия от генераторов 104 и 105, соответственно, передаются по электрическим линиям к комбинированному зонду 106.

В соответствии с вариантом осуществления лазерный волновод 203 используется, чтобы передавать лазерное излучение, а кабель генератора электроимпульсов — чтобы передавать наносекундные электрические импульсы высокого напряжения. Кабель 204, например, может представлять собой соосный кабель и/или кабель витой пары. Лазерный волновод 203 и кабель генератора электроимпульсов 204 являются гибкими, эластичными элементами, которые могут двигаться независимо друг от друга.

Лазерный волновод 203 и кабель генератора электроимпульсов 204 имеют соответствующие разъемы: разъем лазерного волновода 205 и разъем кабеля для передачи наносекундных электроимпульсов 206. Разъемы 205 и 206, в свою очередь, соединены соответственно с разъемом волновода 207, связанного с зондом лазерного волновода 209, и с разъемом кабеля 208, связанным с зондом для НЭИЛ 210, с проксимальных концов. Следует заметить, что в описании и последующих пунктах формулы изобретения термины «проксимальный» и «дистальный» используются относительно оператора медицинского аппарата.

Разъемы 205–208 совместимы друг с другом, чтобы избежать потерь во время передачи сигнала. Таким образом, для передачи наносекундных импульсов разъемы 206 и 208 должны иметь по меньшей мере одинаковое волновое сопротивление, также с