Внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии

 

Использование: в медицинской технике для электромагнитной термотерапии и гипертермии. Сущность: внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии содержит диэлектрический корпус с системой охлаждения, в котором размещена направленная излучающая антенна. Антенна выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, подложка которой имеет незамкнутую криволинейную форму. Экранный электрод размещен на внутренней поверхности, а излучающий электрод - на внешней поверхности подложки и его длина равна или меньше четверти длины волны переменного электромагнитного поля, возбуждаемого в подложке. Аппликатор содержит также по меньшей мере одну перемычку для замыкания электродов, размещенную на одном из торцев подложки. Технический результат: возможность варьирования в области зоны нагрева тканей тела, подвергающихся терапевтическому воздействию. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а более точно к внутриполостному аппликатору для электромагнитной термотерапии и гипертермии и может быть использовано для лечения внутренних органов с помощью электромагнитной термотерапии и гипертермии.

В настоящее время широкое распространение получает лечение злокачественных новообразований и воспалительных процессов внутренних органов с помощью термотерапии и гипертермии. В основе электромагнитной термотерапии и гипертермии лежит принцип поглощения электромагнитной энергии тканями тела, при котором происходит их непосредственный объемный разогрев.

Для достижения лечебного эффекта температура ткани должна быть повышена до 41 45^oC при гипертермии и при термотерапии свыше 45^oC.

В связи с высокими уровнями потока электромагнитной энергии, необходимыми для столь значительного повышения температуры тканей тела, исключительно важное значение имеет однородность зоны излучения внутриполостного аппликатора и максимальная локализация электромагнитного излучения в объеме тканей, подвергаемых лечению при минимальном облучении здоровых тканей.

Известен внутриполостной аппликатор (см. J.Scheiblich and O.Petrowic "Radiofreguency Induced Hyperthermia in the Prostate", Journal of Microware Power and Electromagnetic Energy, том 17, N3, 1982, стр.203-209) для лечения заболеваний предстательной железы, содержащий цилиндрическую щелевую антенну, помещенную в диэлектрическую оболочку. Внутри оболочки циркулирует охлаждающая жидкость.

Электромагнитная энергия, подводимая по коаксиальной фидерной линии, возбуждает в цилиндрической антенне стоячую электромагнитную волну, которая через щель, выполненную с одной стороны цилиндра, излучается в сторону нагреваемого объекта.

Указанный аппликатор имеет малый угол раскрытия диаграммы направленности излучения электромагнитной энергии, обусловленный малыми размерами щели. Малые размеры зоны облучения приводят к изучению большого потока электромагнитной энергии для разогрева предстательной железы до температуры более 41^oC, при постоянной поглощаемой мощности электромагнитного излучения на каждый грамм тканей тела.

Другим существенным недостатком является строгое требование к поддержанию низкой температуры охлаждающей жидкости, связанное с большими активными потерями электромагнитной энергии в самой антенне.

Необходимо также сильно охлаждать ткани тела, непосредственно прилегающие к излучающей стороне аппликатора. Сильный перегрев прилегающих тканей возникает в связи с большой мощностью электромагнитной энергии, проходящей через относительно малую площадь прилегающих тканей.

Известен внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии, содержащий диэлектрический корпус с системой охлаждения, в котором размещена направленная излучающая антенна, электроды которой подключены к коаксиальной фидерной линии [1] Излучающая антенна аппликатора выполнена в виде спирального четвертьволнового излучателя, излучающим элементом которой является проводник, навитый в виде спирали вокруг диэлектрического корпуса, концы которого подсоединены к коаксиальной фидерной линии.

Спиральный тип излучающей антенны обуславливает однородное радиальное излучение электромагнитной энергии. Изменение формы аппликатора в сечении и место расположения антенны в аппликаторе приводит в изменению формы диаграммы направленности аппликатора. Однако паразитное излучение в сторону, противоположную основному направлению все равно остается довольно существенным.

Увеличение количества антенн усложняет конструкцию и настройку аппликатора, однако также существенно не уменьшает паразитное излучение в сторону, противоположную основному лепестку диаграммы направленности. Наличие паразитного излучения приводит к нежелательному нагреву здоровых тканей и требует обязательного охлаждения тканей с нерабочей стороны антенны.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания внутриполостного аппликатора для электромагнитной термотерапии и гипертермии, в котором наличие и размещение микрополосковой антенны позволяет уменьшить паразитное излучение в сторону, противоположную основному лепестку диаграммы направленности, практически до нуля, варьировать область зоны нагрева тканей тела, подвергающихся терапевтическому воздействию, и исключить нагрев здоровых тканей, одновременно повысив однородность нагрева.

Поставленная задача решается тем, что во внутриполостном аппликаторе для электромагнитной термотерапии и гипертермии, содержащем диэлектрический корпус с системой охлаждения, в котором размещена направленная излучающая антенна, электроды которой подключены к коаксиальной фидерной линии, согласно изобретению, направленная излучающая антенна выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, излучающий и экранный электроды которой расположены на противоположных поверхностях закрепленной в корпусе диэлектрической подложки, незамкнутой криволинейной формы, и экранный электрод размещен на ее внутренней поверхности, а длина излучающего электрода равна или меньше четверти длины волны переменного электромагнитного поля, возбуждаемого в диэлектрической подложке отрезка микрополосковой линии, который содержит по меньшей мере одну перемычку для замыкания экранного и излучающего электродов, размещенную на одном из торцев диэлектрической подложки с возможностью образования ею совместно с электродами и диэлектрической подложкой четвертьволнового резонатора.

Это позволяет уменьшить длину излучателя, а также уменьшить длину зоны нагрева. Кроме того, размещение перемычки между излучателем и экранным электродом на торце антенны позволяет исключить паразитное излучение с этого торца, что существенно повышает однородность зоны нагрева на этой стороне антенны.

Целесообразно, чтобы на одном из торцев микрополосковой линии излучающий электрод, подложка и экранный электрод были расположены заподлицо и на этом торце размещена перемычка, соединяющая экранный и излучающий электроды, а на противоположном торце излучающий электрод выполнен короче экранного электрода.

Это позволяет значительно уменьшить интенсивность паразитного излучения с торца антенны, противоположного торцу с перемычкой, и повысить однородность нагрева с этого торца антенны.

Полезно, чтобы ширина экранного электрода была равна ширине подложки, а ширина излучающего электрода находилась в пределах от 30% до 95% от ширины экранного электрода.

Это позволяет изменить ширину зоны нагрева, а также глубину проникновения электромагнитного излучения, так как на глубину проникновения влияет площадь излучающего электрода. Изменение ширины зоны нагрева и глубины проникновения электромагнитного излучения позволяет максимально локализовать поглощение электромагнитной энергии в объеме ткани, подвергаемой терапевтическому воздействию.

Целесообразно также, чтобы аппликатор содержал две и более перемычки, общая ширина которых меньше ширины излучающего электрода.

Полезно, чтобы четвертьволновый резонатор содержал по меньшей мере один дополнительный конденсатор, подключенный между экранным и излучающим электродами, и имелась по меньшей мере одна дополнительная перемычка для замыкания экранного и излучающего электродов, размещенная на указанном торце диэлектрической подложки, для сохранения первоначальной частоты четвертьволнового резонатора.

Целесообразно, чтобы четвертьволновый резонатор содержал по меньшей мере один дополнительный проводник, подключенный между излучающим и экранным электродами, и обладающий индуктивностью, величина которой изменят размеры зоны нагрева, не изменяя начальную частоту четвертьволнового резонатора.

Изменение количества и ширины перемычек, а также подключение между излучающим и экранным электродами конденсатора и/или проводника с индуктивностью позволяет изменять длину излучающего проводника в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от соотношения индуктивности и емкости конденсатора и проводника, а также от ширины и количества перемычек между экранным и излучающим электродами.

Полезно, чтобы подложка имела форму цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое кольцо.

Целесообразно, чтобы подложка имела форму цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое эллиптическое кольцо.

Полезно также, чтобы подложка имела форму усеченного конуса, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое кольцо.

Изменение формы антенны позволяет обеспечить наиболее полный контакт с нагреваемыми тканями тела, а также создать беспрепятственный и легкий ввод аппликатора в полости человека при лечении.

Предлагаемая конструкция аппликатора для электромагнитной терапии и гипертермии позволяет максимально локализовать поглощение электромагнитной энергии в объеме ткани, подвергающейся терапевтическому воздействию, за счет измерения зоны нагрева как по длине, ширине, так и по глубине. Предлагаемый внутриполостной аппликатор обладает повышенной однородностью зоны нагрева, практически исключает паразитные излучения как с торцев антенны, так и в сторону, противоположную основному лепестку диаграммы направленности. Значительно снижаются требования к системе охлаждения, а также исключаются осложнения в процессе лечения, связанные с нагревом здоровых тканей паразитным излучением.

С помощью заявленного аппликатора появляется возможность нагревать глубокорасположенные ткани тела до температуры выше 45^oC, не повреждая здоровые ткани, прилегающие к аппликатору.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии (продольный разрез), согласно изобретению; фиг.2 изображает сечение антенны аппликатора по линии 11-11 на фиг.1, вариант, когда подложка выполнена в форме цилиндра, согласно изобретению; фиг.3 изображает вариант выполнения подложки, когда она в сечении имеет форму разомкнутого эллиптического кольца, согласно изобретению; фиг.4 изображает общий вид подложки с излучающим электродом, вариант когда подложка имеет форм усеченного конуса, согласно изобретению; фиг.5 изображает подложку с размещенными на ней излучающим и экранным электродами, перемычкой и дополнительным конденсатором (продольный разрез), согласно изобретению; фиг.6 изображает вид по стрелке А на фиг.5, согласно изобретению; фиг.7 изображает подлодку с размещенным на ней излучающим и экранным электродами, перемычкой и проводником, обладающим индуктивностью, согласно изобретению; фиг.8 изображает эпюру силовых линий индукции электрического поля, возбуждаемого в диэлектрической подложке, согласно изобретению; фиг.9 изображает диаграмму продольного распределения интенсивности излучения электромагнитной энергии, подводимой к ткани, согласно изобретению; фиг.10 изображает аппликатор, установленный внутри органа, подвергаемого термотерапии или гипертермии, согласно изобретению.

Внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии содержит диэлектрический корпус 1 (фиг.1) с рубашкой 2, между которыми циркулирует охлаждающая жидкость 3. В качестве охлаждающей жидкости обычно используется дистиллированная вода с температурой от 18^oC до 33^oC. В корпусе 1 закреплена направленная излучающая антенна, выполненная в виде отрезка микрополосковой линии 4. Экранный электрод 5 и излучающий электрод 6 микрополосковой линии 4 закреплены на внутренней и внешней поверхностях соответственно диэлектрической подложки 7. Подложка 7 размещена в корпусе 1 и удерживается в нем с помощью втулки 8. Электроды 5 и 6 подключены к центральному и наружному проводникам 9, 10 соответственно коаксиальной фидерной линии 11.

Возможны различные формы подложки 7. Она может иметь форму цилиндра, поперечное сечение которого (фиг.2) представляет собой разомкнутое кольцо.

В некоторых случаях для достижения максимального терапевтического эффекта подложка 7 может иметь форму цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое эллиптическое кольцо (фиг.3).

Возможен также вариант, когда подложка 7 имеет форму усеченного конуса (фиг.4).

Длина излучающего электрода 6 (фиг.1) равна или меньше четверти длины волны переменного электромагнитного поля, возбуждаемого в диэлектрической подложке 7.

Внутриполостной аппликатор содержит по меньшей мере одну перемычку 12 для замыкания экранного и излучающего электродов 5 и 6. Перемычка 12 размещена на торце диэлектрической подложки 7 и совместно с электродами 5 и 6 образует четвертьволновый резонатор.

На одном торце микрополосковой линии 4 (фиг.5) экранный электрод 5, подложка 7 и излучающий электрод 6 выполнены заподлицо и на этом же торце размещена перемычка, соединяющая экранный 5 и излучающий 6 электроды. На противоположном торце экранный электрод 5 и диэлектрическая подложка 7 выполнены заподлицо, а излучающий электрод 6 выполнен короче.

Ширина экранного электрода 5 всегда равна ширине подложки 7. При этом ширина излучающего электрода 6 для достижения максимального терапевтического эффекта меньше ширины подложки 7, она может изменяться в пределах от 30% до 95% от ширины экранного электрода 5.

Для уменьшения зоны нагрева ткани аппликатор может содержать две или более перемычек 12 (фиг.6), общая ширина которых меньше ширины излучающего электрода 6. На фиг.6 показан вариант, когда аппликатор содержит три перемычки 12.

Для изменения длины зоны нагрева ткани, подвергаемой терапевтическому воздействию, между экранным электродом 5 и излучающим электродом 6 подключается по меньшей мере один конденсатор 13 (фиг.5). И для каждого конденсатора 13 устанавливается соответствующая дополнительная перемычка 12 c тем, чтобы не изменялась начальная частота четвертьволнового резонатора.

В некоторых случаях для уменьшения длины зоны нагрева ткани целесообразно между экранным электродом 5 и излучающим электродом 6 подключить проводник 14 (фиг.7), обладающий индуктивностью. Причем величина индуктивности проводника 14 такова, что сохраняется начальная частота четвертьволнового резонатора.

Внутриполостной аппликатор работает следующим образом: аппликатор вводится в полость 15 органа, подвергаемого терапевтическому воздействию так, чтобы зона нагрева была направлена на объем тканей.

Электромагнитная энергия, подводимая по коаксиальной фидерной линии 11 возбуждает электромагнитное поле в диэлектрической подложке 7 (фиг.8). При этом на наружной стороне излучающего электрода 6 и внутренней стороне экранного электрода 5 возбуждаются переменные токи I₁ и I₂ соответственно, что приводит к излучению в ткань электромагнитной энергии.

Электромагнитная энергия, поглощаясь в тканях тела, вызывает их нагрев. На фиг.9 представлена диаграмма интенсивности излучения электромагнитной энергии, пропорциональной /E/² по длине l внутриполостного аппликатора. Зона нагрева BC определяется как участок, где значение интенсивности нагрева составляет 50% от величины максимальной интенсивности электромагнитного излучения.

Для отвода избыточного тепла и предотвращения перегрева здоровых тканей, прилегающих к аппликатору, по рубашке 2 циркулирует охлаждающая ткани дистиллированная вода. При этом температура здоровых тканей не поднимается выше 45^oC. Аппликатор позволяет проводить терапевтический нагрев пораженных, в том числе глубоко расположенных тканей 16 (фиг.10), не вызывая перегрева здоровых тканей.

Длительность воздействия определяется степенью поражения тканей и устанавливается индивидуально.

Пример 1 Больной Н. 72 года.

Диагноз: аденома предстательной железы, III стадия заболевания, установлена эпицистома (трубка в мочевом пузыре через брюшную полость), аденомоэктомия (оперативное удаление) противопоказана (гипертоническая болезнь).

Направление: электромагнитная термотерапия с помощью внутриполостного направленного аппликатора на установке "Яхта-4" в условиях стационара.

Лечение: контроль температуры осуществлялся с помощью гибких термодатчиков в простатической части уретры и непосредственно в ткани железы, температура охлаждающей жидкости 25027^oC, количество сеансов термотерапии за курс лечения 10, интервал между сеансами 2 3 дня, время одного сеанса 60 минут, температура: в простатической части уретры 41043^oC в тканях железы, прилегающих к прямой кишке 45-45,5^oC.

Результаты лечения:
закрыта эпицистома,
объем аденомы уменьшен на 30
уменьшение плотности железы.

Пример 2
Больной М, 60 лет
Диагноз: аденома предстательной железы II стадии, остаточная моча 150 мл, от оперативного вмешательства отказался.

Направление: электромагнитная гипертермия с помощью внутриполостного направленного аппликатора на установке "Яхта-4М", амбулаторно.

Лечение:
контроль температуры осуществлялся с помощью гибких термодатчиков в простатической части уретры,
температура охлаждающей жидкости, циркулирующей в аппликаторе, 30 - 32^oC,
количество сеансов гипертермии на курс 6,
интервал между сеансами 2 3 дня,
длительность одного сеанса 60 минут,
уровень температуры в течение сеанса в простатической части уретры поддерживался на уровне 41-42^oC.

Результаты лечения:
остаточная моча 50 мл,
уменьшение объема аденомы на 25%
уменьшение плотности железы.

Пример 3
Больной К, 52 года
Диагноз: хронический простатит, острые боли в промежности частота мочеиспускания до 3 раз за ночь.

Направление: электромагнитная гипертермия с помощью внутриполостного направленного аппликатора на установке "Яхта-4М", амбулаторно.

Лечение:
температура контролировалась с помощью гибких термодатчиков в простатической части уретры,
температура охлаждающей жидкости, циркулирующей в аппликаторе, 32-33^oC,
количество сеансов за курс гипертермии 6,
интервал между сеансами 2-3 дня,
длительность одного сеанса 60 минут,
уровень температуры в простатической части уретры 40,5 41,5^oC.

Результаты лечения:
снятие воспалительного процесса,
отсутствие острых болей в промежности,
позывы к мочеиспусканию ночью пропали,
восстановление потенции.

Формула изобретения

1. Внутриполостной аппликатор для электромагнитной термотерапии и гипертермии, содержащий диэлектрический корпус с системой охлаждения, в котором размещена направленная излучающая антенна, электроды которой подключены к коаксиальной фидерной линии, отличающийся тем, что направленная излучающая антенна выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, излучающий и экранный электроды которой расположены на противоположных поверхностях закрепленной в корпусе диэлектрической подложки, незамкнутой криволинейной формы, и экранный электрод размещен на ее внутренней поверхности, а длина излучающего электрода равна или меньше четверти длины волны переменного электромагнитного поля, возбуждаемого в диэлектрической подложке отрезка микрополосковой линии, который содержит по меньшей мере одну перемычку для замыкания экранного и излучающего электродов, размещенную на одном из торцов диэлектрической подложки с возможностью образования ею совместно с электродами и диэлектрической подложкой четвертьволнового резонатора.

2. Аппликатор по п.1, отличающийся тем, что на одном из торцов микрополосковой линии излучающий электрод, подложка и экранный электрод расположены заподлицо и на этом торце размещена перемычка, соединяющая экранный и излучающий электроды, а на противоположном торце излучающий электрод выполнен короче экранного электрода.

З. Аппликатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ширина экранного электрода равна ширине подложки, а ширина излучающего электрода находится в пределах от 30 до 95% от ширины экранного электрода.

4. Аппликатор по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что содержит две и более перемычки, общая ширина которых меньше ширины излучающего электрода.

5. Аппликатор по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что четвертьволновый резонатор содержит по меньшей мере один дополнительный конденсатор, подключенный между экранным и излучающим электродами, и имеется по меньшей мере одна дополнительная перемычка для замыкания экранного и излучающего электродов, размещенная на указанном торце диэлектрической подложки и обеспечивающая начальную частоту четвертьволнового резонатора.

6. Аппликатор по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что четвертьволновый резонатор содержит по меньшей мере один дополнительный проводник, обладающий индуктивностью и подключенный между излучающим и экранным электродами, величина индуктивности которого обеспечивает начальную частоту четвертьволнового резонатора.

7. Аппликатор по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что подложка имеет форму цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое кольцо.

8. Аппликатор по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что подложка имеет форму цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое эллиптическое кольцо.

9. Аппликатор по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что подложка имеет форму усеченного конуса, поперечное сечение которого представляет собой разомкнутое кольцо.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9