Способ высокотемпературного разрушения биоткани и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области медицины и ветеринарии, преимущественно к хирургии, и может быть использовано для разрушения биотканей различных органов, пораженных патологическим процессом различного генеза, в том числе онкологического происхождения. Способ высокотемпературного разрушения биоткани заключается во введении теплоносителя в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы, являющейся электродом, и подаче высокочастотного тока. В качестве теплоносителя используют дистиллированную воду, герметизацию канала, образовавшегося в биоткани при введении полой иглы производят путем коагуляции биоткани на пояскевнешней поверхности электрода, а последующее введение и нагрев теплоносителя до температуры 100-110°С током высокой частоты осуществляют при повышенном давлении 1-2 бара и регулируют скорость введения теплоносителя. Устройство для осуществления способа содержит генератор высокочастотного тока, подключенный через фланец к биполярному электроду, выполненному в виде изолированных друг от друга коаксиальных электродов, имеющих частичное покрытие из диэлектрика и выполненных в виде полых металлических игл, термодатчик и систему подвода теплоносителя. Внешний электрод установлен с зазором относительно внутреннего электрода, имеет отверстия для подачи теплоносителя в биоткань и не имеет изоляции на острие и пояске концевой части вблизи отверстий, расположенных у острия. Термодатчик встроен в полость иглы внутреннего электрода, а внешний электрод снабжен тройником для подачи теплоносителя к зазору от системы подвода теплоносителя с встроенным в нее датчиком давления. Использование изобретения позволяет уменьшить травматичность процедуры высокотемпературного разрушения биоткани за счет увеличения объема коагуляции за одну процедуру. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к области медицины и ветеринарии, преимущественно к хирургии, и может быть использовано для разрушения биотканей различных органов, пораженных патологическим процессом различного генеза, в том числе онкологического происхождения.
Широкое распространение в клинической практике получили способы и устройства, осуществляющие термокоагуляцию биоткани и ее разрушение при температуре ниже 100°С (см., например, Kelvin Kwok-Chai Ng et al. Thermal ablative therapy for malignant liver tumors: A critical appraisal. J.Gastroenterology and Hepatology. 2003, 18, 616-629). Для нагрева может быть использована электромагнитная энергия радиочастотного, микроволнового или оптического диапазона длин волн. Энергия от генераторов в этих устройствах передается в биоткань с помощью достаточно тонких электродов, излучателей или световодов. Объем биоткани, разрушаемой этим способом, примерно одинаков и не превышает 3 см в диаметре, что ограничивает клиническое использование этой технологии. Основными причинами ограничения объема нагрева биоткани является поглощение энергии электромагнитного поля вблизи от излучателя или электрода, а также плохая теплопроводность биоткани, препятствующая распространению в ней тепла.
Известен пособ разрушения биоткани нагретьм теплоносителем, описанный в статье - Honda N. Percutaneous hot saline injection therapy for hepatic tumors: an alternative to percutaneous ethanol injection therapy. Radiology, 1994, 1, 53-57, заключающийся во введении теплоносителя в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы. В качестве теплоносителя используется физиологический раствор (0,9% NaCl). Таким способом удается коагулировать биоткань до 3 см в диаметре. Несмотря на простоту и дешевизну способ имеет существенные недостатки. Для полного разрушения биоткани инъекции приходится повторять, а при повторном введении теплоноситель распределяется в биоткани неравномерно. Это приводит к увеличению травматичности процедуры. Кроме того, из-за хорошей теплопроводности металла игла нагревается теплоносителем, что приводит к повреждению здоровой биоткани, прилегающей к поверхности иглы.
Наиболее близким к предлагаемому является способ высокотемпературного разрушения биоткани, заключающийся во введении теплоносителя в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы, являющейся электродом, и подаче высокочастотного тока (US 5472441 А, 05.12.1995). В этом способе в качестве теплоносителей используются физиологический раствор и растворы лекарственных веществ. Основным недостатком этого способа является небольшой объем разрушения за одну процедуру. Это связано с тем, что нагрев теплоносителя происходит на поверхности электрода, контактирующей с биотканью, где плотность тока наибольшая. При повышении температуры до точки кипения происходит обезвоживание этого слоя, что приводит к увеличению его сопротивления, уменьшению тока и тепловыделения. Поэтому процесс термокоагуляции в этом способе проводят при температуре ниже точки кипения. При этом регулировка скорости введения теплоносителя не производится.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение травматичности способа за счет увеличения объема разрушаемой биоткани за одну процедуру.
Для этого в известном способе высокотемпературного разрушения биоткани, заключающемся во введении теплоносителя в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы, являющейся электродом, и подаче высокочастотного тока, в качестве теплоносителя используют дистиллированную воду, герметизацию канала, образовавшегося в биоткани при введении полой иглы производят путем коагуляции биоткани на пояске внешней поверхности электрода, а последующее введение и нагрев теплоносителя до температуры 100-110°С током высокой частоты осуществляют при повышенном давлении 1-2 бара и регулируют скорость введения теплоносителя.
Проведенные нами эксперименты показали, что дистиллированная вода является наиболее подходящим теплоносителем, позволяющим сохранять работоспособность предлагаемого устройства для высокотемпературного разрушения в течение всей процедуры.
Техническим результатом такой последовательности новых операций после их реализации является увеличение объема коагуляции на 30-50% за одну процедуру, что ведет к уменьшению травматичности известного способа.
Для осуществления разрушения биоткани высокочастотным током известен ряд устройств, содержащих генератор высокочастотного тока, нейтральный плоский электрод большой площади, закрепляемый на поверхности тела, и активный электрод с малой рабочей поверхностью, вводимый в разрушаемую биоткань. Высокочастотный ток, протекающий между электродами, нагревает биоткань вблизи активного электрода, где плотность тока наиболее высока. Для предотвращения высушивания биоткани, которое приводит к повышению ее сопротивления и, как следствие, обугливанию биоткани, в известном устройстве (US 5599346) активный электрод выполнен в виде полой иглы с отверстиями в концевой части для введения физиологического раствора, который поддерживает нормальную влажность биоткани, прилегающей к поверхности электрода. Главным недостатком таких устройств является небольшой объем разрушаемой биоткани, как правило, не превышающий 3 см в диаметре, из-за значительного уменьшения плотности тока по мере удаления от активного электрода.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для высокотемпературного разрушения биоткани, содержащее генератор высокочастотного тока, подключенный через фланец к биполярному электроду, выполненному в виде изолированных друг от друга коаксиальных электродов, имеющих частичное покрытие из диэлектрика, внутренний электрод выполнен в виде полой металлической иглы и не имеет изоляции на концевой части, внешний электрод имеет отверстия для подачи теплоносителя в биоткань, термодатчик и систему подвода теплоносителя (СА 2238395, 02.04.1998). При использовании устройства такой конструкции объем разрушаемой биоткани оказывается небольшим, так как нагрев биоткани осуществляется в основном за счет выделения тепла при протекании тока между двумя электродами, имеющими между собой большое расстояние.
Задачей предлагаемого устройства является увеличение объема коагулируемой биоткани.
Для этого в известном устройстве для высокотемпературного разрушения биоткани, содержащем генератор высокочастотного тока, подключенный через фланец к биполярному электроду, выполненному в виде изолированных друг от друга коаксиальных электродов, имеющих частичное покрытие из диэлектрика, внутренний электрод выполнен в виде полой металлической иглы и не имеет изоляции на концевой части, внешний электрод имеет отверстия для подачи теплоносителя в биоткань, термодатчик и систему подвода теплоносителя, внешний электрод установлен с зазором относительно внутреннего электрода, выполнен в виде полой металлической иглы, не имеющей изоляции на острие и пояске концевой части вблизи отверстий, расположенных у острия, термодатчик встроен в полость иглы внутреннего электрода, а внешний электрод снабжен тройником для подачи теплоносителя к зазору от системы подвода теплоносителя с встроенным в нее датчиком давления.
Сущность предлагаемого изобретения можно понять из нижеследующего описания. Как показано на фиг.1, устройство 1, представляющее собой биполярный электрод, состоит из двух электродов. Внутренний электрод 2 выполнен в виде покрытой диэлектриком 3 полой металлической иглы с удаленной изоляцией на концевой части, и с термодатчиком 4, встроенным в полость иглы. Внешний электрод 5 выполнен также в виде покрытой диэлектриком полой металлической иглы большего диаметра, которая закреплена снаружи внутреннего электрода коаксиально с зазором 6 так, что электроды не имеют электрического контакта между собой и образуют совместно биполярную конструкцию. В концевой части внешнего электрода вблизи острия имеются отверстия 7 для подачи теплоносителя в область биоткани, подлежащей разрушению, через зазор 6 между электродами. Изоляция с поверхности концевой части внешнего электрода удалена в виде пояска 8 шириной 3-5 мм в непосредственной близости от отверстий и с острия электрода. Внешний электрод 5 имеет тройник 9 для подачи теплоносителя от системы подвода теплоносителя к зазору и фланец 10, подсоединяющий устройство 1 к высокочастотному генератору.
Теплоноситель подается в область разрушения биоткани с помощью инфузионного насоса (на фиг.1 отсутствует) через тройник 9 в зазор 6 между внутренней поверхностью электрода 5 и внешней изолированной поверхностью электрода 2 и вводится в биоткань через отверстия 7. Центрирование электродов между собой осуществляется с помощью диэлектрических втулок, расположенных внутри электрода 5 вблизи его концов. Одна из втулок 11 показана на фиг.1.
Работа способа и устройства поясняется с помощью блок-схемы установки для разрушения биоткани (фиг.2). Установка содержит генератор 12, работающий на частоте 440 кГц, блок управления 13 и систему подвода теплоносителя, состоящую из насоса 14, подводящего шланга 15 и датчика давления 16. Через фланец 10 устройство 1 подключается к генератору 12 и блоку управления 13. Блок управления содержит устройство регистрации температуры с термодатчика и устройство регулировки температуры теплоносителя. Биполярный электрод 1 с помощью ультразвукового сканера (на фиг.2 не показан) вводят в участок биоткани 17, подлежащий разрушению. Введение электрода осуществляют при включенном насосе 14, подающем теплоноситель, чтобы частички биоткани не засоряли выходные отверстия в процессе продвижения электрода в биоткани. Затем подают высокочастотное напряжение на электроды от генератора 12. Ток между электропроводящими поверхностями двух электродов распределяется следующим образом. Часть тока протекает между поверхностью, лишенной изоляции, внутреннего электрода и внутренней поверхностью наружного электрода через теплоноситель, нагревая его. Другая же часть тока протекает между внутренним электродом и внешней электропроводящей поверхностью наружного электрода в виде пояска через биоткань, прилегающую к этой поверхности, и также нагревает ее. Коагулированная на этой поверхности биоткань достаточно надежно герметизирует зазор между введенным электродом и биотканью, создавая замкнутое пространство, куда поступает нагретый теплоноситель. В этом объеме повышается давление, что регистрируется с помощью датчика 16. Повышенное давление порядка 1-2 бар позволяет поднимать температуру теплоносителя (в данном случае дистиллированной воды) до 110°С и превращать его в пар, что ускоряет распространение горячего теплоносителя от поверхности электрода вглубь биоткани, увеличивая эффективность переноса тепла. Давление паров воды можно изменять, регулируя скорость введения теплоносителя или напряжение на электродах.
Испытания предлагаемого способа и устройства для его осуществления были проведены на печени свиньи. Под общим наркозом животное фиксировали на операционном столе и с помощью ультразвукового сканера вводили биполярный электрод в различные доли печени. Инфузию дистиллированной воды проводили со скоростью 1 мл/мин. Мощность генератора регулировали по показаниям термодатчика и датчика давления, поддерживая температуру 110°С и давление 1,5 бар. Длительность нагрева составляла от 20 до 30 мин. По окончании эксперимента животное умерщвляли, вскрывали брюшную полость и проводили измерения коагулированных участков печени. Результаты испытаний показали, что с помощью предлагаемого способа и устройства достигается почти сферический объем коагуляции диаметром до 5 см, что почти в 2 раза больше по объему коагулированной ткани, чем у прототипа. Гистологический анализ образцов показал, что неоднородностей по объему коагулированной ткани не наблюдается.
Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства уменьшает травматичность известного способа высокотемпературного разрушения биоткани, за счет увеличения объема коагуляции за одну процедуру.
Больная С., 45 лет, находилась на лечении в отделении микрохирургии МНИОИ им. П.А.Герцена с диагнозом Фибрилярная гистиоцитома поясничной области спины. По данным компьютерной томографии в непосредственной близости от позвоночника справа определяется массивное опухолевое образование размерами 7х8 см. Больной амбулаторно проведено два сеанса разрушения опухоли предлагаемым способом и устройством. После предварительного местного обезболивания, под контролем ультразвукового сканера, в опухоль вводили устройство для разрушения, подключали насос и генератор и проводили термокоагуляцию опухоли. Скорость подачи дистиллированной воды составляла 1 мл/мин. Мощность генератора регулировали по показаниям термодатчика и датчика давления, поддерживая температуру 110°С и давление 2 бара. Длительность каждой процедуры составила 15 мин. Вторая процедура была проведена через неделю после первой. При обследовании через 4 месяца после проведения последней процедуры отмечается уменьшение опухоли в объеме и отсутствие признаков ее продолженного роста.
1. Способ высокотемпературного разрушения биоткани, заключающийся во введении теплоносителя в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы, являющейся электродом, и подаче высокочастотного тока, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют дистиллированную воду, герметизацию канала, образовавшегося в биоткани при введении полой иглы производят путем коагуляции биоткани на пояскевнешней поверхности электрода, а последующее введение и нагрев теплоносителя до температуры 100-110°С током высокой частоты осуществляют при повышенном давлении 1-2 бара и регулируют скорость введения теплоносителя.
2. Устройство для высокотемпературного разрушения биоткани, содержащее генератор высокочастотного тока, подключенный через фланец к биполярному электроду, выполненному в виде изолированных друг от друга коаксиальных электродов, имеющих частичное покрытие из диэлектрика, внутренний электрод выполнен в виде полой металлической иглы и не имеет изоляции на концевой части, внешний электрод имеет отверстия для подачи теплоносителя в биоткань, термодатчик и систему подвода теплоносителя, отличающееся тем, что внешний электрод установлен с зазором относительно внутреннего электрода, выполнен в виде полой металлической иглы, не имеющей изоляции на острие и пояске концевой части вблизи отверстий, расположенных у острия, термодатчик встроен в полость иглы внутреннего электрода, а внешний электрод снабжен тройником для подачи теплоносителя к зазору от системы подвода теплоносителя с встроенным в нее датчиком давления.
