Способ и устройство для разрушения злокачественных опухолей

Группа изобретений относится к медицине и предназначена для разрушения злокачественных опухолей. Проводят локальную интерстициальную терморадиотерапию. Вводят рабочий игольчатый электрод в центр опухоли и подводят к нему радиочастотную энергию в течение времени нагрева. Используют при этом энергию сверхвысокочастотного диапазона. Устройство включает генератор, подключенный к рабочему игольчатому электроду. В качестве генератора использован генератор СВЧ диапазона. Рабочий игольчатый электрод подключен гибким радиочастотным кабелем к генератору. В качестве рабочего игольчатого электрода используют отрезок жесткой коаксиальной линии с выступающим на 5-15 мм центральным проводником. Предлагаемая группа изобретений позволяет добиться более глубокого проникновения в ткань, обеспечивая разрушение всего объема новообразования, отсутствие второго электрода позволяет исключить прохождение нежелательных токов через тело пациента и их патологическое влияние на организм. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к локальной внутритканевой гипертермии, и может быть использовано для разрушения злокачественных новообразований.

Во всем мире приблизительно два миллиона человек каждый год заболевают раком печени. Только у 30% пациентов возможно проведение радикального хирургического лечения. Поэтому развитие новых методов лечения для неоперабельных пациентов, в частности с опухолями печени, является весьма актуальным.

Одним из самых успешных и динамически развивающихся направлений онкологии является метод локальной терморадиотерапии. Метод очень эффективен (сопоставим по эффективности с хирургическим вмешательством), минимально инвазивен.

Известны способы локальной гипертермии, основанные на введении внутрь опухоли различных ферромагнитных или токопроводящих жидкостей с последующим нагревом ВЧ-током до 44°С и выше (См. Проф. Карев И.Д. "Гипертермические методы в онкологии", www.k-test.ru/index). Экспериментальные и клинические исследования по применению ферромагнитных жидкостей показали их отрицательные свойства. Неблагоприятными последствиями применения ферромагнитных суспензий являются нередко развивающиеся ожоги кожи и косметические дефекты в послеоперационном рубце. Результаты морфологических исследований (на примере рака молочной железы) свидетельствуют, что применение термомодификаторов вызывает выраженные структурные изменения злокачественных опухолей: снижается плотность жизнеспособной паренхимы, уменьшается индекс митотической активности и число нормальных митозов.

Известны также способ и устройство для лечения злокачественных новообразований (см. патент РФ №2063255, A61N 5|02, A61B 17/36, 1996 г.), основанные на использовании токопроводящей жидкости с последующим нагревом ВЧ-током.

Устройство содержит высокочастотный генератор, излучатели, блок измерения и контроля температуры, соединенный с термодатчиками. Между высокочастотным генератором и излучателями установлен распределитель высокочастотной энергии. Каждый излучатель выполнен в виде группы электродов, состоящей не менее чем из трех игл, при этом распределитель высокочастотной энергии содержит не менее трех катушек связи, каждая из которых первым выходом соединена с одной иглой-электродом из группы, а вторым выходом - через переменное сопротивление с остальными иглами-электродами из группы.

Способ лечения осуществляют следующим образом. Предварительно, после введения анестетиков, перитуморально вводят высокомолекулярный декстран. Зону нагрева условно анатомически делят на несколько секторов, в каждый из которых вводят группу электродов, не менее чем из трех игл. Достигают температуры 49°С около игл за время менее 1 мин и затем равномерно разогревают новообразование до 49°С, подавая от отдельного источника на каждую группу электродов высокочастотную энергию соответствующей величины в зависимости от проводимости секторов. В устройстве использован генератор с выходной мощностью 50 Вт, работающий на частоте 13,56 МГц. Разогрев отдельных частей новообразования до температуры 49°С осуществляют не более чем за 1 мин, что позволяет быстро пройти рубеж 39-40°С для всей массы новообразования, при котором раковые клетки начинают быстро распространяться с током крови. Введение токопроводящей жидкости, а именно декстрана, приводит к сдавливанию кровеносных сосудов. Это затрудняет разнос раковых клеток с током крови в здоровые ткани. Поддержание температуры 49°С в злокачественном новообразовании осуществляют в течение не менее 90 мин, что позволяет добиться более выраженного лечебного эффекта, обеспечивающего практически полностью девитализацию раковых клеток.

Недостатком известного устройства является сложная система электродов, что усложняет устройство и делает его громоздким. В устройство входят резонансные контура, напрямую связанные с иглами-электродами, вводимыми в новообразование. Изменение электрических характеристик ткани во время процедуры нагрева приводит к изменению согласования высокочастотного генератора с нагрузкой. И, как следствие, в процессе работы необходима ручная подстройка контуров, а при наличии множественного мелкоочагового поражения органа (метастазы) работа с данным устройством выглядит затруднительной.

Недостатком способа является длительное время обработки опухоли - более 90 минут, что ограничивает применение способа при оперативных вмешательствах. Кроме того, введение декстрана вокруг новообразования для создания хорошей проводимости противоречит принципам абластики (возможно вторичное заражение раковыми клетками здоровой ткани). За счет просачивания нагретой жидкости к смежным органам возможна термоаблация последних. Кроме этого, достаточно сложным является обеспечение равномерности и однородности заполнения декстраном. Неравномерность и неоднородность заполнения декстраном приводит к неоднородному нагреву опухоли, и, как следствие, низкой эффективности способа.

Наиболее близким к изобретению является универсальный комплекс «МЕТАТОМ-2» для теплового разрушения опухолей (ссылка взята в Интернете, http://medprom.ru/medprom/237250). Устройство включает высокочастотный генератор, шприцевый насос, блок управления, а также набор сменных одноразовых принадлежностей, включающих нейтральный электрод, рабочий игольчатый электрод и термодатчик. Рабочий игольчатый электрод имеет изолирующее покрытие по всей длине, за исключением конца длиной 15-20 мм с отверстиями для подачи в область нагрева изотонического раствора хлорида натрия. Термодатчик выполнен в виде неохлаждаемого игольчатого электрода с изолирующим покрытием по всей длине. В процессе осуществления способа нейтральный электрод располагают под телом пациента, вводят рабочий электрод в центр опухоли и подводят к нему радиочастотную энергию. При прохождении высокочастотного тока между неизолированным концом игольчатого электрода и нейтральным электродом ткань вблизи конца игольчатого электрода нагревается до температуры 50-100°С, вызывая гибель клеток опухоли. Одновременно, в область нагрева через отверстия в конце игольчатого электрода, поступает изотонический раствор, способствующий уменьшению высушивания ткани вблизи конца игольчатого электрода и увеличению размера области термического некроза ткани. Размер области коагуляции зависит от величины высокочастотной мощности, времени нагрева, скорости введения изотонического раствора, а также конфигурации наконечника игольчатого электрода.

Недостатком комплекса «МЕТАТОМ-2» и способа разрушения опухолей является длительное время нагрева (десятки минут), что ограничивает его применение при оперативных вмешательствах. Ввиду того, что высокочастотные токи проходят между нейтральным и игольчатым электродами по телу пациента (система является двухэлектродной), а подводимая мощность меняется от 50 до 300 Вт, нагрев тканей по пути протекания тока не контролируется, патологическое влияние на организм при этом не оценивается. Поэтому применение комплекса для пациентов с имплантированными электрокардиостимуляторами ограничено. Кроме того, существенным недостатком комплекса является работа у нижней границы высокочастотного диапазона (сотни килогерц). При этом при протекании тока от игольчатого рабочего электрода к нейтральному электроду происходит высыхание окружающих тканей, в результате чего проводимость падает, что ведет к снижению поглощения мощности нагрева и, следовательно, уменьшению эффективности способа. Для восстановления проводимости в пораженную область необходимо вводить физиологический раствор, что усложняет конструкцию рабочего игольчатого электрода и комплекса в целом.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа и реализующего его устройства, обеспечивающих при закрытом (чрескожном) и открытом (во время проведения хирургических операций) доступах при малом времени нагрева эффективное разрушение злокачественной опухоли и ее метастазов в паренхиматозных органах, в частности в печени. Другой задачей настоящего изобретения является создание недорогого, простого по конструкции отечественного устройства, обеспечивающего доступный по стоимости способ лечения широкому кругу пациентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе разрушения злокачественных опухолей путем проведения локальной интерстициальной терморадиотерапии, включающем введение рабочего игольчатого электрода в центр опухоли и подведение к нему радиочастотной энергии в течение времени нагрева, согласно изобретению используют энергию сверхвысокочастотного диапазона, а в качестве рабочего игольчатого электрода используют отрезок жесткой коаксиальной линии с выступающим на 5-15 мм центральным проводником.

В способе предпочтительно используют энергию диапазона 1-5 Ггц с регулируемой выходной мощностью в пределах 10-500 Вт, а время нагрева составляет 5-30 с.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для разрушения злокачественных опухолей, включающем генератор, подключенный к рабочему игольчатому электроду, согласно изобретению в качестве генератора использован генератор СВЧ диапазона, а рабочий игольчатый электрод выполнен в виде отрезка жесткой коаксиальной линии с выступающим на 5-15 мм центральным проводником, подключенного гибкой коаксиальной линией к генератору. Генератор имеет диапазон частот 1-5 Ггц и выполнен с регулируемой выходной мощностью в пределах 10-500 Вт. В качестве генератора СВЧ диапазона может быть использован магнетрон.

Отрезок жесткой коаксиальной линии согласно изобретению содержит центральный проводник, выполненный из тугоплавкого металла, например титана или молибдена, и внешний проводник, помещенный в термоэкран, выполненные из металла, например нержавеющей стали, центральный и внешний проводники разделены изолирующей трубкой из керамики.

Сущность предложенного изобретения заключается в том, что для обеспечения эффективного разрушения злокачественных опухолей при малом времени нагрева авторами предложена группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом - способ и устройство, использующих энергию СВЧ диапазона. Легкость, с которой СВЧ энергия преобразуется в тепло, позволяет получить очень высокие скорости нагрева, при этом в тканях не возникает разрушающих электрических нагрузок. Известно (СВЧ энергетика, том №2, Москва: издательство «Мир», 1971 г. 53 с.), что с увеличением частоты растет поглощаемая мощность на единицу объема, которая определяется формулой

,

где f - частота в мегагерцах, Е - напряженность электрического поля в В/см, s - коэффициент диэлектрических потерь вещества, Р - поглощенная мощность.

Заявителям известно использование энергии СВЧ диапазона при проведении дистанционной локальной гипертермии (См. Проф. Карев И.Д. "Гипертермические методы в онкологии", www.k-test.ru/index), которой подвергаются поверхностно расположенные опухоли (опухоли кожи, нижней губы, молочной железы, нижнеампулярного отдела прямой кишки, простаты), т.к. глубина оптимального разогрева обычно составляет не более 4-5 см. Известные технические решения, предназначенные для дистанционной локальной гипертермии, не применимы для локальной внутритканевой гипертермии.

Использование энергии СВЧ диапазона при проведении локальной терморадиотерапии позволяет при эффективном разрушении злокачественных опухолей снизить время нагрева до 5-30 с (в отличие от прототипа, где время нагрева составляет 30-40 мин), что особенно важно при проведении хирургических операций. Проведенные авторами эксперименты позволили выявить предпочтительный диапазон частот - 1-5 Ггц при регулируемой выходной мощности 10-500 Вт, так как размер области коагуляции зависит от величины высокочастотной мощности и времени нагрева.

Энергию СВЧ диапазона подводят с помощью рабочего игольчатого электрода, выполненного в виде отрезка жесткой коаксиальной линии, что упрощает конструкцию электрода и устройства в целом и выгодно отличает предлагаемое техническое решение от прототипа. В комплексе «МЕТАТОМ-2» использована двухэлектродная система с рабочим игольчатым электродом, имеющим отверстия на конце, через которые подается изотонический раствор для предотвращения высушивания ткани и восстановления ее проводимости. В предложенном техническом решении нет необходимости в предотвращении высушивания, так как в процессе нагрева и уменьшения количества поглощающей жидкости в зоне воздействия (за счет высокой температуры), контактирующей с рабочей частью электрода, поглощение СВЧ энергии резко падает. При этом ближнее поле проникает глубже в ткань, обеспечивая разрушение всего объема новообразования. Отсутствие второго электрода позволяет исключить прохождение нежелательных токов через тело пациента и их патологическое влияние на организм.

Проведенные авторами эксперименты позволили выявить предпочтительные размеры отрезка жесткой коаксиальной линии. Локальное воздействие на биологическую ткань определяется геометрическими размерами выступающего на 5-15 мм центрального проводника.

Выполнение СВЧ генератора в виде магнетрона позволило создать недорогое, простое по конструкции отечественное устройство, обеспечивающее доступный по стоимости способ лечения широкому кругу пациентов.

Далее изобретение поясняется с помощью чертежей, где:

на фиг.1 представлена блок-схема устройства для разрушения злокачественных новообразований; на фиг.2 представлен рабочий игольчатый электрод.

Устройство (см. фиг.1) содержит генератор СВЧ 1 с регулируемой выходной мощностью, рабочий игольчатый электрод 2, подключенный через гибкую коаксиальную линию 3 и разъемы 4 к генератору 1. Генератор СВЧ 1 выполнен в виде магнетрона с предпочтительным диапазоном работы 1-5 Ггц и регулируемой выходной мощностью 10-500 Вт.

Рабочий игольчатый электрод 2 (см. фиг.2) выполнен в виде отрезка жесткой коаксиальной линии диаметром 2-3 мм, длиной 150-250 мм и содержит центральный проводник 5, выступающий на 5-15 мм из окружающей его керамической трубки 6. Центральный проводник 5 помещен внутрь внешнего электрода 7, который, в свою очередь, помещен в защитный термоэкран 8. Центральный проводник 5 может быть выполнен из тугоплавких металлов титана или молибдена, внешний электрод 7 и термоэкран 8 могут быть выполнены в виде трубок из нержавеющей стали.

Способ лечения осуществляют следующим образом. С помощью известных методик диагностируют злокачественное новообразование. В зависимости от размера опухоли, наличия метастазов, устанавливают рабочие параметры генератора 1 - частоту и мощность и присоединяют к нему через гибкую коаксиальную линию 3 и разъемы 4 игольчатый рабочий электрод 2 с выступающим центральным проводником 5, размеры которого должны соответствовать размеру опухоли. Затем закрытым (чрескожным) или открытым (в процессе хирургической операции) способом в центр опухоли вводят игольчатый рабочий электрод 2. После чего к рабочему электроду 2 подводят СВЧ энергию. При этом происходит локальный нагрев биологической ткани за счет поглощения СВЧ мощности. Нагрев начинается сразу, температура поднимается выше 100°С. Электромагнитные токи существуют только вблизи конца рабочего электрода. Изменяя подводимую мощность от 10 до 500 Вт и время обработки от 5 до 30 с, можно регулировать температуру и глубину (область) обработки ткани.

Были проведены предварительные испытания in vitro на жизнеспособных пораженных органах, в основном почках и печени. Визуально можно было наблюдать процесс интенсивной термокоагуляции метастазов и первичной опухоли, происходящей за короткие промежутки времени. Для точного определения границ некроза опухоли и патоморфологических изменений в прилежащих к зоне воздействия областях проводили гистологические исследования. Гистологический анализ подтвердил некроз опухоли и прилежащих тканей. Проведены эксперименты в зависимости от подводимой мощности, времени обработки и использования рабочих электродов с различными длинами выступающего центрального проводника с последующим гистологическим анализом. Проводились также исследования области термического поражения опухолевой ткани в зависимости от новообразования.

Проведенные эксперименты показали, что предложенные способ и устройство позволяют быстро и эффективно осуществлять разрушение злокачественной опухоли, в том числе и во время оперативного вмешательства, что открывает широкие возможности для его применения в хирургической практике. Одной из таких возможностей является проведение органосохраняющих операций. Например, в случае множественного мелкоочагового поражения органа, при уничтожении метастазов предложенным способом орган можно не удалять. Также, во время операционного вмешательства, не всегда есть возможность обеспечить доступ к новообразованию, не повредив близлежащие сосуды и органы. Данная проблема также может быть решена предложенным изобретением. В хирургической практике встречаются случаи, когда пораженный орган убрать невозможно по местному процессу или объем операции будет превышать компенсаторные возможности организма. Использование предложенного изобретения позволяет осуществить обработку новообразования.

1. Способ разрушения злокачественных опухолей путем проведения локальной интерстициальной терморадиотерапии, включающий введение рабочего игольчатого электрода в центр опухоли и подведение к нему радиочастотной энергии в течение времени нагрева, отличающийся тем, что используют энергию сверхвысокочастотного диапазона, в качестве рабочего игольчатого электрода используют отрезок жесткой коаксиальной линии с выступающим на 5-15 мм центральным проводником.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предпочтительно используют энергию диапазона 1-5 ГГц с регулируемой выходной мощностью в пределах 10-500 Вт.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время нагрева составляет 5-30 с.

4. Устройство для разрушения злокачественных опухолей, включающее генератор, подключенный к рабочему игольчатому электроду, отличающееся тем, что в качестве генератора использован генератор СВЧ диапазона, а рабочий игольчатый электрод выполнен в виде отрезка жесткой коаксиальной линии с выступающим на 5-15 мм центральным проводником, подключенного гибким радиочастотным кабелем к генератору.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что генератор имеет диапазон частот 1-5 ГГц и выполнен с регулируемой выходной мощностью в пределах 10-500 Вт.

6. Устройство по любому пп.4 и 5, отличающееся тем, что в качестве генератора СВЧ диапазона использован магнетрон.

7. Устройство по любому пп.4. и 5, отличающееся тем, что отрезок жесткой коксиальной линии содержит центральный проводник, выполненный из тугоплавкого металла, например титана или молибдена, и внешний проводник, помещенный в термоэкран, выполненные из металла, например нержавеющей стали, центральный и внешний проводники разделены изолирующей трубкой из керамики.