УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 1995 года по МПК A61N1/04 

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а более точно к устройствам для высокочастотной терапии, и может быть использовано для локальной гипертермии опухолей тканей человека и животного.

В настоящее время интенсивно развиваются способы лечения ряда хронических заболеваний и злокачественных опухолей внутри тела пациента (человека или животного) путем их перегрева (гипертермии) до 43-45^оС. Одним из аддитивных способов лечения является гипертермия тканей пациента теплоотдачей проникающей энергии электромагнитных колебаний высокой частоты (ВЧ). Обычно этот способ реализуется с помощью устройства для высокочастотной терапии.

Устройство содержит генератор электромагнитных колебаний ВЧ и соединенную с этим генератором антенну, излучающую энергию электромагнитного поля в заданную область тела пациента в процессе гипертермической процедуры. В таком устройстве используется сверхвысокочастотный (СВЧ) диапазон электромагнитных колебаний 0,4-2,4 ГГц [1]
Недостатком устройства, работающего в СВЧ-диапазоне, является неглубокое (1-3 см) проникновение электромагнитного поля в живые биологические ткани. Для гипертермии глубоко расположенных от поверхности тела опухолей концентрируют энергию за счет суперпозиции электромагнитного поля от нескольких геометрически разнесенных излучающих антенн. В целях гипертермического воздействия на объем опухоли сложной геометрической формы управляют локализацией зоны концентрации СВЧ-энергии в области тела путем изменения фазы и амплитуды возбуждающего тока, подводимого к антеннам. Указанное управление должно учитывать гетерогенность электромагнитных свойств живых тканей, в частности неравномерность распределения в них диэлектрической и магнитной проницаемости.

Существенную роль в подводе СВЧ-энергии к телу пациента и эффективном теплоотводе излишней энергии от поверхностных слоев, например животных, при гипертермии глубоко расположенных опухолей выполняет устройство для высокочастотной терапии, содержащее аппликатор в виде камеры с эластичной приспособленной к форме поверхности тела пациента рабочей стенкой, заполненной жидким диэлектриком, внутри которой размещена излучающая антенна [2]
При гипертермии протяженных опухолей сложной геометрической формы в этом устройстве предусмотрена возможность перемещения антенны внутри камеры аппликатора, для чего эта камера выполнена по размерам в 2-3 раза больше размеров антенны.

Однако при гипертермии глубокорасположенных злокачественных опухолей сложной формы используется несколько аппликаторов с антеннами и устройств управления движением антенн относительно тела, поэтому возникает дискомфортность пациента ввиду его малой подвижности, ограничиваемой несколькими аппликаторами, а также возникает необходимость дробления по времени болезненной процедуры для перемещения антенн с аппликаторами.

Более перспективным является способ локального гипертермического воздействия на злокачественные опухоли теплоотдачей проникающей в тело пациента энергии электрического поля ультравысокочастотного (УВЧ) диапазона 8-150 МГц [3]
Энергия УВЧ-электрического поля глубже (в 10 и более раз) проникает в биологические живые ткани, а распределение теплоотдачи поля по глубине и объему более равномерное, чем в СВЧ-диапазоне.

Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего УВЧ-генератор колебаний электрического тока, выходной контур которого нагружен на конденсатор, состоящий из электродов, между которыми размещена та область тела пациента, в которой расположена злокачественная опухоль объект терапевтического воздействия УВЧ-электрическим полем. Такой ВЧ-нагрев называют конденсаторным.

Наиболее близким по технической сущности и предлагаемому эффекту к предлагаемому является устройство для высокочастотной терапии, содержащее электроды с индивидуальными аппликаторами в виде камер, имеющих эластичные рабочие стенки, заполненных жидким диэлектриком [4]
В этом устройстве боковые стенки камер аппликаторов выполнены жесткими, следовательно, не универсальными по форме, поэтому несмотря на эластичную рабочую стенку они плохо адаптируются по периметру к разнообразной кривизне поверхности и упругости тела пациента в разных его частях, подлежащих терапевтическому воздействию.

Кроме того, недостатком устройства является ухудшение комфортности пациента при процедуре в результате деформации жесткими стенками устройства тела пациента неравномерным давлением по периметру.

Возможно устранение этого недостатка путем изготовления множества аппликаторов с разнообразными по форме жесткими стенками, удовлетворяющими требованиями адаптации к различной кривизне тела пациента, но это очень дорого.

Частично указанный недостаток можно устранить за счет зазора, предусматриваемого между телом пациента и жесткими стенками камеры аппликатора, однако это неприемлемо ввиду того, что под воздействием давления жидкого диэлектрика в камере эластичная рабочая стенка выпучивается наружу за геометрические контуры периметра жестких стенок и тем самым ухудшает точность локализации УВЧ-электрического поля в заданную область тела.

Кроме того, в указанном устройстве камера аппликатора не позволяет производить перемещение электродов устройства по поверхности тела пациента, т. е. изменять локализацию гипертермического воздействия на злокачественную опухоль сложной формы без прекращения активной фазы процедуры, а именно генерации УВЧ-электрического поля и охлаждения тела жидким диэлектриком под давлением в камере аппликатора. Это обусловлено тем, что эластичная рабочая стенка камеры аппликатора под воздействием давления жидкого диэлектрика в ней создает силы трения на поверхности контакта с телом пациента, препятствующие перемещению.

В целом это приводит к неэффективности гипертермии злокачественной опухоли сложной формы, длительному времени проведения болезненной процедуры в некомфортных условиях ввиду необходимости прерывания ее активной фазы для передвижения электродов в другую позицию или их замены на иной типоразмер.

При недогреве клеток злокачественной опухоли известен эффект активизации их репродукции, а при перегреве клеток здоровых тканей они погибают.

Целью изобретения является повышение комфортности пациента, повышение степени локализации высокочастотного электрического поля в заданной области тела сложной формы и сокращение времени процедуры.

Это достигается тем, что в известном устройстве для высокочастотной терапии, содержащем электроды с индивидуальными аппликаторами в виде камер с эластичными рабочими стенками, заполненных диэлектриком, электроды и скрепленные с ними стенки аппликаторов установлены с возможностью перемещения, а камера каждого аппликатора выполнена в виде сильфона.

Сильфон может быть выполнен с увеличивающимся по направлению к рабочей стенки периметром, в частности в форме усеченного конуса, большим основанием которого служит эластичная рабочая стенка.

Камеру каждого аппликатора целесообразно снабдить дополнительной эластичной емкостью, одна стенка которой установлена с возможностью контакта с рабочей стенкой камеры аппликатора, а другая с поверхностью тела пациента, при этом объем емкости заполнен антифрикционным веществом и емкость выполнена выступающей за пределы внешнего контура рабочей стенки аппликатора.

Соприкасающиеся между собой эластичную рабочую стенку камеры аппликатора и стенку дополнительной эластичной емкости желательно выполнить как единое целое в виде общей стенки.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство отличается тем, что электроды и скрепленные с ними стенки аппликаторов установлены с возможностью взаимного перемещения, камера каждого аппликатора выполнена в виде сильфона, который по периметру гибко повторяет рельеф поверхности тела пациента и не создает излишнего и неравномерного давления на него. Сильфон увеличивающегося периметра по направлению к рабочей стенке, например в форме усеченного конуса, большее основание которого обращено к рабочей стенке, кроме того дает дополнительную возможность перемещения электрода эквидистантно телу пациента без прекращения активной фазы процедуры. Ограничение перемещения относительно центрированного (по оси симметрии) положения электрода и эластичной рабочей стенки обусловлено числом и гибкостью гофр сильфона при рабочем давлении в камере аппликатора. Камера каждого аппликатора снабжена дополнительной эластичной емкостью, одна стенка которой установлена с возможностью контакта с рабочей стенкой камеры аппликатора, а другая с поверхностью тела пациента, при этом объем дополнительной емкости заполнен антифрикционным веществом и емкость по периметру выполнена выступающей за пределы внешнего контура рабочей стенки аппликатора. Предлагаемая дополнительная емкость за счет смазки между ее стенками и "запаса" размера этих эластичных стенок позволяет увеличить возможность эквидистантного перемещения устройства в целом с минимальным трением вдоль поверхности тела пациента. При этом дополнительная эластичная емкость, заполненная антифрикционным веществом, имеет одну из стенок, выполненную как единое целое с рабочей стенкой аппликатора в виде общей стенки.

За счет использования эквидистантного телу передвижения электродов выбранного для процедуры типоразмера электродов предлагаемого устройства избегают их замены и тем самым дробления процедуры, следовательно, сокращают время процедуры.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. в области медицины, и смежных областях (устройств конденсаторного нагрева ВЧ-электрическим полем) позволяет сделать выводы об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемым устройстве и признать изобретение, соответствующим критерию "существенные отличия".

Поскольку совокупность существенных признаков обеспечивает достижение поставленной цели, то предлагаемое изобретение соответствует критерию "положительный эффект".

Предлагаемое устройство для высокочастотной терапии позволяет обеспечить высокую адаптируемость к разнообразному рельефу поверхности тела пациента, повысить комфортность пациента при процедуре, а также обеспечить высокую степень локализации высокочастотного электрического поля в заданной области тела сложной формы и сократить время процедуры.

На фиг. 1 показана общая схема предлагаемого устройства для высокочастотной терапии; на фиг.2 вариант выполнения устройства по фиг.1 (условно с одним электродом); на фиг.3 другой вариант выполнения устройства по фиг.1 (условно с одним электродом); на фиг.4 вариант выполнения устройства по фиг. 3 (условно с одним электродом).

Устройство для высокочастотной терапии (фиг.1) содержит электроды 1, выполненные в виде металлических пластин и включенные в электрическую цепь нагрузки генератора 2 колебаний электрического тока УВЧ. Электроды 1 снабжены индивидуальными аппликаторами 3 в виде камер 4, имеющих эластичные рабочие стенки 5, установленные с возможностью контакта с поверхностью 6 тела 7 пациента, заполненных жидким диэлектриком 8.

Электроды 1 и скрепленные с ними аппликаторы 3 установлены с возможностью взаимного перемещения, для чего камера 4 каждого аппликатора 3 выполнена в виде сильфона, который за счет упругости гофр хорошо адаптируется к различной кривизне поверхности 6 тела 7 по периметру касания, не создавая неравномерного и излишнего давления, повышая тем самым комфортность пациента при болезненной процедуре и обеспечивая высокую точность локализации высокочастотного поля за счет формы сечения, параллельного поверхности электрода камеры 4, соответствующей форме электрода 1.

Каждая камера 4 аппликатора 3 соединена посредством патрубков 9 "труба в трубе" со средством подачи жидкого диэлектрика 8 (не показано), за счет чего осуществляется теплообмен между жидким диэлектриком 8 через эластичную рабочую стенку 5 и поверхностью 6 тела 7 пациента.

В устройстве показаны один генератор 2 и два электрода 1 с индивидуальными аппликаторами 3, накладываемыми эластичными рабочими стенками 5 на поверхности 6 тела 7 пациента, между которыми размещена область 10 тела, в которой расположена злокачественная опухоль 11 объект гипертермического воздействия УВЧ-электрическим полем.

Для случаев гипертермии злокачественной опухоли 11, глубоко расположенной в области 10 тела 7 с контрастной гетерогенностью электрических свойств близлежащих тканей, используют устройства высокочастотной терапии с числом электродов 1 более двух и числом УВЧ-генераторов 2 более одного, а также эквидистантное перемещение электродов для повышения степени локализации нагрева.

На фиг.2 изображено устройство, в котором сильфон выполнен с увеличивающимися по направлению к эластичной рабочей стенке 5 периметром, что обеспечивает дополнительную возможность эквидистантного телу пациента перемещения электрода 1, а следовательно, варьирования областью воздействия полем в зоне расположения опухоли 11 без прекращения активной фазы процедуры для замены электрода. На фиг.2 показаны два условных положения электрода: А начальное, Б конечное.

Перемещение электрода ограничено числом и упругостью гофр сильфона, отношением периметров, прилегающих к электроду 1 и к рабочей стене 5, а также давлением диэлектрика 8 в камере 4 аппликатора 3.

В частном случае сильфон выполнен в форме усеченного конуса, большим основанием которого служит эластичная рабочая стенка 5.

На фиг. 3 изображено предлагаемое устройство, в котором камера 4 аппликатора 3 снабжена дополнительной эластичной емкостью 12, одна стенка 13 которой установлена с возможностью касания с рабочей стенкой 5 камеры 4 аппликатора 3, а другая стенка 14, соединенная со стенкой 13, контактирует с поверхностью 6 тела 7 пациента. Объем эластичной емкости 12 заполнен антифрикционным веществом 15, и емкость 12 выступает за пределы внешнего контура эластичной рабочей стенки 5 камеры 4 аппликатора 3. Соединенные стенки 13 и 14 дополнительной эластичной емкости 12 имеют "запас" на взаимное перемещение с малым трением.

В динамике перемещения устройство проиллюстрировано условно двумя положениями на фиг.3: B начальное, Г конечное. Направления перемещения могут быть различными.

Дополнительная эластичная емкость 12 позволяет еще увеличить возможность перемещения электродов 1 по поверхности тела 7 с малым трением без прекращения активной фазы процедуры при гипертермии злокачественных опухолей 11 сложной конфигурации и с повышением степени локализации поля в заданной области 10 тела сложной формы.

Ограниченное перемещение определяется сильфоном и "запасом" размеров стенок 13 и 14 эластичной емкости 12.

На фиг. 4 показано устройство, в котором соприкасающиеся между собой эластичная рабочая стенка 5 камеры 4 аппликатора и стенка эластичной емкости 12 выполнены как единое целое в виде общей стенки 16, что значительно упрощает конструкцию аппликатора устройства и уменьшает сопротивление тепловому потоку.

Динамика перемещения устройства аналогична фиг.3.

В качестве материала для стенок камеры (сильфона и емкости с антифрикционным веществом) можно использовать резину, а в качестве антифрикционного вещества касторовое масло с ε 4,5-4,8; tg δ 0,08; вязкостью 2 х 10^-7 м/c при f 10⁷ Гц и Т40^оС.

Принцип действия предлагаемого устройства по фиг.1 заключается в следующем.

Область 10 тела 7 пациента располагают так, чтобы злокачественная опухоль 11 в ней размещалась между электродами 1, т.е. в объеме электрического поля конденсатора. Через патрубки 9 "труба в трубе" камеры 4 индивидуальных аппликаторов 3 заполняют диэлектрической жидкостью 8 и создают избыточное давление до плотного прилегания эластичных рабочих стенок 5 к поверхности 6 тела 7 пациента.

В качестве диэлектрической жидкости 8 обычно используют очищенную воду. Под давлением жидкости 8 эластичная рабочая стенка 5 принимает форму поверхности 6 тела 7, а сильфон по периметру контакта с поверхностью 6 за счет гибкости и числа гофр следует форме кривизны тела 7 пациента с равномерно распределенным давлением, без болезненной и некомфортной деформации тела 7 пациента. Задают с помощью циркуляции режим теплообмена между поверхностью 6 тела 7 и диэлектрической жидкостью 8 через рабочую стенку 5.

Включают генератор 2 колебаний электрического тока УВЧ на режим согласования с нагрузкой (настройка в резонанс нагрузочного контура с конденсатором в виде электродов 1 с аппликаторами 3 и областью 10 тела 7 пациента в межэлектродном пространстве). Увеличивают мощность генератора, отдаваемую нагрузке, с контролем температуры в опухоли 11. В течение заданного интервала времени (30-150 мин) поддерживают активный гипертермический режим в опухоли 11, обеспечивая требуемый уровень нагрева (43-45^оС) по всему ее объему, перемещая электроды эквидистантно поверхности тела. По окончании активной фазы процедуры гипертермии снижают мощность и отключают УВЧ-генератор 2, снимают избыточное давление диэлектрической жидкости 8 в камерах 4 аппликаторов 3 и отводят электроды 1 от области 10 тела 7 пациента.

Обычно гипертермия злокачественных опухолей сочетается с радиационной и химической терапией.

Принцип действия устройства в варианте его выполнения по фиг.2 отличается от вышеописанного тем, что сильфон, выполненный с увеличивающимся по направлению к рабочей стенке 5, прилегающей к телу, периметром, например в виде усеченного конуса с большим основанием, являющимся рабочей стенкой 5, за счет деформации эластичных гофр и под рабочим давлением диэлектрической жидкости 8 в камере 4 аппликатора 3 без прекращения активной фазы гипертермической процедуры позволяет еще больше перемещать электрод 1.

Такое перемещение одного или более электродов обеспечивает возможность повышения степени локализации гипертермического воздействия на опухоль 11, изменяя относительное геометрическое положение области 10 в теле 7, увеличивая эффективность гипертермической процедуры за счет более полного перегрева опухоли сложной геометрической формы по ее объему.

Принцип действия устройства в варианте его выполнения по фиг.3 отличается от описанного по фиг.1 тем, что камера 4 аппликатора 3 снабжена дополнительной эластичной емкостью 12, одна стенка 13 которой находится в контакте с рабочей эластичной стенкой 5 камеры 4 аппликатора 3, а другая стенка 14соединенная со стенкой 13, контактирует с поверхностью 6 тела 7 пациента. Так как объем эластичной емкости 12 заполнен антифрикционным веществом 15 и емкость 12 выступает за пределы внешнего контура рабочей стенки 5 камеры 4 аппликатора 3, т.е. имеет "запас" на перемещение электрода 1, оно происходит с малым трением и возможно без прекращения активной фазы гипертермической процедуры в случаях терапевтического воздействия на глубоколежащие опухоли 11 сложной конфигурации, при которых необходимо оперативно и точно менять локализацию воздействия УВЧ-поля на опухоль в заданной области 10 (10 В и 10 Г).

Указанное перемещение в разных направлениях в ходе процедуры одного или более электродов позволяет более полноценно (по объему опухоли) и эффективно (по достигнутому уровню температуры перегрева) обеспечить гипертермическое воздействие УВЧ-электрического поля на злокачественную опухоль и повысить выживаемость и степень реабилитации пациентов. Ограничение диапазона перемещений для предлагаемого варианта устройства определяется числом и гибкостью гофр сильфона при рабочем давлении диэлектрической жидкости 8 в камере 4 аппликатора 3 и размером "запаса" на взаимное движение стенок 13 и 14 эластичной емкости 12.

Принцип действия предлагаемого устройства в варианте его выполнения по фиг. 4 аналогичен принципу действия устройства в варианте его выполнения по фиг. 3. Устройство отличается лишь тем, что контактирующие между собой эластичная рабочая стенка 5 аппликатора 3 и стенка эластичной емкости 12 выполнены как единое целое в виде общей стенки 16. Такая форма выполнения аппликатора 3 позволяет упростить его конструкцию и уменьшить сопротивление тепловому потоку между поверхностью 6 тела 7 пациента и диэлектрической жидкостью 8 в камере 4 аппликатора 3.

Таким образом, новые признаки в предлагаемом устройстве позволяют обеспечить высокую адаптируемость его к различным по кривизне и упругости частям тела пациента; повысить комфортность пациента при болезненной процедуре; выполнять перемещения электродов с точной локализацией высокочастотного электрического поля в заданной области тела, тем самым повысить полноту и эффективность терапевтического воздействия на опухоль; повысить коэффициент использования устройства за счет непрерывности активной фазы процедуры при перемещении электродов.

Использование: в медицине, для локальной гипертермии злокачественных опухолей человека и животного. Сущность изобретения: электроды и скрепленные с ними стенки аппликаторов установлены с возможностью перемещения, а камера каждого аппликатора выполнена в виде сильфона. Сильфон может быть выполнен в виде усеченного конуса с увеличивающимся периметром по направлению к рабочей стеке камеры. Камера аппликатора снабжена дополнительной эластичной емкостью, объем которой заполнен антифрикционным веществом и в которой одна стенка установлена с возможностью контакта с рабочей стенкой камеры аппликатора. Емкость выполнена выступающей за пределы внешнего контура рабочей стенки аппликатора. Соприкасающиеся стенки камеры аппликатора и дополнительной эластичной емкости могут быть выполнены как единое целое в виде общей стенки. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ, содержащее электроды с индивидуальными аппликаторами в виде камер с эластичными рабочими стенками, заполненных жидким диэлектриком и соединенных со средством подачи диэлектрика, отличающееся тем, что, с целью повышения степени локализации высокочастотного электрического поля в заданной области тела сложной формы, комфортности пациента и сокращения времени процедуры, электроды и скрепленные с ними стенки аппликаторов установлены с возможностью перемещения, а камера каждого аппликатора выполнена в виде сильфона. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности перемещения электрода без прекращения активной фазы процедуры, сильфон выполнен с увеличивающимся по направлению к рабочей стенке диаметром. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сильфон выполнен в форме усеченного конуса, большим основанием которого служит эластичная рабочая стенка камеры аппликатора. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона перемещения аппликатора по поверхности тела, камера аппликатора снабжена дополнительной эластичной емкостью, одна стенка которой установлена с возможностью контакта с рабочей стенкой камеры аппликатора, при этом объем емкости заполнен антифрикционным веществом и емкость выполнена выступающей за пределы внешнего контура рабочей стенки аппликатора. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения сопротивления тепловому потоку, соприкасающиеся между собой эластичная рабочая стенка камеры аппликатора и стенка дополнительной эластичной емкости выполнены как единое целое в виде общей стенки.