СПОСОБ ДЕСТРУКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК A61B17/36 

Изобретение относится к медицине, в частности к общей хирургии, онкологии, гинекологии и пр.и касается устройств комбинированного криоультразвукового воздействия на поверхностные опухоли. К известным методам лечения поверхностных предопухолевых и опухолевых заболеваний относятся диатермокоагуляция и диатермоконизация. Эти методы основаны на термическом воздействии на пораженные участки биоткани. Они не лишены недостатков: у 10-25% больных лечебный эффект отсутствует или в различные сроки возникают рецидивы, связанные со значительными по глубине и площади ожогами ткани, кроме того, возможны структурные тканевые изменения.

Известно применение в клинической практике предраковых и раковых онкозаболеваний криохирургического метода, основанного на деструкции тканей (патологического очага) воздействием низких температур. Наряду с сравнительно малой травматичностью, хорошей регенерацией тканей, высоким антисептическим действием криогенного фактора, данному методу присущи и недостатки, связанные с тем, что зона криоповреждения варьирует в широких пределах, даже при постоянстве размеров криозондов и условий криодеструкции. Это осложняет вмешательство вблизи термолабильных структур. Кроме того, метод не позволяет обеспечить 1000% -ную гибель патологических клеток и не исключает диссеминацию их в глубь здоровых тканей и кровеносное русло, что может привести к рецидивированию опухоли [2]
Другим современным методом профилактики и лечения патологических состояний поверхностных структур тканей и органов является способ, основанный на деэпителизации измененных процессом тканей низкочастотным ультразвуком. Однако данный способ не обеспечивает полного разрушения и деэпителизацию измененной патологическим процессом ткани, что при наличии патологических клеток может вызвать их диссеминизацию и рецидив новых опухолей.

Наиболее близок к заявляемому способу способ высокочастотного ультразвукового озвучивания (с частотой 880-900 кГц), интенсивностью 0,2-0,4 Вт/см ₂ патологического очага с одновременным контактным воздействием, причем ультразвуковой (УЗ) излучатель располагают вдали от очага поражения встречно криозоду [1] озвучивая пораженную ткань через прослойку здоровых тканей. Однако такой способ не обеспечивает точного воздействия на очаг поражения энергией ультразвука и не обеспечивает деструкцию патологических клеток, а следовательно, не исключает их диссеминацию из зоны обработки. К тому же озвучиванию подвергаются здоровые ткани, что не соответствует общепринятым методикам, исключающим интенсивное воздействие любым физическим фактором на близлежащие к злокачественной опухоле здоровые ткани, что может спровоцировать рецидив нового очага.

Известно устройство криоультразвуковой хирургический инструмент, имеющий криодеструктор с каналом для подвода хладагента и рабочей частью, ультразвуковой излучатель в виде пьезокерамической пластины. Криодеструкция тканей происходит за счет одновременного охлаждения тканей до криотемператур с воздействием энергией высокочастотного ультразвука.

Недостатком данного устройства является невозможность быстрого охлаждения биоткани, прилежащей к излучателю до криотемператур, т.к. на границе излучатель биоткань возрастание температуры от УЗ-излучателя будет нейтрализовать криотемпературу от криодеструктора, что не позволит обеспечить необходимую скорость охлаждения биотканей, приводящую к разрушению патологических клеток, а следовательно, может вызвать их диссеминацию и новые рецидивы опухоли. Кроме того, используемая при высокочастотном ультразвуке пьезокерамика чувствительна к захолаживанию, что вызывает разрезонанс системы и разрушение пьзокерамики, это создает опасность нарушения проведения процедуры и неэффективность криодеструкции.

Прототипом заявляемого устройства для деструкции биотканей выбрано устройство для лечения воспалительных заболеваний влагалища и вагинальной части шейки матки, содержащее излучатель и волновод-инструмент [2] Это устройство позволяет осуществить контактное озвучивание пораженной биоткани энергией низкочастотных ультразвуковых (НУЗ) колебаний, создавая тепловой эффект на границе раздела излучатель-биоткань. Дозированное контактное воздействие энергией НУЗ обеспечивает целенаправленную деэпителизацию измененного поверхностного слоя биоткани, с последующим отводом адгезированного на поверхности излучателя коагулированного эпителия из зоны ультразвуковой обработки. Однако данное устройство не обеспечивает надежное исключение диссеминации патологических клеток в здоровые слои ткани и в кровяносное русло, а значит, не исключает возможности рецидивов заболевания.

По данным ВОЗ в мире наблюдается стабильная тенденция роста онкологических заболеваний. Так, например, заболевания шейки матки занимают 45,5 70% в структуре женской онкологии и смертности, затрагивая социально-значительный возраст женщин.

Цель изобретения уменьшение числа рецидивов и осложнений и возможной диссеминации клеток из зоны деструкции биоткани.

Поставленная цель в части способа решается путем сочетанного воздействия низких температур и низкочастотного ультразвука на пораженные участки биоткани. Причем весь процесс осуществляется в два этапа, где первоначально осуществляют одно- и/или многократное чередование процесса дистанционного кривовоздействия на поверхностный слой биоткани струей хладагента с охлаждением его до минус 130-150^oC с контактным воздействием на пораженный очаг энергией низкочастотного ультразвука при амплитуде колебаний рабочего излучающего торца волновода-инструмента 40 45 мкм, а на заключительном этапе осуществляют только низкочастотное контактное озвучивание очага при амплитуде колебаний рабочего торца волновода-инструмента 65 70 мкм.

Особенность заявляемого способа криоультразвуковой деструкции биоткани заключается в том, что с целью уменьшения числа рецидивов фоновых, предраковых и начальных стадий раковых заболеваний, а также уменьшение опасности возможной диссеминации клеток из зоны деструкции ткани, воздействие осуществляют конкурирующими физическими факторами, энергетическое воздействие которых вызывает денатурацию клеточных структур и нарушение их функционирования. В то же время эффективность всего метода деструкции биологической ткани и исключение диссеминации патологических клеток из зоны деструкции становится возможной, т.к. данная методика позволяет точно прогнозировать границы крионекроза [2]
В части устройства поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для деструкции тканей, содержащим ультразвуковой излучатель и в корпусе волновод-инструмент с чашеообразным торцом, отличительной особенностью является то, что оно снабжено полным кронштейновым элементом, жестко соединенным с акустическим узлом и с размещенным в этом элементе сосудом высокого давления. При этом волновод-инструмент имеет капиллярные отверстия дросселя, одно из которых расположено по оси волновода, а остальные отведены от него под углом, при этом выходы отверстий размещены на рабочем торце, а осевое отверстие соединено с сосудом высокого давления посредством трубопровода, подачу хладагента регулируют клапаном через рычаг.

Способ деструкции пораженных тканей осуществляют постепенно в едином технологическом цикле (фиг.1).

На 1-м этапе осуществляют одно- и/или многократное чередование процессов кривовоздействия парожидкостной струей хладагента, например хладона-218 (перфторпропана), на расстоянии 3 5 мм от охлаждаемого до минус 130-150^oС поверхностного слоя биоткани (фиг.2) с последующим контактным озвучиванием поверхностного слоя биоткани энергией НУЗ до его оттаивания (температура на границе торец волновода-инструмента биоткань плюс 90 100^oС) при частоте УЗ-колебаний 26,5 кГц и амплитуде колебаний рабочего торца волновода-инструмента 40 45 мкм (фиг.3).

На этом этапе процесс кривовоздействия характеризуется образованием и ростом кристаллов льда как клеточных мембран, так и внутриклеточного содержимого. При этом последующее воздействие энергией НУЗ на замороженную до минус 130-150^oС ткань контактно в первый момент действия благодаря акустическим течениям и переменному звуковому давлению ультразвука вызывает диспергацию ледового слоя. Возникающие под действием криоохлаждения острые кристаллики льда, колеблясь в ультразвуковом диапазоне, осуществляют резекцию клеточных мембран и клеточного содержимого патологических клеток.

Дальнейшее же контактное воздействие НУЗ ведет к отогреву замороженного верхнего слоя пораженного очага, сопровождающемуся резким и локальным выделением тепла на границе излучающей торец волновода-инструмента биоткань вплоть до температур 90-100^oС. Это, с одной стороны,сокращает общее время криоультразвуковой деструкции, а с другой стороны, вводится в действие другой, разрушающий патологические клетки фактор термического воздействия - тепловой удар. Комбинированное криоультразвуковое воздействие вызывает необратимые процессы крионекроза клеточных структур злокачественных новообразований, т.к. наиболее выраженный повреждающий эффект происходит при резком нагреве и озвучивании пораженных клеток в фазе оттаивания. При этом максимальный перепад температуры достигает 230-250^oС, что не выдерживает ни одна нативная сомотическая клетка.

На втором этапе, в процессе озвучивания (ультразвукового низкочастотного воздействия) патологически измененной зоны, на границе раздела; излучающий торец УЗ-инструмента биоткань вследствие различия их акустических сопротивлений, происходит интенсивное затухание УЗ-колебаний, сопровождающееся выделением тепла. Локальное выделение тепла вызывает коагуляцию контактирующего с излучающим торцом УЗ-инструмента патологически измененного эпитолиального слоя. Так как колебания излучающего торца волновода-инструмента носят сложный характер с преобладанием диагонального тензора колебаний, то возникающие при этом касательные смещения контактирующего и адгезионно связанного ним вследствие коагуляции измененного эпитеального слоя. Вследствие адгезии (прилипания) коагулированного слоя эпителия к излучающему торцу инструмента это слой совершает колебания (сдвиг) совместно с колеблющимся торцом инструмента относительно нижележащих неизмененных процессом тканей и исчерпывает свои прочностные свойства. В результате этого происходит своеобразная "зачистка" деэпитализация и снятие верхнего коагулированного слоя без повреждения нижележащих здоровых тканей (фиг.4). При этом создаются благоприятные условия для развития и нарастания с краев ранее существующей зоны патологически измененного эпителиального слоя многослойного плоского эпителия.

На фиг. 1 дана циклограмма процесса деструкции биологических тканей; на фиг. 2 схема обработки пораженной биоткани криоохлаждением; на фиг.3 схема обработки пораженной биоткани энергией НУЗ; на фиг. 4 схематичный показ процесса УЗ-ной адгезии; на фиг. 5 общий вид устройства для деструкции биологических тканей; на фиг. 5 общий вид на рабочий торец волновода-инструмента.

Устройство состоит из ультразвукового излучателя, содержащего УЗ-генератор 1, акустический узла 2 и волновода-инструмента 3, рабочая часть которого имеет выпуклый чашеобразый торец 4, на котором размещен ряд дросселирующих капилляров 5 Дросселирующие капилляры сопряжены под углом с центральным капиллярным отверстием 6, которое в свою очередь через трубопровод 7 связано с сосудом высокого давления 8.

Сосуд высокого давления размещен в кронштейновом элементе 9, жестко связанном с корпусом акустического узла. При этом емкость хладагента представляет емкость, в которую под давлением закачан газообразный хладагент - хладон 218 (перфторпропан). Рычаг 10 через клапан 11 осуществляет подачу хладагента в зону деструкции. Конструкция дросселирующих капилляров и чашеообразная форма рабочего торца волновода-инструмента создает условия для формирования парожидкостной струи хладагента и ее направленный подвод к очагу деструкции. Включение акустического узла происходит посредством кнопки 12, помещенной на его корпусе.

Устройство для деструкции биологических тканей используют следующим образом. Предварительно сосуд высокого давления заправляют хладагентом под давлением. В качестве хладагента используют, например хладон-218. Волновод-инструмент помещают над пораженным участком биоткани на расстоянии 3.5 мм. Нажатием на рычаг 12 по трубопроводу 7 через дросселирующие капилляры 5,6 (фиг. 5,6) осуществляют подачу парожидкостной струи хладагента в рабочую зону. Охлаждение проводят до захолаживания поверхностного слоя биоткани до температур минус 130 150^oС в течение 5-10 с. Далее рычаг 12 отпускают, процесс криоохлаждения прекращается. Излучающий торец 4 волновода-инструмента 3 приводят в контакт с поверхностью замороженного участка диструкцируемой биоткани, прижимая излучающий торец 4 волновода-инструмента к биоткани с усилием не более 0,1 0,2 Н. Затем включают УЗ-генератор 1 (фиг.5) нажатием кнопки 12 акустического узла 2 и осуществляют контактное озвучивание замороженной волны энергией НУЗ частотой колебаний 26,5 кГц и амплитудой колебаний излучающего торца 40.45 мкм до установления температуры на границе излучающий торец биоткань порядка плюс 95 100^oС. Затем вновь осуществляют криодеструкцию. Многократность чередования процессов крио- и УЗ- воздействий зависит от глубины исходной пораженной злокачественным процессом зоны биоткани.

На этом этапе благодаря чередованию криофактора с низкочастотным ультразвуком криодеструкция пораженных тканей, характеризующаяся сложными морфологическими нарушениями в клетках, приводящими к необратимым изменениям - крионекрозу, становится более выраженной благодаря тепловому действию ультразвука это термоудар, коагуляция белковых структур, а также благодаря вторичным эффектам ультразвука это кавитация, акустические течения и переменное звуковое давление.

Второй этап осуществляют путем контактного воздействия энергией НУЗ на очаг деструкции, но при амплитуде колебаний рабочего торца 65.70 мкм. Для этого торец волновода-инструмента прижимают с тем же усилием, что и на 1-м этапе, к поверхности замороженного участка биоткани. Нажатием кнопки 12 включают акустический узел и озвучивают зону до установления температуры на границе излучающий торец биоткань до плюс 95 100^oС. Разогрев поверхностного слоя до таких температур вызывает коагуляцию деструкцированного на предыдущем этапе измененного эпителиального слоя, а вторичные эффекты ультразвука (акустические течения и переменное звуковое давление) стимулируют адгезию (отслоение) пораженного эпителиального слоя, после чего волновод-инструмент отводят от зоны деструкции.

Изобретение обеспечивает уменьшение опасности диссеминации патологических клеток из зоны деструкции и снижает число рецидивов за счет того, что при воздействии первым повреждающим фактором криоохлаждением, замороженные патологические клетки под действием осматического шока теряют подвижность относительно прилежащих здоровых участков биоткани и кровеносных капилляров, а следующий за ним температурный фактор тепловой удар (перепад температуры на 230-250^oС) приводит к их полной деструкции, последствие которой коагуляция деструкцированных патологических клеток и их изъятие за счет адгезии из зоны патологического очага уменьшает опасность диссеминации патологических клеток в здоровые ткани и кровяносное русло организма, а значит, и позволяет уменьшить число рецидивов нового заболевания.

Пример1 Больная Н, 42 года, диагноз: лейкоплакия. Перед проведением процедуры определялась степень чистоты влагалища, проводились клинические анализы крови и мочи, кольпоскопия и биопсия зоны, пораженной патологическим процессом. Последующее гистологическое исследование установило глубину пораженного эпителия порядка 0,6-0,7 мм. Для проведения деструкции патологического очага шейка матки обнажалась при помощи зеркал Куско и обрабатывалась 3% -ным водным раствором Люголя. После этого была проведена процедура деструкции пораженной зоны в 2 этапа: на первом этапе дважды проводилось чередование дистанционного криоохлаждение поверхностного эпителиального слоя до минус 130 140^oС с расстояния 3 5 мм от излучающего торца волновода-инструмента до биоткани в течение 10 с с последующим контактным разогревом замороженного участка энергией НУЗ в течение 20 с. При этом НУЗ-воздействие осуществлялось в фазе оттаивания при следующих параметрах ультразвука: частота колебаний 26,5 кГц, амплитуда колебаний рабочего торца волновода-инструмента 40-45 мкм.

Для проведения криоохлаждения в качестве хладагента использовался хладон 218 (перфторпропан).

Второй этап деструкции биологической ткани проводился путем контактного воздействия энергией НУЗ с амплитудой колебаний рабочего торца волновода инструмента 65-70 мкм в течение 15 с. При этом температура на границе излучающий торец волновода-инструмента биоткань составляла 95-100^oС. Сразу же после криоультразвуковой деструкции наблюдался оттек шейки матки и отмечались водянистые выделения. Через сутки четко определился очаг некроза и точечные кровоизлияния. На 3-и сутки сформировался сухой струп желтовато-коричневого цвета, плотно спаянный с подлежащими тканями. Зона крионекроза и зона замораживания тканей практически совпадали. На 7-е сутки струп лизировался и частично отторгался. Через 6 недель у больной наблюдалась полная эпителизация зоны криоультразвуковой деструкции. Проводимые в течение года наблюдения рецидива заболевания не установили.

Пример 2. Больная Ж, 39 лет, диагноз: псевдоэрозия. Длительность патологического процесса на шейке матки от момента его обнаружения составляла 1,5 года. До этого безрезультатно лечилась методом диатермокоагуляции. Для установления диагноза была проведена расширенная кольпоскопия. При деструкции патологического очага шейки матки шейку обнажали в зеркалах Куско. Криоохлаждение осуществлялось дистанционно с расстояния 4-5 мм струей парожидкостного хладона-218. При этом поверхностный слой биоткани был охлажден до минус 140-150^oС в течение 15 с. После чего зону криодеструкции озвучивали энергией НУЗ контактно при частоте колебаний 26,5 кГц с амплитудой колебаний получающего торца волновода-инструмента 65.70 мкм. При этом достигалась полная диэпителизация пораженного очага. Очаг некроза наблюдался через сутки. Отторжение струпа наступило н 5-й день. Полная эпителизация наблюдалась через 7 недель. Применение данного метода деструкции биологической ткани позволило полностью восстановить морфологическую и функциональную целостность поверхностного эпителия. Наблюдения, проводимые за больной в течение года, новых рецидивов не обнаружили. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в медицине, в устройствах и способах комбинированного криоультразвукового воздействия на поверхности опухоли. Сущность: способ заключается в поэтапном воздействии на патологически измененный участок биоткани низкочастотного ультразвукового излучения и криовоздействия, при этом на первом этапе осуществляют одно или многократное чередование дистанционного криовоздействия на поверхностный слой биоткани струей хладагента, с охлаждением слоя до минус 130-150^oС и низкочастотного ультразвукового контактного воздействия на пораженный участок биоткани при амплитуде колебаний рабочего торца волновода 40-45 мкм, а на заключительном этапе осуществляют низкочастотное ультразвуковое контактное воздействие, при этом амплитуда колебаний рабочего торца составляет 65-70 мкм. Устройство для осуществления способа содержит ультразвуковой излучатель в корпусе и соединенный с ним волновод с рабочим торцем, на корпусе установлен полный кронштейновый элемент, жестко соединенный с излучателем, в котором размещен сосуд высокого давления с хладагентом, в волноводе выполнены капиллярные отверстия - дроссели, одно из которых расположено по оси волновода, а остальные отведены от центра под углом, при этом выходы отверстий размещены на рабочем торце, а осевое отверстие соединено посредством трубопровода с сосудом высокого давления, снабженным регулирующими клапаном и рычагом. Технический результат: снижение диссеменизации клеток из зоны деструкции биоткани посредством совмещения крио- и низкочастотного ультразвукового воздействий. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ деструкции биологической ткани, заключающийся в воздействии на патологически измененный участок биоткани низкочастотным ультразвуковым излучением и криовоздействием, отличающийся тем, что процесс деструкции проводят поэтапно, при этом на первом этапе осуществляют одно или многократное чередование дистанционного криовоздействия на поверхностный слой биоткани струей хладагента с охлаждением его до минус 130-150°С и низкочастотного ультразвукового контактного воздействия на пораженный участок биоткани при амплитуде колебаний рабочего торца волновода 40 45 мкм, а на заключительном этапе осуществляют низкочастотное ультразвуковое контактное воздействие, при этом амплитуда колебаний рабочего торца волновода составляет 65 70 мкм. 2. Устройство для деструкции биологической ткани, содержащее ультразвуковой излучатель в корпусе и соединенный с ним волновод с рабочим торцом, отличающееся тем, что на корпусе дополнительно установлен полый кронштейновый элемент, жестко соединенный с излучателем, в котором размещен сосуд высокого давления с хладагентом, в волноводе выполнены капиллярные отверстия-дроссели, одно из которых расположено по оси волновода, а остальные отведены от него под углом, при этом выходы отверстий размещены на рабочем торце, а осевое отверстие соединено посредством трубопровода с сосудом высокого давления, снабженным регулирующим клапаном и рычагом.