КОНТАКТНАЯ СРЕДА В ВИДЕ ГЕЛЯ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 1997 года по МПК A61B8/00 C08L33/08 

Изобретение относится к медицине, к получению геля как контактной среды для ультразвуковой диагностики и ультразвуковой терапии. При ультразвуковой диагностике в терапии ультразвук должен свободно проходить от источника до кожи пациента. Для этого требуется нанесение определенной контактной среды типа геля. Гель должен обладать определенной вязкостью, не стекать с вертикальной с вертикальной поверхности кожи, не высыхать быстро, не портить датчики УЗ-аппаратуры, не вызывать аллергических реакций у пациента, не пачкать одежды.

Известны гели на основе низкомолекулярных жидкостей, содержащие глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, и соли цезия или бутанол-1, глицерин и 2-гидроэксиэтиловый эфир. Однако такие смеси характеризуются незначительной вязкостью, а также высоким затуханием ультразвуковых волн (-3-4 дб/см), что вызывает ослабление ультразвукового сигнала при диагностике и приводит к артефактам.

Известны в качестве контактной среды полимерные гидрогели, которые содержат до 90-95% воды от общей массы геля. Наличие высокого содержания воды в геле существенно снижает затухание ультразвуковых колебаний в геле, приближая их к соответствующему значению для воды (-1•10^-3 дб/см).

Акустические свойства геля близки к характеристикам воды и живых тканей организма. Для поддержания гелевой структуры и определенной вязкости требуется от 2 до 10 таких природных высокополимерных веществ, как агар, белки, полисахариды или их смеси с синтетическим полиакриламидом. Однако гели с использованием природных полимеров не стабильны, часто не воспроизводятся по своим характеристикам и требуют большого расхода полимера.

Предложены гели на основе синтетических полимеров: полиакриламида, поливинилпирролидона, поливинилового спирта или целлюлозы. В этом случае для получения высоковязких гелей требуются большие концентрации загущающих полимеров. Это, в свою очередь, оставляет налет на датчиках ультразвуковой аппаратуры, который вызывает ослабление ультразвукового сигнала и портит датчики.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гель, содержащий карбоксил содержащий полимер с высокой молекулярной массой около 4-10 дальтон (торговая марка карбопол-940) в концентрации 0,5-0,9% глицерин в концентрации 20-60 нейтрализующий агент и консервант. Такой гель обладает достаточно высокой вязкостью, чтобы не стекать с вертикальной поверхности, низкой скоростью высыхания, чтобы обеспечить длительный контакт датчика с кожей пациента. Однако недостатком этого изобретения является использование большой доли глицерина в геле ( 20 до 60 от массы вода-глицерин), что снижает ультразвуковые характеристики геля, в частности увеличивает затухание ультразвуковых колебаний.

Для создания композиций геля с оптимальными свойствами вязкости, ультразвуковыми характеристиками, близкими к соответствующими значениями для воды и тканей организма, минимальным затуханием ультразвука, свойством долго не высыхать, предлагается использовать:
-редкосшитый сополимер акриловой кислоты с 0,4-1,1 полифункционального сшивающего агента в виде смеси 6-25 диаллилового, 70-95 триаллилового и 1-9 тетрааллилового эфиров пентаэритрита, причем сополимер подвергнут дополнительной термообработке при T=118-123^oC в течение 2-16 ч, массовая доля сополимера 0,2-0,9 от массы геля;
-двух и/или трехатомный спирт, например, 1,2-пропиленгликоль и/или глицерин с массовой долей 0,5-10
-нейтрализующий агент триэтаноламин или щелочь, добавляемый в количестве, необходим для получения геля с pH в диапазоне 6-8 ед. pH;
-консервант 2-бром-2нитропропан-1,3-диол или эфиры п-оксибензнойной кислоты и алифатических спиртов (длина углеводородного радикала C₁-C₄) с массовой долей 0,01-0,02
-вода с массовой долей 87-98
Сополимер получен по известной заявке.

Гель получают следующем образом. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 0,2-0,9 консерванта, 0,5-10 двух и/или трехатомного спирта, например 1,2-пропиленгликоля и/или глицерина, нейтрализующий агент (триэтаноламин или щелочь) для достижения pH 6-8 и дистиллированную воду в количестве 87-98 от массы геля. Смесь выдерживают 6-18 ч для набухания сополимера, затем перемешивают 2 ч для получения гомогенной массы.

Использование редкосшитого сополимера акриловой кислоты позволяет получить нужную структуру и вязкость геля без добавления большого количества глицерина, что обеспечивает, с одной стороны, хорошую динамическую вязкость геля в интервале 30-60 Па•с при скорости сдвига 1,8 с^-1 и 6-12 Па•с при скорости сдвига 15,1 с^-1, способность геля не высыхать на коже до 20 мин, а с другой стороны, хорошие акустические характеристики, в частности, очень низкое затухание ультразвуковых волн (до 0,02 дб/см).

Выход за указанные пределы температур, времени термообработки приводит либо к структурированию геля и ухудшению контакта датчика с кожей пациента, что вызывает искажение ультразвукового сигнала.

Пример 1. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 5 г (0,5 от массы геля) редкосшитого сополимера акриловой кислоты, полученного со сшивающим агентом из смеси: 6 диаллилового, 90 триаллилового и 4 тетрааллилового эфиров пентаэритрита (с массовой долей сшивающего агента 0,6), выдержанного при T 120^oC в течение 8 ч, 0,1 г консервата бронитрола (0,01 от массы геля), 5 г глицерина (0,5 от массы геля), 6,9 г триэтаноламина и дистиллированной воды до общей массы геля 1000 г. Смесь компонентов выдерживают 6 ч для набухания сополимера, затем перемешивают 2 ч для получения гомогенной прозрачной массы геля.

Динамическую вязкость геля измеряли на ротационном козиметре типа "Реотест" при скоростях сдвига 1,8 с^-1 и 15,1 с^-1. Скорость звука в геле и затухание ультразвуковых колебаний оценивали с помощью специальной аппаратуры. Длительность сохранения 100%-ного контакта датчика с кожей пациента оценивали с помощью аппаратуры для ультразвуковой терапии "Физиозон".

Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 2. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют сополимер акриловой кислоты и смеси из 14% диаллилового, 85% триаллилового и 1% тетрааллилового эфиров пентаэритрита (массовая доля сшивающего агента 0,7%), при этом в реактор загружают 7 г сополимера ( 0,7% от массы геля), 9,7 г триэтаноломина, 50 г глицерина (5% от массы геля), а в качестве консерванта изопропиловый эфир п-оксибензойной кислоты (0,02 мас.). Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 3. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют сополимер акриловой кислоты и смеси из 20% диаллилового, 75% триаллилового и 5% тетрааллилового эфиров пентаэритрита (массовая доля сшивающего агента 0,4%), при этом в реактор загружают 9 г сополимера (0,9 мас.), в качестве двух- или трехатомного спирта используют 15 г 1,2-пропиленгликоля (1,5 мас.), а в качестве консерванта 0,1 г бутилового эфира п-оксибензойной кислоты (0,01 мас.). Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 4. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве двух- или трехатомного спирта используют 10 г 1,2-пропиленгликоля (10% от массы геля). Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 5. Гель получают аналогично примеру 1, но используют редкосшитый сополимер, подвергнутый термообработке при температуре 118^oC в течение 16 ч, при этом в реактор загружают 4,5 г сополимера (0,45% от массы геля), а в качестве нейтрализующего агента используют 1,3 г гидроокиси натрия или 1,82 г гидроокиси калия. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 6. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют сополимер с массовой долей сшивающего агента 1,1% подвергнутый термообработке при T=123^oC в течение 2 ч, при этом в реактор загружают 2 г сополимера (0,2% от массы геля) и 1,38 г триэтаноламина. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 7. Гель получают аналогично примеру 6, но в качестве гелеобразующего вещества используют редкосшитый сополимер, подвергнутый термообработке при T=125^oC в течение 8 ч. Полученный таким образом гель имеет ненабухающие частицы сополимера и высокую степень мутности, что ухудшает его потребительские свойства. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 8. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют сополимер, подвергнутый термообработке при T=130 ^oC в течение 2 ч, при этом мутность геля резко возрастает, а динамическая вязкость геля резко падает. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 9. Гель получают примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют сополимер, подвергнутый термообработке при T=115^oC в течение 8 ч. Гель имеет пониженную вязкость и недостаточную длительность контакта датчика с кожей пациента. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 10. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют редкосшитый сополимер с массовой долей сшивающего агента 1,5% Гель получается негомогенным, имеет структурированные включения и не обеспечивает хорошее скольжение датчика по коже пациента. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 11. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют редкосшитый сополимер с массовой долей сшивающего агента 0,2% Гель имеет низкую вязкость, стекает с вертикальной поверхности и обеспечивает сохранение 100%-ного контакта датчика с кожей пациента не более 3 мин. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 12. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют редкосшитый сополимер, подвергнутый термообработке при T= 120^oC в течение 1 ч. Гель имеет низкую вязкость, стекает с вертикальной поверхности и обеспечивает сохранение полного контакта датчика с кожей пациента не более 3 мин. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 13. Гель получают аналогично примеру 1, но в качестве гелеобразующего вещества используют редкосшитый сополимер, подвергнутый термообработке при T=120^oC в течение 18 ч. Гель получается негомогенным, имеет структурированные включения и не обеспечивает хорошее скольжение датчика по коже пациента. Характеристики геля приведены в таблице.

Пример 14. (прототип). В реактор, снабженный мешалкой загружают 500 г глицерина (50% от массы геля), 500 г воды (50% от массы геля), 0,6 г пропилового и 0,3 г метилового эфиров п-оксибензойной кислоты, после этого вводят 7 г карбопола-940 (0,7% от массы геля) и дают набухать в течение 12 ч, после чего добавляют 10 г триэтаноламина до получения pH 7,3. Гель гомогенизуют перемешиванием. Характеристики геля приведены в таблице.

Из таблицы видно, что гели, получаемые по заявленному техническому решению имеют динамическую вязкость в диапазоне 30-60 Па•С при скорости сдвига 1,8 с^-1, сравнимую с прототипом, и длительность сохранения 100%-ного контакта датчика с кожей пациента до 20 мин, сравнимую с прототипом, а затухание ультразвуковых колебаний на порядок лучше, чем по прототипу.

Использование: в медицине, а именно в ультразвуковой диагностике и ультразвуковой терапии. Сущность изобретения- контактная среда в виде геля содержит, мас. %: редкосшитый полимер акриловой кислоты 0,2-0,9; многоатомный спирт 5-10,0; 2-бром-2нитропан-1,3-диол и/или эфиры п-оксибензойной кислоты и алифатических спиртов 0,01-0,06; воду 87-98 и нейтрализующий агент до pH 6-8. Данная контактная среда обладает хорошими вязкокостными свойствами, не высыхает на коже до 20 мин и имеет очень низкое затухание ультразвуковых волн (до 0,06 дб/см). 1 табл.

Контактная среда в виде геля для ультразвуковой диагностики и ультразвуковой терапии, состоящая из карбоксилсодержащего полимера, многоатомного спирта, нейтрализующего агента, консерванта и воды, отличающаяся тем, что в качестве карбоксилсодержащего полимера используют редкосшитый полимер акриловой кислоты, в качестве консерванта - 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол и/или эфиры п-оксибензойной кислоты и алифатических спиртов при следующем соотношении компонентов, мас.

Редкосшитый полимер акриловой кислоты 0,2 0,9
Многоатомный спирт 0,5 10,0
2-Бром-2-нитропропан-1,3-диол и/или эфиры п-оксибензойной кислоты и алифатических спиртов 0,01 0,06
Вода 87 98
Нейтрализующий агент До pH 6 8е