СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ ТКАНЬ ПОТОКОМ ПЛАЗМЫ Российский патент 2002 года по МПК A61N1/44 

Изобретение относится к области медицины, более конкретно к способам воздействия на биологические ткани потоком плазмы, и может быть использовано, например, в абдоминальной и торакальной хирургии, хирургии печени и селезенки, в урологии, в онкохирургии, а также для лечения ожогов, ран, раневой инфекции и т.д. Исключительно эффективно заявляемое изобретение может быть использовано в военно-полевой хирургии и в медицине катастроф.

В настоящее время широко известны различные способы воздействия на биологические ткани потоком плазмы. Известен, например, хирургический способ рассечения биологических тканей с помощью потока плазмы (см. патент США 3903891), заключающийся в формировании и поддержании с помощью высокочастотного тока холодной плазмы с поперечным сечением потока достаточно малым (диаметр от 0,13 до 0,38 мм) для получения узкой зоны контакта между плазмой и тканью с последующим введением потока этой плазмы в ткань для получения разреза.

В качестве плазмообразующего рабочего газа используют инертный газ аргон с расходом менее примерно 2,4 л/мин, предпочтительно от 0,05 до 0,95 л/мин.

Однако вышеописанный способ в силу заявленных параметров, а именно малого диаметра плазменного потока, не в состоянии обеспечить надежную и быструю коагуляцию достаточно обширных рассеченных раневых поверхностей биологических тканей, а использование холодной плазмы не дает возможности осуществлять эффективную деструкцию, например выпаривание патологически измененных биологических тканей.

Кроме того, существенным недостатком способа является необходимость использования в качестве плазмообразующего рабочего газа аргона. В нормальных условиях содержание аргона в атмосферном воздухе составляет не более 0,9%, поэтому практическая реализация способа подразумевает подачу рабочего газа (аргона) из специального источника, в наиболее доступном и распространенном варианте представляющего собой сосуд высокого давления с устройством редуцирования и регулирования расхода аргона. Использование предложенного способа в практической медицине требует наличия в операционном или предоперационном помещении баллонов с запасом аргона, а также необходимости периодического возобновления запаса расходуемого газа, которым является аргон. Следует отметить, что чем меньше объем сосуда с аргоном, тем чаще требуется его замена.

Известен также способ коагуляции биологических тканей в области хирургического разреза (см., например, патент США 3938525), заключающийся в формировании и поддержании с помощью постоянного тока электрически нейтральной холодной плазмы с достаточно малым поперечным сечением потока плазмы (диаметр от 0,127 до 1,27 мм), обеспечивающим узкую область контакта между плазмой и тканью, и далее направлении потока плазмы на биологические ткани в области разреза для их коагуляции. В качестве плазмообразующего газа в вышеописанном способе используют газ, выбранный из группы газов, включающей в себя аргон, гелий, азот либо смеси из двух или трех из перечисленных газов.

В вышеописанном способе холодная плазма может использоваться как с позиций ее только кровоостанавливающих свойств, так и в варианте, в котором холодная плазма одновременно обеспечивает получение разреза и коагуляцию ткани в области последнего.

Однако и этот способ вследствие малого энергосодержания холодноплазменного потока, формируемого и поддерживаемого постоянным током, не в состоянии обеспечить эффективную деструкцию - разрушение либо выпаривание - патологически измененных биологических тканей.

Кроме того, при использовании в качестве плазмообразующего газа аргона или азота ему присущи все недостатки вышеописанного способа согласно патенту США 3903891, которые лишь усугубляются при выборе в качестве рабочего газа гелия вследствие малой распространенности, ограниченной доступности и большой стоимости последнего.

Известен также способ воздействия на биологические ткани потоком плазмы (см. , например, патент США 3434476). Этот способ заключается в формировании и поддержании постоянным током электрически нейтральной горячей плазмы с достаточно малым поперечным сечением и далее направлении потока плазмы на биологические ткани для получения разреза, коагуляции или испарения (деструкции). В качестве рабочего газа используется инертный газ, например гелий или аргон.

Однако и данному способу вследствие использования в качестве плазмообразующего газа аргона или гелия присущи недостатки, аналогичные вышеописанным способам.

Таким образом, ни один из известных способов воздействия на биологические ткани потоком плазмы не нашел широкого практического применения в медицине, в основном вследствие использования в качестве плазмообразующих рабочих веществ инертных газов. Кроме того, ни один из известных в настоящее время способов не оказывает стимулирующее воздействие на репаративные процессы при заживлении раневых поверхностей.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа воздействия на биологические ткани потоком плазмы, который за счет выбора рабочего газа обеспечил бы не только возможность хирургического воздействия на биологические ткани, но и терапевтического их лечения.

Эта задача решается тем, что в способе воздействия на биологические ткани потоком плазмы, заключающемся в том, что сначала формируют пучок электрически нейтральной плазмы, затем этот пучок направляют в область локализации биологической ткани, подлежащей воздействию, и вводят их в непосредственное соприкосновение, согласно изобретению пучок электрически нейтральной плазмы представляет собой поток термически равновесной воздушной плазмы.

Это дает возможность осуществлять лечебное терапевтическое воздействие на биологические ткани, а при необходимости и хирургическое.

Целесообразно при терапевтическом воздействии на биологические ткани длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия выбрать в пределах от 10 до 20 см, объемный расход установить в пределах от 0,5 до 1,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы поддерживать в пределах примерно от 10 до 20 мм, а среднемассовую температуру воздушно-плазменного потока - от 40 до 70^oС. При таком выборе теплофизических и геометрических параметров воздушно-плазменного потока обеспечивается максимальная эффективность терапевтического воздействия на биологические ткани при достаточно комфортном состоянии пациента.

Рационально при хирургическом воздействии на биологические ткани для их коагуляции длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия установить в пределах от 10 до 30 мм, его объемный расход - примерно от 1,5 до 2,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы зафиксировать в пределах от 3,0 до 5,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока выбрать примерно от 100 до 200 Вт. Это позволяет добиться наилучшего эффекта при коагуляции биологических тканей воздушно-плазменным потоком.

При хирургическом воздействии на биологические ткани для их деструкции целесообразно длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия выбрать в пределах примерно от 5 до 10 мм, его объемный расход - примерно от 2,0 до 3,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы зафиксировать в пределах примерно от 1,0 до 3,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока установить примерно от 200 до 300 Вт. При таком выборе параметров воздушно-плазменного потока удается добиться наиболее эффективной деструкции патологически измененных биологических тканей.

Рационально при хирургическом воздействии на биологические ткани для их рассечения установить длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия в пределах примерно от 1,0 до 5,0 мм, его объемный расход выбрать примерно от 1,0 до 1,5 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы зафиксировать в пределах примерно от 0,5 до 1,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока установить примерно от 50 до 100 Вт. Это дает возможность добиться наилучшего эффекта при рассечении биологических тканей воздушно-плазменным потоком.

В дальнейшем заявленное изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - общий вид операции стимулирования раневой поверхности при терапевтическом воздействии согласно заявляемому способу;
фиг.2 - общий вид процесса коагуляции биологических тканей;
фиг.3. - общий вид процесса деструкции биологических тканей;
фиг.4. - общий вид процесса рассечения биологических тканей.

Заявленный способ воздействия на биологические ткани заключается в следующем. Путем пропускания постоянного электрического тока через поток атмосферного воздуха, характеризующийся определенным химическим составом, диаметром и расходом, формируют и поддерживают пучок 1 (фиг.1) электрически нейтральной воздушной плазмы, которая истекает из источника 2 в окружающее пространство в виде светящегося факела, имеющего форму цилиндра или усеченного конуса с вершиной у места истечения.

Сформированный таким образом пучок 1 воздушной плазмы направляют на локальный участок биологической ткани 3, подлежащий воздействию, и вводят пучок 1 плазмы в непосредственное соприкосновение с биологической тканью 3. Воздушно-плазменный поток 1 с определенными физическими и геометрическими параметрами - длиной h, диаметром d, расходом G, тепловой мощностью Р, температурой Т и т.д., оказывает на биологическую ткань 3 лечебное воздействие - терапевтическое (фиг. 1) или хирургическое: коагуляция (фиг.2), деструкция (фиг.3), рассечение (фиг.4), продолжительность которого зависит от цели конкретного лечения.

Установлено, что многие из проблем, связанные с воздействием на биологические ткани, решаются использованием пучка термически равновесной воздушной плазмы, формируемой и поддерживаемой пропусканием постоянного тока через поток атмосферного воздуха.

Во-первых, воздушно-плазменный поток, характеризующийся сложным химическим и спектральным составом, существенно модифицированным по сравнению с исходным составом атмосферного воздуха и тем более по сравнению с плазмой инертных газов, содержит молекулы, атомы, ионы, свободные радикалы и т.д. в определенном соотношении, что при соприкосновении с биологическими тканями обеспечивает терапевтическое лечение этих тканей, стимулируя процессы репаративной регенерации.

Во-вторых, в зависимости от сочетания таких легко варьируемых физических и геометрических параметров, как расход воздуха, диаметр плазменного пучка 1, его длина h от места истечения до поверхности воздействия и т.д., светящаяся, т. е. наиболее энергоемкая, часть воздушно-плазменного потока обладает свойствами, достаточными для выполнения рассечения биологических тканей, деструкции патологических образований и коагуляции раневых поверхностей с одновременным бактерицидным (санирующим) и аналгезирующим действием.

И, наконец, при использовании в качестве рабочего газа одной из составляющих окружающей среды, а именно атмосферного воздуха, отпадают все проблемы, связанные с хранением и транспортировкой любого иного рабочего вещества.

Терапевтическое воздействие на биологические ткани 3 (фиг.1) потоком термически равновесной воздушной плазмы проводят для немедикаментозного лечения больных с различной раневой патологией - длительно заживающие, вялогранулирующие раны и трофические язвы любого происхождения; пролежни; гнойно-воспалительные заболевания мягких тканей; ожоги различного генеза; патология пересаженных лоскутов в пластической и реконструктивной хирургии и косметологии; радиационные повреждения; бытовые, военные травмы и ранения мягких тканей и т.д.

При терапевтическом воздействии на биологические ткани длину h воздушно-плазменного пучка 1 от места истечения до области воздействия следует устанавливать в пределах примерно от 10 до 20 см. Уменьшение длины h воздушно-плазменного потока ниже 10 см приводит к возрастанию теплового потока в области воздействия (на раневой поверхности) и к чрезмерному ожогу биологический ткани 3; увеличение длины h более 20 см приводит к практическому исчезновению лечебного действия. Выход за пределы диапазона от 0,5 до 1,0 л/мин по объемному расходу потока приводит к изменению оптимального химического состава воздействующей плазмы и снижению ее лечебной эффективности. Диапазон изменения диаметра d пучка 1 воздушной плазмы от 10 до 20 мм является наилучшим с точки зрения визуального контроля за состоянием биологической ткани, подвергающейся лечебному воздействию. Снижение температуры Т воздушно-плазменного потока ниже 40^oС не приводит к необходимому подсушиванию раневой поверхности, а повышение ее более 70^oС ведет к появлению болевых ощущений у пациента.

Коагуляцию биологических тканей 3 (фиг.2) обычно проводят при хирургических операциях для остановки кровотечения из обширных раневых поверхностей, например паренхиматозных органов и других диффузно кровоточащих тканей (гемостаз), герметизации легочной ткани (аэростаз), прекращения желчеистечения (холеостаз), лимфоистечения (лимфостаз) и т.д., а также для обработки огнестрельных и гнойных ран с целью снижения микробной обсемененности.

Осуществляя коагуляцию биологических тканей, длину h воздушно-плазменного потока от места его истечения до области локализации биологических тканей 3, подлежащих коагуляции, следует устанавливать в пределах примерно от 10 до 30 мм. Уменьшение расстояния h от места истечения плазменного потока до области воздействия ниже 10 мм приводит за счет большого газодинамического напора и скорости потока к разбрызгиванию крови, истекающей из биологической ткани 3, а увеличение расстояния h свыше 30 мм - к уменьшению температуры воздушно-плазменного потока и отсутствию гемостаза. Объемный расход потока менее 1,5 л/мин не обеспечивает удаление крови и других жидкостей с раневой поверхности, что приводит к образованию "плавающего" струпа, а повышение расхода потока более 2,0 л/мин повышает вероятность возникновения газовой эмболии. Диаметр d пучка 1 воздушной плазмы в пределах от 3,0 до 5,0 мм позволяет одномоментно коагулировать достаточно большую площадь раневой поверхности биологический ткани 3 и вместе с тем обеспечивает достаточный контроль за процессом коагуляции. При тепловой мощности воздушно-плазменного потока от 100 до 200 Вт на биологической ткани 3 происходит наиболее эффективное формирование коагуляционной пленки без возникновения деструкции.

Деструкцию биологических тканей 3 (фиг.3) обычно проводят при хирургических операциях для ликвидации патологически измененных биотканей - небольших опухолей, метастазов, булл, стенок капсул, нежизнеспособных тканей, а также для выпаривания экссудата и т.д.

Для осуществления деструкции биологических тканей 3 длину h воздушно-плазменного пучка 1 от места его истечения до области воздействия следует установить в пределах от примерно 5 до 10 мм. При уменьшении длины h воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия менее 5 мм при осуществлении деструкции возможно повреждение подлежащих здоровых тканей, при увеличении этой длины выше 10 мм скорость деструкции заметно снижается за счет уменьшения температуры плазменного потока. При объемном расходе потока менее 2,0 л/мин его скорости недостаточно для эффективного уноса продуктов деструкции из области воздействия, при расходе потока более 3,0 л/мин, наоборот, возможен перенос продуктов деструкции далеко за пределы операционного поля. При диаметре d пучка 1 воздушной плазмы менее 1,0 мм скорость деструкции может вырасти настолько, что будет затруднен контроль за ее выполнением, а при диаметре d пучка более 3,0 мм возможно повреждение окружающих здоровых тканей. Тепловая мощность воздушно-плазменного потока в пределах от 200 до 300 Вт является оптимальной для быстрого испарения деструктируемых тканей без прогрева близлежащих здоровых тканей.

Рассечение биологических тканей 3 (фиг.4) проводят при хирургических операциях для получения бескровного разреза, например, при вскрытии и пересечении полых органов желудочно-кишечного тракта, стенок кист поджелудочной железы и других органов, а также при рассечении ткани легкого при атипичной резекции, рассечении межреберных мышц, нервных стволов и т.д.

Для рассечения биологических тканей расстояние h от места истечения потока 1 воздушной плазмы до области воздействия устанавливают в пределах примерно от 1 до 5 мм. Уменьшение расстояния h от места истечения воздушно-плазменного потока до области воздействия менее 1 мм практически труднореализуемо и нецелесообразно, увеличение длины h воздушно-плазменного потока свыше 5 мм может привести к повреждению подлежащих тканей. Диапазон объемных расходов воздушно-плазменного потока от 1,0 до 1,5 л/мин обеспечивает необходимую для эффективного уноса массы биологической ткани 3 из области разреза скорость потока, а диаметр d пучка в пределах от 0,5 до 1,0 мм обеспечивает достаточно тонкий разрез биологической ткани 3. Тепловой мощности воздушно-плазменного потока менее 50 Вт будет недостаточно для быстрого испарения биологической ткани в области разреза, а мощность потока более 100 Вт приведет к слишком большому тепловому повреждению биологической ткани по краю разреза (боковому некрозу).

Патентуемый способ практически осуществляется следующим образом. Для проведения терапевтического воздействия на биологические ткани 3 (фиг.1) потоком воздушной плазмы, например, при раневой патологии, пациента размещают в процедурной или перевязочной комнате стоя, сидя или лежа в зависимости от локализации раневого дефекта и физического состояния больного. Снимают повязку, закрывающую рану. Лечащий врач включает источник 2 воздушно-плазменного потока, находящийся у него в руке, и воздействует на раневую поверхность, ориентируясь на болевые ощущения пациента. Немедикаментозная стимуляция репаративных процессов в ране осуществляется воздействием воздушно-плазменного потока на поверхность раны до появления светло-желтоватой, опалерисцирующей пленки и отсутствия раневого экссудата. Воздействие проводят на очищенную от лекарств, мазей, перевязочного материала поверхность; обязателен захват в зону воздействия воздушно-плазменного потока окружающих, визуально неизмененных тканей; в ране должны отсутствовать кровотечения и массивные некробиотические изменения. После обработки рану закрывают стерильной марлевой повязкой или оставляют открытой. Число сеансов лечения и продолжительность каждого сеанса устанавливают в зависимости от площади раны, ее фазы и других условий.

Хирургическое воздействие на биологические ткани пучком 1 (фиг.2-4) плазмы осуществляют в операционной комнате. Больного, находящегося, как правило, под общим наркозом, размещают на операционном столе. Наружную поверхность источника 2 воздушно-плазменного потока, находящегося в руке оперирующего хирурга, подвергают стерилизации одним из традиционных способов. Хирург проводит лечебное воздействие - коагуляцию, деструкцию или рассечение - по показаниям на определенных этапах операции, периодически включая источник 2 воздушно-плазменного потока в режимах согласно изобретению.

При воздействии на биологические ткани потоком плазмы специальных мер защиты пациента, хирурга и персонала не требуется.

Клинический пример осуществления заявляемого способа.

Больной Дауров П.А., 1924 г.р.

Д-з: Плоскоклеточный рак кожи передней грудной клетки.

Номер истории болезни ЕА-3442.

Анамнез заболевания. Считает себя больным в течение 2-х лет, когда впервые обратил внимание на появление небольшой язвы до 0,5 см. К врачам не обращался, лечился самостоятельно - присыпки, мази, травы (названий не помнит).

В последние 6-8 месяцев отмечает ухудшение состояния - размер язвы увеличился в 2-3 раза, появилась кровоточивость, зуд кожи вокруг. Обратился к онкологу по месту жительства, направлен в МНИОИ им. П.А.Герцена.

При обращении (02.12.96 г.) на правой половине грудной стенки на границе с грудиной имеется каллезная язва до 4 см в диаметре, с неровными контурами, избыточными грануляциями. Кожа вокруг гиперемирована, отмечается контактная кровоточивость. Регионарные лимфоузлы не увеличены. Цитология: Базально-клеточный рак кожи с элементами плоскоклеточного. Р-графия легких и костей грудной стенки без патологии. Общий анализ крови, мочи без изменений.

Операция 19.12.96 г. - Широкое иссечение опухоли передней грудной стенки с пластикой дефекта тканей перемещенным лоскутом.

Послеоперационный период осложнился краевым некрозом и расхождением краев ран на 5 - 7-е сутки, образовалась рана 6•8 см.

Ткани раны тусклые, без признаков грануляции с выраженной гиперемией кожи вокруг на протяжении до 2-3 см.

Гистологическое исследование И-63658-621 - плоскоклеточный рак кожи.

Для стимуляции репаративных процессов больному проведен курс терапевтического лечения воздушно-плазменным потоком с помощью аппарата "Плазмер" (12 сеансов). На 3-4 сеансе отмечено появление активной грануляционной ткани, уменьшение размеров раны. В последующем - заполнение раны грануляционной тканью, нарастание краевой и островковой эпителизации, прогрессирующее уменьшение размеров раны и ее закрытие.

К окончанию курса лечения: размеры раны 1-1,5 см, без отделяемого и наличия некротических тканей, покрыта опалерисцирующей пленкой. Кожа вокруг представлена вновь образованной тканью, без грубого рубцевания.

Осмотрен через 7 дней - рана полностью зажила.

Осмотрен через 3 месяца - местно без рецидива. Рубцовая ткань не деформирует кожу вокруг. Болевых и других ощущений не отмечается. Заключение: В результате терапевтического лечения послеоперационной осложненной раны воздушно-плазменным потоком достигнут полный клинический эффект.

Из вышеизложенного следует, что впервые в отечественной и мировой практике создан способ немедикаментозной стимуляции репаративной регенерации, приводящий к ускоренному заживлению осложненных ран практически любого происхождения. Способ позволяет сократить сроки заживления ран по сравнению с лекарственными и другими физическими, например лазерными, методами в 2-3,5 раза, обеспечивает формирование качественного рубца по типу дермального регенерата, дает возможность проведения как стационарного, так и амбулаторного лечения с открытым ведением раневого процесса, обеспечивает значительную (70-85%) экономию лекарственных средств и перевязочного материала.

Заявленный способ позволяет эффективно осуществлять лечение в области раневой патологии в целом. Следует особо отметить, что лечение, обеспечиваемое использованием заявленного способа, легко сочетается с любыми другими видами терапевтического лечения, например медикаментозными.

Кроме того, достоинством заявленного способа является его универсальность, что позволяет путем использования режимов коагуляции, деструкции и рассечения качественно и быстро проводить органосберегающие хирургические операции.

Использование в качестве рабочего газа атмосферного воздуха делает способ особо перспективным для применения в условиях, приближенных к полевым, т. е. в военно-полевой хирургии как на этапах специализированной помощи, так и квалифицированной помощи с элементами специализированной, например в Медицинских отрядах специального назначения (МОСН), а также в медицине катастроф.

Изобретение относится к медицине. На биологическую ткань воздействуют потоком электрически нейтральной термически равновесной воздушной плазмы. Сформированный пучок воздушной плазмы направляют в область локализации биологической ткани, подлежащей лечению, и затем вводят их в непосредственное соприкосновение. Технический результат - возможность оперативного лечения в полевых условиях, повышение экономичности. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ воздействия на биологические ткани потоком плазмы, заключающийся в том, что формируют пучок электрически нейтральной плазмы, направляют упомянутый пучок в область локализации биологической ткани, подлежащей воздействию, и вводят их в непосредственное соприкосновение, отличающийся тем, что пучок электрически нейтральной плазмы представляет собой поток термически равновесной воздушной плазмы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при терапевтическом воздействии на биологические ткани длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия устанавливают в пределах примерно от 10 до 20 см, его объемный расход определяют примерно от 0,5 до 1,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы находится в пределах примерно от 10 до 20 мм, а среднемассовую температуру воздушно-плазменного потока выбирают примерно от 40 до 70^oС. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при хирургическом воздействии на биологические ткани для их коагуляции длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия устанавливают в пределах примерно от 10 до 30 мм, его объемный расход определяют примерно от 1,5 до 2,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы находится в пределах примерно от 3,0 до 5,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока выбирают примерно от 100 до 200 Вт. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при хирургическом воздействии на биологические ткани для их деструкции длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия устанавливают в пределах примерно от 5 до 10 мм, его объемный расход определяют примерно от 2,0 до 3,0 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы находится в пределах примерно от 1,0 до 3,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока выбирают примерно от 200 до 300 Вт. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при хирургическом воздействии на биологические ткани для их рассечения длину воздушно-плазменного потока от места истечения до области воздействия устанавливают в пределах примерно от 1 до 5 мм, его объемный расход определяют примерно от 1,0 до 1,5 л/мин, при этом в области воздействия диаметр пучка воздушной плазмы находится в пределах примерно от 0,5 до 1,0 мм, а тепловую мощность воздушно-плазменного потока выбирают примерно от 50 до 100 Вт.