ФОТОУЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК A61N5/06 A61N7/00 

Область техники

Изобретение относится к медицине, в частности к терапии и хирургии, и может быть использовано для лечения обширных инфицированных ран, а также для обработки мягких и твердых биологических тканей при различных патологиях, включая опухоли, сосудистые аномалии, дерматологические заболевания и т.п.

Предшествующий уровень техники

Известны методы и устройства для ультразвукового (УЗ) воздействия на биологические ткани [1]. В этих методах УЗ колебания в диапазоне частот 20-300 кГц накладываются на наконечник, который находится в механическом контакте с биологическим объектом напрямую или опосредованно через дополнительную промежуточную среду в виде жидкости, мази и т.п. Амплитуда периодического смещения наконечника, который может иметь различную конфигурацию (скальпеля, стержня с плоским торцом, сферическую и т.п.) достигает около 200 мкм. УЗ медицинский аппарат включает в себя, как правило, электронный генератор электрических колебаний, которые преобразовываются в УЗ преобразователях различного типа (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) в УЗ колебания. Затем УЗ колебания усиливаются и передаются через акустический волновод-концентратор, имеющий как правило сложный сужающийся к концу профиль, к указанному наконечнику. В настоящее время эта технология с успехом используется во многих областях медицины, включая онкологию, стоматологию, общую хирургию и т.п. [2]. К числу ее достоинств относится высокая производительность резки, минимальная степень травматизма, возможность селективного воздействия на ткани с различными акустическими свойствами и т.п. Известны также УЗ аппараты для терапии с частотами до несколько МГц, в которых УЗ преобразователь относительно большого диаметра контактируют с поверхностью биообъета непосредственно без дополнительного волновода-концентратора.

С другой стороны, известно лечение гнойно-инфицированных ран с использованием антибиотиков, и/или антисептических препаратов в виде растворов, порошков, эмульсий, мазей, аппликаций и др. Эти препараты были направлены на уничтожение многих бактерий, присутствующих обычно в ране. В частности, в гнойной ране можно выделить 5 основных видов бактерий, составляющих 97% микрофлоры раны (каждый из остальных видов не превышает 1%): золотистый стафилококк (может достигать 60% микрофлоры) и гноеродный стрептококк - грамположительные, синегнойная палочка, кишечная палочка и протей - грамотрицательные. Однако систематическое применение антибиотиков широкого спектра действия привело к появлению все более новых резистентных штаммов микроорганизмов, в том числе неизвестных этиологий. Кроме того, наложение повязок не обеспечивает контакта всей пропитанной препаратом поверхности этих повязок с инфекцией, находящейся в глубине тканей раны, а также вызывает большой расход лекарственных средств.

Около 30 лет назад стал известен метод применения низкочастотного УЗ для лечения инфицированных ран [3, 4]. Этот метод заключается во введении УЗ наконечника в предварительно заливаемый в рану раствор с антибиотиками или антисептиками. Эти компоненты, в частности, в требуемых концентрациях могут быть разведены в нормальном физиологическим растворе. Возникающий при УЗ воздействии целый ряд явлений, включая кавитацию, акустические потоки и звуковое давление, обеспечивает очистку раны от некротических отложений, перемешивание лекарств и усиление их импрегнации в стенки раны, активацию фагоцитоза, прямой бактерицидный эффект за счет образования радикалов в зоне кавитации и т.п. В целом перечисленные явления способствует ускорению заживления раны. К числу недостатков можно отнести относительно низкую эффективность обработки обширных глубоких ран в силу локальности воздействия и трудности поражения антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов.

Известен также метод фотодинамической терапии (ФДТ), который заключается во введении внутривенно или локально в организм фотосенсибилизаторов, селективно накапливающихся в патологических клетках, в частности в опухолевых [5]. Последующее облучение клеток светом с длиной волны, совпадающей с полосой поглощения используемого фотосенсибилизатора, позволяет селективно уничтожать клетки в силу фотохимического образования токсичных радикалов, в частности синглетного кислорода. Первоначально этот метод использовался в основном в онкологии, но позже он нашел применение в дерматологии и других областях медицины. Известны также попытки использования ФДТ для уничтожения резистентных к антибиотикам бактерий путем локального или местного введения фотосенсибилизатора в район инфицированной зоны [6]. Применение ФДТ для бактериологических задач, прежде всего для лечения гнойно-инфицированных ран, показало высокие результаты, т.к. на сегодня не выявлено появления фоторезистентных штаммов. ФДТ показала свою высокую эффективность прежде всего для аэробных грамположительных бактерий. У грамотрицательных накопление фотосенсибилизаторов внутри микроорганизма оказалось мало эффективно в силу наличия толстой мембраны, состоящей из двух прочных липидных слоев, препятствующих проникновению фотосенсибилизатора внутрь бактерии. В одном из решений для подобных задач медицины было предложено использовать бактерицидный фотопластырь путем наложения на рану тонкой прокладки, пропитанной раствором фотосенсибилизатора, с последующим ее облучением от автономной компактной матрицы светодиодов или химиолюминесцентного протяженного источника [7, 8]. Недостатком этого метода является трудность проникновения света в глубокие слои раны в силу их низкой оптической прозрачности, а также относительно долгое время, необходимое для проникновения фотосенсибилизатора вглубь инфицированной поверхности раны с последующим накоплением в микроорганизмах (от нескольких часов до суток).

Возможность преодоления перечисленных недостатков появилась после объединения оптического и УЗ методов, а также создания соответствующих фото(лазерно)-ультразвуковых (ФУЗ) устройств [9-15]. В частности, в одном из предложенных вариантов УЗ используется вначале для резки ткани, а затем лазер обеспечивает тепловую коагуляцию зон с кровотечением. Или наоборот, вначале лазер используется для тепловой деструкции ткани, а затем эти продукты удаляются с помощью УЗ аспирации. Однако последовательное во времени использование не позволяет в полной мере достичь синергетического эффекта. Этот недостаток был устранен в сочетанном воздействии одновременно ультразвуком и оптическим излучением на биообъект [9-10]. В одном из технических решений оптический волновод служит одновременно для передачи ультразвука и лазерного излучения к биообъекту [9, 12-15]. Это позволило существенно ускорить скорость резки с одновременной коагуляцией ткани и очисткой конца волокна от продуктов лазерной абляции. Однако в нем отсутствовало описание целенаправленного использования ФУЗ метода и устройства для лечения инфицированных ран. К тому же в этом методе осуществляется локальное воздействие в основном в зоне дистального конца световода диаметром примерно 100-800 мкм, что плохо подходит для обработки обширных ран с поперечным размером до нескольких сантиметров и более.

Впервые метод совместного использования УЗ и лазерного излучения для лечения инфицированных ран был предложен в 1986 г., включая использование лазера для дополнительной тепловой обработки раны и применение метода ФДТ [16-18]. Обзор различных модификаций этих методов с указанием роли усиления импрегнации фотосенсибилизаторов в ткани и образование радикалов при УЗ воздействии представлен в [19]. Однако в этих работах отсутствует техническое описание устройств, позволяющих реализовать комбинированное воздействие на рану. Похожий метод использования УЗ совместно с ФДТ в онкологии с акцентом на неоптическое инициирование синглетного кислорода за счет УЗ возбуждения промежуточных химических соединений предложен в [20]. Однако в этом патенте отсутствует предложение об использовании этого метода для лечения инфицированных ран, а также в нем не представлено устройство, реализующее метод комбинированного воздействия УЗ и света на реальный объект. Наиболее близким по техническим решениям является метод обработки инфицированных ран, предложенный в [19, 22]. Он заключается в предварительном УЗ озвучивании доставленного в область раны раствора, содержащего антибиотики и фотосенсибилизатор. Затем после окончания действия УЗ с временной задержкой осуществляется облучение светом. Недостатком этого метода является раздельное по времени (т.е. поочередное) воздействие на рану УЗ и света, а также независимое использование известных стандартных УЗ и световых устройств.

Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков, то есть создание комбинированного ФУЗ устройства, позволяющего обеспечивать эффективную обработку обширных и глубоких инфицированных ран путем одновременного воздействия на них светом и ультразвуком в оптимальном сочетании с помощью одного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для одновременного воздействия на биообъект оптического излучения и УЗ колебаний содержит оптический блок, состоящий из источника оптического излучения, соединенного с блоком питания и согласующей оптической системой. Устройство содержит также УЗ блок, состоящий из электронного генератора, соединенного с УЗ преобразователем. Принципиальным отличием данного изобретения является то, что оно содержит блок совмещения, обеспечивающего пространственную ориентацию согласующей системы и УЗ преобразователя, необходимый для совместного действия оптического излучения и УЗ колебаний на одну и ту же зону биообъета. Также дополнительно введен блок управления, соединенный с УЗ и оптическим блоками, обеспечивающий последовательную или одновременную синхронизированную во времени работу обоих блоков по заданной программе. В устройстве предусмотрен блок подачи раствора в зону комбинированного ФУЗ воздействия, также соединенный с блоком управления. Блок может содержать основной контейнер для подготовки и хранения конечного раствора с необходимыми компонентами, а также дополнительные контейнеры, содержащие фотосенсибилизатор, антибиотики, антисептики и другие компоненты, поступающие в раствор в необходимых пропорциях. Также блок подачи требуемого раствора в зону комбинированного ФУЗ воздействия может включать насос для подачи раствора через полую трубку в зону раны.

Оптический источник может быть выполнен в виде подложки из свехярких светодиодов с требуемой длиной волны. Допускается также использование терапевтической лампы со световодом или несколькими световодами, по возможности компактной и при необходимости со светофильтрами, обеспечивающими требуемую спектральную область, совпадающую с полосой поглощения используемого фотосенсибилизатора. Возможно использование лазера, обеспечивающего наибольшую мощность излучения среди перечисленных источников. Согласующая оптическая система может быть выполнена в виде отдельного световода или множества световодов, соединенных с отдельными оптическими источниками. Оптические источники с соответствующими согласующими системами или множество подобных источников, выполненных в виде оптической матрицы, размещаются с одной стороны и/или равномерно со всех сторон вокруг УЗ преобразователя и/или внутри него. Подложка матрицы может иметь различную форму, например плоскую, коническую, полуцилиндрическую или полусферическую. Возможно использование отдельных матричных модулей, например плоской геометрии, которые могут менять свою пространственную ориентацию с одной стороны или вокруг УЗ преобразователя в зависимости от геометрии раны.

Блок совмещения может быть выполнен в виде кронштейна, прикрепленного механически к неподвижной части УЗ преобразователя и фиксирующего каждый источник или указанную подложку так, чтобы диаграммы направленности отдельных оптических источников были ориентированы на определенную зону патологии и/или на дистальный конец акустического преобразователя.

УЗ преобразователь может быть выполнен со сквозным цилиндрическим каналом, имеющим оптические отражающие цилиндрические стенки, способствующие лучшему распространению излучения от оптического источника сквозь канал к биообъекту. Оптический источник вместе с согласующей оптической системой или только согласующая система в виде линзовой системы или оптического световода фиксируются в верхней (проксимальной) неподвижной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения, выполнение которого зависит от типа преобразователя - магнитострикционного или пьезоэлектрического. Достоинствами магнитострикционных преобразователей, представленных обычно в виде пакета никелевых пластин, являются высокая механическая прочность, низкое напряжение питания и хорошая временная стабильность. Это позволяет использовать их при относительно большом механическом сопротивлении биоткани (например, в виде кости, сосудов и т.п.). При меньших механических нагрузках, например при обработке ран в мягких тканях, возможно использование пьезоэлектрических преобразователей, к числу достоинств которых следует отнести высокий КПД, сравнительно небольшие габариты и вес. В силу конструктивных особенностей в магнитострикционных преобразователях очень трудно осуществить выполнение сквозного канала, в то время как в пьезоэлектрических преобразователях сквозной канал может быть реализован за счет использования кольцевых пьезопакетов.

УЗ преобразователь со сквозным цилиндрическим осевым каналом может быть выполнен с резьбой в хвостовой дистальной части. Согласующая система в этом случае выполняется в виде оптического волокна, закрепленного в подвижной дистальной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения. Последний выполняется в виде зажимной гайки с вставленной в нее уплотняющей втулкой, затем гайка навинчивается на резьбу дистальной части преобразователя. Световод при этом размещается в сквозном отверстии уплотняющей трубки. УЗ преобразователь может содержать осевой канал цилиндрической формы, по крайней мере только в дистальной части при трудности выполнения полностью сквозного канала. При этом будет добавляться боковой цилиндрический канал, соединяющий внешнюю поверхность преобразователя с осевым каналом. В данном случае согласующая система выполняется в виде оптического волокна, которое размещается внутри бокового и осевого каналов. Блок совмещения выполняется как в виде указанной выше гайки с втулкой, так и в виде кроштейна, прикрепленного к внешней неподвижной поверхности и также имеющего втулку. Последняя выполняется из достаточно упругого материала, чтобы не повредить световод (например из тефлона), в отверстии которого свободно размещается оптическое волокно.

Согласующая оптическая система может состоять из двух частей, например оптического гибкого световода, зафиксированного в неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя, и жесткого цилиндрического световода, зафиксированного в подвижной дистальной части УЗ преобразователя. Диаметр такого световода может быть относительно большим, до 10 мм и более, а длина может достигать при необходимости 10-20 см и более. Дистальная хвостовая часть УЗ преобразователя может быть выполнена разъемной полностью из оптического материала с резьбовым соединением, вследствие чего она может навинчиваться на основную часть УЗ преобразователя. Указанный оптический элемент при этом помимо доставки оптического излучения также будет играть роль акустического волновода-концентратора. При необходимости на внешнюю поверхность этого хвостовика может быть нанесено зеркальное покрытие. Дистальная часть может иметь различную форму, например торцевую, закругленную или в виде скальпеля.

Помимо описанного выше исполнения УЗ блока в данном изобретении возможно использование сфокусированного ультразвука, что позволяет сконцентрировать УЗ или акустическую энергию в более глубоких слоях биоткани, где возможно наличие инфицированных областей, например в виде абсцессов, или нагноений вследствие проникающих колющих и огнестрельных ран. При этом УЗ блок выполняется в виде фокусирующей акустической антенны с различными типами УЗ преобразователей, причем как традиционных, так и новых. В качестве примера можно отметить такие известные типы преобразователей как магнитострикционный, пьезоэлектрический или электроразрядный. В последнем случае мощная акустическая волна образуется в воде вследствие мощного электрического разряда между двумя электродами, помещенными в фокус акустической антенны. Между этими преобразователями и поверхностью кожи вводится среда типа жидкости или мази, имеющей акустические свойства, необходимые для обеспечения акустического согласования акустической антенны и биообъекта. Антенна ориентируется в пространстве так, чтобы ее фокус совпадал с областью патологии, а ось оптического источника пересекала область фокуса акустической антенны. Акустическая антенна может иметь осевое отверстие для размещения оптического источника с соответствующей согласующей оптической системой. Оптические источники могут быть также зафиксированы равномерно по краям акустической антенны.

УЗ блок может быть выполнен также в виде источника импульсного или модулированного магнитного поля, располагаемого с внешней стороны биообъекта. При этом в раствор в зоне патологии вводятся металлические частицы малого диаметра. В этом случае колебания указанных частиц под действием магнитного поля приводят к соответствующему смещению окружающей их среды. Это в свою очередь приводит к формированию импульсных акустических волн или УЗ при высокой степени частоты повторения импульсов магнитного поля. При более низкой частоте, например в районе единиц или нескольких десятков Гц, возможно создание вибраций или акустических возмущений, обеспечивающих эффективное перемешивание раствора.

Блок подачи раствора выполняется в виде контейнера, содержащего раствор с необходимыми компонентами, включающими контрастные вещества, например в виде металлических и неметаллических частиц малого диаметра, или среды с воздушными пузырьками малого диаметра, а также трубки, по которой раствор поступает в область патологии. Блок управления содержит различные программы введения раствора, например однократное перед комбинированным воздействием, циклическое или непрерывное с выбором скорости подачи. Трубка введения раствора может быть соединена с полым каналом УЗ преобразователя, а скорость поступления выбирается так, чтобы обеспечивать непрерывный поток раствора, на который накладываются УЗ колебания. Возможно также формирование аэрозольного потока, модулированного УЗ колебаниями. При этом оптический источник будет ориентирован так, чтобы обеспечивать облучение зоны, на которую направляются указанные потоки. Также оптический источник может быть встроен в УЗ преобразователь так, чтобы оптическая ось источника совпадала с направлением потока. Одним из технических решений является выполнение дистальной части трубки прозрачной и имеющей выходное отверстие малого диаметра. При этом ось оптической согласующей системы будет пространственно ориентироваться так, чтобы излучение направлялось на дистальный конец трубки. Возможно также обеспечение подачи отдельных компонент в виде порошка и раствора в область раны по отдельным каналам. Например, возможна подача по одному каналу отдельно антибиотика (в виде порошка или раствора), по 2-му - антисептика (в виде порошка или раствора), по 3-му - раствора фотосенсибилизатора, по 4-му - металлических частиц малого диаметра, используемых при варианте осуществления устройства с источником магнитного поля, и т.п.

УЗ преобразователь может включать в себя лазерный источник импульсного или модулированного излучения и согласующую оптическую систему, при этом длина волны выбирается в диапазоне оптического поглощения используемого раствора или используемых дополнительных поглощающих компонент в растворе. Для усиления акустических колебаний на поверхность биообъекта может помещаться поглощающая оптическая жидкость или/и тонкая пленка, или/и прозрачная для излучения пластина.

Устройство включает в себя блок обратной связи, соединенный с блоком синхронизации, и датчики, дающие информацию о параметрах УЗ (мощность, частота, амплитуда перемещения дистального конца и т.п.), оптического излучения (интенсивность, длина волны и т.п.), биообъекта (температура, биологические показатели раны и т.п.) и обрабатываемой среды (текущий состав раствора, температура и т.п.). Далее регистрируемая информация используется для контроля режима воздействия и для соответствующей корректировки параметров обработки. Все это позволяет оптимизировать и контролировать процесс управления комбинированного ФУЗ воздействия и при необходимости изменять сами параметры воздействия.

Таким образом, благодаря целому ряду новых отличительных признаков предлагаемое изобретение существенно отличается от существующих устройств и позволяет значительно повысить эффективность обработки инфицированных ран. Это достигается благодаря следующим эффектам. Воздействие УЗ сопровождается такими явлениями как кавитация, звуковое давление, акустические потоки, формирование радикалов при кавитации и т.д. Благодаря этим явлениям УЗ в первую очередь обеспечивает эффективное перемешивание раствора в ране и способствует принудительной импрегнации антибиотиков, и/или антисептиков, и/или фотосенсибилизаторов в стенки раны, в бактерии и в инфицированные наслоения в ране. Все это позволяет существенно ускорить аккумуляцию фотосенсибилизатора в бактериях. Изначально селективность накопления фотосенсибилизатора в бактериях обусловлена относительно большой скоростью размножения бактериальных микроорганизмов в раневых условиях по сравнению со здоровыми культурами. При использовании УЗ колебания позволяют очищать рану от некротических отложений и налетов (раневого детрита и т.п.). Перемешивание раствора с одновременным его световым облучением позволяет эффективно облучать весь объем раствора за счет периодического поступления глубинных слоев на верхнюю поверхность раствора в зону наиболее эффективного облучения. Это раньше было невозможно в силу относительно низкой прозрачности раствора, прежде всего из-за наличия продуктов нагноения. Помимо ФДТ эффект кавитации приводит к дополнительному образованию радикалов как в растворе, так и внутри бактериальных микроорганизмов в силу сонодинамического эффекта, что повышает эффективность бактериологической обработки раневой поверхности. Это позволяет исключить развитие резистентности бактериальной флоры к фотодинамическому действию, как это происходит в случае антибиотиков. Добавление в раствор с фотосенсибилизатором антибиотика (например, гентамицина) направленно прежде всего на борьбу с грамотрицательными микроорганизмами, хотя и обеспечивает подавление грамположительных микроорганизмов. Использование УЗ позволяет также дополнительно усилить диффузию фотосенсибилизаторов прежде всего в грамотрицательные бактерии. Совместное комбинированное действие позволяет также уменьшить дозы как света и УЗ, так и лекарств и фотосенсибилизатора по сравнению с вариантом их одиночного раздельного использования.

Совместное воздействие приводит также к более эффективной активации иммунной системы за счет стимуляции работы отдельных ее компонент, в частности антител. В итоге, в предлагаемом изобретении появляется возможность получения значительного синергетического эффекта от одновременного воздействия нескольких физических и физико-химических факторов, что невозможно осуществить при использовании каждого фактора или явления в отдельности. В результате проявления всех этих эффектов представленное устройство позволяет ускорить течение регенераторных процессов, нормализацию микроциркуляции, созревание и дифференцировку грануляционной ткани и значительно сократить сроки заживления гнойно-инфицированных раневых областей.

Краткое описание фигур

Фиг.1 - общая схема комбинированного фотоультразвукового (ФУЗ) устройства. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - ультразвуковой (УЗ) преобразователь; 6 - блок питания УЗ преобразователя; 7 - оптические источники; 8 - блок совмещения; 9 - блок питания оптического источника; 10 - блок управления; 11 - блок подачи раствора; 12 - элемент доставки раствора (трубка); 13 - блок обратной связи; 14 - датчики.

Фиг.2 - схема ФУЗ устройства на основе матричного оптического облучателя. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды.

Фиг.3 - схема ФУЗ устройства на основе оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - кронштейн; 16 - оптические световоды.

Фиг.4 - схема ФУЗ устройства на основе оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 8 - блок совмещения (эластичные кольца или клей); 16 - оптические световоды.

Фиг.5 - схема ФУЗ устройства с осевым цилиндрическим каналом. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптический источник; 8 - кронштейн; 17 - цилиндрический канал; 18 - стенки цилиндрического канала.

Фиг.6 - схема ФУЗ устройства с осевым цилиндрическим каналом на основе гибкого оптического световода. 1 - инфицированная рана в глубокой полости; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 16 - световод; 17 - цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка.

Фиг.7 - схема ФУЗ устройства с осевым и боковым цилиндрическими каналами на основе гибкого оптического световода. 1 - инфицированная рана в глубокой полости; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - кронштейн; 16 - световод; 17 - осевой цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка; 21 - боковой цилиндрический канал.

Фиг.8 - схема ФУЗ устройства на основе комбинации гибкого и жесткого оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 16 - гибкий световод; 17 - осевой цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка; 22 - жесткий световод.

Фиг.9 - схема ФУЗ устройства для обработки внутренних полостей. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - гибкая шарнирная связь; 16 - световод; 23 - внутренняя полость.

Фиг.10 - схема ФУЗ устройства на основе сфокусированного ультразвука для обработки внутренних полостей. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 8 - кронштейн; 16 - световод; 23 - внутренняя полость; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны.

Фиг.11 - схема ФУЗ устройства на основе сфокусированного ультразвука для обработки поверхностных глубоких ран. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны.

Фиг.12 - схема ФУЗ устройства на основе дополнительного лазерного источника. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны; 26 - дополнительный лазерный источник.

Фиг.13 - схема ФУЗ устройства на основе дополнительного лазерного источника с использованием поглощающей пленки. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 26 - дополнительный лазерный источник; 27 - поглощающая пленка.

Фиг.14 - схема ФУЗ устройства для струйно-аэрозольной обработки ран. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптические источники; 8 - кронштейн; 11 - блок подачи раствора; 12 - элемент доставки раствора (трубка); 17 - цилиндрический канал; 28 - частицы раствора.

Фиг.15 - схема ФУЗ устройства на основе импульсного магнитного поля. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 29 - блок импульсного магнитного поля; 30 - металлические частицы.

Фиг.16 - схема ФУЗ устройства с дополнительной защитной сеткой. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптические источники; 31 - защитная сетка.

Фиг.17 - схема ФУЗ устройства с дополнительным цилиндрическим контейнером. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 16 - световод; 31 - защитная сетка; 32 - цилиндрический контейнер; 33 - полый объем; 34 - блок разрежения; 35 - блок подачи или отсоса жидкости.

Фиг.18 - схема ФУЗ устройства с локализацией раствора в ране. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды; 36 - пластиковая поверхность.

Фиг.19 - схема ФУЗ устройства с использованием дополнительной ванны. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова (конечность); 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды; 37 - ванна; 38 - матрица дополнительных УЗ источников; 39 - дополнительные оптические источники.

Фиг.20 - временные режимы работы ФУЗ устройства при обработке инфицированных ран.

Фиг.21 - эффективность снижения степени бактериальной обсемененности микроорганизмов инфицированных ран для различных режимов обработки.

Фиг.22 - динамика заживления инфицированных ран у лабораторных животных (кроликов).

На фиг.1 показана обобщенная схема комбинированного фотоультразвукового (ФУЗ) устройства, предназначенного для обработки обширных инфицированных ран 1, расположенных на поверхности кожных покровов 2. В рану заливается раствор 3, который может содержать антибиотики, антисептики, фотосенсибилизатор, различные контрастные вещества и т.п., усиливающие как действие оптического излучения за счет усиления его поглощения в растворе 3, так и УЗ колебаний за счет снижения порога кавитации, улучшения распространения колебаний, акустического согласования, УЗ воздействия и т.д. В раствор помещается дистальный конец 4 УЗ преобразователя 5, соединенного с блоком питания 6. Дистальный конец 4, называемый также волноводом-концентратором, имеет обычно сложную сужающуюся к концу форму и предназначен для усиления УЗ колебаний, формируемых в верхней неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя 5. В зависимости от типа преобразователя 5, им может являться или магнитостриктор, или пакет пьезопластин. Одновременно на рану 1 воздействует излучение от оптических источников 7, прикрепляемых к УЗ преобразователю 5 с помощью блока совмещения 8. Один из вариантов блока совмещения 8 представлен на фиг.1 в виде механического кронштейна. Источники излучения 7 соединены с блоком питания 9. Для управления совместным воздействием УЗ и светом система содержит блок управления 10. В его функции входит обеспечение работы по определенной программе через блоки питания 6 и/или 9 УЗ и/или оптического воздействия на объект, задание требуемых параметров комбинированного воздействия и программирование временной последовательности обработки раны 1. Блок подачи раствора 11 предназначен для подачи в рану 1 требуемого по составу раствора 3 с помощью элемента доставки (подающей трубки) 12 в соответствии с используемым режимом обработки. Это может быть однократная, непрерывная или циклическая подача в различные моменты времени. Блок подачи раствора 11 подключен к блоку управления 10 и может содержать в своем составе контейнеры для хранения раствора и его отдельных компонент, насос для принудительной подачи раствора в виде струи или аэрозоля и т.п. В систему входит также и блок обратной связи 13, связанный с блоком управления 10. Функцией этого блока является обработка сигналов, поступающих в данном случае с 4-х датчиков обратной связи 14 и несущих информацию о параметрах воздействия УЗ и оптического излучения, а также о состоянии самого биообъекта и параметрах обрабатываемой среды. Далее эта информация используется как минимум для контроля процесса воздействия и максимум для его управления и оптимизации.

На фиг.2 показан вариант применения рассмотренной на фиг.1 схемы для обработки раны 1, где в качестве источника облучения используется фотоматричный источник 7, который может быть выполнен в виде плоской, конической, полуцилиндрической или полусферической подложки, на которой размещены сверхъяркие светодиоды 15. Светодиоды располагаются на подложке в определенной пространственной последовательности, создавая при этом матричную структуру. Электрическая схема их включения может быть последовательной, параллельной или последовательно-параллельной, причем последний вариант более предпочтителен. Каждый из светодиодов или группа сверхъярких светодиодов 15 может иметь модульное исполнение, включая независимую согласующую оптическую микросистему для каждого светодиода или группы светодиодов для концентрации излучения в рану 1 вблизи дистального конца волновода 4.

На фиг.3 представлен другой вариант подвода излучения с помощью оптических световодов 16, которые зафиксированы в пространстве с помощью блока совмещения 8. Последний представляет собой несколько специальных кронштейнов, прикрепляемых с внешней стороны к УЗ преобразователю 5. В данном случае источником излучения может являться лазер соответствующей длины волны. Такая схема позволяет достаточно легко менять пространственную ориентацию световодов. В частности они могут быть параллельны дистальному концу волновода 4 или располагаться на некотором расстоянии от него, а также наклоняться под различными углами относительно центральной оси волновода. При этом сами световоды при обработке ран могут располагаться или над поверхностью раствора, или быть опущенными в раствор (изображено пунктиром). Первый вариант будет предпочтительнее использовать при лечении поверхностных ран, а второй можно будет использовать для доставки облучения в глубокие слои ран. Также световоды могут быть встроены в сквозные отверстия в стенке полой цилиндрической трубки, которая фиксируется проксимальным концом в непожвижной части УЗ преобразователя. Следует отметить, что подобная система пригодна также и для размещения описанных ранее световодов в торцевой дистальной части указанной трубки или дополнительного кольца, через центральную часть которого проходит УЗ волновод.

На фиг.4 показан дальнейший вариант развития схемы, представленной на фиг.3. Здесь оптические световоды 16 крепятся с помощью специального блока совмещения 8 непосредственно к дистальному концу 4. Это могут быть, в частности, эластичные кольца, поджимающие световоды к поверхности волновода, или специальное клеевое соединение. Такая схема позволяет гораздо ближе подвести оптические световоды 16 к обрабатываемой области раны 1 и разместить их вокруг волновода, что в конечном итоге обеспечивает более концентрированное воздействие оптического излучения вместе с УЗ колебаниями на растворе 3 в ране 1.

На фиг.5 показан вариант размещения оптического источника 7 в верхней части преобразователя 5. Для доставки излучения в обрабатываемую зону в преобразователе 5 и его дистальной части 4 имеется осевой цилиндрический канал 17, у которого цилиндрические стенки 18 для уменьшения потерь света выполнены зеркальными, например с помощью специального дополнительного покрытия или за счет их полировки. Оптический источник 7 фиксируется с помощью блока совмещения 8 в верхней части преобразователя 5.

На фиг.6 показан вариант фиксации оптического световода 16 в нижней дистальной части волновода 4, имеющего дополнительную резьбу на внешней поверхности. На эту резьбу навинчивается прижимная гайка 19, уплотняющая эластичную прокладку 20, которая выполнена, например, из тефлона. Прокладка равномерно обжимает световод 16, обеспечивая необходимую жесткость фиксации и одновременно не давая возможности разрушить сам световод, размещаемый в осевом цилиндрическом канале 17. Такая конструкция позволяет быстро заменять световоды, например, при лечении различных пациентов. Таким образом, в такой схеме световод 16 используется для одновременной подачи световой и УЗ энергий. Благодаря механической гибкости световода его можно доставить в труднодоступные криволинейные каналы биообъекта, например в различные внутренние полости типа носовой, ушной или ротовой, к внутренней поверхности гортани, в уретру, в прямую кишку, в желудок и т.д., в которых могут протекать гнойно-воспалительные процессы. Подвод раствора 3 может осуществляться с помощью дополнительной трубки малого диаметра, параллельной световоду и находящейся в соприкосновении с ним.

На фиг.7 показана схема ввода световода 16 через боковой канал 21 в стенке волновода 4. Фиксация световода осуществляется с помощью блока совмещения 8, выполненного в виде специального кронштейна, прикрепляемого к УЗ преобразователю 5 с внешней стороны. Такая конструкция удобна в тех случаях, когда трудно реализовать сквозной осевой цилиндрический канал 17 в преобразователе 5, как, например, это показано на фиг.6. Благодаря механической гибкости световода его можно подвести в различные труднодоступные внутренние гнойные полости (см. предыдущий раздел), в частности при ушных воспалениях, особенно у детей. Один из способов заключается в том, что световод вводится через просверленное лазером отверстие в костной ткани в ухе, куда заливается раствор с фотосенсибилизатором и антибиотиком, а затем световод используется для проведения УЗ и света. Во втором световод подводит свет к ушной мембране, которая пропускает часть излучения внутрь в очаг воспаления, при этом УЗ колебания (неслышимые ухом) подводятся с помощью обычного преобразователя, прикладываемого к внешней стороне уха.

На фиг.8 показана схема фиксации жесткого световода 22 сравнительно большого диаметра. На резьбу дистальной части волновода 4 навинчивается прижимная гайка 19, уплотняющая эластичную прокладку 20. Прокладка равномерно обжимает жесткий световод 22, обеспечивая необходимую фиксацию и одновременно не давая возможности разрушить жесткий световод 22. Излучение доставляется с помощью гибкого оптического световода 16, размещаемого в осевом цилиндрическом канале 17. Эта схема позволяет увеличить величину зоны как оптического, так и УЗ воздействия на обрабатываемую рану.

На фиг.9 показан вариант обработки внутренней полости 23 с раной 1. УЗ облучение происходит с помощью УЗ преобразователя 5, прижимаемого к кожному покрову 2 с внешней стороны. УЗ преобразователь 5 при этом может быть обычным без волновода 4 в дистальной части. Доставка излучения осуществляется с помощью оптического световода 16, помещаемого непосредственно в полость 23. Пространственная фиксация световода 16 относительно преобразователя 5 осуществляется, например, с помощью гибкой шарнирной связи 8.

На фиг.10 показан вариант использования сфокусированного ультразвука с помощью специального УЗ преобразователя 24, называемого акустической антенной с внутренней криволинейной (сферической или параболической) поверхностью 25, излучающей или один акустический импульс, повторяющийся с определенной частотой, или непрерывные УЗ колебания.

На фиг.11 показан вариант использования сфокусированного УЗ для облучения поверхностных глубоких ран 1 с использованием оптических источников 7, располагаемых в центре акустической антенны 24 или по ее краям. Эта схема позволяет производить обработку глубоких поверхностных инфицированных ран. Например, концентрация УЗ энергии на более глубокие слои раны позволит более эффективно перемешивать раствор, что будет способствовать также увеличению эффективного времени оптического облучения раствора по всему его объему.

На фиг.12 представлен вариант формирования УЗ колебаний в результате поглощения оптического излучения от дополнительного лазерного источника 26 как на внутренней поглощающей поверхности 25 за счет покрытия, акустической линзы 24, так и непосредственно в жидкости раствора 3, контактирующей с этой поверхностью. В этом случае жидкость будет обеспечивать как генерацию акустических импульсов, так и необходимое акустическое согласование. Акустическая антенна 24 может быть выполнена оптически прозрачной для лазерного излучения. В случае относительной прозрачности покрытия внутренней поверхности 25 это излучение может быть использовано также для облучения раствора 3, однако более удобно использовать независимые источники 7, как показано на фиг.11. Возможно также помещение поглощающей пленки на поверхность раствора 3.

На фиг.13 показан вариант оптической генерации УЗ волн за счет прямого поглощения излучения от дополнительного лазерного источника 26 в растворе 3. Для усиления УЗ колебаний возможно размещение в растворе тонкой и легкой поглощающей пленки 27, как и на фиг.12. Размещение поглощающей пленки 27 также позволяет исключить попадание мощного излучения в рану 1. Формирование УЗ колебаний за счет поглощения излучения от лазерного источника 26 приводит к появлению множества уже описанных явлений, таких же как, например, в случае использования классического источника УЗ колебаний.

На фиг.14 показан вариант струйно-аэрозольной обработки ран 1, которые могут иметь любое пространственное расположение, в том числе вертикальное. Например, к числу подобных ран следует отнести гнойные раны, а также инфицированные опухоли в области шеи. В центре УЗ преобразователя 5 сделан цилиндрический канал 17, через который подается лекарственный раствор. Начальное ускорение частицам раствора 28 сообщает акустическая система посредством трения между стенками канала 17 и подаваемой жидкостью. В зависимости от скорости подачи осуществляется либо струйная, либо аэрозольно-струйная обработка ран 1. Также раствор может подаваться с помощью элемента доставки раствора - трубки, к которой в свою очередь может быть подключен подающий насос. Возможно наличие специальных контейнеров для хранения как самого раствора, так и его компонентов. В этом варианте устройства более удобно использовать независимые источники излучения 7, которые могут быть выполнены в виде терапевтической лампы со световодами и светофильтрами, фотоматричных систем или светодиодов, соединенных с лазерными источниками. Другой вариант состоит в размещении световода в цилиндрическом канале 17 УЗ преобразователя 5 и подаче раствора в пространстве между световодом и стенками канала. При этом возможны следующие варианты исполнения: световод неподвижен, а УЗ преобразователь 5 работает, т.е. непрерывно облучается светом как жидкость, выходящая из канала 17 в виде струи или аэрозоля, на которые накладываются УЗ колебания, так и сама рана; через неподвижный световод поступают повторяющиеся лазерные импульсы, которые в силу поглощения формируют гидродинамические возмущения, которые в свою очередь выталкивают жидкость в виде струи или аэрозоля, а облучение при этом может производиться как самими же импульсами, так и с помощью использования внешних оптических источников 7; УЗ колебания накладываются только на световод, который крепится в начале канала 17 (например с помощью гайки) и находится внутри неподвижной трубки, по которой поступает жидкость, при этом трубка может сужается к концу и в результате УЗ колебаний жидкость выталкивается из трубки в виде струи или аэрозоля, а излучение в свою очередь доставляется через световод, в результате чего облучается жидкость, прозрачная для излучения, и рана. Для всех рассмотренных вариантов возможно использование как гибкого световода, так и жесткого цилиндрического наконечника.

На фиг.15 показан вариант генерации УЗ в ране 1 за счет использования блока импульсного магнитного поля 29, формирующего мощные магнитные импульсы. Последние в свою очередь, приводят в периодическое колебательное движение металлические частицы малого диаметра 30, помещаемые в раствор 3. В результате происходит формирование импульсных акустических волн или ультразвука при высокой частоте повторения импульсов магнитного поля. Схема подачи раствора и варианты использования оптических источников могут быть аналогичны тем, которые были описаны в предыдущем разделе.

На фиг.16 представлен вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором на верхнюю неподвижную проксимальную часть УЗ преобразователя 5 с помощью стандартного резьбового соединения навинчивается защитная сетка 31. Эта сетка, представляющая собой полый цилиндр с перфорированной донной поверхностью, введена для исключения возможного соприкосновения подвижной дистальной части 4 с поверхностью раны 1. Такая конструкция важна, прежде всего, при обработки обширных инфицированных областей, как, например, при перитоните. Схема подачи раствора и варианты использования оптических источников могут быть аналогичны тем, которые были описаны в двух предыдущих разделах. При этом оптические источники 7 могут крепиться к цилиндру с сеткой 31. В самом цилиндре могут быть выполнены широкие вертикальные прорези для обеспечения облучения раствора 3 в пространстве между донной поверхностью защитной сетки 31 и подвижной дистальной частью 4. Также цилиндр с сеткой может быть выполнен оптически прозрачным для светового излучения из соответствующего материала.

На фиг.17 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором используется дополнительный цилиндрический контейнер в форме стакана 32. В стенках этого стакана есть свободные полости 33, в которых создается разрежение с помощью блока разрежения 34. Благодаря этому обеспечивается плотный контакт стакана 32 с поверхностью кожного покрова 2, часть которого втягивается в полый объем 33 за счет разрежения. Раствор 3 может доставляться или извлекаться с помощью блока подачи или отсоса жидкости 35, представляющего собой полую трубку, размещаемую внутри стакана 32. Также внутри стакана 32 располагается дистальная часть волновода 4 и световод 16. Такое комбинированное ФУЗ устройство предусматривает также наклонный способ крепления на поверхности кожного покрова 2 и соответственно раны 1. В частности, его можно применять для обработки миндалин. Возможен другой вариант устройства, когда оптические световоды 16 крепятся с внешней стороны стакана 32. При этом в самом стакане могут быть выполнены широкие вертикальные прорези для обеспечения облучения раствора 3. Также цилиндрический стакан 32 может быть выполнен оптически прозрачным для светового излучения из соответствующего материала.

На фиг.18 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором используется дополнительная защитная пластиковая поверхность 36. Она необходима в тех случаях, когда инфицированная рана 1 локализуется на плоской или покатой поверхности (например конечности) биообъекта 2, т.е. когда нет явного углубления для заливки раствора 3. В данном случае дополнительная оболочка из пластика 36 препятствует вытеканию (растеканию) раствора 3. Пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально. УЗ колебания подвижной дистальной части 4 накладываются на пластиковую поверхность 36 при полном контакте. Сам пластик может быть выполнен оптически прозрачным для проведения также и оптического излучения от источника 7. Его крепление к поверхности кожного покрова 2 может осуществляться с помощью, например, медицинского клея или пластыря. Также возможно использование дополнительной марлевой салфетки, пропитанной раствором 3 и располагаемой под пластиком при плотном прижатии к поверхности раны 1, например с помощью той же пластиковой поверхности. Возможна реализация и другого варианта рассмотренного ФУЗ устройства, когда пластик 36 имеет вытянутое отверстие, через которое проходит УЗ волновод-концентратор 4.

На фиг.19 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором для обработки используется дополнительная ванна. Она необходима в тех случаях, когда обширная инфицированная рана 1 локализуется, например, на стопе ноги или кисти руки, т.е. когда конечность 2 может быть размещена в специальной ванне 37 соответствующих размеров. Подвод УЗ и оптического излучения возможен двумя способами. В первом случае ФУЗ устройство (например, как на фиг.2) погружается в раствор 3, заливаемый в ванну 37, затем производится обработка раны 1. Во втором случае отдельные УЗ преобразователи или матрица УЗ источников 38 на основе пьезоэлементов с частотой 0,1-2 МГц пристыковываются к стенкам ванны. Источники оптического излучения 39 или матрица источников также пристыковываются к стенкам ванны или располагается сверху над ванной с раствором 3. При этом сама ванна 37 может быть выполнена оптически прозрачной или металлической. В последнем случае в ней предусматриваются оптические окна. Такое ФУЗ устройство может использоваться, например, для обработки обширных и протяженных ран, образовавшихся например после ожогов. В принципе, возможно помещение всего тела в соответствующую по размерам ванну.

На фиг.20 показаны временные режимы обработки раны при различных программах подачи раствора, моментах включения ультразвука и света. Например, это может быть однократный ввод раствора перед последующим комбинированным воздействием, циклический или непрерывный струйный или струйно-аэрозольный с различной скоростью струи. Выбор того или иного режима определяется медицинской задачей и особенностями обрабатываемых ран, включая их локализацию, размер и т.п.

На фиг.20.1 показан режим одиночного введения фотосенсибилизатора (Ф) при постоянно работающем УЗ, после чего происходит включение света (С) в постоянном режиме, а затем следует их одновременное выключение. Основным преимуществом этого режима является его высокое быстродействие при обработке раны, что очень важно при обработке раны в полевых условиях или в условиях стационара при большом числе пациентов отделения. Однако в силу отсутствия предварительной выдержи Ф в ране его эффективность не является максимально возможной, хотя использование УЗ и позволяет существенно ускорить процесс диффузии Ф в ране и аккумуляции в бактериях.

На фиг.20.2 показано циклическое введение Ф при постоянно работающем УЗ, после чего происходит включение света (С) в постоянном режиме, а затем следует их одновременное выключение. Преимущество в более глубокой импрегнация Ф в бактерии и стенки раны, а также импрегнируется больше Ф, чем в первом случае. В результате очистка ран будет бактериологически более качественной, чем в первом случае.

На фиг.20.3 показано циклическое введение Ф и циклическое воздействие УЗ, совпадающее с периодом введения Ф. Преимущество - паузы в работе УЗ используются для охлаждения УЗ преобразователя. Необходимость этого связана с нагревом многих преобразователей во время работы, что препятствует их непрерывному использованию. При этом методе работа УЗ преобразователя по времени будет максимальной, следовательно, большее количество Ф импрегнируется в бактерии. Таким образом, при этом методе возможен максимальный бактерицидный эффект, однако велика временная затрата.

На фиг.20.4 показан метод, в котором сначала на небольшое по длительности время включается УЗ для предварительной очистки некротических отложений, препятствующих проникновению Ф, затем вводится Ф и проводится его кратковременное УЗ перемешивание и после определенной временной задержки включаются одновременно УЗ и С.Такая предварительная очистка показана прежде всего при значительных некротических налетах на стенках ран в несколько миллиметров. В целом этот режим является наиболее эффективным, хотя он и более трудоемок и занимает много времени.

На фиг.20.5 показан метод, в котором раствор с Ф подается в раневую зону непрерывно. Спустя определенное время одновременно включаются УЗ и С.Такой режим необходим при обработке обширных ран, например как при перитоните. Одновременно или периодически осуществляется откачка раствора из раны вместе с дезинтегрированными некротическими продуктами.

Следует отметить, что во многих случаях в раствор вводятся также необходимые антибиотики и антисептики.

На фиг.21 представлена эффективность снижения степени бактериальной обсемененности микроорганизмов инфицированных ран для различных режимов обработки (см. подробности в примере 1). Данные графика говорят о явном синергетическом эффекте при бактериологическом контроле состояния микрофлоры ран в случае сочетанного применения нескольких воздействующих факторов.

На фиг.22 представлена динамика заживления инфицированных ран у лабораторных животных (кроликов) (см. подробности в примере 3). Экспериментальные данные свидетельствуют об ускорении репаративных процессов при применении ФУЗ устройства по сравнению с применением всех остальных способов лечения. На гистограмме показаны усредненные сроки в днях на основе трех основных стадий течения раневого процесса для всех семи групп. Данные гистограммы говорят о явном синергетическом эффекте при заживлении ран в случае сочетанного применения нескольких воздействующих факторов.

Примеры практической реализации

Пример 1. ФУЗ устройство и методика его применения для обработки гнойно-инфицированных послеоперационных ран. В качестве оптического источника используется терапевтическая светодиодная матрица, основной модуль которой в соответствие с патентом В.П.Жарова [7] разработан в МГТУ им. Н.Э.Баумана (г.Москва) и изготовлен в ФГУП НИИ «Полюс» (г.Москва). Эта матрица включает в себя 336 суперярких светодиодов, размещенных на внутренней поверхности цилиндра. Основные параметры этой матрицы: длина волны излучения светодиодов 660±10 нм; плотность мощности (интенсивность) по центральной оси 1-2 мВт/см²; общая площадь равномерного облучения - 1500 см²; диаметр и длина цилиндра 22 см 18 см соответственно; светодиоды включены по последовательно-параллельной электрической схеме. Питание фотоматрицы осуществляется от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. В качестве УЗ модуля источника используется УЗ преобразователь низкочастотный ультразвуковой аппарат УРСК-7Н-22 (разработчик - МГТУ им. Н.Э.Баумана) со следующими параметрами: частота ультразвуковых колебаний - 26,5 кГц; амплитуда перемещения дистального конца волновода-концентратора 40±20 мкм; тип волновода-концентратора - однополуволновый цилиндрический стержневой; волновод изготовлен из титанового сплава с торцевым диаметром на дистальном конце - 6 мм. Рабочие торцы волноводов могут иметь различную форму: плоскую, обеспечивающую подвод УЗ гидротечений в направлении оси волновода; полусферическую, обеспечивающую плотный контакт между марлевой прокладкой, пропитанной раствором, и обрабатываемыми биотканями (пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально, и далее на поверхность салфетки накладываются УЗ колебания при плотном контакте подвижной дистальной части УЗ преобразователя с марлей, также плотно наложенной к ране); скошенную под углом 30° для создания направленных УЗ гидротечений и т.п. Тип преобразователя - магнитострикционный, ограничение непрерывной работы магнитостриктора из-за тепловых эффектов - 5 мин; резонанс колебательной системы обеспечивается системой автоматической подстройки частоты. Питание ультразвукового аппарата УРСК-7Н-22 осуществляется также от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Применяемый фотосенсибилизатор: фталоцианин с металлокомплексом алюминия (русское название - «фотосенс», разработчик и изготовитель - ГНЦ НИОПИК, г.Москва), имеющий максимум полосы поглощения в диапазоне 660-676 нм и разводящийся в физиологическом растворе в концентрациях 1-10 мг/л. Применяемый антибиотик - сульфат гентамицина 0,08 г, разводимый в нормальном физиологическом растворе в объеме 1-2 мл. Для адаптации к лечению обширных ран в соответствие с изобретением фотоматрица развинчивается на два полуцилиндра, один из которых фиксируется над раной (при ране большой протяженности возможна фиксация сразу двух цилиндров по обе стороны от УЗ источника). Методика применения данного устройства заключается во ведении раствора в рану с последующим периодическим наложением УЗ колебаний на раствор продолжительностью 20-40 секунд и паузами между отдельными УЗ воздействиями около 3-х мин. После выдержки фотосенсибилизатора, необходимой для его импрегнации в бактериальные микроорганизмы (в среднем это занимает 10-30 мин), производится непрерывное оптическое облучение области раны порядка 20-30 мин. При этом производится одновременное УЗ воздействие с той же продолжительностью и паузами, как и до включения фотоматрицы. Оптическая доза для 20 минут облучения - 1,2 Дж/см², для 30 мин - 1,8 Дж/см², для 40 мин - 2,4 Дж/см². Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ГКБ№7 г.Москвы при лечении хирургических гнойно-инфицированных ран в области желудочно-кишечного тракта. Исследования проводились с 5-ти основным группам: контрольная, по стандартным методикам лечения с помощью растворов антибиотиков, антисептиков, мазевых повязок и т.д.; УЗ + антибиотик; ФДТ; УЗ+ФДТ; УЗ + ФДТ + антибиотик; контроль проводился по степени бактериальной обсемененности ран во всех группах. Результаты исследований (фиг.21) показали наибольшую степень снижения бакобсемененности в 5-й группе (в среднем до 10), что свидетельствует о наиболее высокой эффективности предложенного ФУЗ устройства при обработке инфицированных ран. Следует отметить возможность использования в подобных применениях различных контрастных веществ типа полистироловых микросфер, металлических шариков, альбуминовых пузырей, обычно используемых для усиления контраста УЗ изображений (диаметр 3-5 мкм, концентрация до 10⁹ /мл), вводимых в кровь или рану и т.д. Все они предназначены для усиления действия УЗ за счет понижения порога кавитации, что позволяет также понизить требования к мощности ультразвука. Прилипание отмеченных пузырей к некротическим продуктам позволяет более эффективно разрушить последние за счет эффектов кавитации. Есть все основания предполагать, что бактерии также могут скапливаться на поверхности пузырей, что позволит осуществить их селективную механическую деструкцию. Следует отметить, что при необходимости возможно одновременное использование стандартной процедуры аспирации, необходимой для удаления продуктов нагноения, замены непригодного для дальнейшего применения раствора и т.п.

Пример 2. Устройство для ФУЗ обработки хирургических гнойно-инфицированных ран в онкохирургии. В качестве оптического источника используется оптический модуль терапевтической лампы АТО-1-150 (разработчик и изготовитель - ФГУП НИИ «Полюс», г.Москва). Параметры и тип согласующей системы: многожильный гибкий световод с внешним диаметром 1 см; длина световода - 30 см; тип светофильтра, прижимаемый к одному из концов световода с помощью фиксирующего элемента-гайки, - сменный и интерференционный. В частности, для работы совместно с фотосенсом (см. пример 1) используется светофильтр с максимумом полосы пропускания в районе 670±20 нм. Плотность мощности излучения (интенсивность) при световом пятне, охватывающем всю область раны длиной около 30 см, - 10 мВт/см². В качестве ультразвукового модуля используется УЗ преобразователь - низкочастотный ультразвуковой аппарат УРСК-7Н-22 (см. пример 1). Световод пространственно фиксируется в районе дистальной части с помощью дополнительного кронштейна. Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ЦКБ МПС №4 г.Москвы при лечении гнойно-инфицированных ран у онкологических больных после радикального лечения (удаления) онкологической области или органов. Применяемые фотосенсибилизатор и антибиотик - те же (см. пример 1). Исследования динамики и характера течения раневых процессов показали, что сочетанное применение нескольких физико-химических факторов, как предложено в данном изобретении, вызывает отчетливо воспроизводимый синергетический эффект и приводит к заметной активации репаративных процессов. В частности данные морфологических и гистологических исследований показали, что в первые дни после начала обработки ран происходят значительные снижения гнойно-некротических масс, улучшаются параметры микроциркуляции: уменьшение тромбозов, отсутствие кровоизлияний, значительное снижение отека. Дальнейшие наблюдения показали, что в ранах появляются зрелые грануляции, слой горизонтальных фибробластов активно фиброзируется, микроциркуляторных расстройств нет, по краям раны идет активная эпителизация. Все это приводит к полной эпителизации ран без осложнений на любых стадиях раневого процесса.

Пример 3. Применение устройства по примеру 1 для ФУЗ обработки гнойно-инфицированных ран у животных. Эксперименты были проведены в НИЦ МГМСУ им. Н.А. Семашко. У лабораторных животных, кроликов самцов породы шиншилла, массой 3,5 кг, 9-ти месячного возраста, под местной анестезией 2% раствором лидокаина 10,0 мл, скальпелем в области спины наносились раны длиной 6 см и глубиной 1,5 см с рассечением кожи, подкожно-жировой клетчатки, фасции мышцы и надсечением мышцы. Инфицирование ран проводилось введением колоний музейных штаммов микроорганизмов (стафилококка, стрептококка, кишечной палочки, синегнойной палочки и протея). Животные содержались в стандартных условиях вивария в отдельных клетках в течение 30-ти дней. Лабораторные животные были разделены на 7 групп: 1-я группа (контрольная), в которой не проводилось никакого лечения; 2-я группа: традиционный способ лечения с использованием мазевых повязок (левомеколь, синтомициновая эмульсия, мазь Вишневского) и растворов антисептиков (фурацилин, диоксидин) с перевязками 1 раз в день; 3-я группа: воздействие только светом осуществляли 1 раз в день в течение 20-30 минут; 4-я группа: УЗ обработка ран с раствором антибиотика гентамицина в течение 5 минут 1 раз в день; 5-я группа: ФДТ с раствором фотосенса (предварительная выдержка в течение 6 часов) и световое воздействие в течение 20-30 минут 1 раз в день; 6-я группа: ФДТ, как и в 5-й группе, но вместе с непрерывным УЗ воздействием в течение 5 минут 1 раз в день; 7-я группа: ФДТ вместе с УЗ, как и в 6-й группе, но вместе с раствором гентамицина 1 раз в день. Результаты исследований (фиг.22) течения раневого процесса с привлечением клинических, патоморфологических и гистохимических данных, включая капилляроскопию краев раны и термометрию, показали, что применение ФУЗ устройства (7-й группа) обеспечивает наиболее высокую эффективность лечения гнойных хирургических ран у животных. По сравнению с контролем (срок заживления - 24,6), ФУЗ технология (срок заживления - 12,2) сокращает заживления ран (стадия полной эпителизации) на 12,4 дней, то есть в два раза. Эти данные свидетельствуют о явном синергетическом эффекте при сочетании нескольких воздействующих факторов.

Пример 4. Применение ФУЗ устройств для активации иммунной системы при гнойно-инфиципрованных заболеваниях. В качестве оптического источника используются оптические модули терапевтической светодиодной матрицы (см. пример 1) и терапевтической лампы (см. пример 2). В качестве УЗ модуля используется УЗ преобразователь - низкочастотный ультразвуковой аппарат «Тонзиллор-2» со следующими параметрами: частота ультразвуковых колебаний - 26,5 кГц; амплитуда перемещения дистального конца волновода-концентратора 40±20 мкм; тип волновода-концентратора - однополуволновый цилиндрический стержневой; волновод изготовлен из титанового сплава с торцевым диаметром на дистальном конце - 3 мм; тип преобразователя - магнитострикционный с автоматической автоподстройкой резонансной частоты. Питание осуществляется также от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. В ИБХ им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН были проведены исследования по оценки эффективности действия описанной системы на сыворотках крови, полученных от больных с пониженным иммунитетом. Оценка состояния иммунной системы проводилась с помощью новой методики измерения соотношения высокоавидных и низкоавидных антител G класса в сыворотке крови, разработанной B.C. Гевондян и Н.М. Гевондян. Было показано, что временная доза оптического воздействия при указанных параметрах должна быть не менее 10-20 мин, в то время как для УЗ воздействия существует оптимум по времени воздействия в течение 1-3 минут при непрерывном и непосредственном контакте УЗ волновода с сывороткой, выше которого с дальнейшим увеличением экспозиции активация антител постепенно уменьшается и даже изменяется на ингибирование.

Пример 5. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран в труднодоступных полостях. В качестве УЗ источника используется модуль УЗ преобразователя аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) или «Тонзиллор-2» (см. пример 4). В качестве источника оптического излучения используется излучение HeNe лазера с мощностью 50 мВт и длиной волны 632,8 нм. В качестве фотосенсибилизатора используется производные гематопорфирина (русское название "фотогем"). Доставка лазерного излучения осуществляется с помощью моножильного световода диаметром 600 мкм с внешней полимерной оболочкой. Этот световод фиксируется в дистальной части УЗ волновода с помощью поджимной гайки, как представлено на фиг.6. В таком устройстве световод используется для одновременной подачи световой и УЗ энергий. Благодаря механической гибкости световода его можно ввести в узкие труднодоступные криволинейные каналы, например в ушную или носовую полости. В качестве источников излучения могут использоваться многие известные лазеры для медицинского применения, например газовые лазеры на нейтральном газе (HeNe и т.п.); полупроводниковые лазеры (GaAs, тройные соединения и т.п.); лазеры на ионах (Ar+, Kr+); лазеры на красителях; твердотельный лазер Nd:YAG (первая и вторая гармоники с длинами волн 1064 и 532 нм) и др.

Пример 6. ФУЗ устройство для обработки обширных гнойно-инфицированных поверхностей. Особенностью этого устройства по сравнению с описанным в примере 1 является введение между дистальной частью УЗ волновода и поверхностью раны дополнительной защитной сетки. Назначением этой сетки является исключение возможного соприкосновения подвижной дистальной части волновода с поверхностью раны, которая представляет собой полый цилиндр с перфорированной донной поверхностью. Диаметр цилиндра сетки - 2 см, диаметр одного отверстия сетки - 2 мм. Этот цилиндр навинчивается не верхнюю неподвижную часть УЗ преобразователя (магнитостриктора) с помощью стандартного резьбового соединения. Оптические источники представляют собой матрицу сверхъярких светодиодов на полусферической подложке с центральным осевым отверстием, которая прикреплена к цилиндру с сеткой так, что цилиндр проходит через центральное отверстие подложки. Оптические оси каждого светодиода направлены на торец дистальной части волновода. Длина волны излучения сверхъярких светодиодов 660±10 нм. Применяемые фотосенсибилизатор и антибиотик такие же, как и в примере 1. Такая конструкция важна, прежде всего, при обработки обширных инфицированных областей, в частности гнойно-инфицированных ран в области желудочно-кишечного тракта и при гнойных перитонитах.

Пример 7. ФУЗ устройство для обработки поверхностных ран сложной (не горизонтальной) пространственной конфигурации. Для возможности обработки подобных поверхностей, включая их вертикальное положение, устройство выполняется на базе аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) с использованием пьезоэлектрического УЗ преобразователя со сквозным осевым цилиндрическим каналом. В этот канал непрерывно подается жидкость раствора с расходом до 3,3 мл/с. Конструктивное исполнение УЗ преобразователя позволяет варьировать внутренний диаметр сквозного цилиндрического канала от 3,6 до 6 мм, причем само отверстие конусно сужается к выходному отверстию канала под углом 35°. Это позволяет при УЗ частоте 26,5 кГц формировать струйно-аэрозольный режим обработки за счет возникающей силы трения между поверхностью цилиндрического канала и подаваемым раствором. В качестве оптических источников могут применяться все описанные выше элементы, включая матрицы сверхъярких светодиодов (см. примеры 1,6); терапевтические лампы с многожильным световодом (см. пример 2); и лазеры с моносветоводами. Оптические источники прикрепляются с внешней стороны пьезопреобразователя с помощью специальных кронштейнов. Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ММА им. И.М.Сеченова при лечении гнойных ран, сопутствующих опухолям головы и шеи.

Пример 8. Применение ФУЗ обработки инфицированных поверхностей с одновременной комбинированной хирургической операцией на примере соединения (ФУЗ сварки) костных тканей. Последнее достигается путем УЗ полимеризации присадочного материала, состоящего из жидкого мономера циакрина с костной стружкой и различного рода дополнительных компонент, в частности, на основе альбумина. Полимеризованный под действием УЗ мономер диффундирует в костную ткань и взаимодействует с ее компонентами, в частности с коллагеном, образуя твердый костный конгломерат. Последний в процессе регенерации ткани насыщается новыми живыми костными структурами. Определенной проблемой при этом является нестабильность скорости регенерации ткани и плохое кровоснабжение через область соединения. Для исключения этого недостатка используется ФУЗ технология, при этом лазерное излучение предназначается для обеспечения дополнительной селективной фотополимерзации биоприсадок. Использование ФУЗ метода реализуется путем одновременного воздействия УЗ и света на область перелома костной ткани с одновременной подачей в обрабатываемую зону оптических присадок (костная стружка, биодобавки и т.п., включая фотосенсибилизаторы и альбумин). Это позволяет значительно понизить риск инфицирования обрабатываемой зоны. При этом возможно использование тепловых эффектов под действием лазерного излучения для ускорения полимеризации и диффузии присадок. Для этого можно использовать лазеры ближнего и среднего ИК диапазона: неодимовый, эрбиевый, гольмиевый, углекислотный и т.д. Тепловое разрушение фотосенсибилизаторов, как и прямое тепловое воздействие на бактерии, позволяет также усилить бактерицидный эффект. Эта технология перспективна при обработке костных тканей применительно к задачам онкологии, пластической тепловой деформации хрящевых тканей в отоларингологии, ортопедии и косметологии.

Пример 9. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран с помощью высокочастотного ультразвука. В качестве УЗ модуля используются высокочастотные УЗ пьезоэлектрические преобразователи от УЗ терапевтических аппаратов с частотами 0,88, 1,7 или 2,7 МГц. Возможно, использование нескольких источников УЗ частоты одновременно (матричная УЗ система), как и одновременно нескольких разных частот, например 0,88 и 2,7 МГц. Плотность мощности УЗ (интенсивность УЗ поля) может использоваться в диапазоне от 0,4 до 1 Вт/см². Другим вариантом является сканирование частоты УЗ преобразователя, что позволяет настраиваться последовательно на резонансные частоты биообъекта. В качестве фотосенсибилизатора используется фотосенс (см. пример 1), обладающий выраженными фотодинамическими свойствами, а в качестве соносенсибилизатора - терафтал в концентрации 0,05-0,5 мг/мл (разработчик и изготовитель - ГНЦ НИОПИК, г.Москва). Последний обладает сонодинамическими свойствами, то есть под действием УЗ колебаний он разваливается на радикалы, в частности H₂О₂, которые обладают бактерицидными свойствами. При этом концентрация Н₂O₂ может достигать 10^-6 моль/л, то есть несколько больше, чем в случае фотосенсибилизатров. Поэтому возможное использование двух сенсибилизаторов (фото- и соно-) одновременно позволяет усилить бактерицидный эффект. В качестве оптических источников применяются матрицы сверхъярких светодиодов (см. примеры 1, 6); терапевтические лампы со световодами (см. пример 2); лазеры со световодами и оптоволокнами. При этом оптические источники крепятся на источниках УЗ с помощью специальных кронштейнов, как описано в предыдущих примерах. Такое ФУЗ устройство, работающее одновременно с фотосенсибилизатором и соносенсибилизатором, а также с различными УЗ частотами, с успехом может применяться для лечения не только инфицированных ран, но и поверхностно-доступных гнойных опухолей.

Пример 10. ФУЗ устройство на основе использования фокусированного ультразвука. В качестве акустической антенны используется линейка пьезоэлектрических преобразователей с частотой около 1 МГц, которые фокусируются, например, в области желудка. Параметры фокусированной антенны: частота 0,7-1,5 МГц, диаметр антенны 5-15 см, мощность 0,1-100 Вт/см², длительность импульса 0,01-100 мс. Таким образом, может осуществляться обработка многих труднодоступных для обычного УЗ зон. Следует отметить, что контрастные вещества, фотосенсибилизатор, металлические частицы могут быть селективно доставлены в рану или опухоль с помощью различных носителей типа липосомы, антитела и т.п. Возможно также введение маленьких пузырей диаметром 3-5 мкм, как отмечалось раньше, для усиления действия ультразвука. Также применение подобного ФУЗ устройства перспективно в случаях язв, в т.ч. диабетических, ожогов, нагноений вокруг трансплантатов, протезов, в т.ч. в ортопедии и стоматологии, для лечения воспалений надкостницы и т.д.

Пример 11. ФУЗ устройство на основе генерации ультразвука или акустических колебаний с использованием энергии импульсного магнитного поля. Источником магнитного поля является соленоид-индуктор диаметром 10 см, создающий импульсное магнитное поле напряженностью до 2 Т при длительности импульса 1-10 мс. Индуктор располагается вплотную к ране. Величина эффективного действия магнитного поля достигает 3-5 см. В рану вводятся металлические инертные к биообъекту частицы размером 0,1-50 мкм (железо в оболочках и т.п.). Периодическое воздействие магнитным полем приводит к периодическому смещению указанных частиц, что в свою очередь приводит к генерации акустических колебаний и к перемешиванию раствора, в котором они находятся. Оптическое воздействие в данном устройстве осуществляется по описанным выше схемам.

Пример 12. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран с помощью марлевой салфетки. В качестве УЗ источника используется модуль УЗ преобразователя аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) или «Тонзиллор-2» (см. пример 4). В качестве источника оптического излучения используется излучение твердотельного лазера на алюминате иттрия с удвоенной частотой. Мощность - 200 мВт, длина волны 670 нм, в качестве фотосенсибилизатора используется «фотосенс». После туалета раны (в том числе с использованием антисептиков и антибиотиков, а также мазей) на ее поверхность накладывается марлевая салфетка, пропитанная изотоническим раствором с фотосенсом и антибиотиком. Использование салфетки необходимо в тех случаях, когда инфицированная рана локализуется на плоской или покатой поверхности (например конечности), т.е. когда нет явного углубления для заливки раствора, и таким образом марлевая салфетка препятствует вытеканию (растеканию) раствора. Пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально. Далее на поверхность салфетки накладываются УЗ колебания при плотном контакте подвижной дистальной части УЗ преобразователя с марлей, также плотно наложенной к ране. Посредством УЗ достигается значительное ускорение импрегнации фотосенсибилизатора и антибиотика в бактерии и гнойные поверхности раны. После этого производится изъятие салфетки и облучение области раны с помощью лазера. Возможно применение частично прозрачной повязки, а также возможно применение повязки с увеличенным шагом сетки марлевой салфетки для обеспечения одновременного присутствия салфетки и последующего оптического облучения. Также возможно применение такой салфетки с одновременным наложением УЗ колебаний и лазерного излучения. Также возможно применение дополнительного прозрачного пластика (фиг.18), прикладываемого над салфеткой, который может крепиться к кожному покрову с помощью медицинского клея. Этот вариант помогает полностью исключить вытекание раствора, при этом УЗ будет прикладываться к поверхности пластика, а лазерное излучение доставляться сквозь пластик, который может быть выполнен прозрачным. Возможно также периодическое удаление марлевой салфетки при замене пластика или возможно удаление через малое отверстие в его поверхности, которое затем заклеивается.

13. Другие примеры

Представленными примерами не исчерпываются все возможные потенциальные схемы, конструкции и области применений нового комбинированного устройства. Ниже коротко перечислены наиболее перспективные из них, включая различные типы УЗ модулей, оптических источников и фотосенсибилизаторов.

13.1. Наряду с увеличением количества оптических источников и соединения их в матрицы возможно также увеличение количества УЗ источников, например это может быть матрица обычных УЗ преобразователей. Возможен также вариант исполнения УЗ преобразователя с несколькими дистальными наконечниками. УЗ колебания на них передаются от одного волновода-концентратора. Реализована эта схема может быть как с использованием жесткого волновода с множеством наконечников, так и с помощью навинчивания на конец волновода круглой насадки, содержащей множество уступов для одновременного воздействия УЗ колебаний на раствор при достаточно большой площади раны. При этом подвод света может осуществляться с помощью оптических источников по аналогии с предыдущими схемами. Возможен также вариант световодного подвода оптического излучения к каждому отдельному наконечнику.

13.2. Генерация УЗ или акустических колебаний за счет фотоакустического эффекта при импульсном или периодическом поглощении лазерного излучения в растворе или нанесенной на него тонкой поглощающей пленки. В качестве источников наиболее перспективно использовать эрбиевые и углекислотные лазеры, обладающие максимальным поглощением в воде. Для оптического возбуждения УЗ колебаний в водных растворах возможно использование также непрерывных модулированных по интенсивности (например с помощью электрооптических модуляторов, а также за счет изменения кривизны гибкого внутрирезонаторного металлического зеркала и т.п.) или импульсно-периодических лазеров.

13.3. Обработка крови при заборе и хранении для исключения или по крайней мере инактивации в ней инфекции, включая вирусы HIV, СПИД в различных режимах, паразитов типа P.falciparum и T.cruzi (in vivo, экстракорпорально, в специальных емкостях и т.д.). При этом возможно введение световода с УЗ наконечником непосредственно в сосуды и уничтожение таким образом инфекции в крови или на стенках сосудов.

13.4. Помимо применения для лечения инфицированных ран представленная комбинированная технология весьма перспективна и для других медицинских применений, включая лечение дерматологических заболеваний, абсцессов внутренней локализации, гайморита, передонтита, лечение гнойных очагов в корнях зубов и других воспалительных процессов в стоматологии, в лечении воспалений уха, особенно у детей и т.п. Отдельно необходимо выделить онкологию, когда УЗ используется как для усиления диффузии фотосенсибилизатора в опухоли, так и для формирования дополнительных токсических для опухолевых клеток радикалов в силу сонодинамического эффекта. При этом перспективно использовать одновременно фотосенсибилизаторы и соносенсибилизаторы. Введение контрастных веществ, в частности пузырей или микросфер, позволит обеспечить дополнительное селективное поражение клеток опухоли за счет эффектов снижения порогов кавитации. При этом предполагается одновременное использование света для реализации ФДТ. Возможны также различные комбинации ФДТ и УЗ, когда они используются и с некоторым временным перекрытием между собой. Так как УЗ проникает более глубоко в ткани, чем лазерное излучение (по крайней мере в несколько раз), то следует ожидать при комбинированной обработке уничтожение более глубоких поверхностных опухолей. Наиболее оптимальным режимом является использование УЗ для транспортировки фото- и соно- сенсибилизатров, потом следует мягкое УЗ воздействие на опухоль с целью их более равномерного распределения в объеме опухоли, затем идет реализация ФДТ с последующем включением на заключительной стадии УЗ. Возможно также использование вначале сонодинамической терапии, а затем подключение ФДТ, но этот зависит от степени чувствительности используемых сенсибилизаторов к УЗ и свету. Для УЗ импрегнации растворов возможно при этом использовать описанные выше варианты фиксации раствора на поверхности с помощью стаканов, защитной пленки и т.п. При опухолях внутренней локализации возможно использование фокусированного УЗ в сочетании со световодной доставкой оптического излучения в опухоль. Как пример, в качестве источника излучения можно использовать непрерывный лазер на красителе с длиной волны 630 нм и мощностью до нескольких Вт, в качестве фотосенсибилизатора фотогем, при этом используется УЗ преобразователь с частой около 1 МГц. Для формирования оптического излучения возможно использовать также химические реакции с значительным выходом флуоресценции у продуктов этих реакций, усиленным с помощью УЗ (образование промежуточных продуктов, радикалов и т.п.).

13.5. УЗ аппараты. В качестве УЗ модулей могут использоваться УЗ преобразователи отечественных и зарубежных УЗ аппаратов. В частности отечественные: УРСК-7Н, УРСК-8Н, УРСК-18, УРСК-7Н-18, УРСК-7Н-20, УРСК-7Н-21, УРСК-7Н-22 и их модификации, предназначенные для задач общей хирургии, а также УЗ сварки, резки и санации биообъектов; «Тонзиллор»-1,2 для отоларингологии, «Гинетон»-1,2 для гинекологии, «Стоматон» для стоматологии, «Проктон» для проктологии, «Онкотон» для онкохирургии; во всех перечисленных УЗ аппаратах частота 26,5 кГц. Зарубежные УЗ аппараты: CUSA (США), 23kHz; SUS-101 (Япония), 23kHz; SONOTEC (Япония), 24 kHz; AMDENT (Швеция), 25 kHz; PIEZON (Швейцария), 28 kHz и т.д. Возможны также модификация УЗ модулей с изменением частоты УЗ колебаний по заданной программе с блока управления в диапазоне от 20 кГц до нескольких МГц, а также модуляция УЗ колебаний низкочастотной составляющей в диапазоне 10 Гц- 12 кГц.

13.6. Фотосенсибилизаторы. В качестве фотосенсибилизаторов могут использоваться практически все на сегодняшний день известные соединения, включая производные гематопорфирина (в России «Фотогем», в США и Канаде «Фотофрин-2», «Фотосан-3»); «Алосенс»; все виды хлоринов, например «Радахлорин»; фталоцианины, например на основе Zn, Al, Ga, Со (в России на основе алюминия - «Фотосенс»); нафталоцианины, например на основе Zn, Al, Si и т.д.

13.7. В качестве материала оптических жестких наконечников может использоваться стекло, кварц, сапфир, алмаз и т.п.

13.8. Для дальнейшего повышения эффективности обработки возможно использование нескольких фотосенсибилизаторов и оптических источников, например светодиодов с разными длинами волн, совпадающими с полосами поглощения соответствующих фотосенсибилизаторов.

13.9. Предлагаемое изобретение также может использоваться в комбинации и с другими физиотерапевтическими воздействиями, в частности с непрерывным и импульсным магнитным или электрическим полями и т.п.

Литература

1. Николаев Г.А., Лощилов В.И. «Ультразвуковая технология в хирургии» (М., «Медицина», 1980, 272 с.).

2. Саврасов Г.В. «Технологические задачи ультразвуковой хирургии» (М., журнал «Вестник МГТУ», 4'1993, с.64-73).

3. Орлова А.А. «Теоретическое и экспериментальное исследование ультразвуковой обработки инфицированных ран и полостей незначительных размеров» (М., «Труды МВТУ №319», 1980, с.43-54).

4. Амброзевич Е.Г. «Экспериментально-теоретическое исследование процесса подавления агрессивных микроорганизмов при ультразвуковой обработке брюшной полости» (М., «Труды МВТУ №378», 1982, с.35-50).

5. JC Kenedy et all. Photodynamic therapy: Basic principles and clinical experience. J. Photochem Photobiol B: Biol, 6 143-148, 1990.

6. M.Wilson. et al. Sensitization of oral bacteria to killing by low-power laser radiation Curr Microbiol, 199225, 77-81.

7. Жаров В.П. Патент РФ №2145247 «Фотоматричное терапевтическое устройство для лечения протяженных патологий» с приоритетом от 10.04.1998, бюллетень изобретений №4, 2000.

8. Жаров В.П.Фотоматричное устройство. PCT/RU99/00111 от 09.04.1999.

9. Жаров В.П., Рудашекский В.Н., Вартанян С.Г. «Новая лазерно-ультразвуковая технология в хирургической практике» (Переславль Залесский, тезисы всесоюзной конференции: новое в лазерной медицине, с.17, 1990).

10. Жаров В.П., Рудашекский В.Н., Вартанян С.Г. «Лазерный ультразвуковой скальпель» (М., тезисы всесоюзной конференции по применению ультразвука в медицине, с.37, 1991).

11. Жаров В.П., Саврасов Г.В., Гелен П.Г., Аспидов А.А. «Новое направление в лазерной медицине: комбинация лазера и ультразвука» (Московская область, труды международной конференции по применению лазеров в медицине, с.27, 1993).

12. Zharov V.P. «New technology in surgery: combination of laser and ultrasound» (Proc. SPIE, Vol.1892, p.38-44, July 1993).

13. Zharov V.P. «New technology in surgery: combination of laser and ultrasound» (The Newsletter of the Biomedical Optics Society, Vol.2, No 1, p.5, January, 1993).

14. Жаров В.П., Саврасов Г.В., Гелен П.Г., Аспидов А.В., Шапошников B.C. Патент РФ №2158116 «Устройство для оптического воздействия на биообъект» с приоритетом от 13.07.1994.

15. Гелен П.Г., Аспидов А.В., Жаров В.П., Саврасов Г.В. «Волоконно-оптические ультразвуковые системы для медицины» (М., журнал «Вестник МГТУ», Приборостроение, 3'1996, с.38-50).

16. Буянов-Удальский А.Ю., В.П.Жаров «Лазерные источники звука и механические приводы в медицине» (М., «Труды МВТУ №457, 1986, с.105-114).

17. Жаров В.П. «Новая биомедицинская технология на базе комбинации ультразвука и лазера» (Международная конференция: Акустика на пороге XXI века, труды VI сессии Российского акустического общества, 1997, с.478-479).

18. Жаров В.П. «Новое поколение лазерных сочетанных биомедицинских технологий» (Украина, Ялта-Гурзуф, труды III международной конференции: новые информационные технологии в медицине и экологии, 1997).

19. Жаров В.П., Меняев Ю.А. «Лазерно-ультразвуковая технология фотосоно-динамической терапии для лечения инфицированных ран» (Владимир, материалы межд. конф. «Конверсия, приборостроение, медицинская техника», 1999, с.41-42).

20. Жаров В.П., Латышев А.А. «Лазерные комбинированные технологии из России» (М., труды Лазерной ассоциации, 1998; перевод Zharov V.P., Latyshev A.A. «Laser combined medical technologies from Russia» J. Laser Application. Vol.11 (2), 80-90, 1999).

21. US Patent 5,817,048. N.M.Lawandy «Ultrasonic alternative to laser-based photo-dynamic therapy» October 6, 1998.

22. V.P.Zharov, Y.A.Menyaev, R.K.Kabisov, S.V.Alkov, A.V.Nesterov, V.I Loschilov, J.Suen "Comparison possibilities of ultrasound and its combination with laser in surgery and therapy" (Biomedical Optoacoustics, Proceedings of SPIE vol.3916, pp.331-339, 2000).

Устройство для воздействия на биообъект оптическим излучением и ультразвуком предназначено для лечения обширных инфицированных ран, а также для обработки мягких и твердых биологических тканей при различных патологиях, включая опухоли, аномалии сосудов, дерматологические заболевания. Устройство содержит оптический блок, состоящий из согласующей оптической системы и источника оптического излучения, соединенного с блоком питания, УЗ блок, состоящий из УЗ преобразователя, соединенного с блоком питания, блок совмещения, обеспечивающий пространственное расположение УЗ преобразователя и согласующей оптической системы относительно друг друга таким образом, чтобы диаграмма направленности оптического источника была ориентирована на дистальный конец УЗ преобразователя. Устройство также содержит блок управления, соединенный с УЗ и оптическим блоками, обеспечивающий синхронизированную во времени работу УЗ и оптического блоков, а также блок обратной связи, связанный с блоком управления, и блок подачи раствора, обеспечивающий доставку фотосенсибилизатора, антибиотика и контрастных компонент в зону воздействия. Изобретение позволяет повысить эффективность обработки инфицированных ран. 19 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Устройство для воздействия на биообъект оптическим излучением и ультразвуком (УЗ), содержащее оптический блок, состоящий из согласующей оптической системы и источника оптического излучения, соединенного с блоком питания, УЗ блок, состоящий из УЗ преобразователя, соединенного с блоком питания, блок совмещения, обеспечивающий пространственное расположение УЗ преобразователя и согласующей оптической системы относительно друг друга таким образом, чтобы диаграмма направленности оптического источника была ориентирована на дистальный конец УЗ преобразователя, устройство содержит блок управления, соединенный с УЗ и оптическим блоками, обеспечивающий синхронизированную во времени работу УЗ и оптического блоков, устройство имеет также блок обратной связи, связанный с блоком управления, и блок подачи раствора, связанный с блоком управления и обеспечивающий доставку фотосенсибилизатора, антибиотика и контрастных компонент в зону воздействия.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический источник выполнен в виде светодиода или терапевтической лампы со светофильтром или компактного лазера или множества подобных источников в виде оптической матрицы, размещенных с одной стороны или равномерно вокруг УЗ преобразователя на плоской, конической, полуцилиндрической или полусферической подложке, а блок совмещения выполнен в виде кронштейна, прикрепленного механически к неподвижной части УЗ преобразователя и фиксирующего пространственное положение источника или указанную подложку.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что согласующая оптическая система выполнена в виде отдельного световода или множества световодов, зафиксированных с одной или равномерно вокруг УЗ преобразователя с помощью блока совмещения, выполненного в виде одного или нескольких кронштейнов, закрепленных на неподвижной части УЗ преобразователя и/или в виде кольцевых шайб, прижимающих световоды к поверхности дистальной части УЗ преобразователя.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что УЗ преобразователь выполнен со сквозным цилиндрическим осевым каналом, имеющим специальное покрытие на стенках канала, которое отражает излучение, а оптический источник вместе с согласующей оптической системой или только согласующая система в виде линзовой системы или оптического световода зафиксированы в верхней проксимальной неподвижной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения, выполненного в виде кронштейна.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что УЗ преобразователь выполнен со сквозным цилиндрическим осевым каналом и резьбой только на дистальной подвижной части УЗ преобразователя, а согласующая система выполнена в виде оптического волокна, закрепленного в подвижной дистальной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения, выполненного в виде зажимной гайки с вставленной в нее уплотняющей втулкой, навинчивающихся на резьбу дистальной части преобразователя, световод при этом размещен в отверстии уплотняющей эластичной втулки.6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что УЗ преобразователь содержит со стороны дистальной части несквозной осевой цилиндрический канал и дополнительный боковой цилиндрический канал, соединенный с осевым каналом, согласующая система при этом выполнена в виде оптического волокна, которое размещается внутри бокового и осевого каналов, а блок совмещения выполнен в виде кронштейна, прикрепленного к внешней неподвижной поверхности преобразователя.7. Устройство по пп.1, 5 и 6, отличающееся тем, что согласующая оптическая система состоит из двух частей, оптического гибкого световода, и блока совмещения, фиксирующего этот световод в неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя, а также жесткого цилиндрического световода.8. Устройство по пп.1, 4, 5 и 6, отличающееся тем, что дистальная часть УЗ преобразователя выполнена разъемной из оптического материала с резьбовым хвостовиком, навинчивающимся на основную часть УЗ преобразователя, при этом на внешнюю поверхность хвостовика нанесено зеркальное покрытие, а дистальная часть имеет форму, например торцевую, закругленную или в виде скальпеля.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что УЗ блок выполнен в виде фокусированной акустической антенны, при этом антенна и оптический источник зафиксированы с помощью блока совмещения так, чтобы фокус акустической антенны совпадал с областью патологии, а ось оптического источника пересекала область фокуса акустической антенны.10. Устройство по пп.1 и 9, отличающееся тем, что акустическая антенна имеет в центре отверстие для размещения оптического источника или оптический источник фиксируется с помощью блока совмещения с краю акустической антенны.11. Устройство по пп.1 и 9, отличающееся тем, что согласующая система выполнена в виде оптического волокна, ось которого совмещена с фокусом акустической антенны.12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит источник импульсного или модулированного магнитного поля, располагаемого с внешней стороны биообъекта, при этом раствор содержит металлические частицы.13. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что трубка введения раствора соединена с полым цилиндрическим осевым каналом УЗ преобразователя для того, чтобы обеспечить струйную и/или аэрозольно-струйную обработку раны, кроме того, к трубке подключен подающий насос, а само устройство содержит контейнеры для хранения как раствора, так и его компонентов.14. Устройство по пп.1, 2, 3 и 13 отличающееся тем, что дистальная часть трубки выполнена прозрачной и имеет выходное отверстие, а ось оптической согласующей системы пространственно ориентирована так, чтобы она пересекала дистальный конец трубки.15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что УЗ блок выполнен в виде фокусированной акустической антенны, причем на внутреннюю поверхность антенны нанесено покрытие, которое поглощает излучение, или эта поверхность контактирует с жидкостью, поглощающей излучение.16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит датчики параметров УЗ (мощность, частота, амплитуда перемещения дистального конца УЗ преобразователя), и/или оптического излучения (интенсивность, длина волны), и/или состояния биообъекта (температура, состояние раны) и/или раствора в ране (текущий состав раствора, температура), которые соединены с блоком обратной связи для контроля воздействий.17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит контейнер с прозрачными для оптического излучения и УЗ колебаний стенками, соединенный с трубкой подачи раствора, при этом сам контейнер поджат к краям раны так, чтобы обеспечивалась герметичность, которая препятствует вытеканию содержащего внутри его раствора.18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок отсоса раствора, контактирующий с раствором с помощью дополнительной трубки, при этом он соединен с блоком управления, а трубки может быть размещена внутри трубки использующейся для подачи раствора и размещения световода.19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок инфракрасного лазера, соединенного с блоком управления, предназначенного как для дополнительного термического разложения фотосенсибилизатора в растворе, так и для выпаривания части раствора из раны.20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит защитную сетку в виде цилиндра для исключения возможного соприкосновения подвижной дистальной части волновода с поверхностью раны, закрытое основание которого выполнено с множеством отверстий, а сам цилиндр зафиксирован в верхней неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя с помощью резьбового соединения.