Система для настройки магнитного датчика, определяющего магнитный носитель с лекарственным средством в зоне терапии Российский патент 2023 года по МПК A61M31/00 G01R33/09 

Данное изобретение относится к способу контроля доставки и наличия лекарственных средств в заданной зоне посредством чувствительного элемента, откалиброванного с использованием системы для его настройки, включающей в том числе набор отличающихся по толщине образцов с материалом, используемом при доставке лекарственного средства. Предлагаемое решение также касается способа применения устройства для настройки.

Обычно доставка лекарственного средства осуществляется путем иммобилизации необходимого лекарственного препарата на носитель и его направления в заданные органы или области на основе используемых физико-химических или физиологических свойств носителей. В качестве носителей предложены различные типы органических материалов, микросфер или магнитных тел. Они могут отличаться по размеру; по биологическому действию; по конструкции; по кинетике выделения лекарственного вещества и методам воздействия. Средства контроля наличия лекарственных средств в заданной зоне также зависят от природы носителей и нуждаются в предварительной настройке на предмет чувствительности к малой концентрации используемого носителя. Известные решения чаще всего описывают не только сами носители лекарственных форм, но и средства доставки и наблюдения.

Так в качестве магнитного носителя для доставки лекарственных средств, наряду с другими областями применения, предлагаются полимерные комплексы кобальта (пат.RU№2753411, C08G79/00, C07F15/06, H01F1/42, от 19.10.2020). Приведенные в описании данные по магнитным свойствам носителя подтверждают возможность воздействия на данный материал магнитным полем.

Известно техническое решение, в котором лекарственное вещество поступает в объект за счет диффузии из контейнера определенной конструкции и изготовленного из материала, позволяющего высвобождать, по меньшей мере, два различных активных компонента лекарства в одно и то же время с предварительно определенными скоростями (пат. RU№2302883, A61M31/00, C08L83/04, от 27.08.2002). В качестве материала здесь используются полисилоксаны. Конструктивно в данном случае используют систему из разного сочетания цилиндрических отсеков, соединенных в одно целое, как последовательно, так и один внутри другого. То есть в этом решении не говорится о необходимости определения наличия лекарственного вещества в зоне лечения, решается вопрос только с доставкой лекарства в требуемою зону.

Известна система и способ доставки лекарств (заявка RU№2017107745, G06F16/15, от 09.09.2915), которая содержит управляющую систему в виде медицинского сервера, выполненного с возможностью передачи, приема и обработки данных; устройства для введения лекарства, предназначенного для введения заданного лекарства; блока датчиков, выполненного с возможностью измерения заданных параметров, относящихся к доставке лекарства, и для передачи информации. Указанная программированная система предназначена для введения лекарств при контролируемых внешних условиях (температуры, местоположения), при этом введение лекарства из устройства обеспечивается приложением контактного датчика. То есть контроль лекарственного вещества касается только факта его введения в заданную точку, а не его распространения в требуемой зоне. Для такого контроля система просто не предназначена.

Известно техническое решение, в котором для доставки лекарственного средства предлагается использовать устройство управления магнитным полем, создаваемым магнитом с особой формой наконечника (пат. RU№2525509, A61M37/00, A61N2/08, от 24.12.2010). Согласно описанию, общеизвестные магнитные лекарственные средства (включая соединение, которое обладает внутренним магнетизмом, и лекарственное средство, в котором использованы магнитные носители) применяют посредством перорального введения, инъекции или инфузии. В качестве магнитного носителя лекарственного средства здесь применено железосодержащее соединение. Для визуализации зоны введения лекарственного средства в данном решении использовалось МРТ-изображение, которое заносится в память устройства управления. На основании этого изображения строится модель зоны, на основании которой выполняется подвод к требуемому участку магнитной системы. Датчики, используемые в схеме управления, определяют наличие соприкосновения наконечника с пораженным участком организма. Различными манипуляциями с магнитным полем достигалось удержание лекарственного вещества в области поражения. Как утверждается, существование комплекса металлсодержащего соединения в ткани можно идентифицировать с помощью синего красителя (тест с трипаном-синим), то есть визуально. Других способов регистрации наличия лекарственного средства в заданном месте в данном решении не используется.

В то же время известны технические решения, в которых, например, определяют наличие малых количеств магнитного материала в магнитных нитях банкнот (пат. RU№2519521, пат. RU№2648010, G07D7/04, от 09.12.2009, 13.12.2013, пат. RU№2650092, G01R33/09 от 18.03.2014). Для этого используют магниторезистивные чувствительные элементы, установленные в виде линейки с направлением, позволяющим надежно идентифицировать наличие магнитной метки. А сами элементы, предлагаемые для использования, могут быть в виде элементов с гигантским магнетосопротивлением, но могут быть также выполнены в виде элементов с анизотропным магнетосопротивлением, элементов с туннельным магнетосопротивлением, элементов со спин-зависимым туннелированием, спиновых вентилей или традиционных магниторезистивных элементов, в основе работы которых лежит обычное магнетосопротивление, либо иных магниторезистивных элементов.

Известно техническое решение, в котором в качестве способа определения наличия лекарственного средства в зоне воздействия предлагается использование магнитного датчика, работа которого основана на явлении гигантского магнитного импеданса (ГМИ), позволяющего с высокой степенью чувствительности определять количество доставленного на магнитном носителе лекарственного препарата [G.Yu. Melnikov, V.N. Lepalovskij, A.V. Svalov, A.P. Safronov, G.V. Kurlyandskaya, Magnetoimpedance thin film sensor for detecting of stray fields of magnetic particles in blood vessel. Sensors 2021, 21, 3621-18 (https://doi.org/10.3390/s21113621), прототип]. Понятно, что датчик может определять только магнитную составляющую субстанции с лекарственным средством и его носителем. Для подтверждения возможности использования такого датчика здесь был выполнен модельный эксперимент. Для чего изготовили из органической смолы два цилиндрических образца: один без магнитных частиц, другой содержал вставку с магнитными частицами в средней части. В исходном состоянии этот наборный цилиндрический образец устанавливался над «ГМИ-датчиком» так, что ось цилиндра была перпендикулярна длинной стороне датчика, а центр магнитного цилиндра располагался над центром полоски датчика. При этом цилиндр находился примерно на расстоянии 1 мм от поверхности датчика. Затем совершались перемещения цилиндра вдоль оси ОХ с шагом 1 мм как в «положительном», так и «отрицательном» направлениях. В результате датчик фиксировал изменение сигнала, которое связано с наличием магнитных частиц в средней части цилиндрического образца. Конструкция для настройки датчика, использованная для измерений, здесь не представлена.

В указанной работе приведена зависимость только по одной координате, но на практике придется сталкиваться со случаями, когда нужно будет детектировать доставку лекарственного средства, находящегося под кожным покровом пациента на некоторой глубине, в том числе и на расстояниях, превышающих те, что указаны в патенте RU№2525509, A61M37/00, A61N2/08, от 24.12.2010, ограниченных диаметром хвоста подопытного животного. Кроме того, угловая зависимость распределения и/или градиент детектируемого вещества будет играть свою роль при его определении посредством датчика.

Поэтому задачей предлагаемого технического решения является расширение технических возможностей ранее предложенного способа и создание системы для настройки магнитного датчика, используемого в способе. 

При этом технический результат заключается в непосредственной фиксации в требуемой зоне факта доставки лекарственного препарата, причем на некоторой глубине от датчика при произвольном расположении зоны и не после нескольких суток после введения, а как только оно достигнет требуемой зоны у пациента и превысит "концентрацию чувствительности" поражённого органа к лекарственному воздействию.

Технический результат достигается тем, что в систему для настройки датчика, включающую тестовые образцы с магнитным веществом и без оного, а также сам настраиваемый датчик, дополнительно введены тестовые образцы так, что они образуют набор образцов, каждый из которых состоит из средней части, содержащей магнитный материал в виде наночастиц, заключенной между такого же размера частями без магнитного материала, при этом первый в наборе имеет наименьшую по сечению оболочку над магнитной частью, или совсем её не имеет, а каждый последующий отличается от предыдущего и последующего по сечению на величину ΔL, при этом часть с магнитным материалом остаётся постоянной, кроме того, дополнительно введено устройство для его настройки, выполненное в виде столика с местом для установки датчика и единообразной установки тестовых образцов посредством фиксацией их положения над измерительным устройством в виде линейки, служащее для получения тестовых зависимостей сигнала датчика по длине и расстоянию от поверхности магнитного тела в тестовом образце.

Кроме того, в системе в качестве измерительного устройства используют несколько датчиков, расположенных друг за другом в виде линейки.

Также к одной линейке последовательно устанавливают несколько линеек так, что они образуют матрицу датчиков.

Технический результат достигается также тем, что в способ контроля наличия лекарственного средства в зоне терапии посредством датчика, включающий подведение датчика к предполагаемому месту доставки лекарственного средства и проведение измерений в указанной зоне, полученные данные программно сравнивают с тестовыми измерениями, полученными посредством системы для настройки, определяя наличие магнитных наночастиц с лекарственным средством в требуемой зоне, при этом в определении граничных положений или при малом уровне сигнала используют производные от полученных пространственных зависимостей.

Заявленные решения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, для заявляемого способа контроля наличия лекарственного средства в зоне терапии посредством магнитного датчика была предложена система для настройки датчика для осуществления предложенного способа. Следовательно, заявляемые изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.

Система для настройки датчика и выполнение способа представлены на чертежах.

  Упомянутая выше система приведена на фиг. 1. Применение способа проиллюстрировано на фиг. 2.

На фиг. 1 показаны: 1- устройство для настройки датчиков, а над ним набор тестовых образцов 2 в количестве 3 штук.  Четвертый и последующие будут отличаться от верхнего образца только диаметром и не показаны. Приведенное устройство содержит столик 3 с местом для датчика 4.  Подвижные сдвоенные подпружиненные направляющие 5 установлены с 2 сторон от места для датчика. Измерительное устройство 6 в виде линейки в нашем случае установлено между сдвоенных направляющих 5. Понятно, что измерительное устройство может быть и другого типа, например, оптическим.

Способ изготовления тестовых образцов подробно описан в прототипе. Здесь мы отметим только как изготовлялся сам набор для тестирования. Магнитная вставка для каждого образца вырезалась из единого цилиндра. При этом подразумевалось, что количество магнитного порошка будет достаточным для переноса требуемого для инъекций лекарственного средства. Далее на магнитную часть надевалось кольцо, с диаметром для следующего по порядку диаметра тестового образца и из материала, используемого для изготовления немагнитной части образца. После чего магнитная часть заливалась этим материалом с двух сторон в трубке соответствующего диаметра. 

Можно поступить и несколько иначе: для первого цилиндра из набора берут рассчитанное (заданное или обычно используемое для доставки лекарственного средства) количество магнитного наноматериала, смешивают с затвердевающим со временем материалом, полученную смесь заливают в среднюю часть цилиндрической оболочки, дожидаются затвердевания и с каждой стороны последовательно заливают затвердевающим со временем материалом, после чего извлекают из цилиндрической оболочки полученный цилиндр заданной длины, а для следующего по размеру диаметра цилиндра из набора изготавливают часть с магнитным наноматериалом такого же размера как для первого, затем устанавливают в центр цилиндрической оболочки с диаметром на величину ΔL и заподлицо заливают затвердевающим со временем материалом без магнитных наночастиц, а после выполняют боковые части цилиндра из затвердевающего со временем материала без магнитных наночастиц, после чего таким же образом изготавливают остальные цилиндры набора с выбранным шагом ΔL. Очевидно, что имеются и другие варианты изготовления.

Система для настройки датчиков работает следующим образом.

Сначала между направляющими 5 над измерительным устройством 6 устанавливается тестовый образец без магнитной вставки и выполняются измерения ГМИ эффекта, перемещая образец вдоль измерительного устройства 6. Затем такая же процедура проводится для образца с магнитной вставкой.  После измерения всего набора получится соответствующее семейство зависимостей ГМИ-сигнала от положения образца на измерительном устройстве 6, первая из них ранее приведена в прототипе (верхний график на фиг. 2). По мере удаления магнитной части от датчика с каждым последующим тестовым образцом будет уменьшаться величина измеряемого ГМИ-сигнала. Подобное уменьшение сигнала датчика показано на графике, приведенном в одном из аналогов (рис. 13 в патенте RU№2525509). Для того, чтобы выявить наличие тенденции к изменению сигнала датчика, предлагаемая измерительная система может программно взять производные от зависимостей ГМИ-сигнала от положения образца на измерительном устройстве 6. Приведенные данные по абсолютной величине первой (nʹ) и второй (nʹʹ) производных на фиг. 2 наглядно показывают возможность детектирования границ магнитной вставки. На основании полученных таким образом данных можно сделать вывод о чувствительности датчика по расстоянию до магнитной вставки. Таким образом, можно провести настройку нескольких датчиков и расположить их последовательно на жестком или гибком основании и использовать в качестве линейки датчиков. Линейка датчиков тогда может быть установлена вместо измерительного устройства 6 и тестовый образец устанавливается на нее. Сигнал с каждого датчика линейки сразу даст зависимость по координате.

Понятно, что несколько линеек датчиков образуют матрицу датчиков и тестовый образец может быть установлен на матрицу произвольным образом. При этом будет получена зависимость ГМИ-сигнала датчика от положения в плоскости. Понятно, что тестовые образцы могут быть и иной, отличной от использованной цилиндрической формы.

Способ определения наличия лекарственного средства в зоне терапии реализуется следующим образом.

Для датчика это будет выглядеть примерно следующим образом.

Место, куда надо доставить лекарство, может быть определено предварительно вспомогательной методикой, например, рентгеном. На следующем этапе необходимо контролировать количество доставленного туда лекарства (недостаточное количество лекарства не даст искомого эффекта терапии, а излишнее количество приведёт к дополнительной неоправданной нагрузке на системы жизнедеятельности организма), этот процесс также может контролироваться той же рентгенографической методикой, делая набор последовательных по времени снимков. Но рентгеновское излучение само по себе оказывает негативное воздействие на живой организм, а, скажем, томография ещё и менее доступна в силу сложности и высокой стоимости методики. Поэтому место, куда надо доставить лекарство, можно предварительно определить рентгеном, а количество доставляемого лекарственного препарата будет определяться ранее откалиброванным магнитным датчиком. Использование для этой цели только одного магнитного датчика возможно в том случае, если существует гарантия того, что датчик был закреплён в именно в нужном месте тела пациента, если положение датчика не изменяется относительно намеченного места за время, необходимое для доставки лекарства. При соблюдении этого есть уверенность, что сигнал датчика пропорционален количеству лекарственного препарата (магнитных частиц, на которых оно закреплено). Однако соблюдение этих условий не всегда гарантировано, следовательно, нет уверенности, что его сигнал от датчика прямо пропорционален количеству лекарства, таким образом, существует опасность передозировки лекарственного препарата. Поэтому сначала выполняется последовательное сканирование датчиком, настроенным посредством описанной системы, по разным направлениям в зоне, куда должно быть доставлено лекарственное средство. Наличие магнитного носителя в исследуемой зоне датчик может показать сразу, если концентрация носителя соответствует "концентрации чувствительности" датчика для данных условий. Если же сразу выявления не случилось, то выполняют процесс математической обработки данных путём вычисления производных, как показано на фиг. 2. Если же указанная процедура не выявила соответствующего показателя, то делается соответствующий вывод, что лекарственное вещество еще не доставлено в зону в требуемой концентрации. Если же датчик показал наличие магнитного носителя, то следует найти место обусловленного им максимального сигнала, а потом уже соотносить величину сигнала с ожидаемым количеством лекарства.

Применение вместо одного датчика настроенной линейки датчиков позволит сократить время на поиски, описанные выше. Этот ряд датчиков позволяет снять неопределённость относительно точности установки датчика: например, из пятидесяти датчиков выбирается тот, который выдаёт самый большой сигнал, и полагается, что именно он стоит на нужном месте, и именно на него следует ориентироваться при оценке количества доставленного лекарства.

Использование матрицы, сформированной из датчиков, например, 50 х 50, позволит с ещё большей точностью определить датчик, на который следует ориентироваться. Также следует отметить, что решение, включающее в себя использование магнитного устройства, которым осуществляется продвижение лекарства, описанное в патенте RU№2525509, является приемлемым, если бы лекарство в организме передвигалось по какому-то выделенному каналу. В случае же, скажем, опухолей, лекарства доставляются к ним за счёт того, что частицы магнитного носителя несут на себе ещё и дополнительные маркеры, которые взаимодействуют с клетками опухоли, что приводит к захвату частиц магнитного носителя клетками опухоли. В данном случае доставка частиц с лекарствами осуществляется со всех направлений всеми кровеносными сосудами, окружающими опухоль. Поэтому матрица датчиков в данном случае, по нашему мнению, может упростить процедуру детектирования магнитных носителей и повысит точность определения количества доставленного лекарственного препарата.

Датчики могут быть изготовлен путем использования планарной технологии на стандартном оборудовании, предназначенном для производства устройств плёночной микроэлектроники.

Таким образом, предложенная система для настройки датчика позволяет настроить как отдельный датчик, так и линейку датчиков. При этом обладает простотой реализации и высокими функциональными возможностями, позволяя реализовать описанный способ контроля наличия лекарственного средства в зоне терапии посредством магнитного датчика.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к системе для настройки магнитного датчика наличия лекарственного средства в зоне терапии и способу контроля наличия лекарственного средства в зоне терапии посредством магнитного датчика. Система содержит тестовые образцы с магнитным веществом и без магнитного вещества, настраиваемый датчик. Каждый из набора тестовых образцов состоит из средней части с магнитным материалом, заключенной между частями без магнитного материала. При этом магнитный материал в средней части образца представлен в виде наночастиц. Первый образец в наборе имеет наименьшую по размеру оболочку над магнитной частью или не имеет оболочки. Каждый последующий образец отличается от предыдущего и последующего по диаметру сечения на величину ΔL. Части образцов с магнитным материалом выполнены одинакового размера. Датчик выполнен с возможностью настройки посредством установки в устройство. Устройство выполнено в виде столика с местами для установки датчика и тестовых образцов с фиксацией положения непосредственно над измерительным устройством, с возможностью изменения положения тестовых образцов относительно датчика. Способ включает подведение датчика к месту доставки лекарственного средства и проведение измерений в указанной зоне. Полученные данные программно сравнивают с тестовыми измерениями, предварительно полученными посредством системы для настройки датчика. При этом определяют наличие магнитных наночастиц с лекарственным средством в требуемой зоне. Если магнитные наночастицы с лекарственным средством в требуемой зоне не выявлены, выполняют процесс математической обработки данных путём вычисления производных от полученных пространственных зависимостей сигнала датчика от его положения в указанной зоне для выявления наличия тенденции к изменению сигнала датчика. Если при проведении указанной процедуры магнитные наночастицы с лекарственным средством в требуемой зоне не выявлены, то делают вывод, что лекарственное вещество не доставлено в требуемую зону в требуемой концентрации. Обеспечивается фиксация в требуемой зоне на глубине от датчика факта доставки лекарственного препарата, как только препарат достигнет требуемой зоны у пациента и превысит "концентрацию чувствительности" поражённого органа к лекарственному воздействию. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система для настройки магнитного датчика наличия лекарственного средства в зоне терапии, включающая тестовые образцы с магнитным веществом и без магнитного вещества, а также настраиваемый датчик, отличающаяся тем, что каждый из набора тестовых образцов состоит из средней части, содержащей магнитный материал в виде наночастиц, заключенной между частями без магнитного материала, при этом первый образец в наборе имеет наименьшую по размеру оболочку над магнитной частью или не имеет оболочки, а каждый последующий образец отличается от предыдущего и последующего по диаметру сечения на величину ΔL, при этом части образцов с магнитным материалом выполнены одинакового размера, указанный датчик выполнен с возможностью настройки посредством установки в устройство, выполненное в виде столика с местами для установки датчика и тестовых образцов с фиксацией положения непосредственно над измерительным устройством, с возможностью изменения положения тестовых образцов относительно датчика.

2. Система в соответствии с п.1, отличающаяся тем, что измерительное устройство выполнено в виде датчиков, расположенных друг за другом.

3. Способ контроля наличия лекарственного средства в зоне терапии посредством магнитного датчика, включающий подведение датчика к месту доставки лекарственного средства и проведение измерений в указанной зоне, отличающийся тем, что полученные данные программно сравнивают с тестовыми измерениями, предварительно полученными посредством системы для настройки датчика по п. 1, определяя наличие магнитных наночастиц с лекарственным средством в требуемой зоне, при этом, если магнитные наночастицы с лекарственным средством в требуемой зоне не выявлены, выполняют процесс математической обработки данных путём вычисления производных от полученных пространственных зависимостей сигнала датчика от его положения в указанной зоне для выявления наличия тенденции к изменению сигнала датчика, если при проведении указанной процедуры магнитные наночастицы с лекарственным средством в требуемой зоне не выявлены, то делают вывод, что лекарственное вещество не доставлено в требуемую зону в требуемой концентрации.