Способ контроля и управления криохирургическим воздействием и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A61B18/02 A61B18/18 

ная биоткань (случай однородных сред) коэффициент отражения определяется следующим образом;. 1м

вт- Г1 1 Г/,3

где п, 2 комплекс I -iCi коэффициент отражения между антенной и замороженной биотканью:

г.,з компгеко-.ьп/ коэффициент отражения между замороженной биотканью и незамороженной биотканью;

е 1 - комплексна1., величина, характеризующая затухание и нэОш фпзы а слое замороженной биоткани удвоенной толщины.

Г 2

vvr

где Ј1.2.3 комплексно значениедиэлекгриче- с/-ой проницэом(кл1 -ред . 2

3 соответственно 25

(антенны--Зс:мо Х1;р.че1- :с и биоткани-незамо- роженной бiiо1 «dm-1

ft , Ull i jr i . S/2. v 7T -UT , S3 КОТОРЫХ , - - . :- -. - -Т

/.)(Е;.,.зГ

V -- 2 л V -- 2 л % ( U2 ) ,

,

где f i 2,3 .гн- мстепгнльнзя часть диэлект- рмче;.кой .и асм -.сги сред 1, 2, 3 ссот- петственно:

1 з мин мальная часть диэлектрической прониц- пмгчг.и сред 1.2 3 соответственно,

h

(Дг- h

т-лци - а сп.ся (глубины залеган чч

cbai OBon пепе-ходч)

} -г- -( - длине волны (частота), на котоi

рой проичродитс1- 1змерение коэффициента отражения

скорость света в оа- к у у м е.

Комплексный коэффициент отражения является квчзипеоиодической функцией толщины элмс рожс пной биоткани. Если, как в данном случае, происходит посту- пенное увеличение h от нуля, то непрерывное слежение за изменением г позволяет избежать ошибки зэ счет неоднозначности.

Толщина замороженного слоя может быть вычислена кз1 .

U l- T - i U

(-г - г,, г J J ,

0

5

0

5

l+rl,f (Цг - &г)

Расстояние между лежащими рядом экстремумами на известной рабочей частоте характеризует t. Мя практике толщина замороженного слоя h при известной рабочей частоте может быть определена посредством измерения положения соседних экстремумов (обычно двух первых) па кривой коэффициента отражения (КСВн), По положению экстремумов на чрипой КСВн (модуля коэффициента отражение) можно определить декремент зэ- тучапия Уз. электромагнитной волны в намороженной биоткани.

Пеличинл Vfi определяется волновыми параметрами антенны:

л- -WoWQ

V,M --Uin/l - - - cos(-i ---sin у)

i WA I

где WA I - модуль волнового сопротивления антенны;

Wf, волновое сопротивление вакуума;

; - начальная фаза антенны.

Определение диэлектрический свойств незамороженной биоткани производится путем изменения полного коэффициента отражения п. при и вычисления /ЕЗ:

0

5

0

5

0

5

v n

.. N l CrL3 U

7i,3 +

Диэлектрические свойства заморожен- ой т,т,и можно считать известными, имеющими малый разброс по величине, т.е. для частоты зондирования при известных

4

П t . легко рассчитываются величины П2, гг тем самым определяется и h по формуле. При этом возникающая из-за погрешностей измерения и несовершенства модели комплексность может быть исключена согласно опытному критерию, например, путем вычисления толщины замороженного слоя как h. Зятем вводится поправочный коэффициент, определенный на основе экспериментальных данных и занисящий для фиксированной частоты измерения только от h. Для достижения необходимой глубины замораживания необходимо, измеряя h в реальном времени, останавливать процесс при достижении ьелил-ины hjd.n, соответствующей заданной глубине замораживания.

Устройство содержит антенну 1, измери- комплексных коэффициентов отражения (ИК.КО). блокЗугравленин, криохирургический аппарат (КА) 4. криоинструмент 5, причем-вы- ход антенны подключен к измерителю 2 комплексных коэффициентов отражения, выход которого соединен с входом блока 3 управления, выход которого соединен с КА 4, к которому подключен кпиоичструмент 5.

Блок 3 управления состоит из блока 6 цифровой обработки и периферийного бло ка 7

Блок 6 цифровой обработки содержит центральный процессорный элемент (ЦПЭ) 8, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) Ч оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 10 системную шину 11 программируемый последовательно параллельный интерфейс (ППИ) 12 контроллер пе птаю- щего устройства (КПУ) 13 печатающее устройство (Г1У) 4 контроллер клавиатуры (КУ) 15, клавиатуру 16 контроллер графического дисплея (I1 ГД) 17 графи (ескии дисплей (ГД) 18

Периферийный б ток 7 содержит знало го цифровой преобразователь (ЛЦП) 19 цифроанапоговые преобразователи (ЦАП 1) 20 (ЦАП 2) 22 усилители (У 1) 21 (У2) 23 В ручке криоинсгрумента 5 вмонтирорано ус тройство управленца (УУ) 2х содержащие кнопки для включения устройства в рржим замораживания и экстренной остановки операции (экстренный отогреп)

Под тестированирм понимается про стая проверка работоспособности основ ных узлов устройства проверяется работа (ПЗУ) 9 (03V) 10 и правильно 1, затылки управляющего слова о аналогов и блок

Для задания режима работы н обходи мо указать тоебуемую глубину замораживания скорость зэмпражившия время выдержки посте выходт на ремгч скорость опаивания

Криоинструмен15 iiiufvy l и антенну 1 размгщс Ю контакт и с 6а icn ю подлежащей воздействию пода м ко манды Начало операции происходит шме р е н и е комппексного к о т ф 4 и ц н т а отражения СВЧ Ь ююм ИККО 2 прообразе вание пол/ценных данных р цифрор /ю фор му в АЦП 19 и запись чепез ПП. i 2 г, О ЗУ 10 где происходит вычисленир залегания фазового перехода МРХД заморо женными и не замороженными тканями ЦПЭ 8 с помощью резидентной программы записанной в M3V S и сравнение с задан ной глубиной Рели выполняется условие tbdfl hpa-4 д Три ч то накриоинсгр/мент 5 через ППИ 12 (ЦАП2) 22 (У2) 23 КА 4 копадется команда для дагс, охлаж дения по программе Если выполняется условие Г1зад5: Г)расч Тэод Ч агч ТО ПОДаРТСЯ

команда поддержи ия заданной глубины замораживания з счет периодического из менения скорости подачи хладагента в кри- оинструмет Если выполняется условие 1зэд Э: Грасч то подаете я команда npet раще ния операции и выдачи протокола операции

на печать, а затем общая команда Останов Расчетное время устанавливается исходя из практического опыта с ориентировочно заранее известным темпом замораживания,

либо устанавливается от момента достижения заданной глубины замораживания.

Пеоед криохирургической операцией посредством клавиатуры врач задает необходимую глубину промораживания, скоро0 сть замораживания и время выдержки Кроме того вводят необходимую информацию о больном

Криоинсгрументом 5 и антенна 1 приводятся в плотный контакт с тканями больно5 го подлежащими криовоздействию Через (УУ) 24 производится подача команды начало операции В начале происходит измерение величины комплексного коэффициента отражения СВЧ щ от тканей подлежащих

0 криовоздеиствию и расчет их диэлектрических свойств по формуле Затем по заданной программе начинается процесс замораживания Программно запоминаются частоты на которых появляются экстре5 мумы коэффициента стоячей волны и при появлении второго и последующего экстремумов производится вы шгление толщины замороженного спс а

A

Uvj,,

0

4 h п 2 3 ,

где h0 глубина меотвои ю тн очоеделяе мая как и пел величина ко пог е фикси роьаш,я второго экстремума п номер эксгрем мз

ГТ1ГИ 14 при Тс М Р 1НОДИТСЯ 16Ку

IJ it ше1л/бип1 n° i чнич фазовгго перехода ме д/ п -ооиж i ными и рож ннмми гканя|Щ При / остижении тре

буемор inv6niibi антомати ески подаотс команда HU поддержание заданного режима и времени рыдгр i чи По окончании времен - выдержки выполняется команда РЬКЛ чения операции Ппл ни цикл криовозд. ( тяия зпканчичаг гс вь t i4jn на почать поотокота операции

Формула изобретение) 1 Способ контроля и управления криохирургическим воздеистьиег 1 заключню

щийся в том что задают глубину зоны криовоздеистс ия и автомэтич 5ски регулируют подачу хладагента в криоинструмент о т- л и чающийся :ем что с целью обеспечения неинваэивности агравмзтичносги

контроля (.окоащения времени операции, зону криовоздеиствия облучают электромагнитной сверхвысокой частоты определяют комплексный коэффициент отражения (модуль и фазу) от биотканей до заморах инэния по которое, рассчитывают

диэлектрические свойства биотканей, в процессе замораживания периодически измеряют комплексный коэффициент отражения и по изменению фазы изменяющейся части коэффициента отражения вычисляют глубину h замораживания по формуле

( -уо )-- -,-J- 4-тг v| PJ |

где р0 начальная фаза изменяющейся части комплексного коэффициента отражения:

р - текущее значение изменяющейся части комплексного коэффициента отраже ния, измеряемое периодически в процессе замораживания;

К- коэффициент пропорциональности,

А- длина волны

l% I -- модуль диэлектрической проницаемости замороженной среды

2.Способ поп. ;,отличающийся тем, что измеряют комплексный коэффициент отражения на двух или двух более частотах, определяют глубину замораживания hi,..hn на каждой частоте, а точное значение глубины вычисляют по формуле

к- ,/

h vhi Ч Ил l ; .,

3.Способ по пп л 7, о г л и ч а ю щ и и с я тем, что в принято замораживания запоминают частоты но которых появляются экстремумы модуля коэффициента отражения, и при появлении последующих экстре мумов вычисляю толщину замороженного слоя биотканей по формуле

А

h4V,

- П I t Г|П , II

где h0 толщина мертвой зоны, n - номер эь стоемума

4. Устройство для контроля и управления криохирургическим воздействием, содержащее последовательно соединенные крчоинструмент, криохирургический аппарат и блок управления, к второму входу которого подключен датчик, отличающее- с я тем, что, с целью обеспечения неинва- эивносги, атравматичности контроля, сокращения времени и повышения качества

операции, датчик выполнен в виде измерителя комплексных коэффициентов отражения и антенны, а блок управления - в виде блока цифровой обработки и периферийного блока.

5 Устройство по п 4, о т л и ч а ю щ е ес я гем, что блок цифровой обработки содержит центрапьный процессорный элемент, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство,

последовательно-параллельный интерфейс, контроллер печатающего устройства, контроллер клавиатуры и контроллер графического дисплея, объединенные через вход-выход системной шиной, а также печатающее устройство клавиатуру и графический дисплей, которые соединен ы с соответствующими контроллерами.

6 Устройство поп 5, о т л и ч а ю щ е е- с я тем. что периферийный блок содержит

аналого-цифровой преобразователь, два цифроаналоговых преобразователя и двауси- пителя, причем вход анзлою-цифрового пре- обрз.ювателя соединен с выходом измерителя комплексных коэффициентов отражения, а выход - с последовательно-параллельным интерфейсом второй и третий выходы ;oi opoi о подключены соответственно к пер- nrjr/v и второму цифроэналоговым преобрази в а г е л я м, выходы которых через

0 соотве гетрующие усилители соединены с fриохирургическим аппаратом

Изобретение относится к медицинской технике и позволяет создать неинвазив ность, атравматичность контроля сокрашть время и повысить качество операции Для осуществления способа задают глубину зо Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для контроля и управления криохирургическим воздействием. Целью изобретения является обеспече ние неинвазивного, атравматично о контроля сокращение времени и повышение качества операции На фиг. 1 изображено устройство конт роля и управления криохирургическим воз действием на фиг 2 - блок управления, на фиг. 3 - упрощенный алгоритм работы устройства ны криовоздействия и автоматически регулируют подачу хладагента в криоинстру- мент Зону криовоздействия облучают электромагнитной энергией сверхвысокой частоты, определяют коэффициент отражения от биотканей до замораживания, по которому рассчитывают диэлектрические свойства биотканей В процессе замораживания запоминают частоты, на которых появляются экстремумы коэффициента стоячей волны и по появлению второго и последующих экстремумов вычисляют тол щину замороженного слоя биотканей В ус тройстве сигнала от блока упрэпления (БУ) через измеритель комплексных коэффици ентов отражения поступает на антенну, с которой отраженный сигмам чсрьз измеритель поступает на BV выдающие управляю щие сигчспы через криохирургический аппарат нч криоииструмент Подачей хладагента криоинстр/менгу упоавляет БУ по программе заложенной в нег о. по вводимой врачом информации и по сигналам обратном связи с измерителя 3 з п ф-лы 3 ил Способ заключается в определении глубины залегания разового перехода, разделяющего замороженную и незамороженную гкани посредством измерения коэффициента отражения от него электромагнитной энергии в диапазоне сверхвысоких частоты, регистрации попученмых показаний и вы делений глубины ззтегания фазового перехода на основании изменений диэлектрических свойств тканей подлежащих замораживанию а за гем формировании сигнала управле ния криовоздействием цифровым методом Для плоскопчраллельной модели антенна замороженная биоткань незамороженto VI о го о

Фиг,}