RU218785U1 - Термометрический инструмент для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к термометрическим приборам, а именно к устройствам, сопутствующим медицинской технике, предназначенной для применения неинвазивного энергетического воздействия на анатомические структуры по технологии HIFU в процессе лабораторного исследования. Упрощение конструкции термометрического инструмента, предназначенного для измерения температуры в зоне HIFU-излучения, обеспечивается за счет того, что на дистальном участке средства введения с помощью вставки зафиксирован спай термопары, а проксимальный конец оснащен вкладышем для фиксации электрических выводов термопары на проксимальном конце средства введения, которые соединены припоем с платой аналогово-цифрового преобразователя с возможностью присоединения к вычислительному устройству через интерфейс USB. Представленная конструкция обеспечивает фиксацию электродов в инструменте, удобный ввод термопары в ткани, точное измерение температуры в зоне HIFU-излучения в лабораторных условиях и настройку неинвазивных ультразвуковых приборов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к термометрическим приборам, а именно к устройствам, сопутствующим медицинской технике, предназначенной для применения неинвазивного энергетического воздействия на анатомические структуры по технологии HIFU в процессе лабораторного исследования.

Терапия с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) является одним из наиболее перспективных неинвазивных методов лечения в том числе опухолевых заболеваний, сопровождающихся поражением и патогенным изменением клеток, а также перспективный метод для обеспечения неинвазивной и инвазивной окклюзии сосудов и гемостаза при кровотечениях. Применение сфокусированного интенсивного ультразвукового излучения призвано сократить хирургическое вмешательство и уменьшить время восстановления пациента. HIFU-абляция вызывает разрушение клеток в зоне воздействия, однако сильное излучение способно вызвать разрушение не только клеток в области фокусировки ультразвука, но и клеток, расположенных в области, окружающей участок воздействия. При разработке и перед использованием высокоинтенсивного ультразвукового излучателя с целью безопасного и эффективного применения прибора возникает необходимость в настройке и калибровке оборудования и определения критических температур в тканях, подвергаемых воздействию высокоинтенсивного излучения.

В современной медицине прослеживается тенденция применения неинвазивных методов термометрии, включая инфракрасную, радиочастотную и акустическую, позволяющие измерить температуру выбранной области. Такие методы измерения подвержены искажениям под влиянием таких факторов, как например, изменение плотности промежуточных тканей, искажающие подаваемые сигнал. Наиболее точным методом неинвазивного измерения в процессе профилактического обслуживания и оценки риска системы лечения температуры является магнитно-резонансная томография. Однако этот метод до сих пор остается самым дорогостоящим из известных и технически сложным, особенно для проведения лабораторных исследований.

Наиболее простым и точным способом измерения температуры является термический зонд, который возможно подать непосредственно в очаг патологически изменённых тканей.

Кроме того, высокоинтенсивный излучатель зачастую для генерации излучения высокой интенсивности требует высокой мощности источника напряжения, а, следовательно, большой расход энергии, который может быть уменьшен за счет установки оптимального режима использования HIFU прибора.

Возможность измерения температуры с помощью термопары представлена в документе US6916290 «In situ tumor temperature profile measuring probe and method». Для этого предлагается усовершенствованный измерительный зонд для измерения профиля температуры опухоли in situ «на месте», конструкция которого включает удлиненный стержень с парой противоположных концевых частей, содержащий общий электрический ввод, проходящий под внешним изолирующим слоем стержня между противоположными концевыми частями стержня и расположенный в контакте с выполненными на поверхности стержня отверстиями. В каждом отверстии сформирован термодатчик с возможностью приема электрического входного сигнала от общего электрического ввода для измерения температуры биологического материала и генерации электрического выходного сигнала, коррелирующего с измеренной температурой, поступающего от каждого термодатчика через множество электрических выводов на средство сбора выходных сигналов.

Измерительный зонд включает удлиненный стержень, который представляет собой полую иглу, вводимую в биологический материал, например, в опухоль молочной железы или в окружающую ее ткань. Введенная полая игла либо принимает измерительный зонд, либо уже содержит измерительный зонд, вставленный через ее внутренний канал. Игла направляет один конец стержня измерительного зонда в биологический материал. Затем полая игла отводится от биологического материала вдоль измерительного зонда, после чего измерительный зонд остается в контакте с биологическим материалом с помощью тепловых датчиков в известных разнесенных участках в биологическом материале. Расположение датчиков в последовательном порядке позволяет измерить температуру в нескольких равноудаленных участках и сформировать температурный профиль.

Недостаток указанного устройства состоит в том, что термодатчики, по сути, утоплены в поверхности зонда, что не обеспечивает полноценного контакта биологического материала и измерительного зонда. Каждый из выполненных термодатчиков представляет собой термопару медь-константан, которая отличается относительно высокой теплоемкостью, а выполненный из металла стержень может внести искажения при измерении температуры.

Таким образом, технической задачей является повышение надежности фиксации термодатчика в средстве введения во время высокоинтенсивного сфокусированного ультразвукового воздействия.

Решение технической задачи обеспечивается за счет того, что термометрический инструмент для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU включает средство введения с противоположными друг другу проксимальным концом и дистальным концом с выполненным под углом срезом, термопару, расположенную в полости средства внедрения, а также электрические выводы термопары, соединенные припоем с платой аналогово-цифрового преобразователя, при этом дистальный конец средства введения содержит вставку для фиксации спая термопары на дистальном конце средства введения, а проксимальный конец оснащен вкладышем для фиксации электрических выводов термопары на проксимальном конце средства введения.

Технический результат – обеспечение надежной фиксации выводов термопары на дистальном и проксимальном концах в полости средства введения, что позволяет улучшить механическое соединение термопары в термометрическом инструменте.

Более подробное описание термометрического инструмента для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU сопровождается следующими изображениями:

Фиг.1 – Общая схема устройства термометрического инструмента для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU, включающего средство введения 1 с дистальным концом 2 и проксимальным концом 3, термопару 4, электрические выводы термопары 5, блок преобразователя АЦП 6 с возможностью присоединения к вычислительному устройству; дистальный конец 2 средства введения 1 подведен к зоне воздействия HIFU-излучения 7.

Фиг.2 – Изображение средства введения термопары.

Термометрический инструмент для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU, изображенный на фигуре 1, состоит из средства введения 1, которое представляет собой полую трубку, выполненную из неметаллического материала, первый дистальный конец 2 которой представляет собой скошенный край, а второй противоположный проксимальный конец 3 имеет сквозной выход. Внутри полой трубки средства введения 1 располагается термопара 4 в виде изолированных друг от друга изолирующей оболочкой электрических выводов, концы которых спаяны друг с другом, при этом в полости дистального участка средства введения 1 вставка 21 несет на себе спай термопары 41, так что спай 41 располагается поверх вставки 21, а проксимальный конец 3 оснащен держателем 32 и содержит электрические выводы термопары 42, зафиксированные в полости проксимального участка средства введения с помощью вкладыша 31; электрические выводы термопары 5 соединены припоем с платой аналогово-цифрового преобразователя 6 с возможностью присоединения к вычислительному устройству через интерфейс USB.

Термометрический инструмент работает следующим образом.

С помощью устройства ультразвуковой диагностики осуществляется визуализация для определения области исследования и воздействия высокоинтенсивным HIFU-излучением с выводом изображения на дисплей вычислительного устройства. В выбранный участок ткани вводится предварительно подготовленное средство введения термопары 1, представляющее собой полую сквозную трубку, дистальный конец 2 которой имеет скошенный край и содержит вставку 21, через которую пропущен конец термопары 4 со спаем 41, а в полость проксимального участка 3 вложен вкладыш 31 для фиксации термопары 4 в полости проксимального участка 3 средства введения термопары 1. Введение средства введения термопары 1 в участок ткани сопровождается визуализацией, создаваемой с помощью ультразвукового излучения с выводом изображения исследуемой области ткани на дисплей и вводимым термометрическим инструментом, при этом средство введения 1 вместе с термопарой 4 остается в исследуемом участке ткани на протяжении всего процесса измерения температуры и ультразвукового HIFU-излучения. Расположение спая 41 термопары в полой трубке средства введения 1 выбирается таким образом, чтобы обеспечить непосредственный контакт спая с биологическим материалом в зоне воздействия HIFU-излучения 7 и непосредственно в фокусе HIFU-излучения.

Таким образом, данная конструкция обеспечивает удобный ввод термопары 4 в ткани с учетом малой жесткости проводов термопары, и толщины проводов порядка 0,08 мм. Фиксация электрических выводов термопары в полости средства введения 1 обеспечивается за счет того, что конец проводов термопары представляет собой спай 41, диаметр которого превышает диаметр силиконовой вставки, так что спай термопары оказывается выдвинутым из полости трубки на ее первом конце для обеспечения контакта с исследуемой и тканью в зоне воздействия HIFU-излучения 7.

В качестве материала одного из электродов термопары 4 используется сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Cr), а для другого алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co), обеспечивающие погрешность преобразования температуры не более 0,2 ºС. Термопара хромель-алюмель с заключенными в изолирующую оболочку электродами, в отличие от полупроводниковых терморезисторов, не разрушается в фокусе действия ультразвука. В отличие от металлических терморезисторов термопара более миниатюрна: диаметр проволоки 0,08 мм, диаметр спая 0,3 мм. Такие размеры меньше длины ультразвука λ= 0,75 мм, поэтому термопара не оказывает существенное влияние на распределение ультразвукового поля в объекте.

Средство введения 1 выполняется из термически и химически инертного материала с целью исключения дополнительного термического воздействия на термопару, например, из биосовместимых полиэфирэфиркетона, политетрафторэтилена, полиимида, полиэфирблокамида. Дистальный конец 2 средства введения 1 является скошенным, по существу представляя собой иглу для введения термопары 4, а другой конец, проксимальный 3, оснащен держателем 32 и содержит электрические выводы термопары 5, зафиксированные в полости проксимального участка средства введения с помощью вкладыша 31, выполненного из упруго-эластичного материала, например, резины. Электрические выводы 5, в свою очередь, соединены с блоком преобразования сигналов 6, а именно, с микроконтроллером аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и далее через USB-интерфейс для регистрации и обработки полученных данных на электронном вычислительном устройстве, например, компьютере.

Наличие на проксимальном конце средства введения держателя 32 позволяет контролировать угол поворота средства введения 1 при расположении его дистального конца 2 в излучаемой области, что также сопровождается визуализацией с помощью ультразвукового излучения с выводом изображения исследуемой области ткани на дисплей вычислительного устройства. Держатель 32, в свою очередь, выполнен в виде последовательно и соосно соединенных вместе конусной втулки и цилиндрической втулки, например, методом литья, воедино с трубкой средства введения 1, и тем же методом на цилиндрической втулке противоположно друг другу выполнены пластинчатые выступы для захвата и направления средства введения 1. Правильное расположение средства введения 1 в исследуемой ткани, а именно спая 41 термопары по отношению к фокусу HIFU-излучения с обеспечением непосредственного контакта спая 41 термопары с излучаемым биологическим материалом, позволяет регистрировать наиболее точную температуру в области HIFU-излучения. Перемещение спая термопары 41 в зоне воздействия HIFU-излучения позволяет регистрировать ряд измерений, например, при движении от фокуса HIFU-излучения к периферийной области.

Полученные данные могут использоваться для построения точного температурного профиля и зависимостей между мощностью HIFU-излучения и температурой исследуемой области, с внесением минимума поправок. Другими словами, предложенное устройство также может быть использовано для калибровки неинвазивных температурных измерителей для повышения точности их работы в процессе экспериментального применения.

Claims (6)

1. Термометрический инструмент для лабораторных исследований в зоне воздействия HIFU, включающий средство введения, представляющее собой полую сквозную трубку с противоположными друг другу проксимальным концом и дистальным концом с выполненным под углом срезом, термопару, расположенную в полости средства введения, а также электрические выводы термопары, соединенные припоем с платой аналогово-цифрового преобразователя с возможностью присоединения к вычислительному устройству, отличающийся тем, что термопара выполнена в виде изолированных друг от друга изолирующей оболочкой электрических выводов, концы которых спаяны друг с другом, дистальный конец средства введения содержит вставку для фиксации спая термопары на дистальном конце средства введения, причем спай термопары располагается поверх вставки, а проксимальный конец средства введения оснащен держателем и содержит электрические выводы термопары, зафиксированные в полости проксимального участка средства введения с помощью вкладыша, диаметр спая термопары превышает диаметр вставки, так что спай термопары оказывается выдвинутым из полости средства введения на его дистальном конце, держатель выполнен в виде последовательно и соосно соединенных вместе методом литья конусной втулки и цилиндрической втулки воедино с трубкой средства введения, и методом литья на цилиндрической втулке противоположно друг другу выполнены пластинчатые выступы.

2. Термометрический инструмент по п.1, в котором один из электродов термопары выполнен из сплавов хромели, а другой из алюмели.

3. Термометрический инструмент по п.1, в котором средство введения термопары выполнено из неметаллического материала.

4. Термометрический инструмент по п.1, в котором вставка выполнена из неметаллического материала.

5. Термометрический инструмент по п.1, в котором вставка несет на себе спай термопары.

6. Термометрический инструмент по п.1, в котором вкладыш выполнен из упруго-эластичного материала, например резины.

Images