RU2613431C2

RU2613431C2 - Device for energy impact on anatomical structures

Info

Publication number: RU2613431C2
Application number: RU2015123490A
Authority: RU
Inventors: Александр Ефимович Беркович; Андрей Арнольдович Бурсиан; Андрей Николаевич Волков; Андрей Владимирович Козлович
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-03-16
Also published as: RU2015123490A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to field of medical equipment, namely to means for energy impact on the zone of ablation of anatomical structures. Device includes container in form of glass filled with contact liquid and closed by means of flexible membrane-applicator, inside which acoustic unit, consisting of coaxially place exoprobe and spherical emitter, is located. Acoustic unit travels by means of manipulator system which contains three links, with the links being placed inside container, being located around acoustic unit at equal angular distance and each connecting acoustic unit with glass bottom by means of hinge.

EFFECT: application of the invention makes it possible to increase accuracy of targeting at ablation zone.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники, предназначенной для энергетического воздействия на анатомические структуры в широком понимании этого определения.The invention relates to the field of medical equipment intended for energy impact on anatomical structures in the broad sense of this definition.

В описании изобретения в качестве примерного объекта энергетического воздействия, т.е. анатомической структуры, избраны варикозно измененные вены.In the description of the invention as an exemplary object of energy impact, i.e. anatomical structure, varicose veins were selected.

Идея энергетического воздействия на стенку вены с целью прекращения в ней кровотока не является новой. Электрокоагуляцию варикозно расширенных вен начали применять еще в 50-х годах прошлого столетия. Эндоваскулярная электрокоагуляция (ЭВЭК) как способ выключения из кровообращения варикозно измененных вен была внедрена в практику в 1959 г. Вместо удаления вены был предложен механизм воздействия, вызванный электродом ожог вены, что через стадию асептического воспаления приводит к рубцеванию вены. Говоря об уменьшении сложности и травматичности электрохирургического вмешательства по сравнению с сафенэктомией, следует отметить также нередкое развитие таких осложнений, как появление глубоких ожогов тканей даже в стороне от места коагуляции и, значительно выраженную, воспалительную реакцию по ходу коагулированной вены. В настоящее время этот способ редко применяется в клинической практике в связи с частыми рецидивами, осложнениями (электроожоги, грубый фиброз) и неудовлетворительными косметическими результатами.The idea of energetic action on a vein wall in order to stop blood flow in it is not new. Electrocoagulation of varicose veins began to be used back in the 50s of the last century. Endovascular electrocoagulation (EVEC) as a way to turn off varicose veins from the blood circulation was put into practice in 1959. Instead of removing the vein, a mechanism of action caused by a vein burn electrode was proposed, which leads to scarring of the vein through the aseptic inflammation stage. Speaking about the reduction in the complexity and trauma of electrosurgical intervention compared with safenectomy, one should also note the frequent development of such complications as the appearance of deep tissue burns even away from the coagulation site and a significantly pronounced inflammatory reaction along the coagulated vein. Currently, this method is rarely used in clinical practice due to frequent relapses, complications (electric burns, severe fibrosis) and unsatisfactory cosmetic results.

Известен также другой вариант термической деструкции вены - интравазальный термолиз. Механизм радиочастотной окклюзии (РЧО) вены заключается в термическом повреждении ее стенки под воздействием электромагнитного излучения определенной частоты. Результатом этого является тромботическая окклюзия вены, стенка которой подвергается фиброзу, а диаметр ее резко уменьшается. Комбинация этих факторов обеспечивает надежную окклюзию и фиброзную трансформацию вены.Another variant of thermal destruction of a vein is also known - intravasal thermolysis. The mechanism of radiofrequency occlusion (RFO) of a vein is the thermal damage to its wall under the influence of electromagnetic radiation of a certain frequency. The result is a thrombotic occlusion of a vein, the wall of which undergoes fibrosis, and its diameter decreases sharply. The combination of these factors provides reliable occlusion and fibrous transformation of the vein.

Методика РЧО следующая. После пункции большой подкожной вены на голени в нее помещают специальный катетер с циркулярным электродом на конце, который проводят до верхней трети бедра. После максимального опорожнения вены катетер извлекают со скоростью 2,5-3 см/мин, при этом электрод индуцирует в мышечном слое вены температуру 85°C, что приводит к окклюзии сосуда. Весьма существенным недостатком РЧО является высокая стоимость катетера с электродом однократного использования и стоимость самой процедуры, оцениваемая суммой приблизительно в 3500 долларов США). Однако, несмотря на это, известные материалы по применению РЧО свидетельствуют о несомненной эффективности этой технологии [Хилл К.Р. Применение энергетических воздействий в медицине. Физические основы. М.: Мир, 1989, с. 568].The RFL methodology is as follows. After a large saphenous vein is punctured on the lower leg, a special catheter with a circular electrode at the end, which is carried out to the upper third of the thigh, is placed in it. After maximum emptying of the vein, the catheter is removed at a speed of 2.5-3 cm / min, while the electrode induces a temperature of 85 ° C in the muscle layer of the vein, which leads to vessel occlusion. A very significant disadvantage of RFW is the high cost of a single-use catheter and the cost of the procedure itself, estimated at approximately $ 3,500). However, despite this, well-known materials on the use of RFO indicate the undoubted effectiveness of this technology [Hill K.R. The use of energy in medicine. Physical fundamentals. M .: Mir, 1989, p. 568].

Одним из последних достижений в лечении варикозной болезни нижних конечностей является применение высокоэнергетических лазеров. Механизм селективной фотокоагуляции заключается в избирательном поглощении различными компонентами биологических тканей лазерной энергии определенной длины волны, что приводит к их избирательному разрушению без нанесения ущерба окружающей ткани.One of the latest advances in the treatment of varicose veins of the lower extremities is the use of high-energy lasers. The mechanism of selective photocoagulation consists in the selective absorption by the various components of biological tissues of laser energy of a certain wavelength, which leads to their selective destruction without damaging the surrounding tissue.

Применение лазеров для эндоваскулярной коагуляции и абляции сосудов нижних конечностей в качестве инструмента операции оправдано минимальной хирургической агрессией и максимальной косметичностью. Лазерный метод надежно заменяет традиционную сафенэктомию в оперативном лечении. Имеется реальная возможность снижения продолжительности стационарного лечения, уменьшения частоты и тяжести осложнений. С полным основанием лазерная методика относится к малоинвазивным методам лечения [Шевченко Ю.Л. и др. Лазерная хирургия варикозной болезни. М.: БОРГЕС, 2010, с. 370].The use of lasers for endovascular coagulation and ablation of the vessels of the lower extremities as an instrument of surgery is justified by minimal surgical aggression and maximum cosmeticity. The laser method reliably replaces traditional safenectomy in surgical treatment. There is a real possibility of reducing the duration of inpatient treatment, reducing the frequency and severity of complications. With good reason, the laser technique refers to minimally invasive methods of treatment [Shevchenko Yu.L. et al. Laser surgery of varicose veins. M .: BORGES, 2010, p. 370].

Стремление к использованию неинвазивных методов лечения привело к открытию широких возможностей фокусированного ультразвука высокой интенсивности в клинической и экспериментальной медицине. Среди этих возможностей нейрохирургия при воздействии через невскрытый череп, онкология, в том числе и при воздействии на ткани через грудную клетку, гипотермия опухолей, сенсибилизация и сонодинамическая терапия опухолей, лечение опухолей простаты, остановка кровотечений, влияние на сосуды и тромбы, повышение эффективности транспорта лекарственных веществ под действием ультразвука, обратимые изменения в нервных структурах под действием ультразвука, раздражение нервных структур. Сюда же относится применение фокусированного ультразвука в таких областях как офтальмология, кардиология, хирургия фибромиомы матки, липосакция, действие на кости, позвонковые диски и т.д.The desire to use non-invasive methods of treatment has led to the discovery of the wide possibilities of focused high-intensity ultrasound in clinical and experimental medicine. Among these possibilities are neurosurgery when exposed through an unopened skull, oncology, including when exposed to tissues through the chest, hypothermia of tumors, sensitization and sonodynamic therapy of tumors, treatment of prostate tumors, stopping bleeding, effects on blood vessels and blood clots, increasing the efficiency of drug transport substances under the action of ultrasound, reversible changes in the nervous structures under the influence of ultrasound, irritation of the nervous structures. This also includes the use of focused ultrasound in areas such as ophthalmology, cardiology, surgery for uterine fibroids, liposuction, effects on bones, vertebral discs, etc.

Все перечисленные применения связаны с возможностью создания в заданных глубоких структурах организма локальных разрушений, не сопровождающихся поражением окружающих тканей. Механизм этих разрушений чаще всего связан с тепловым действием ультразвука. Если энергия ультразвука в фокальной области достаточно велика, то температура в фокусе может быстро возрасти на 20 градусов и более. Если такое повышение температуры будет поддерживаться в течение нескольких секунд, то тепловая доза может оказаться достаточной, чтобы привести к разрушению клеток и тканей. Возможны также разрушения, создаваемые с помощью кавитационного механизма воздействия, сопровождающего ультразвуковое воздействие [Гаврилов Л.Р. Фокусированный ультразвук высокой интенсивности в медицине. М.: ФАЗИС, 2013, с. 309].All of these applications are associated with the possibility of creating local destructions in predetermined deep structures of the body that are not accompanied by damage to surrounding tissues. The mechanism of these destruction is most often associated with the thermal effect of ultrasound. If the energy of ultrasound in the focal region is high enough, then the temperature in focus can quickly increase by 20 degrees or more. If such an increase in temperature is maintained for several seconds, then the heat dose may be sufficient to lead to the destruction of cells and tissues. Destruction is also possible, created with the help of the cavitation mechanism of influence accompanying the ultrasonic effect [Gavrilov L.R. High intensity focused ultrasound in medicine. M .: FAZIS, 2013, p. 309].

Известно устройство энергетического воздействия на анатомические структуры, описанное в SU 728844 и представляющее собой сферический излучатель, расположенный в корпусе, который, в свою очередь, смонтирован на стереотаксическом основании, выполненном из упруго-эластичного материала. Устройство предназначено для выключения глубоких структур мозга фокусированным ультразвуком.A device for energetic influence on anatomical structures is known, described in SU 728844 and which is a spherical emitter located in a housing, which, in turn, is mounted on a stereotactic base made of an elastic material. The device is designed to turn off the deep structures of the brain by focused ultrasound.

Недостатком устройства является сложность заполнения контактной жидкостью пространства между излучателем и поверхностью биологического объекта, в частности, кожного покрова черепа испытуемого животного.The disadvantage of this device is the difficulty of filling with contact liquid the space between the emitter and the surface of the biological object, in particular, the skin of the skull of the test animal.

Конструкция другого аналога (RU 2086178) лишена недостатка первого аналога за счет того, что сферический излучатель установлен в контейнере, выполненным в виде стакана, открытая часть которого перекрыта гибкой мембраной-аппликатором. Полость стакана постоянно заполнена контактной жидкостью.The design of another analogue (RU 2086178) is devoid of the disadvantage of the first analogue due to the fact that the spherical emitter is installed in a container made in the form of a glass, the open part of which is covered by a flexible membrane applicator. The cavity of the glass is constantly filled with contact fluid.

Недостатком этого аналога является необходимость во время его использования применения отдельной диагностической аппаратуры в виде ультразвукового эхозонда, т.е. излучатель и эхозонд используются раздельно и независимо друг от друга.The disadvantage of this analogue is the need, during its use, to use separate diagnostic equipment in the form of an ultrasonic echosonde, i.e. the emitter and the echosonde are used separately and independently of each other.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано устройство для энергетического неинвазивного воздействия на анатомические структуры, в котором для диагностических и терапевтических целей использован ультразвук [RU 2050862]. Это устройство включает контейнер, выполненный в виде стакана, открытая часть которого перекрыта гибкой мембраной-аппликатором. Внутри стакана смонтирован неподвижно относительно боковой стенки акустический блок, включающий диагностический прибор - эхозонд и терапевтическое средство в виде сферического излучателя, обеспечивающего концентрацию ультразвуковой энергии в фокальной области и электрически связанного с соответствующим генератором. Эхозонд и излучатель установлены коаксиально с возможностью перемещения эхозонда относительно общей оси симметрии, совпадающей с их общей акустической осью. Акустический блок помещен в контактную жидкость, полностью заполняющую стакан.As a prototype of the invention, a device for energetic non-invasive action on anatomical structures was selected, in which ultrasound was used for diagnostic and therapeutic purposes [RU 2050862]. This device includes a container made in the form of a glass, the open part of which is covered by a flexible membrane-applicator. An acoustic unit is mounted motionlessly relative to the side wall inside the glass, including a diagnostic device - an echosonde and a therapeutic tool in the form of a spherical emitter that provides the concentration of ultrasonic energy in the focal region and is electrically connected to the corresponding generator. The echosonde and emitter are installed coaxially with the possibility of moving the echosonde relative to the common axis of symmetry, coinciding with their common acoustic axis. The acoustic unit is placed in a contact fluid that completely fills the beaker.

Недостатком описанного устройства является то, что наведение фокальной области на зону абляции (коагуляции) осуществляется вручную путем перемещения контейнера, а значит и связанного с ним излучателя. Если учесть, что зона абляции представляет собой некий объем, а фокальная область - объем, по меньшей мере, на порядок менее зоны, то перемещение фокальной области должно осуществляться в пространстве по трем координатам, отслеживаемом на мониторе диагностического прибора. Таким образом, процесс наведения происходит путем ручного манипулирования контейнером, постоянно опирающегося на поверхность объекта посредством условного «плавающего шарнира», образованного совокупностью и совместной деформацией гибкой мембраны-аппликатора и контактной жидкости, заполняющей полость стакана.The disadvantage of the described device is that the guidance of the focal region on the ablation (coagulation) zone is carried out manually by moving the container, and hence the associated emitter. If we take into account that the ablation zone is a certain volume, and the focal region is the volume, at least an order of magnitude smaller than the zone, then the focal region should be moved in space in three coordinates, tracked on the monitor of the diagnostic tool. Thus, the guidance process occurs by manually manipulating the container, constantly resting on the surface of the object by means of a conditional “floating hinge” formed by the combination and joint deformation of a flexible applicator membrane and contact fluid filling the glass cavity.

Ручное манипулирование контейнером устройства при его использовании значительно снижает точность наведения фокальной области на зону абляции, а значит и качество проводимого терапевтического применения.Manual manipulation of the device container during its use significantly reduces the accuracy of pointing the focal region to the ablation zone, and hence the quality of the therapeutic application.

Таким образом, задачей изобретения является повышение точности наведения фокальной области на зону абляции и, как следствие, улучшение качества терапевтического процесса. Thus, the object of the invention is to increase the accuracy of pointing the focal region to the ablation zone and, as a result, improve the quality of the therapeutic process.

Поставленая задача решается за счет того, что в устройстве для энергетического воздействия на анатомические структуры, включающем контейнер в виде стакана, заполненного контактной жидкостью и закрытого с помощью гибкой мембраны-аппликатора, внутри которого смонтирован акустический блок, состоящий из расположенных коаксиально эхозонда и сферического излучателя, в контейнер введена манипуляторная система, образованная по меньшей мере тремя звеньями, расположенными вокруг акустического блока и связывающими его посредством шарниров с днищем стакана, при этом каждое звено выполнено в виде привода возвратно-поступательного перемещения. Звенья манипуляторной системы расположены на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга и каждое из них выполнено в виде актюатора.The problem is solved due to the fact that in the device for energetic impact on the anatomical structures, including a container in the form of a glass filled with contact liquid and closed with a flexible applicator membrane, an acoustic unit is mounted inside it, consisting of a coaxial echosonde and a spherical emitter, a manipulator system is introduced into the container, formed by at least three links located around the acoustic unit and connecting it through hinges with the bottom of the glass, with each link made in the form of a reciprocating drive. The links of the manipulator system are located at the same angular distance relative to each other and each of them is made in the form of an actuator.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что корпус устройства в процессе одновременного проведения диагностического и терапевтического применения находится в неподвижном состоянии, прижатым к объекту, а наведение фокальной области на зону абляции осуществляется манипуляторной системой вручную или по определенной программе с блока управления. Указанное обстоятельство обеспечивает повышение точности наведенияThe technical essence of the invention lies in the fact that the body of the device during the simultaneous diagnostic and therapeutic applications is stationary, pressed against the object, and the focal region is guided to the ablation zone manually or by a specific program from the control unit. This circumstance provides improved accuracy of guidance

На чертеже дано схематическое изображение устройства для энергетического воздействия на анатомические структуры.The drawing shows a schematic representation of a device for energetic effects on anatomical structures.

Устройство для энергетического воздействия на анатомические структуры содержит контейнер 1, выполненный в виде стакана 2 с днищем 3. Открытая часть стакана перекрыта гибкой мембраной-аппликатором 4. Во внутренней полости контейнера 1 установлен акустический блок 5, включающий коаксиально установленные эхозонд 6 и сферический излучатель 7 с постоянным фокусным расстоянием. Эхозонд 6 и излучатель 7 заключены в общий корпус 8, снабженный трубкой 9, предназначенной для размещения проводов электропитания и связи с внешними системами, в том числе и управления (не показаны). Трубка 9 пропущена через эластичную уплотняющую манжету 10, установленную в нижней части днища 3. Внутри контейнера 1 смонтирована манипуляторная система, представленная тремя, установленными на одинаковом угловом расстоянии, звеньями 11, каждое из которых представляет собой электрический привод возвратно-поступательного перемещения. Звенья 11 посредством шарниров 12 и 13 крепятся к днищу 3 и корпусу 8 соответственно. Электрический привод в каждом звене включает шаговый двигатель 14, шток 15 которого представляет собой ходовой винт, взаимодействующий с гайкой 16, закрепленной в полом корпусе 17, связанном посредством шарнира 13 с корпусом 8 акустического блока 5. Шарнир 12 является элементом корпуса шагового двигателя 14. Внутренняя полость контейнера 1 является герметичной и полностью заполнена контактной жидкостью 18, обеспечивающей минимальное сопротивление при прохождении через нее акустических волн. На чертеже фокальная область обозначена позицией 19.A device for energetic action on anatomical structures contains a container 1 made in the form of a glass 2 with a bottom 3. The open part of the glass is covered by a flexible membrane-applicator 4. An acoustic unit 5 is installed in the internal cavity of the container 1, including a coaxially mounted echo chamber 6 and a spherical emitter 7 s constant focal length. The echo chamber 6 and the emitter 7 are enclosed in a common housing 8, equipped with a tube 9, designed to accommodate power wires and communication with external systems, including control (not shown). The tube 9 is passed through an elastic sealing cuff 10 installed in the lower part of the bottom 3. Inside the container 1, a manipulator system is installed, represented by three links 11 installed at the same angular distance, each of which is an electric drive of reciprocating movement. Links 11 through hinges 12 and 13 are attached to the bottom 3 and the housing 8, respectively. The electric drive at each link includes a stepper motor 14, the rod 15 of which is a spindle screw interacting with a nut 16 fixed in a hollow housing 17 connected by a hinge 13 to the housing 8 of the acoustic unit 5. The hinge 12 is an element of the stepper motor housing 14. Internal the cavity of the container 1 is sealed and completely filled with contact fluid 18, which provides minimal resistance when acoustic waves pass through it. In the drawing, the focal region is indicated by 19.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Мембраной-аппликатором 4 контейнер 3 устанавливается на поверхности объекта энергетического воздействия, например нижней конечности пациента, имеющего диагноз варикозного расширения вен. Контейнер 3 фиксируется неподвижно на конечности с помощью любого известного средства, в частности эластичных ремней. Затем в работу включается диагностический ультразвуковой прибор, который своим эхозондом 6 находит паталогическую анатомическую структуру, т.е. вену. Выявленный паталогический очаг выводится на монитор прибора, после чего оператор включает в работу манипуляторную систему и с помощью управляющего органа (джойстика) перемещает акустический блок 5 к паталогическому очагу, на который проецирует фокальную область 19 сферического излучателя 7, включая его в работу. Сканируя фокальной областью 19 плоскостное (двухмерное) изображение очага на мониторе, путем раздельного или одновременного включения в работу звеньев 11, а точнее включения приводов возвратно-поступательного перемещения каждого из них, оператор осуществляет прижигание стенки кровеносного сосуда путем концентрации на ней энергии, сосредоточенной в фокальной области 19, с целью образования рубца, в конечном итоге перекрывающего кровоток в паталогически измененной вене.Membrane applicator 4, the container 3 is installed on the surface of the object of energy exposure, for example, the lower limb of a patient with a diagnosis of varicose veins. The container 3 is fixed motionless on the limbs by any known means, in particular elastic belts. Then, a diagnostic ultrasound device is included in the work, which, with its echosonde 6, finds a pathological anatomical structure, i.e. vein. The identified pathological focus is displayed on the monitor of the device, after which the operator switches on the manipulator system and, using the governing body (joystick), moves the acoustic unit 5 to the pathological focus on which the focal region 19 of the spherical emitter 7 projects, including it in operation. Scanning the focal region 19 with a planar (two-dimensional) image of the lesion on the monitor, by separately or simultaneously turning on the links 11, or rather turning on the reciprocating drives of each of them, the operator cauterizes the wall of the blood vessel by concentrating on it the energy concentrated in the focal region 19, with the aim of forming a scar, eventually blocking the blood flow in a pathologically altered vein.

Такой результат, в отличие от сафинэктомии, лазерной терапии и РЧА, достигается неинвазивно, т.е. без механического проникновения в анатомическую структуру (организм).This result, in contrast to safinectomy, laser therapy and RFA, is achieved non-invasively, i.e. without mechanical penetration into the anatomical structure (organism).

Действующий макет устройства для энергетического воздействия на анатомические структуры создан в Санкт-Петербургском политехнической университете Петра Великого. Испытания макета на анатомическом материале подтвердили его высокую эффективность как комплексного диагностического и лечебного средства неинвазивного энергетического воздействия на паталогические очаги различной этиологии.The current model of the device for energy impact on anatomical structures was created at the Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. Tests of the model on anatomical material confirmed its high efficiency as a comprehensive diagnostic and therapeutic tool for non-invasive energy exposure on pathological foci of various etiologies.

Claims

Device for energetic impact on anatomical structures, including a container in the form of a glass filled with contact fluid and closed with a flexible applicator membrane, inside which is an acoustic unit consisting of a coaxial echosonde and a spherical emitter and moved using a manipulator system containing three links characterized in that the links are located inside the container, are located around the acoustic unit at the same angular distance and each binds it o by means of a hinge with a glass bottom.