CC BY
41
ПУНКЦИОННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ОПУХОЛЕЙ И ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННЫХ ТКАНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА (СВЧ)
Тома А.И., Анисимова А.С., Ёлкин В.А., Анисимова Е.А., Тома Г.В.
ФГУ «СарНИИТО Росмедтехнологий», г. Саратов
Лечение опухолей электромагнитным излучением сверхвысокочастотного диапазона является высокоэффективной и безопасной методикой. На частотах в этом диапазоне к термическому механизму деструкции опухолевой ткани добавляется специфический механизм, обусловленный вращением полярных молекул (белков и аминокислот). Излучатель СВЧ-волн, выполненный в виде игольчатого антенного зонда (коаксиального монополь-вибратора) позволяет осуществить пункционный миниинвазивный доступ к опухолям или их метастазам.
Как известно, в опухолевой ткани процессы деструкции начинают развиваться при температурах превышающих 430. Этот факт широко используется в медицине для поиска различных физических факторов, которые могут вызывать явления деструкции. Однако, имеющиеся современные устройства, работа которых основана на данном явлении, могут применяться только при деструкции поверхностных опухолей. При опухолевых поражениях, расположенных в глубине тканей, использование этих приборов технически невозможно. Механизмы действия устройств (СВЧ, лазерных, холодноплазменных, ультразвуковых и т.д.), используемых для деструкции опухолей, основаны на эффекте коагуляции и субкоагуляции, что сопряжено с высоким риском повреждения здоровых тканей.
Для решения этой проблемы нами выбран СВЧ-диапазон электромагнитного излучения дециметровых длин волн, излучаемых монополь-вибратором, который расположен на кончике игольчатого антенного зонда. На частотах в этом диапазоне к термическому механизму деструкции опухолевой ткани добавляется специфический механизм, обусловленный вращением полярных молекул (белков и аминокислот). Суть этого механизма заключается в том, что нити белковых образований скручиваются в плотные жгутики под воздействием крутящих моментов, которые могут возникать под влиянием СВЧ излучения, действующего на область облучаемой ткани. Игольчатый антенный зонд позволяет осуществить пункционный миниинвазивный доступ к опухолям, расположенных в глубине тканей, или их метастазам.
Указанная выше методика реализуется с использованием разработанного и запатентованного нами устройства для электромагнитной терапии СВЧ-излучением (патент РФ №2209096). Специфика данной инновационной методики состоит в её малотравматичности, высокой эффективности и безопасности при лечении опухолей, которая способна найти широкое применение в медицине без существенных финансовых затрат на её реализацию.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для электромагнитной терапии, содержит антенный узел, соединенный с СВЧ-генератором и узлом обратной связи по температуре, включающем радиометрический приемник. Для управления выходной мощностью использован широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с входом генератора СВЧ-колебаний. Для автоматической стабилизации уровня мощности имеется детекторный узел, генератор прямоугольных импульсов, рефлектометр, СВЧ-усилитель, индикатор температуры. Режимы работы задаёт блок управления, содержащий соединенные между собой контролер с опорным генератором импульсов, клавиатурой, аналоговым делителем, детекторным узлом и согласователем. Кроме того, имеется узел автоматической подстройки согласования усилителя СВЧ с антенным коаксиальным монополь-вибратором. Соединение элементов осуществлено следующим образом:
- генератор-СВЧ соединён с антенным узлом, выполненным в виде коаксиального монополь-вибратора дециметрового диапазона последовательно через СВЧ-усилитель, рефлектометр и согласователь, управляемый посредством контролера;
- генератор-СВЧ соединён с широтно-импульсным модулятором, подключённым к блоку управления с клавиатурой;
- узел обратной связи по температуре, образованный рефлектометром, радиотермометром, контролером и широтно-импульсным модулятором соединён с СВЧ-генератором;
- детекторный узел, представлен двумя широкополосными детекторными секциями СВЧ-диапазона соединёнными с рефлектометром.
Узел автоматической подстройки согласования усилителя СВЧ с антенной выполнен соединением выходов рефлектометра с входом аналогового делителя, который через контролер подключен к управляющему входу согласователя.
Первый лабораторный макет устройства был изготовлен нами в 2001 году. В состав устройства входили следующие функциональные узлы:
- антенный зонд, для инвазивной подачи согласованной антенны (коаксиального монополь-вибратора) в область опухоли или другой ткани для локализованного воздействия СВЧ-излучением на неё (в области, прилегающей к монополь-вибратору);
- узел автоматической оптимизации согласования монополь-вибратора с источником СВЧ-излучения;
- узел измерения температуры внутри области, подверженной СВЧ-облучению, на базе СВЧ-радиометра;
- широтно-импульсный модулятор для плавной регулировки выходной мощности СВЧ-генератора;
- блок управления с контролером и клавиатурой.
Хирургическая игла (диаметром 2,5 мм) антенного зонда имеет длину 150 мм, а встроенный монополь-вибратор на конце иглы имеет длину 12 мм, одна из резонансных частот которого, при нахождении внутри облучаемой ткани, составляет величину 2400 мгГц. При проведении экспериментов, получено хорошее совпадение результатов измерений с результатами предварительных расчетов. Так, например, при излучаемой мощности около 15 Вт в импульсе и скважности равной трём за 12 секунд, объем ткани, прилегающей к монополь-вибратору, и равный 1 см3 прогревается от 36,60 до 450. С учетом механизма нетермической денатурации, заключающийся в скручивании белковых волокон в плотные образования под действием электромагнитного поля в СВЧ-диапазоне, область деструкции оказывается более широкой. В конкретном нашем случае в дециметровом диапазоне область деструкции возрастает до 1,5-2 см3 в прилежащих к монополь-вибратору тканях, при этом за пределы этой области в соответствии с расчётами уходит не более 10% СВЧ-энергии. Так как энергия СВЧ-излучения распределяется в окрестности монополь-вибратора в радиусе около 5 мм, с учетом незначительной теплопроводности тканей, для короткого времени воздействия не более 12 секунд, устройство обеспечивает строго локализованное воздействие и не оказывает повреждающего влияния за пределами указанной области.
Для изменения размеров области активного воздействия монополь-вибратора при СВЧ-облучении патологически изменённых тканей внутри организма мы применяем различные конфигурации антенных зондов (игл). При фиксированной частоте излучения СВЧ-генератора за счет применения различных конструкции антенных игл достигается области деструкции от 0,5 до 10 см3. Далее изменение размеров области деструкции достигается подбором частоты СВЧ-генератора. При переходе длин волн в сантиметровый диапазон можно получить области деструкции, локализованные в объеме менее 0,1 см3, а при переходе к дальнему дециметровому диапазону область деструкции может быть увеличена до 120 см3.
Мощность, излучаемая монополь-вибратором, расположенном на кончике антенной иглы, может меняться в диапазоне от 0 до 25 Вт, но в экспериментах диапазон изменений мощности (начиная от 1 Вт) не превышает 15 Вт. Средняя интегральная температура тканей в области деструкции, измеренная радиотермометром, не превышает 43-480. Время воздействия подбирается эмпирически, так чтобы разогрев тканей в области воздействия СВЧ-излучения не превышает 450. При выходной мощности 15 Вт и частоте СВЧ-излучения 2400 мГц время воздействия не превышает 12 секунд. При этом была отмечена высокая эффективность и бесперебойная работа устройства независимо от плотностных характеристик окружающих тканей.
Важно отметить, что при СВЧ-воздействии электромагнитное поле локализуется в ограниченном управляемом объеме, прилегающем к монополь-вибратору. Форма этой области напоминает грушевидную, при чём, центр этого объема расположен вблизи центра коаксиального монополь-вибратора. В процессе деструкции процент энергии СВЧ-излучения, выходящий за пределы области деструкции (прилегающей к монополь-вибратору), снижается с 10% до 3-4%. Это связано со значительным изменением комплексной диэлектрической проницаемости ткани в процессе деструкции почти в 3 раза.
Таким образом, лечение опухолей электромагнитным излучением сверхвысокочастотного диапазона является высокоэффективной и безопасной методикой. Устройство, применяемое для осуществления этой методики, является простым и удобным в использовании, а изготовление его не требует больших экономических затрат. Данный метод в настоящий момент находится на экспериментальном этапе исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2011
2. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2010
3. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2009
4. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2008
5. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2007
6. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2006
7. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2005
8. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2004
9. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2003
10. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2002г.
11. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2001г.
12. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2000г.
13. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2011. Т.13. №1.
14. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2010
15. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2009
16. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2008
17. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2007
18. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2006
19. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2005
20. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2004
21. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2003
22. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2002
23. Электронный сборник научных трудов «Здоровье и образование в XXI веке». 2001
PUNCTURE DESTRUCTION OF TUMORS AND PATHOLOGICALLY CHANGED TISSUES BY ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SUPERHIGH-FREQUENCY RANGE (SHF)
Toma A.I., Anisimova A.S., Yolkin V.A., Anisimova E.A., Toma G.V.
FGU « SarNIITO Rosmedtechnologies », Saratov, Russia, 410002, Chernishevskogo st 148.
Treatment of tumours by electromagnetic radiation of superhigh-frequency range is a high-performance and safe technique. On the frequencies in this range to the thermal mechanism of tumorous tissue destruction a specific mechanism provided with rotation of polar molecules (proteins and amino acids) is added. The radiator of SHF - waves made in the form of acicular antenna probe (coaxial monopole-vibrator) allows to carry out puncture minimal invasive approach to tumours or their metastases.
