RU2320381C2 - Photo-ultrasonic device - Google Patents
Photo-ultrasonic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320381C2 RU2320381C2 RU2001135460/14A RU2001135460A RU2320381C2 RU 2320381 C2 RU2320381 C2 RU 2320381C2 RU 2001135460/14 A RU2001135460/14 A RU 2001135460/14A RU 2001135460 A RU2001135460 A RU 2001135460A RU 2320381 C2 RU2320381 C2 RU 2320381C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- ultrasound
- solution
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к медицине, в частности к терапии и хирургии, и может быть использовано для лечения обширных инфицированных ран, а также для обработки мягких и твердых биологических тканей при различных патологиях, включая опухоли, сосудистые аномалии, дерматологические заболевания и т.п.The invention relates to medicine, in particular to therapy and surgery, and can be used to treat extensive infected wounds, as well as to treat soft and hard biological tissues in various pathologies, including tumors, vascular abnormalities, dermatological diseases, etc.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известны методы и устройства для ультразвукового (УЗ) воздействия на биологические ткани [1]. В этих методах УЗ колебания в диапазоне частот 20-300 кГц накладываются на наконечник, который находится в механическом контакте с биологическим объектом напрямую или опосредованно через дополнительную промежуточную среду в виде жидкости, мази и т.п. Амплитуда периодического смещения наконечника, который может иметь различную конфигурацию (скальпеля, стержня с плоским торцом, сферическую и т.п.) достигает около 200 мкм. УЗ медицинский аппарат включает в себя, как правило, электронный генератор электрических колебаний, которые преобразовываются в УЗ преобразователях различного типа (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) в УЗ колебания. Затем УЗ колебания усиливаются и передаются через акустический волновод-концентратор, имеющий как правило сложный сужающийся к концу профиль, к указанному наконечнику. В настоящее время эта технология с успехом используется во многих областях медицины, включая онкологию, стоматологию, общую хирургию и т.п. [2]. К числу ее достоинств относится высокая производительность резки, минимальная степень травматизма, возможность селективного воздействия на ткани с различными акустическими свойствами и т.п. Известны также УЗ аппараты для терапии с частотами до несколько МГц, в которых УЗ преобразователь относительно большого диаметра контактируют с поверхностью биообъета непосредственно без дополнительного волновода-концентратора.Known methods and devices for ultrasonic (ultrasound) exposure to biological tissues [1]. In these methods, ultrasonic vibrations in the frequency range of 20-300 kHz are superimposed on the tip, which is in mechanical contact with the biological object directly or indirectly through an additional intermediate medium in the form of a liquid, ointment, etc. The amplitude of the periodic displacement of the tip, which can have a different configuration (scalpel, rod with a flat end, spherical, etc.) reaches about 200 microns. Ultrasound medical device includes, as a rule, an electronic generator of electrical oscillations, which are converted into ultrasonic converters of various types (magnetostrictive, piezoelectric, etc.) into ultrasonic vibrations. Then, the ultrasonic vibrations are amplified and transmitted through an acoustic waveguide-hub, which usually has a complex profile tapering towards the end, to the indicated tip. Currently, this technology is successfully used in many fields of medicine, including oncology, dentistry, general surgery, etc. [2]. Its advantages include high cutting performance, minimal injuries, the possibility of selective exposure to fabrics with various acoustic properties, etc. Ultrasound devices for therapy with frequencies up to several MHz are also known, in which a relatively large diameter ultrasonic transducer is in contact with the surface of the bio-volume directly without an additional waveguide-hub.
С другой стороны, известно лечение гнойно-инфицированных ран с использованием антибиотиков, и/или антисептических препаратов в виде растворов, порошков, эмульсий, мазей, аппликаций и др. Эти препараты были направлены на уничтожение многих бактерий, присутствующих обычно в ране. В частности, в гнойной ране можно выделить 5 основных видов бактерий, составляющих 97% микрофлоры раны (каждый из остальных видов не превышает 1%): золотистый стафилококк (может достигать 60% микрофлоры) и гноеродный стрептококк - грамположительные, синегнойная палочка, кишечная палочка и протей - грамотрицательные. Однако систематическое применение антибиотиков широкого спектра действия привело к появлению все более новых резистентных штаммов микроорганизмов, в том числе неизвестных этиологий. Кроме того, наложение повязок не обеспечивает контакта всей пропитанной препаратом поверхности этих повязок с инфекцией, находящейся в глубине тканей раны, а также вызывает большой расход лекарственных средств.On the other hand, it is known to treat purulent-infected wounds using antibiotics and / or antiseptic drugs in the form of solutions, powders, emulsions, ointments, applications, etc. These drugs were aimed at destroying many bacteria that are usually present in the wound. In particular, in the purulent wound, 5 main types of bacteria can be distinguished, which make up 97% of the wound microflora (each of the remaining species does not exceed 1%): Staphylococcus aureus (can reach 60% of the microflora) and Streptococcus purulent - gram-positive, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli and Proteus - gram-negative. However, the systematic use of broad-spectrum antibiotics has led to the emergence of ever newer resistant strains of microorganisms, including unknown etiologies. In addition, the application of dressings does not provide contact of the entire surface of these dressings soaked in the preparation with the infection located deep in the wound tissue, and also causes a large consumption of drugs.
Около 30 лет назад стал известен метод применения низкочастотного УЗ для лечения инфицированных ран [3, 4]. Этот метод заключается во введении УЗ наконечника в предварительно заливаемый в рану раствор с антибиотиками или антисептиками. Эти компоненты, в частности, в требуемых концентрациях могут быть разведены в нормальном физиологическим растворе. Возникающий при УЗ воздействии целый ряд явлений, включая кавитацию, акустические потоки и звуковое давление, обеспечивает очистку раны от некротических отложений, перемешивание лекарств и усиление их импрегнации в стенки раны, активацию фагоцитоза, прямой бактерицидный эффект за счет образования радикалов в зоне кавитации и т.п. В целом перечисленные явления способствует ускорению заживления раны. К числу недостатков можно отнести относительно низкую эффективность обработки обширных глубоких ран в силу локальности воздействия и трудности поражения антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов.About 30 years ago, the method of using low-frequency ultrasound for the treatment of infected wounds became known [3, 4]. This method consists in introducing an ultrasound tip into a solution with antibiotics or antiseptics pre-poured into the wound. These components, in particular at the required concentrations, can be diluted in normal saline. A whole series of phenomena arising from ultrasound exposure, including cavitation, acoustic flows and sound pressure, ensures the cleaning of the wound from necrotic deposits, mixing of drugs and enhancing their impregnation into the wound walls, activation of phagocytosis, direct bactericidal effect due to the formation of radicals in the cavitation zone, etc. P. In general, these phenomena contribute to the acceleration of wound healing. The disadvantages include the relatively low efficiency of treatment of extensive deep wounds due to the locality of exposure and the difficulty of defeating antibiotic-resistant strains of microorganisms.
Известен также метод фотодинамической терапии (ФДТ), который заключается во введении внутривенно или локально в организм фотосенсибилизаторов, селективно накапливающихся в патологических клетках, в частности в опухолевых [5]. Последующее облучение клеток светом с длиной волны, совпадающей с полосой поглощения используемого фотосенсибилизатора, позволяет селективно уничтожать клетки в силу фотохимического образования токсичных радикалов, в частности синглетного кислорода. Первоначально этот метод использовался в основном в онкологии, но позже он нашел применение в дерматологии и других областях медицины. Известны также попытки использования ФДТ для уничтожения резистентных к антибиотикам бактерий путем локального или местного введения фотосенсибилизатора в район инфицированной зоны [6]. Применение ФДТ для бактериологических задач, прежде всего для лечения гнойно-инфицированных ран, показало высокие результаты, т.к. на сегодня не выявлено появления фоторезистентных штаммов. ФДТ показала свою высокую эффективность прежде всего для аэробных грамположительных бактерий. У грамотрицательных накопление фотосенсибилизаторов внутри микроорганизма оказалось мало эффективно в силу наличия толстой мембраны, состоящей из двух прочных липидных слоев, препятствующих проникновению фотосенсибилизатора внутрь бактерии. В одном из решений для подобных задач медицины было предложено использовать бактерицидный фотопластырь путем наложения на рану тонкой прокладки, пропитанной раствором фотосенсибилизатора, с последующим ее облучением от автономной компактной матрицы светодиодов или химиолюминесцентного протяженного источника [7, 8]. Недостатком этого метода является трудность проникновения света в глубокие слои раны в силу их низкой оптической прозрачности, а также относительно долгое время, необходимое для проникновения фотосенсибилизатора вглубь инфицированной поверхности раны с последующим накоплением в микроорганизмах (от нескольких часов до суток).Also known is the method of photodynamic therapy (PDT), which consists of introducing intravenously or locally into the body photosensitizers that selectively accumulate in pathological cells, in particular in tumor cells [5]. Subsequent irradiation of the cells with light with a wavelength that coincides with the absorption band of the photosensitizer used allows the selective destruction of cells due to the photochemical formation of toxic radicals, in particular singlet oxygen. Initially, this method was used mainly in oncology, but later it was used in dermatology and other areas of medicine. Attempts are also known to use PDT to kill antibiotic-resistant bacteria by local or local administration of a photosensitizer to the area of the infected area [6]. The use of PDT for bacteriological tasks, primarily for the treatment of purulent-infected wounds, showed good results, because to date, the appearance of photoresistant strains has not been identified. PDT has been shown to be highly effective primarily for aerobic gram-positive bacteria. In gram-negative, the accumulation of photosensitizers inside the microorganism was not very effective due to the presence of a thick membrane consisting of two strong lipid layers that prevent the photosensitizer from penetrating into the bacteria. In one of the solutions for such medical problems, it was proposed to use a bactericidal photoplastic by applying a thin pad soaked in a photosensitizer solution to the wound, followed by irradiation from an autonomous compact matrix of LEDs or an extended chemoluminescent source [7, 8]. The disadvantage of this method is the difficulty of penetrating light into the deep layers of the wound due to their low optical transparency, as well as the relatively long time required for the photosensitizer to penetrate deeper into the infected wound surface, followed by accumulation in microorganisms (from several hours to a day).
Возможность преодоления перечисленных недостатков появилась после объединения оптического и УЗ методов, а также создания соответствующих фото(лазерно)-ультразвуковых (ФУЗ) устройств [9-15]. В частности, в одном из предложенных вариантов УЗ используется вначале для резки ткани, а затем лазер обеспечивает тепловую коагуляцию зон с кровотечением. Или наоборот, вначале лазер используется для тепловой деструкции ткани, а затем эти продукты удаляются с помощью УЗ аспирации. Однако последовательное во времени использование не позволяет в полной мере достичь синергетического эффекта. Этот недостаток был устранен в сочетанном воздействии одновременно ультразвуком и оптическим излучением на биообъект [9-10]. В одном из технических решений оптический волновод служит одновременно для передачи ультразвука и лазерного излучения к биообъекту [9, 12-15]. Это позволило существенно ускорить скорость резки с одновременной коагуляцией ткани и очисткой конца волокна от продуктов лазерной абляции. Однако в нем отсутствовало описание целенаправленного использования ФУЗ метода и устройства для лечения инфицированных ран. К тому же в этом методе осуществляется локальное воздействие в основном в зоне дистального конца световода диаметром примерно 100-800 мкм, что плохо подходит для обработки обширных ран с поперечным размером до нескольких сантиметров и более.The ability to overcome these shortcomings appeared after combining the optical and ultrasound methods, as well as the creation of the corresponding photo (laser) ultrasound (FUS) devices [9-15]. In particular, in one of the proposed options, ultrasound is used first for cutting tissue, and then the laser provides thermal coagulation of areas with bleeding. Or vice versa, at first the laser is used for thermal destruction of the tissue, and then these products are removed using ultrasound aspiration. However, consistent use over time does not fully achieve a synergistic effect. This disadvantage was eliminated in the combined effect of both ultrasound and optical radiation on a biological object [9-10]. In one of the technical solutions, an optical waveguide serves simultaneously to transmit ultrasound and laser radiation to a biological object [9, 12-15]. This made it possible to significantly accelerate the cutting speed while coagulating the fabric and cleaning the end of the fiber from laser ablation products. However, it did not contain a description of the targeted use of the FUS method and device for treating infected wounds. In addition, in this method, local exposure is carried out mainly in the area of the distal end of the fiber with a diameter of about 100-800 microns, which is not suitable for treating extensive wounds with a transverse size of several centimeters or more.
Впервые метод совместного использования УЗ и лазерного излучения для лечения инфицированных ран был предложен в 1986 г., включая использование лазера для дополнительной тепловой обработки раны и применение метода ФДТ [16-18]. Обзор различных модификаций этих методов с указанием роли усиления импрегнации фотосенсибилизаторов в ткани и образование радикалов при УЗ воздействии представлен в [19]. Однако в этих работах отсутствует техническое описание устройств, позволяющих реализовать комбинированное воздействие на рану. Похожий метод использования УЗ совместно с ФДТ в онкологии с акцентом на неоптическое инициирование синглетного кислорода за счет УЗ возбуждения промежуточных химических соединений предложен в [20]. Однако в этом патенте отсутствует предложение об использовании этого метода для лечения инфицированных ран, а также в нем не представлено устройство, реализующее метод комбинированного воздействия УЗ и света на реальный объект. Наиболее близким по техническим решениям является метод обработки инфицированных ран, предложенный в [19, 22]. Он заключается в предварительном УЗ озвучивании доставленного в область раны раствора, содержащего антибиотики и фотосенсибилизатор. Затем после окончания действия УЗ с временной задержкой осуществляется облучение светом. Недостатком этого метода является раздельное по времени (т.е. поочередное) воздействие на рану УЗ и света, а также независимое использование известных стандартных УЗ и световых устройств.The method of joint use of ultrasound and laser radiation for the treatment of infected wounds was first proposed in 1986, including the use of a laser for additional heat treatment of the wound and the application of the PDT method [16-18]. A review of various modifications of these methods, indicating the role of enhancing the impregnation of photosensitizers in tissues and the formation of radicals under ultrasound exposure, is presented in [19]. However, in these works there is no technical description of devices allowing to realize a combined effect on the wound. A similar method of using ultrasound together with PDT in oncology with a focus on the non-optical initiation of singlet oxygen due to ultrasound excitation of intermediate chemical compounds was proposed in [20]. However, in this patent there is no proposal for the use of this method for the treatment of infected wounds, and it does not provide a device that implements the method of combined exposure of ultrasound and light to a real object. The closest in technical solutions is the method of treatment of infected wounds, proposed in [19, 22]. It consists in preliminary ultrasound scoring of a solution containing antibiotics and a photosensitizer delivered to the wound area. Then, after the end of the ultrasound with a time delay, light is irradiated. The disadvantage of this method is the time-dependent (i.e. alternating) exposure to the wound of ultrasound and light, as well as the independent use of known standard ultrasound and light devices.
Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков, то есть создание комбинированного ФУЗ устройства, позволяющего обеспечивать эффективную обработку обширных и глубоких инфицированных ран путем одновременного воздействия на них светом и ультразвуком в оптимальном сочетании с помощью одного устройства.The aim of the present invention is to remedy these shortcomings, that is, the creation of a combined FUZ device that allows for the effective treatment of extensive and deep infected wounds by simultaneously exposing them to light and ultrasound in an optimal combination using one device.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для одновременного воздействия на биообъект оптического излучения и УЗ колебаний содержит оптический блок, состоящий из источника оптического излучения, соединенного с блоком питания и согласующей оптической системой. Устройство содержит также УЗ блок, состоящий из электронного генератора, соединенного с УЗ преобразователем. Принципиальным отличием данного изобретения является то, что оно содержит блок совмещения, обеспечивающего пространственную ориентацию согласующей системы и УЗ преобразователя, необходимый для совместного действия оптического излучения и УЗ колебаний на одну и ту же зону биообъета. Также дополнительно введен блок управления, соединенный с УЗ и оптическим блоками, обеспечивающий последовательную или одновременную синхронизированную во времени работу обоих блоков по заданной программе. В устройстве предусмотрен блок подачи раствора в зону комбинированного ФУЗ воздействия, также соединенный с блоком управления. Блок может содержать основной контейнер для подготовки и хранения конечного раствора с необходимыми компонентами, а также дополнительные контейнеры, содержащие фотосенсибилизатор, антибиотики, антисептики и другие компоненты, поступающие в раствор в необходимых пропорциях. Также блок подачи требуемого раствора в зону комбинированного ФУЗ воздействия может включать насос для подачи раствора через полую трубку в зону раны.This goal is achieved in that the device for simultaneous exposure of a biological object of optical radiation and ultrasonic vibrations contains an optical unit consisting of an optical radiation source connected to a power supply and a matching optical system. The device also contains an ultrasonic unit, consisting of an electronic generator connected to an ultrasonic converter. The fundamental difference of this invention is that it contains a combining unit that provides spatial orientation of the matching system and the ultrasonic transducer, necessary for the combined action of optical radiation and ultrasonic vibrations on the same bio-volume zone. An additional control unit is also introduced, connected to the ultrasound and optical units, which provides sequential or simultaneous time-synchronized operation of both units according to a given program. The device provides a block for supplying the solution to the zone of the combined FUZ exposure, also connected to the control unit. The block may contain a main container for the preparation and storage of the final solution with the necessary components, as well as additional containers containing a photosensitizer, antibiotics, antiseptics and other components entering the solution in the required proportions. Also, the unit for supplying the required solution to the zone of the combined FUZ exposure may include a pump for supplying the solution through the hollow tube to the wound zone.
Оптический источник может быть выполнен в виде подложки из свехярких светодиодов с требуемой длиной волны. Допускается также использование терапевтической лампы со световодом или несколькими световодами, по возможности компактной и при необходимости со светофильтрами, обеспечивающими требуемую спектральную область, совпадающую с полосой поглощения используемого фотосенсибилизатора. Возможно использование лазера, обеспечивающего наибольшую мощность излучения среди перечисленных источников. Согласующая оптическая система может быть выполнена в виде отдельного световода или множества световодов, соединенных с отдельными оптическими источниками. Оптические источники с соответствующими согласующими системами или множество подобных источников, выполненных в виде оптической матрицы, размещаются с одной стороны и/или равномерно со всех сторон вокруг УЗ преобразователя и/или внутри него. Подложка матрицы может иметь различную форму, например плоскую, коническую, полуцилиндрическую или полусферическую. Возможно использование отдельных матричных модулей, например плоской геометрии, которые могут менять свою пространственную ориентацию с одной стороны или вокруг УЗ преобразователя в зависимости от геометрии раны.The optical source can be made in the form of a substrate of bright LEDs with the desired wavelength. It is also possible to use a therapeutic lamp with a fiber or several fibers, as compact as possible and, if necessary, with filters that provide the required spectral region that matches the absorption band of the photosensitizer used. It is possible to use a laser that provides the highest radiation power among the listed sources. The matching optical system can be made in the form of a separate fiber or multiple fibers connected to separate optical sources. Optical sources with corresponding matching systems or many similar sources, made in the form of an optical matrix, are placed on one side and / or evenly on all sides around the ultrasound transducer and / or inside it. The matrix substrate may have a different shape, for example flat, conical, semi-cylindrical or hemispherical. It is possible to use separate matrix modules, for example, plane geometry, which can change their spatial orientation on one side or around the ultrasound transducer depending on the geometry of the wound.
Блок совмещения может быть выполнен в виде кронштейна, прикрепленного механически к неподвижной части УЗ преобразователя и фиксирующего каждый источник или указанную подложку так, чтобы диаграммы направленности отдельных оптических источников были ориентированы на определенную зону патологии и/или на дистальный конец акустического преобразователя.The combining unit can be made in the form of a bracket attached mechanically to the fixed part of the ultrasonic transducer and fixing each source or specified substrate so that the radiation patterns of individual optical sources are oriented to a specific pathology zone and / or to the distal end of the acoustic transducer.
УЗ преобразователь может быть выполнен со сквозным цилиндрическим каналом, имеющим оптические отражающие цилиндрические стенки, способствующие лучшему распространению излучения от оптического источника сквозь канал к биообъекту. Оптический источник вместе с согласующей оптической системой или только согласующая система в виде линзовой системы или оптического световода фиксируются в верхней (проксимальной) неподвижной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения, выполнение которого зависит от типа преобразователя - магнитострикционного или пьезоэлектрического. Достоинствами магнитострикционных преобразователей, представленных обычно в виде пакета никелевых пластин, являются высокая механическая прочность, низкое напряжение питания и хорошая временная стабильность. Это позволяет использовать их при относительно большом механическом сопротивлении биоткани (например, в виде кости, сосудов и т.п.). При меньших механических нагрузках, например при обработке ран в мягких тканях, возможно использование пьезоэлектрических преобразователей, к числу достоинств которых следует отнести высокий КПД, сравнительно небольшие габариты и вес. В силу конструктивных особенностей в магнитострикционных преобразователях очень трудно осуществить выполнение сквозного канала, в то время как в пьезоэлектрических преобразователях сквозной канал может быть реализован за счет использования кольцевых пьезопакетов.The ultrasonic transducer can be made with a through cylindrical channel having optical reflective cylindrical walls, contributing to a better distribution of radiation from an optical source through the channel to the biological object. An optical source together with a matching optical system or only a matching system in the form of a lens system or an optical fiber are fixed in the upper (proximal) fixed part of the ultrasound transducer using a matching unit, the implementation of which depends on the type of transducer - magnetostrictive or piezoelectric. The advantages of magnetostrictive converters, usually presented in the form of a package of nickel plates, are high mechanical strength, low voltage and good temporary stability. This allows you to use them with a relatively large mechanical resistance of biological tissue (for example, in the form of bone, blood vessels, etc.). At lower mechanical loads, for example, when treating wounds in soft tissues, it is possible to use piezoelectric transducers, the advantages of which include high efficiency, relatively small dimensions and weight. Due to the design features in magnetostrictive transducers it is very difficult to carry out the through channel, while in the piezoelectric transducers the through channel can be realized through the use of ring piezoelectric packs.
УЗ преобразователь со сквозным цилиндрическим осевым каналом может быть выполнен с резьбой в хвостовой дистальной части. Согласующая система в этом случае выполняется в виде оптического волокна, закрепленного в подвижной дистальной части УЗ преобразователя с помощью блока совмещения. Последний выполняется в виде зажимной гайки с вставленной в нее уплотняющей втулкой, затем гайка навинчивается на резьбу дистальной части преобразователя. Световод при этом размещается в сквозном отверстии уплотняющей трубки. УЗ преобразователь может содержать осевой канал цилиндрической формы, по крайней мере только в дистальной части при трудности выполнения полностью сквозного канала. При этом будет добавляться боковой цилиндрический канал, соединяющий внешнюю поверхность преобразователя с осевым каналом. В данном случае согласующая система выполняется в виде оптического волокна, которое размещается внутри бокового и осевого каналов. Блок совмещения выполняется как в виде указанной выше гайки с втулкой, так и в виде кроштейна, прикрепленного к внешней неподвижной поверхности и также имеющего втулку. Последняя выполняется из достаточно упругого материала, чтобы не повредить световод (например из тефлона), в отверстии которого свободно размещается оптическое волокно.An ultrasonic transducer with a through cylindrical axial channel can be made with a thread in the distal tail. In this case, the matching system is made in the form of an optical fiber fixed in the movable distal part of the ultrasonic transducer using the alignment unit. The latter is made in the form of a clamping nut with a sealing sleeve inserted into it, then the nut is screwed onto the threads of the distal part of the transducer. The light guide is placed in the through hole of the sealing tube. The ultrasonic transducer may contain an axial channel of cylindrical shape, at least only in the distal part, with the difficulty of performing a completely through channel. This will add a lateral cylindrical channel connecting the outer surface of the transducer with the axial channel. In this case, the matching system is in the form of an optical fiber, which is located inside the side and axial channels. The alignment block is made both in the form of the nut with the sleeve indicated above, and in the form of a crustein attached to an external fixed surface and also having a sleeve. The latter is made of sufficiently elastic material so as not to damage the optical fiber (for example, Teflon), in the opening of which an optical fiber is freely placed.
Согласующая оптическая система может состоять из двух частей, например оптического гибкого световода, зафиксированного в неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя, и жесткого цилиндрического световода, зафиксированного в подвижной дистальной части УЗ преобразователя. Диаметр такого световода может быть относительно большим, до 10 мм и более, а длина может достигать при необходимости 10-20 см и более. Дистальная хвостовая часть УЗ преобразователя может быть выполнена разъемной полностью из оптического материала с резьбовым соединением, вследствие чего она может навинчиваться на основную часть УЗ преобразователя. Указанный оптический элемент при этом помимо доставки оптического излучения также будет играть роль акустического волновода-концентратора. При необходимости на внешнюю поверхность этого хвостовика может быть нанесено зеркальное покрытие. Дистальная часть может иметь различную форму, например торцевую, закругленную или в виде скальпеля.The matching optical system can consist of two parts, for example, an optical flexible fiber fixed in the fixed proximal part of the ultrasonic transducer and a rigid cylindrical fiber fixed in the movable distal part of the ultrasonic transducer. The diameter of such a fiber can be relatively large, up to 10 mm or more, and the length can reach, if necessary, 10-20 cm or more. The distal tail of the ultrasonic transducer can be made detachable completely from optical material with a threaded connection, as a result of which it can be screwed onto the main part of the ultrasonic transducer. The specified optical element in addition to the delivery of optical radiation will also play the role of an acoustic waveguide-hub. If necessary, a mirror coating may be applied to the outer surface of this shank. The distal part may have a different shape, for example, end, rounded or in the form of a scalpel.
Помимо описанного выше исполнения УЗ блока в данном изобретении возможно использование сфокусированного ультразвука, что позволяет сконцентрировать УЗ или акустическую энергию в более глубоких слоях биоткани, где возможно наличие инфицированных областей, например в виде абсцессов, или нагноений вследствие проникающих колющих и огнестрельных ран. При этом УЗ блок выполняется в виде фокусирующей акустической антенны с различными типами УЗ преобразователей, причем как традиционных, так и новых. В качестве примера можно отметить такие известные типы преобразователей как магнитострикционный, пьезоэлектрический или электроразрядный. В последнем случае мощная акустическая волна образуется в воде вследствие мощного электрического разряда между двумя электродами, помещенными в фокус акустической антенны. Между этими преобразователями и поверхностью кожи вводится среда типа жидкости или мази, имеющей акустические свойства, необходимые для обеспечения акустического согласования акустической антенны и биообъекта. Антенна ориентируется в пространстве так, чтобы ее фокус совпадал с областью патологии, а ось оптического источника пересекала область фокуса акустической антенны. Акустическая антенна может иметь осевое отверстие для размещения оптического источника с соответствующей согласующей оптической системой. Оптические источники могут быть также зафиксированы равномерно по краям акустической антенны.In addition to the above-described performance of the ultrasound block in the present invention, it is possible to use focused ultrasound, which allows you to concentrate ultrasound or acoustic energy in the deeper layers of the biological tissue, where the presence of infected areas, for example in the form of abscesses, or suppuration due to penetrating stabbing and gunshot wounds, is possible. At the same time, the ultrasonic block is made in the form of a focusing acoustic antenna with various types of ultrasonic transducers, both traditional and new. As an example, we can mention such known types of transducers as magnetostrictive, piezoelectric, or electric discharge. In the latter case, a powerful acoustic wave is generated in water due to a powerful electric discharge between two electrodes placed in the focus of the acoustic antenna. Between these transducers and the skin surface, a medium such as a liquid or ointment is introduced, having the acoustic properties necessary to ensure acoustic matching of the acoustic antenna and the bioobject. The antenna is oriented in space so that its focus coincides with the pathology area, and the axis of the optical source intersects the focus area of the acoustic antenna. An acoustic antenna may have an axial hole for receiving an optical source with a matching matching optical system. Optical sources can also be fixed evenly along the edges of the acoustic antenna.
УЗ блок может быть выполнен также в виде источника импульсного или модулированного магнитного поля, располагаемого с внешней стороны биообъекта. При этом в раствор в зоне патологии вводятся металлические частицы малого диаметра. В этом случае колебания указанных частиц под действием магнитного поля приводят к соответствующему смещению окружающей их среды. Это в свою очередь приводит к формированию импульсных акустических волн или УЗ при высокой степени частоты повторения импульсов магнитного поля. При более низкой частоте, например в районе единиц или нескольких десятков Гц, возможно создание вибраций или акустических возмущений, обеспечивающих эффективное перемешивание раствора.The ultrasound block can also be made in the form of a source of pulsed or modulated magnetic field located on the outside of the biological object. In this case, metal particles of small diameter are introduced into the solution in the pathology zone. In this case, the vibrations of these particles under the influence of a magnetic field lead to a corresponding displacement of their environment. This in turn leads to the formation of pulsed acoustic waves or ultrasound with a high degree of repetition of magnetic field pulses. At a lower frequency, for example, in the region of units or several tens of Hz, it is possible to create vibrations or acoustic disturbances that ensure efficient mixing of the solution.
Блок подачи раствора выполняется в виде контейнера, содержащего раствор с необходимыми компонентами, включающими контрастные вещества, например в виде металлических и неметаллических частиц малого диаметра, или среды с воздушными пузырьками малого диаметра, а также трубки, по которой раствор поступает в область патологии. Блок управления содержит различные программы введения раствора, например однократное перед комбинированным воздействием, циклическое или непрерывное с выбором скорости подачи. Трубка введения раствора может быть соединена с полым каналом УЗ преобразователя, а скорость поступления выбирается так, чтобы обеспечивать непрерывный поток раствора, на который накладываются УЗ колебания. Возможно также формирование аэрозольного потока, модулированного УЗ колебаниями. При этом оптический источник будет ориентирован так, чтобы обеспечивать облучение зоны, на которую направляются указанные потоки. Также оптический источник может быть встроен в УЗ преобразователь так, чтобы оптическая ось источника совпадала с направлением потока. Одним из технических решений является выполнение дистальной части трубки прозрачной и имеющей выходное отверстие малого диаметра. При этом ось оптической согласующей системы будет пространственно ориентироваться так, чтобы излучение направлялось на дистальный конец трубки. Возможно также обеспечение подачи отдельных компонент в виде порошка и раствора в область раны по отдельным каналам. Например, возможна подача по одному каналу отдельно антибиотика (в виде порошка или раствора), по 2-му - антисептика (в виде порошка или раствора), по 3-му - раствора фотосенсибилизатора, по 4-му - металлических частиц малого диаметра, используемых при варианте осуществления устройства с источником магнитного поля, и т.п.The solution supply unit is made in the form of a container containing a solution with the necessary components, including contrast agents, for example, in the form of metallic and nonmetallic particles of small diameter, or a medium with air bubbles of small diameter, as well as a tube through which the solution enters the pathology area. The control unit contains various programs for introducing the solution, for example, single before combined exposure, cyclic or continuous with a choice of feed rate. The tube for introducing the solution can be connected to the hollow channel of the ultrasonic transducer, and the flow rate is chosen so as to provide a continuous flow of the solution, on which ultrasonic vibrations are superimposed. It is also possible the formation of an aerosol stream modulated by ultrasonic vibrations. In this case, the optical source will be oriented so as to provide irradiation of the zone to which these streams are directed. Also, the optical source can be integrated into the ultrasonic transducer so that the optical axis of the source coincides with the flow direction. One of the technical solutions is to make the distal part of the tube transparent and having an outlet of small diameter. In this case, the axis of the optical matching system will be spatially oriented so that the radiation is directed to the distal end of the tube. It is also possible to ensure the supply of individual components in the form of powder and solution into the wound area through separate channels. For example, it is possible to supply an antibiotic separately in one channel (in the form of a powder or solution), in the 2nd - an antiseptic (in the form of a powder or solution), in the 3rd - a photosensitizer solution, in the 4th - metal particles of small diameter used in an embodiment of a device with a magnetic field source, and the like.
УЗ преобразователь может включать в себя лазерный источник импульсного или модулированного излучения и согласующую оптическую систему, при этом длина волны выбирается в диапазоне оптического поглощения используемого раствора или используемых дополнительных поглощающих компонент в растворе. Для усиления акустических колебаний на поверхность биообъекта может помещаться поглощающая оптическая жидкость или/и тонкая пленка, или/и прозрачная для излучения пластина.The ultrasound transducer can include a laser source of pulsed or modulated radiation and a matching optical system, the wavelength being selected in the optical absorption range of the solution used or the additional absorbing components used in the solution. To enhance acoustic vibrations, an absorbing optical liquid or / and a thin film or / and a radiation-transparent plate can be placed on the surface of a biological object.
Устройство включает в себя блок обратной связи, соединенный с блоком синхронизации, и датчики, дающие информацию о параметрах УЗ (мощность, частота, амплитуда перемещения дистального конца и т.п.), оптического излучения (интенсивность, длина волны и т.п.), биообъекта (температура, биологические показатели раны и т.п.) и обрабатываемой среды (текущий состав раствора, температура и т.п.). Далее регистрируемая информация используется для контроля режима воздействия и для соответствующей корректировки параметров обработки. Все это позволяет оптимизировать и контролировать процесс управления комбинированного ФУЗ воздействия и при необходимости изменять сами параметры воздействия.The device includes a feedback unit connected to the synchronization unit, and sensors that provide information about the parameters of ultrasound (power, frequency, amplitude of movement of the distal end, etc.), optical radiation (intensity, wavelength, etc.) , bioobject (temperature, biological indicators of a wound, etc.) and the processed medium (current composition of the solution, temperature, etc.). Further, the recorded information is used to control the exposure mode and to adjust the processing parameters accordingly. All this allows you to optimize and control the control process of the combined FUZ exposure and, if necessary, change the exposure parameters themselves.
Таким образом, благодаря целому ряду новых отличительных признаков предлагаемое изобретение существенно отличается от существующих устройств и позволяет значительно повысить эффективность обработки инфицированных ран. Это достигается благодаря следующим эффектам. Воздействие УЗ сопровождается такими явлениями как кавитация, звуковое давление, акустические потоки, формирование радикалов при кавитации и т.д. Благодаря этим явлениям УЗ в первую очередь обеспечивает эффективное перемешивание раствора в ране и способствует принудительной импрегнации антибиотиков, и/или антисептиков, и/или фотосенсибилизаторов в стенки раны, в бактерии и в инфицированные наслоения в ране. Все это позволяет существенно ускорить аккумуляцию фотосенсибилизатора в бактериях. Изначально селективность накопления фотосенсибилизатора в бактериях обусловлена относительно большой скоростью размножения бактериальных микроорганизмов в раневых условиях по сравнению со здоровыми культурами. При использовании УЗ колебания позволяют очищать рану от некротических отложений и налетов (раневого детрита и т.п.). Перемешивание раствора с одновременным его световым облучением позволяет эффективно облучать весь объем раствора за счет периодического поступления глубинных слоев на верхнюю поверхность раствора в зону наиболее эффективного облучения. Это раньше было невозможно в силу относительно низкой прозрачности раствора, прежде всего из-за наличия продуктов нагноения. Помимо ФДТ эффект кавитации приводит к дополнительному образованию радикалов как в растворе, так и внутри бактериальных микроорганизмов в силу сонодинамического эффекта, что повышает эффективность бактериологической обработки раневой поверхности. Это позволяет исключить развитие резистентности бактериальной флоры к фотодинамическому действию, как это происходит в случае антибиотиков. Добавление в раствор с фотосенсибилизатором антибиотика (например, гентамицина) направленно прежде всего на борьбу с грамотрицательными микроорганизмами, хотя и обеспечивает подавление грамположительных микроорганизмов. Использование УЗ позволяет также дополнительно усилить диффузию фотосенсибилизаторов прежде всего в грамотрицательные бактерии. Совместное комбинированное действие позволяет также уменьшить дозы как света и УЗ, так и лекарств и фотосенсибилизатора по сравнению с вариантом их одиночного раздельного использования.Thus, due to a number of new distinctive features, the present invention differs significantly from existing devices and can significantly increase the efficiency of the treatment of infected wounds. This is achieved through the following effects. The impact of ultrasound is accompanied by such phenomena as cavitation, sound pressure, acoustic flows, the formation of radicals during cavitation, etc. Thanks to these phenomena, ultrasound primarily provides effective mixing of the solution in the wound and promotes the forced impregnation of antibiotics and / or antiseptics and / or photosensitizers into the wound walls, bacteria and infected layers in the wound. All this allows you to significantly accelerate the accumulation of the photosensitizer in bacteria. Initially, the selectivity of photosensitizer accumulation in bacteria is due to the relatively high rate of reproduction of bacterial microorganisms in wound conditions compared to healthy cultures. When using ultrasonic vibrations, they allow you to clean the wound from necrotic deposits and deposits (wound detritus, etc.). Mixing the solution with its simultaneous light irradiation makes it possible to effectively irradiate the entire volume of the solution due to the periodic entry of the deep layers on the upper surface of the solution into the zone of the most effective irradiation. This was previously impossible due to the relatively low transparency of the solution, primarily due to the presence of suppuration products. In addition to PDT, the cavitation effect leads to the additional formation of radicals both in solution and inside bacterial microorganisms due to the sonodynamic effect, which increases the efficiency of bacteriological treatment of the wound surface. This makes it possible to exclude the development of bacterial flora resistance to photodynamic action, as is the case with antibiotics. The addition of an antibiotic (for example, gentamicin) to a solution with a photosensitizer is aimed primarily at combating gram-negative microorganisms, although it provides suppression of gram-positive microorganisms. The use of ultrasound also allows you to further enhance the diffusion of photosensitizers primarily in gram-negative bacteria. The combined combined effect also allows reducing doses of both light and ultrasound, as well as drugs and a photosensitizer, as compared to the option of their separate use.
Совместное воздействие приводит также к более эффективной активации иммунной системы за счет стимуляции работы отдельных ее компонент, в частности антител. В итоге, в предлагаемом изобретении появляется возможность получения значительного синергетического эффекта от одновременного воздействия нескольких физических и физико-химических факторов, что невозможно осуществить при использовании каждого фактора или явления в отдельности. В результате проявления всех этих эффектов представленное устройство позволяет ускорить течение регенераторных процессов, нормализацию микроциркуляции, созревание и дифференцировку грануляционной ткани и значительно сократить сроки заживления гнойно-инфицированных раневых областей.Joint exposure also leads to more efficient activation of the immune system by stimulating the work of its individual components, in particular antibodies. As a result, in the present invention, it becomes possible to obtain a significant synergistic effect from the simultaneous exposure to several physical and physico-chemical factors, which cannot be achieved using each factor or phenomenon separately. As a result of the manifestation of all these effects, the presented device allows to accelerate the course of regenerative processes, normalize microcirculation, maturation and differentiation of granulation tissue and significantly reduce the healing time of purulent-infected wound areas.
Краткое описание фигурBrief Description of the Figures
Фиг.1 - общая схема комбинированного фотоультразвукового (ФУЗ) устройства. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - ультразвуковой (УЗ) преобразователь; 6 - блок питания УЗ преобразователя; 7 - оптические источники; 8 - блок совмещения; 9 - блок питания оптического источника; 10 - блок управления; 11 - блок подачи раствора; 12 - элемент доставки раствора (трубка); 13 - блок обратной связи; 14 - датчики.Figure 1 is a General diagram of a combined photo-ultrasonic (FUS) device. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic (ultrasound) transducer; 6 - power supply of the ultrasonic converter; 7 - optical sources; 8 - block alignment; 9 - power supply unit of an optical source; 10 - control unit; 11 - block supply solution; 12 - solution delivery element (tube); 13 - feedback block; 14 - sensors.
Фиг.2 - схема ФУЗ устройства на основе матричного оптического облучателя. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды.Figure 2 - diagram of the FUZ device based on a matrix optical feed. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 7 - matrix optical irradiator; 8 - bracket; 15 - superbright LEDs.
Фиг.3 - схема ФУЗ устройства на основе оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - кронштейн; 16 - оптические световоды.Figure 3 - diagram of the FUZ device based on optical fibers. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 8 - bracket; 16 - optical fibers.
Фиг.4 - схема ФУЗ устройства на основе оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 8 - блок совмещения (эластичные кольца или клей); 16 - оптические световоды.Figure 4 - diagram of the FUZ device based on optical fibers. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 8 - combining unit (elastic rings or glue); 16 - optical fibers.
Фиг.5 - схема ФУЗ устройства с осевым цилиндрическим каналом. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптический источник; 8 - кронштейн; 17 - цилиндрический канал; 18 - стенки цилиндрического канала.5 is a diagram of the FUZ device with an axial cylindrical channel. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 7 - optical source; 8 - bracket; 17 - a cylindrical channel; 18 - wall of the cylindrical channel.
Фиг.6 - схема ФУЗ устройства с осевым цилиндрическим каналом на основе гибкого оптического световода. 1 - инфицированная рана в глубокой полости; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 16 - световод; 17 - цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка.6 is a diagram of the FUZ device with an axial cylindrical channel based on a flexible optical fiber. 1 - infected wound in the deep cavity; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 16 - optical fiber; 17 - a cylindrical channel; 19 - clamping nut; 20 - elastic gasket.
Фиг.7 - схема ФУЗ устройства с осевым и боковым цилиндрическими каналами на основе гибкого оптического световода. 1 - инфицированная рана в глубокой полости; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - кронштейн; 16 - световод; 17 - осевой цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка; 21 - боковой цилиндрический канал.7 is a diagram of the FUZ device with axial and lateral cylindrical channels based on a flexible optical fiber. 1 - infected wound in the deep cavity; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 8 - bracket; 16 - optical fiber; 17 - axial cylindrical channel; 19 - clamping nut; 20 - elastic gasket; 21 is a lateral cylindrical channel.
Фиг.8 - схема ФУЗ устройства на основе комбинации гибкого и жесткого оптических световодов. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 16 - гибкий световод; 17 - осевой цилиндрический канал; 19 - прижимная гайка; 20 - эластичная прокладка; 22 - жесткий световод.Fig. 8 is a diagram of the FUZ device based on a combination of flexible and hard optical fibers. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 16 - flexible fiber; 17 - axial cylindrical channel; 19 - clamping nut; 20 - elastic gasket; 22 - hard fiber.
Фиг.9 - схема ФУЗ устройства для обработки внутренних полостей. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 5 - УЗ преобразователь; 8 - гибкая шарнирная связь; 16 - световод; 23 - внутренняя полость.Figure 9 - diagram of the FUZ device for processing internal cavities. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 5 - ultrasonic transducer; 8 - flexible articulation; 16 - optical fiber; 23 - the internal cavity.
Фиг.10 - схема ФУЗ устройства на основе сфокусированного ультразвука для обработки внутренних полостей. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 8 - кронштейн; 16 - световод; 23 - внутренняя полость; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны.Figure 10 is a diagram of the FUZ device based on focused ultrasound for processing internal cavities. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 8 - bracket; 16 - optical fiber; 23 - internal cavity; 24 - acoustic antenna; 25 - the inner surface of the acoustic antenna.
Фиг.11 - схема ФУЗ устройства на основе сфокусированного ультразвука для обработки поверхностных глубоких ран. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны.11 is a diagram of the FUZ device based on focused ultrasound for the treatment of superficial deep wounds. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 7 - optical sources; 24 - acoustic antenna; 25 - the inner surface of the acoustic antenna.
Фиг.12 - схема ФУЗ устройства на основе дополнительного лазерного источника. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 24 - акустическая антенна; 25 - внутренняя поверхность акустической антенны; 26 - дополнительный лазерный источник.12 is a diagram of the FUZ device based on an additional laser source. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 7 - optical sources; 24 - acoustic antenna; 25 - the inner surface of the acoustic antenna; 26 is an additional laser source.
Фиг.13 - схема ФУЗ устройства на основе дополнительного лазерного источника с использованием поглощающей пленки. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 26 - дополнительный лазерный источник; 27 - поглощающая пленка.Fig. 13 is a diagram of the FUZ device based on an additional laser source using an absorbing film. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 26 - an additional laser source; 27 - absorbing film.
Фиг.14 - схема ФУЗ устройства для струйно-аэрозольной обработки ран. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптические источники; 8 - кронштейн; 11 - блок подачи раствора; 12 - элемент доставки раствора (трубка); 17 - цилиндрический канал; 28 - частицы раствора.Fig - scheme FUZ device for spray-aerosol treatment of wounds. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 5 - ultrasonic transducer; 7 - optical sources; 8 - bracket; 11 - block supply solution; 12 - solution delivery element (tube); 17 - a cylindrical channel; 28 - particles of the solution.
Фиг.15 - схема ФУЗ устройства на основе импульсного магнитного поля. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 7 - оптические источники; 29 - блок импульсного магнитного поля; 30 - металлические частицы.Fig is a diagram of the FUZ device based on a pulsed magnetic field. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 7 - optical sources; 29 - block pulsed magnetic field; 30 - metal particles.
Фиг.16 - схема ФУЗ устройства с дополнительной защитной сеткой. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - оптические источники; 31 - защитная сетка.Fig. 16 is a diagram of the FUZ device with an additional protective mesh. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 7 - optical sources; 31 - a protective grid.
Фиг.17 - схема ФУЗ устройства с дополнительным цилиндрическим контейнером. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 16 - световод; 31 - защитная сетка; 32 - цилиндрический контейнер; 33 - полый объем; 34 - блок разрежения; 35 - блок подачи или отсоса жидкости.Fig is a diagram of the FUZ device with an additional cylinder container. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 16 - optical fiber; 31 - a protective grid; 32 is a cylindrical container; 33 - hollow volume; 34 - vacuum unit; 35 - block supply or suction of liquid.
Фиг.18 - схема ФУЗ устройства с локализацией раствора в ране. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова; 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 5 - УЗ преобразователь; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды; 36 - пластиковая поверхность.Fig. 18 is a diagram of the FUZ device with localization of the solution in the wound. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin; 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 5 - ultrasonic transducer; 7 - matrix optical irradiator; 8 - bracket; 15 - superbright LEDs; 36 is a plastic surface.
Фиг.19 - схема ФУЗ устройства с использованием дополнительной ванны. 1 - инфицированная рана; 2 - поверхность кожного покрова (конечность); 3 - раствор; 4 - волновод-концентратор; 7 - матричный оптический облучатель; 8 - кронштейн; 15 - сверхъяркие светодиоды; 37 - ванна; 38 - матрица дополнительных УЗ источников; 39 - дополнительные оптические источники.Fig is a diagram of the FUZ device using an additional bath. 1 - infected wound; 2 - the surface of the skin (limb); 3 - solution; 4 - waveguide-hub; 7 - matrix optical irradiator; 8 - bracket; 15 - superbright LEDs; 37 - bath; 38 - matrix of additional ultrasonic sources; 39 - additional optical sources.
Фиг.20 - временные режимы работы ФУЗ устройства при обработке инфицированных ран.Fig - temporary modes of operation of the FUZ device during the treatment of infected wounds.
Фиг.21 - эффективность снижения степени бактериальной обсемененности микроорганизмов инфицированных ран для различных режимов обработки.Fig - the effectiveness of reducing the degree of bacterial contamination of microorganisms of infected wounds for various treatment modes.
Фиг.22 - динамика заживления инфицированных ран у лабораторных животных (кроликов).Fig - dynamics of the healing of infected wounds in laboratory animals (rabbits).
На фиг.1 показана обобщенная схема комбинированного фотоультразвукового (ФУЗ) устройства, предназначенного для обработки обширных инфицированных ран 1, расположенных на поверхности кожных покровов 2. В рану заливается раствор 3, который может содержать антибиотики, антисептики, фотосенсибилизатор, различные контрастные вещества и т.п., усиливающие как действие оптического излучения за счет усиления его поглощения в растворе 3, так и УЗ колебаний за счет снижения порога кавитации, улучшения распространения колебаний, акустического согласования, УЗ воздействия и т.д. В раствор помещается дистальный конец 4 УЗ преобразователя 5, соединенного с блоком питания 6. Дистальный конец 4, называемый также волноводом-концентратором, имеет обычно сложную сужающуюся к концу форму и предназначен для усиления УЗ колебаний, формируемых в верхней неподвижной проксимальной части УЗ преобразователя 5. В зависимости от типа преобразователя 5, им может являться или магнитостриктор, или пакет пьезопластин. Одновременно на рану 1 воздействует излучение от оптических источников 7, прикрепляемых к УЗ преобразователю 5 с помощью блока совмещения 8. Один из вариантов блока совмещения 8 представлен на фиг.1 в виде механического кронштейна. Источники излучения 7 соединены с блоком питания 9. Для управления совместным воздействием УЗ и светом система содержит блок управления 10. В его функции входит обеспечение работы по определенной программе через блоки питания 6 и/или 9 УЗ и/или оптического воздействия на объект, задание требуемых параметров комбинированного воздействия и программирование временной последовательности обработки раны 1. Блок подачи раствора 11 предназначен для подачи в рану 1 требуемого по составу раствора 3 с помощью элемента доставки (подающей трубки) 12 в соответствии с используемым режимом обработки. Это может быть однократная, непрерывная или циклическая подача в различные моменты времени. Блок подачи раствора 11 подключен к блоку управления 10 и может содержать в своем составе контейнеры для хранения раствора и его отдельных компонент, насос для принудительной подачи раствора в виде струи или аэрозоля и т.п. В систему входит также и блок обратной связи 13, связанный с блоком управления 10. Функцией этого блока является обработка сигналов, поступающих в данном случае с 4-х датчиков обратной связи 14 и несущих информацию о параметрах воздействия УЗ и оптического излучения, а также о состоянии самого биообъекта и параметрах обрабатываемой среды. Далее эта информация используется как минимум для контроля процесса воздействия и максимум для его управления и оптимизации.Figure 1 shows a generalized scheme of a combined photo-ultrasound (FUS) device designed to treat extensive
На фиг.2 показан вариант применения рассмотренной на фиг.1 схемы для обработки раны 1, где в качестве источника облучения используется фотоматричный источник 7, который может быть выполнен в виде плоской, конической, полуцилиндрической или полусферической подложки, на которой размещены сверхъяркие светодиоды 15. Светодиоды располагаются на подложке в определенной пространственной последовательности, создавая при этом матричную структуру. Электрическая схема их включения может быть последовательной, параллельной или последовательно-параллельной, причем последний вариант более предпочтителен. Каждый из светодиодов или группа сверхъярких светодиодов 15 может иметь модульное исполнение, включая независимую согласующую оптическую микросистему для каждого светодиода или группы светодиодов для концентрации излучения в рану 1 вблизи дистального конца волновода 4.Figure 2 shows an application of the scheme considered in figure 1 for the treatment of
На фиг.3 представлен другой вариант подвода излучения с помощью оптических световодов 16, которые зафиксированы в пространстве с помощью блока совмещения 8. Последний представляет собой несколько специальных кронштейнов, прикрепляемых с внешней стороны к УЗ преобразователю 5. В данном случае источником излучения может являться лазер соответствующей длины волны. Такая схема позволяет достаточно легко менять пространственную ориентацию световодов. В частности они могут быть параллельны дистальному концу волновода 4 или располагаться на некотором расстоянии от него, а также наклоняться под различными углами относительно центральной оси волновода. При этом сами световоды при обработке ран могут располагаться или над поверхностью раствора, или быть опущенными в раствор (изображено пунктиром). Первый вариант будет предпочтительнее использовать при лечении поверхностных ран, а второй можно будет использовать для доставки облучения в глубокие слои ран. Также световоды могут быть встроены в сквозные отверстия в стенке полой цилиндрической трубки, которая фиксируется проксимальным концом в непожвижной части УЗ преобразователя. Следует отметить, что подобная система пригодна также и для размещения описанных ранее световодов в торцевой дистальной части указанной трубки или дополнительного кольца, через центральную часть которого проходит УЗ волновод.Figure 3 shows another option for supplying radiation using
На фиг.4 показан дальнейший вариант развития схемы, представленной на фиг.3. Здесь оптические световоды 16 крепятся с помощью специального блока совмещения 8 непосредственно к дистальному концу 4. Это могут быть, в частности, эластичные кольца, поджимающие световоды к поверхности волновода, или специальное клеевое соединение. Такая схема позволяет гораздо ближе подвести оптические световоды 16 к обрабатываемой области раны 1 и разместить их вокруг волновода, что в конечном итоге обеспечивает более концентрированное воздействие оптического излучения вместе с УЗ колебаниями на растворе 3 в ране 1.Figure 4 shows a further development of the circuit shown in figure 3. Here, the
На фиг.5 показан вариант размещения оптического источника 7 в верхней части преобразователя 5. Для доставки излучения в обрабатываемую зону в преобразователе 5 и его дистальной части 4 имеется осевой цилиндрический канал 17, у которого цилиндрические стенки 18 для уменьшения потерь света выполнены зеркальными, например с помощью специального дополнительного покрытия или за счет их полировки. Оптический источник 7 фиксируется с помощью блока совмещения 8 в верхней части преобразователя 5.Figure 5 shows a variant of the placement of the
На фиг.6 показан вариант фиксации оптического световода 16 в нижней дистальной части волновода 4, имеющего дополнительную резьбу на внешней поверхности. На эту резьбу навинчивается прижимная гайка 19, уплотняющая эластичную прокладку 20, которая выполнена, например, из тефлона. Прокладка равномерно обжимает световод 16, обеспечивая необходимую жесткость фиксации и одновременно не давая возможности разрушить сам световод, размещаемый в осевом цилиндрическом канале 17. Такая конструкция позволяет быстро заменять световоды, например, при лечении различных пациентов. Таким образом, в такой схеме световод 16 используется для одновременной подачи световой и УЗ энергий. Благодаря механической гибкости световода его можно доставить в труднодоступные криволинейные каналы биообъекта, например в различные внутренние полости типа носовой, ушной или ротовой, к внутренней поверхности гортани, в уретру, в прямую кишку, в желудок и т.д., в которых могут протекать гнойно-воспалительные процессы. Подвод раствора 3 может осуществляться с помощью дополнительной трубки малого диаметра, параллельной световоду и находящейся в соприкосновении с ним.Figure 6 shows an option for fixing the
На фиг.7 показана схема ввода световода 16 через боковой канал 21 в стенке волновода 4. Фиксация световода осуществляется с помощью блока совмещения 8, выполненного в виде специального кронштейна, прикрепляемого к УЗ преобразователю 5 с внешней стороны. Такая конструкция удобна в тех случаях, когда трудно реализовать сквозной осевой цилиндрический канал 17 в преобразователе 5, как, например, это показано на фиг.6. Благодаря механической гибкости световода его можно подвести в различные труднодоступные внутренние гнойные полости (см. предыдущий раздел), в частности при ушных воспалениях, особенно у детей. Один из способов заключается в том, что световод вводится через просверленное лазером отверстие в костной ткани в ухе, куда заливается раствор с фотосенсибилизатором и антибиотиком, а затем световод используется для проведения УЗ и света. Во втором световод подводит свет к ушной мембране, которая пропускает часть излучения внутрь в очаг воспаления, при этом УЗ колебания (неслышимые ухом) подводятся с помощью обычного преобразователя, прикладываемого к внешней стороне уха.7 shows a diagram of the input of the
На фиг.8 показана схема фиксации жесткого световода 22 сравнительно большого диаметра. На резьбу дистальной части волновода 4 навинчивается прижимная гайка 19, уплотняющая эластичную прокладку 20. Прокладка равномерно обжимает жесткий световод 22, обеспечивая необходимую фиксацию и одновременно не давая возможности разрушить жесткий световод 22. Излучение доставляется с помощью гибкого оптического световода 16, размещаемого в осевом цилиндрическом канале 17. Эта схема позволяет увеличить величину зоны как оптического, так и УЗ воздействия на обрабатываемую рану.On Fig shows a diagram of the fixation of the
На фиг.9 показан вариант обработки внутренней полости 23 с раной 1. УЗ облучение происходит с помощью УЗ преобразователя 5, прижимаемого к кожному покрову 2 с внешней стороны. УЗ преобразователь 5 при этом может быть обычным без волновода 4 в дистальной части. Доставка излучения осуществляется с помощью оптического световода 16, помещаемого непосредственно в полость 23. Пространственная фиксация световода 16 относительно преобразователя 5 осуществляется, например, с помощью гибкой шарнирной связи 8.Figure 9 shows a variant of the treatment of the
На фиг.10 показан вариант использования сфокусированного ультразвука с помощью специального УЗ преобразователя 24, называемого акустической антенной с внутренней криволинейной (сферической или параболической) поверхностью 25, излучающей или один акустический импульс, повторяющийся с определенной частотой, или непрерывные УЗ колебания.Figure 10 shows the use of focused ultrasound using a
На фиг.11 показан вариант использования сфокусированного УЗ для облучения поверхностных глубоких ран 1 с использованием оптических источников 7, располагаемых в центре акустической антенны 24 или по ее краям. Эта схема позволяет производить обработку глубоких поверхностных инфицированных ран. Например, концентрация УЗ энергии на более глубокие слои раны позволит более эффективно перемешивать раствор, что будет способствовать также увеличению эффективного времени оптического облучения раствора по всему его объему.Figure 11 shows the use of focused ultrasound for irradiation of superficial
На фиг.12 представлен вариант формирования УЗ колебаний в результате поглощения оптического излучения от дополнительного лазерного источника 26 как на внутренней поглощающей поверхности 25 за счет покрытия, акустической линзы 24, так и непосредственно в жидкости раствора 3, контактирующей с этой поверхностью. В этом случае жидкость будет обеспечивать как генерацию акустических импульсов, так и необходимое акустическое согласование. Акустическая антенна 24 может быть выполнена оптически прозрачной для лазерного излучения. В случае относительной прозрачности покрытия внутренней поверхности 25 это излучение может быть использовано также для облучения раствора 3, однако более удобно использовать независимые источники 7, как показано на фиг.11. Возможно также помещение поглощающей пленки на поверхность раствора 3.On Fig presents a variant of the formation of ultrasonic vibrations as a result of absorption of optical radiation from an
На фиг.13 показан вариант оптической генерации УЗ волн за счет прямого поглощения излучения от дополнительного лазерного источника 26 в растворе 3. Для усиления УЗ колебаний возможно размещение в растворе тонкой и легкой поглощающей пленки 27, как и на фиг.12. Размещение поглощающей пленки 27 также позволяет исключить попадание мощного излучения в рану 1. Формирование УЗ колебаний за счет поглощения излучения от лазерного источника 26 приводит к появлению множества уже описанных явлений, таких же как, например, в случае использования классического источника УЗ колебаний.On Fig shows a variant of the optical generation of ultrasonic waves due to direct absorption of radiation from an
На фиг.14 показан вариант струйно-аэрозольной обработки ран 1, которые могут иметь любое пространственное расположение, в том числе вертикальное. Например, к числу подобных ран следует отнести гнойные раны, а также инфицированные опухоли в области шеи. В центре УЗ преобразователя 5 сделан цилиндрический канал 17, через который подается лекарственный раствор. Начальное ускорение частицам раствора 28 сообщает акустическая система посредством трения между стенками канала 17 и подаваемой жидкостью. В зависимости от скорости подачи осуществляется либо струйная, либо аэрозольно-струйная обработка ран 1. Также раствор может подаваться с помощью элемента доставки раствора - трубки, к которой в свою очередь может быть подключен подающий насос. Возможно наличие специальных контейнеров для хранения как самого раствора, так и его компонентов. В этом варианте устройства более удобно использовать независимые источники излучения 7, которые могут быть выполнены в виде терапевтической лампы со световодами и светофильтрами, фотоматричных систем или светодиодов, соединенных с лазерными источниками. Другой вариант состоит в размещении световода в цилиндрическом канале 17 УЗ преобразователя 5 и подаче раствора в пространстве между световодом и стенками канала. При этом возможны следующие варианты исполнения: световод неподвижен, а УЗ преобразователь 5 работает, т.е. непрерывно облучается светом как жидкость, выходящая из канала 17 в виде струи или аэрозоля, на которые накладываются УЗ колебания, так и сама рана; через неподвижный световод поступают повторяющиеся лазерные импульсы, которые в силу поглощения формируют гидродинамические возмущения, которые в свою очередь выталкивают жидкость в виде струи или аэрозоля, а облучение при этом может производиться как самими же импульсами, так и с помощью использования внешних оптических источников 7; УЗ колебания накладываются только на световод, который крепится в начале канала 17 (например с помощью гайки) и находится внутри неподвижной трубки, по которой поступает жидкость, при этом трубка может сужается к концу и в результате УЗ колебаний жидкость выталкивается из трубки в виде струи или аэрозоля, а излучение в свою очередь доставляется через световод, в результате чего облучается жидкость, прозрачная для излучения, и рана. Для всех рассмотренных вариантов возможно использование как гибкого световода, так и жесткого цилиндрического наконечника.On Fig shows a variant of the jet-aerosol treatment of
На фиг.15 показан вариант генерации УЗ в ране 1 за счет использования блока импульсного магнитного поля 29, формирующего мощные магнитные импульсы. Последние в свою очередь, приводят в периодическое колебательное движение металлические частицы малого диаметра 30, помещаемые в раствор 3. В результате происходит формирование импульсных акустических волн или ультразвука при высокой частоте повторения импульсов магнитного поля. Схема подачи раствора и варианты использования оптических источников могут быть аналогичны тем, которые были описаны в предыдущем разделе.On Fig shows a variant of the generation of ultrasound in the
На фиг.16 представлен вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором на верхнюю неподвижную проксимальную часть УЗ преобразователя 5 с помощью стандартного резьбового соединения навинчивается защитная сетка 31. Эта сетка, представляющая собой полый цилиндр с перфорированной донной поверхностью, введена для исключения возможного соприкосновения подвижной дистальной части 4 с поверхностью раны 1. Такая конструкция важна, прежде всего, при обработки обширных инфицированных областей, как, например, при перитоните. Схема подачи раствора и варианты использования оптических источников могут быть аналогичны тем, которые были описаны в двух предыдущих разделах. При этом оптические источники 7 могут крепиться к цилиндру с сеткой 31. В самом цилиндре могут быть выполнены широкие вертикальные прорези для обеспечения облучения раствора 3 в пространстве между донной поверхностью защитной сетки 31 и подвижной дистальной частью 4. Также цилиндр с сеткой может быть выполнен оптически прозрачным для светового излучения из соответствующего материала.On Fig presents a variant of the combined FUZ device, in which a
На фиг.17 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором используется дополнительный цилиндрический контейнер в форме стакана 32. В стенках этого стакана есть свободные полости 33, в которых создается разрежение с помощью блока разрежения 34. Благодаря этому обеспечивается плотный контакт стакана 32 с поверхностью кожного покрова 2, часть которого втягивается в полый объем 33 за счет разрежения. Раствор 3 может доставляться или извлекаться с помощью блока подачи или отсоса жидкости 35, представляющего собой полую трубку, размещаемую внутри стакана 32. Также внутри стакана 32 располагается дистальная часть волновода 4 и световод 16. Такое комбинированное ФУЗ устройство предусматривает также наклонный способ крепления на поверхности кожного покрова 2 и соответственно раны 1. В частности, его можно применять для обработки миндалин. Возможен другой вариант устройства, когда оптические световоды 16 крепятся с внешней стороны стакана 32. При этом в самом стакане могут быть выполнены широкие вертикальные прорези для обеспечения облучения раствора 3. Также цилиндрический стакан 32 может быть выполнен оптически прозрачным для светового излучения из соответствующего материала.On Fig shows a variant of the combined FUZ device, which uses an additional cylindrical container in the form of a
На фиг.18 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором используется дополнительная защитная пластиковая поверхность 36. Она необходима в тех случаях, когда инфицированная рана 1 локализуется на плоской или покатой поверхности (например конечности) биообъекта 2, т.е. когда нет явного углубления для заливки раствора 3. В данном случае дополнительная оболочка из пластика 36 препятствует вытеканию (растеканию) раствора 3. Пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально. УЗ колебания подвижной дистальной части 4 накладываются на пластиковую поверхность 36 при полном контакте. Сам пластик может быть выполнен оптически прозрачным для проведения также и оптического излучения от источника 7. Его крепление к поверхности кожного покрова 2 может осуществляться с помощью, например, медицинского клея или пластыря. Также возможно использование дополнительной марлевой салфетки, пропитанной раствором 3 и располагаемой под пластиком при плотном прижатии к поверхности раны 1, например с помощью той же пластиковой поверхности. Возможна реализация и другого варианта рассмотренного ФУЗ устройства, когда пластик 36 имеет вытянутое отверстие, через которое проходит УЗ волновод-концентратор 4.On Fig shows a variant of the combined FUZ device, which uses an additional protective
На фиг.19 показан вариант комбинированного ФУЗ устройства, в котором для обработки используется дополнительная ванна. Она необходима в тех случаях, когда обширная инфицированная рана 1 локализуется, например, на стопе ноги или кисти руки, т.е. когда конечность 2 может быть размещена в специальной ванне 37 соответствующих размеров. Подвод УЗ и оптического излучения возможен двумя способами. В первом случае ФУЗ устройство (например, как на фиг.2) погружается в раствор 3, заливаемый в ванну 37, затем производится обработка раны 1. Во втором случае отдельные УЗ преобразователи или матрица УЗ источников 38 на основе пьезоэлементов с частотой 0,1-2 МГц пристыковываются к стенкам ванны. Источники оптического излучения 39 или матрица источников также пристыковываются к стенкам ванны или располагается сверху над ванной с раствором 3. При этом сама ванна 37 может быть выполнена оптически прозрачной или металлической. В последнем случае в ней предусматриваются оптические окна. Такое ФУЗ устройство может использоваться, например, для обработки обширных и протяженных ран, образовавшихся например после ожогов. В принципе, возможно помещение всего тела в соответствующую по размерам ванну.On Fig shows a variant of the combined FUZ device, in which an additional bath is used for processing. It is necessary in those cases when an extensive
На фиг.20 показаны временные режимы обработки раны при различных программах подачи раствора, моментах включения ультразвука и света. Например, это может быть однократный ввод раствора перед последующим комбинированным воздействием, циклический или непрерывный струйный или струйно-аэрозольный с различной скоростью струи. Выбор того или иного режима определяется медицинской задачей и особенностями обрабатываемых ран, включая их локализацию, размер и т.п.On Fig shows the temporal modes of treatment of the wound with various programs for supplying the solution, the moments of the inclusion of ultrasound and light. For example, it can be a single injection of the solution before the subsequent combined exposure, a cyclic or continuous jet or jet-aerosol with different jet speeds. The choice of a particular mode is determined by the medical task and the features of the wounds being treated, including their location, size, etc.
На фиг.20.1 показан режим одиночного введения фотосенсибилизатора (Ф) при постоянно работающем УЗ, после чего происходит включение света (С) в постоянном режиме, а затем следует их одновременное выключение. Основным преимуществом этого режима является его высокое быстродействие при обработке раны, что очень важно при обработке раны в полевых условиях или в условиях стационара при большом числе пациентов отделения. Однако в силу отсутствия предварительной выдержи Ф в ране его эффективность не является максимально возможной, хотя использование УЗ и позволяет существенно ускорить процесс диффузии Ф в ране и аккумуляции в бактериях.On Fig.18 shows the mode of single introduction of the photosensitizer (F) with a constantly operating ultrasound, after which the light (C) is turned on in a constant mode, and then they are simultaneously turned off. The main advantage of this mode is its high speed when processing wounds, which is very important when treating wounds in the field or in a hospital with a large number of patients in the department. However, due to the lack of preliminary exposure to Ф in the wound, its effectiveness is not the maximum possible, although the use of ultrasound can significantly accelerate the process of diffusion of Ф in the wound and accumulation in bacteria.
На фиг.20.2 показано циклическое введение Ф при постоянно работающем УЗ, после чего происходит включение света (С) в постоянном режиме, а затем следует их одновременное выключение. Преимущество в более глубокой импрегнация Ф в бактерии и стенки раны, а также импрегнируется больше Ф, чем в первом случае. В результате очистка ран будет бактериологически более качественной, чем в первом случае.On Fig.28 shows the cyclic introduction of F with a constantly working ultrasound, after which the light (C) is turned on in a constant mode, and then they are simultaneously turned off. The advantage is a deeper impregnation of Ф into bacteria and wound walls, and more Ф is impregnated than in the first case. As a result, wound cleaning will be bacteriologically better than in the first case.
На фиг.20.3 показано циклическое введение Ф и циклическое воздействие УЗ, совпадающее с периодом введения Ф. Преимущество - паузы в работе УЗ используются для охлаждения УЗ преобразователя. Необходимость этого связана с нагревом многих преобразователей во время работы, что препятствует их непрерывному использованию. При этом методе работа УЗ преобразователя по времени будет максимальной, следовательно, большее количество Ф импрегнируется в бактерии. Таким образом, при этом методе возможен максимальный бактерицидный эффект, однако велика временная затрата.On Fig. 20.3 shows the cyclic introduction of F and the cyclic effect of ultrasound, which coincides with the period of introduction of F. Advantage - pauses in the operation of the ultrasound are used to cool the ultrasonic converter. The need for this is associated with the heating of many converters during operation, which prevents their continuous use. With this method, the operation of the ultrasonic transducer in time will be maximum, therefore, a larger amount of Ф is impregnated in bacteria. Thus, with this method, the maximum bactericidal effect is possible, but the time expenditure is large.
На фиг.20.4 показан метод, в котором сначала на небольшое по длительности время включается УЗ для предварительной очистки некротических отложений, препятствующих проникновению Ф, затем вводится Ф и проводится его кратковременное УЗ перемешивание и после определенной временной задержки включаются одновременно УЗ и С.Такая предварительная очистка показана прежде всего при значительных некротических налетах на стенках ран в несколько миллиметров. В целом этот режим является наиболее эффективным, хотя он и более трудоемок и занимает много времени.20.4 shows a method in which ultrasound is first turned on for a short time to pre-clean necrotic deposits that impede the penetration of Ф, then Ф is introduced and its short-term ultrasound mixing is performed, and after a certain time delay, ultrasound and C are simultaneously turned on. Such preliminary cleaning shown primarily with significant necrotic plaque on the walls of wounds of several millimeters. In general, this mode is the most effective, although it is more time-consuming and time-consuming.
На фиг.20.5 показан метод, в котором раствор с Ф подается в раневую зону непрерывно. Спустя определенное время одновременно включаются УЗ и С.Такой режим необходим при обработке обширных ран, например как при перитоните. Одновременно или периодически осуществляется откачка раствора из раны вместе с дезинтегрированными некротическими продуктами.On Fig.5.5 shows a method in which a solution with f is fed into the wound area continuously. After a certain time, ultrasound and C. are simultaneously turned on. This mode is necessary when treating extensive wounds, such as with peritonitis. At the same time or periodically, the solution is pumped out of the wound along with disintegrated necrotic products.
Следует отметить, что во многих случаях в раствор вводятся также необходимые антибиотики и антисептики.It should be noted that in many cases the necessary antibiotics and antiseptics are also introduced into the solution.
На фиг.21 представлена эффективность снижения степени бактериальной обсемененности микроорганизмов инфицированных ран для различных режимов обработки (см. подробности в примере 1). Данные графика говорят о явном синергетическом эффекте при бактериологическом контроле состояния микрофлоры ран в случае сочетанного применения нескольких воздействующих факторов.On Fig presents the effectiveness of reducing the degree of bacterial contamination of microorganisms of infected wounds for various treatment modes (see details in example 1). The graph data indicate a clear synergistic effect in bacteriological monitoring of the state of microflora of wounds in the case of the combined use of several influencing factors.
На фиг.22 представлена динамика заживления инфицированных ран у лабораторных животных (кроликов) (см. подробности в примере 3). Экспериментальные данные свидетельствуют об ускорении репаративных процессов при применении ФУЗ устройства по сравнению с применением всех остальных способов лечения. На гистограмме показаны усредненные сроки в днях на основе трех основных стадий течения раневого процесса для всех семи групп. Данные гистограммы говорят о явном синергетическом эффекте при заживлении ран в случае сочетанного применения нескольких воздействующих факторов.On Fig presents the dynamics of healing of infected wounds in laboratory animals (rabbits) (see details in example 3). Experimental data indicate the acceleration of reparative processes when using the FUZ device in comparison with the use of all other treatment methods. The histogram shows the average time in days based on the three main stages of the wound healing process for all seven groups. These histograms indicate a clear synergistic effect in wound healing in the case of the combined use of several influencing factors.
Примеры практической реализацииPractical examples
Пример 1. ФУЗ устройство и методика его применения для обработки гнойно-инфицированных послеоперационных ран. В качестве оптического источника используется терапевтическая светодиодная матрица, основной модуль которой в соответствие с патентом В.П.Жарова [7] разработан в МГТУ им. Н.Э.Баумана (г.Москва) и изготовлен в ФГУП НИИ «Полюс» (г.Москва). Эта матрица включает в себя 336 суперярких светодиодов, размещенных на внутренней поверхности цилиндра. Основные параметры этой матрицы: длина волны излучения светодиодов 660±10 нм; плотность мощности (интенсивность) по центральной оси 1-2 мВт/см2; общая площадь равномерного облучения - 1500 см2; диаметр и длина цилиндра 22 см 18 см соответственно; светодиоды включены по последовательно-параллельной электрической схеме. Питание фотоматрицы осуществляется от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. В качестве УЗ модуля источника используется УЗ преобразователь низкочастотный ультразвуковой аппарат УРСК-7Н-22 (разработчик - МГТУ им. Н.Э.Баумана) со следующими параметрами: частота ультразвуковых колебаний - 26,5 кГц; амплитуда перемещения дистального конца волновода-концентратора 40±20 мкм; тип волновода-концентратора - однополуволновый цилиндрический стержневой; волновод изготовлен из титанового сплава с торцевым диаметром на дистальном конце - 6 мм. Рабочие торцы волноводов могут иметь различную форму: плоскую, обеспечивающую подвод УЗ гидротечений в направлении оси волновода; полусферическую, обеспечивающую плотный контакт между марлевой прокладкой, пропитанной раствором, и обрабатываемыми биотканями (пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально, и далее на поверхность салфетки накладываются УЗ колебания при плотном контакте подвижной дистальной части УЗ преобразователя с марлей, также плотно наложенной к ране); скошенную под углом 30° для создания направленных УЗ гидротечений и т.п. Тип преобразователя - магнитострикционный, ограничение непрерывной работы магнитостриктора из-за тепловых эффектов - 5 мин; резонанс колебательной системы обеспечивается системой автоматической подстройки частоты. Питание ультразвукового аппарата УРСК-7Н-22 осуществляется также от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Применяемый фотосенсибилизатор: фталоцианин с металлокомплексом алюминия (русское название - «фотосенс», разработчик и изготовитель - ГНЦ НИОПИК, г.Москва), имеющий максимум полосы поглощения в диапазоне 660-676 нм и разводящийся в физиологическом растворе в концентрациях 1-10 мг/л. Применяемый антибиотик - сульфат гентамицина 0,08 г, разводимый в нормальном физиологическом растворе в объеме 1-2 мл. Для адаптации к лечению обширных ран в соответствие с изобретением фотоматрица развинчивается на два полуцилиндра, один из которых фиксируется над раной (при ране большой протяженности возможна фиксация сразу двух цилиндров по обе стороны от УЗ источника). Методика применения данного устройства заключается во ведении раствора в рану с последующим периодическим наложением УЗ колебаний на раствор продолжительностью 20-40 секунд и паузами между отдельными УЗ воздействиями около 3-х мин. После выдержки фотосенсибилизатора, необходимой для его импрегнации в бактериальные микроорганизмы (в среднем это занимает 10-30 мин), производится непрерывное оптическое облучение области раны порядка 20-30 мин. При этом производится одновременное УЗ воздействие с той же продолжительностью и паузами, как и до включения фотоматрицы. Оптическая доза для 20 минут облучения - 1,2 Дж/см2, для 30 мин - 1,8 Дж/см2, для 40 мин - 2,4 Дж/см2. Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ГКБ№7 г.Москвы при лечении хирургических гнойно-инфицированных ран в области желудочно-кишечного тракта. Исследования проводились с 5-ти основным группам: контрольная, по стандартным методикам лечения с помощью растворов антибиотиков, антисептиков, мазевых повязок и т.д.; УЗ + антибиотик; ФДТ; УЗ+ФДТ; УЗ + ФДТ + антибиотик; контроль проводился по степени бактериальной обсемененности ран во всех группах. Результаты исследований (фиг.21) показали наибольшую степень снижения бакобсемененности в 5-й группе (в среднем до 10), что свидетельствует о наиболее высокой эффективности предложенного ФУЗ устройства при обработке инфицированных ран. Следует отметить возможность использования в подобных применениях различных контрастных веществ типа полистироловых микросфер, металлических шариков, альбуминовых пузырей, обычно используемых для усиления контраста УЗ изображений (диаметр 3-5 мкм, концентрация до 109 /мл), вводимых в кровь или рану и т.д. Все они предназначены для усиления действия УЗ за счет понижения порога кавитации, что позволяет также понизить требования к мощности ультразвука. Прилипание отмеченных пузырей к некротическим продуктам позволяет более эффективно разрушить последние за счет эффектов кавитации. Есть все основания предполагать, что бактерии также могут скапливаться на поверхности пузырей, что позволит осуществить их селективную механическую деструкцию. Следует отметить, что при необходимости возможно одновременное использование стандартной процедуры аспирации, необходимой для удаления продуктов нагноения, замены непригодного для дальнейшего применения раствора и т.п.Example 1. FUZ device and its application for the treatment of purulent-infected postoperative wounds. As an optical source, a therapeutic LED matrix is used, the main module of which in accordance with the patent of V. P. Zharov [7] was developed at MSTU. N.E.Bauman (Moscow) and manufactured at the FSUE Research Institute "Polyus" (Moscow). This matrix includes 336 superbright LEDs located on the inner surface of the cylinder. The main parameters of this matrix: wavelength of the LEDs 660 ± 10 nm; power density (intensity) along the central axis of 1-2 mW / cm 2 ; the total area of uniform exposure - 1500 cm 2 ; cylinder diameter and
Пример 2. Устройство для ФУЗ обработки хирургических гнойно-инфицированных ран в онкохирургии. В качестве оптического источника используется оптический модуль терапевтической лампы АТО-1-150 (разработчик и изготовитель - ФГУП НИИ «Полюс», г.Москва). Параметры и тип согласующей системы: многожильный гибкий световод с внешним диаметром 1 см; длина световода - 30 см; тип светофильтра, прижимаемый к одному из концов световода с помощью фиксирующего элемента-гайки, - сменный и интерференционный. В частности, для работы совместно с фотосенсом (см. пример 1) используется светофильтр с максимумом полосы пропускания в районе 670±20 нм. Плотность мощности излучения (интенсивность) при световом пятне, охватывающем всю область раны длиной около 30 см, - 10 мВт/см2. В качестве ультразвукового модуля используется УЗ преобразователь - низкочастотный ультразвуковой аппарат УРСК-7Н-22 (см. пример 1). Световод пространственно фиксируется в районе дистальной части с помощью дополнительного кронштейна. Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ЦКБ МПС №4 г.Москвы при лечении гнойно-инфицированных ран у онкологических больных после радикального лечения (удаления) онкологической области или органов. Применяемые фотосенсибилизатор и антибиотик - те же (см. пример 1). Исследования динамики и характера течения раневых процессов показали, что сочетанное применение нескольких физико-химических факторов, как предложено в данном изобретении, вызывает отчетливо воспроизводимый синергетический эффект и приводит к заметной активации репаративных процессов. В частности данные морфологических и гистологических исследований показали, что в первые дни после начала обработки ран происходят значительные снижения гнойно-некротических масс, улучшаются параметры микроциркуляции: уменьшение тромбозов, отсутствие кровоизлияний, значительное снижение отека. Дальнейшие наблюдения показали, что в ранах появляются зрелые грануляции, слой горизонтальных фибробластов активно фиброзируется, микроциркуляторных расстройств нет, по краям раны идет активная эпителизация. Все это приводит к полной эпителизации ран без осложнений на любых стадиях раневого процесса.Example 2. A device for FUS treatment of purulent-infected surgical wounds in oncological surgery. As an optical source, the optical module of the ATO-1-150 therapeutic lamp is used (designer and manufacturer - FSUE NII Polyus, Moscow). Parameters and type of matching system: multi-core flexible fiber with an external diameter of 1 cm; fiber length - 30 cm; the type of light filter pressed to one of the ends of the light guide using the fixing element-nut is interchangeable and interference. In particular, to work in conjunction with photosensitivity (see Example 1), a light filter with a maximum passband in the region of 670 ± 20 nm is used. The radiation power density (intensity) with a light spot covering the entire wound area about 30 cm long is 10 mW / cm 2 . As an ultrasonic module, an ultrasonic transducer is used - a low-frequency ultrasonic device URSK-7N-22 (see example 1). The light guide is spatially fixed in the region of the distal part using an additional bracket. A similar device passed preliminary testing at the Central Clinical Hospital of the Ministry of Railways No. 4 of Moscow in the treatment of purulent-infected wounds in cancer patients after radical treatment (removal) of the oncological region or organs. The photosensitizer and antibiotic used are the same (see example 1). Studies of the dynamics and nature of the course of wound processes have shown that the combined use of several physicochemical factors, as proposed in this invention, causes a clearly reproducible synergistic effect and leads to a noticeable activation of reparative processes. In particular, the data of morphological and histological studies have shown that in the first days after the start of wound treatment, significant reductions in purulent-necrotic masses occur, microcirculation parameters improve: reduction of thrombosis, absence of hemorrhage, significant reduction of edema. Further observations showed that mature granulations appear in the wounds, the layer of horizontal fibroblasts is actively fibrosing, there are no microcirculatory disorders, active epithelization is occurring along the edges of the wound. All this leads to complete epithelialization of wounds without complications at any stages of the wound process.
Пример 3. Применение устройства по примеру 1 для ФУЗ обработки гнойно-инфицированных ран у животных. Эксперименты были проведены в НИЦ МГМСУ им. Н.А. Семашко. У лабораторных животных, кроликов самцов породы шиншилла, массой 3,5 кг, 9-ти месячного возраста, под местной анестезией 2% раствором лидокаина 10,0 мл, скальпелем в области спины наносились раны длиной 6 см и глубиной 1,5 см с рассечением кожи, подкожно-жировой клетчатки, фасции мышцы и надсечением мышцы. Инфицирование ран проводилось введением колоний музейных штаммов микроорганизмов (стафилококка, стрептококка, кишечной палочки, синегнойной палочки и протея). Животные содержались в стандартных условиях вивария в отдельных клетках в течение 30-ти дней. Лабораторные животные были разделены на 7 групп: 1-я группа (контрольная), в которой не проводилось никакого лечения; 2-я группа: традиционный способ лечения с использованием мазевых повязок (левомеколь, синтомициновая эмульсия, мазь Вишневского) и растворов антисептиков (фурацилин, диоксидин) с перевязками 1 раз в день; 3-я группа: воздействие только светом осуществляли 1 раз в день в течение 20-30 минут; 4-я группа: УЗ обработка ран с раствором антибиотика гентамицина в течение 5 минут 1 раз в день; 5-я группа: ФДТ с раствором фотосенса (предварительная выдержка в течение 6 часов) и световое воздействие в течение 20-30 минут 1 раз в день; 6-я группа: ФДТ, как и в 5-й группе, но вместе с непрерывным УЗ воздействием в течение 5 минут 1 раз в день; 7-я группа: ФДТ вместе с УЗ, как и в 6-й группе, но вместе с раствором гентамицина 1 раз в день. Результаты исследований (фиг.22) течения раневого процесса с привлечением клинических, патоморфологических и гистохимических данных, включая капилляроскопию краев раны и термометрию, показали, что применение ФУЗ устройства (7-й группа) обеспечивает наиболее высокую эффективность лечения гнойных хирургических ран у животных. По сравнению с контролем (срок заживления - 24,6), ФУЗ технология (срок заживления - 12,2) сокращает заживления ран (стадия полной эпителизации) на 12,4 дней, то есть в два раза. Эти данные свидетельствуют о явном синергетическом эффекте при сочетании нескольких воздействующих факторов.Example 3. The use of the device according to example 1 for FUZ treatment of purulent-infected wounds in animals. The experiments were conducted at the SIC MGMSU. ON. Semashko. In laboratory animals, rabbits of male chinchilla, weighing 3.5 kg, 9 months of age, under local anesthesia with 2% lidocaine solution 10.0 ml, with a scalpel in the back, wounds 6 cm long and 1.5 cm deep with dissection were applied skin, subcutaneous fat, muscle fascia and muscle notching. Wound infection was carried out by introducing colonies of museum strains of microorganisms (staphylococcus, streptococcus, E. coli, Pseudomonas aeruginosa and Proteus). Animals were kept under standard vivarium conditions in separate cages for 30 days. Laboratory animals were divided into 7 groups: 1st group (control), in which no treatment was carried out; 2nd group: the traditional method of treatment using ointment dressings (levomekol, sintomycin emulsion, Vishnevsky ointment) and antiseptic solutions (furatsilin, dioxidin) with
Пример 4. Применение ФУЗ устройств для активации иммунной системы при гнойно-инфиципрованных заболеваниях. В качестве оптического источника используются оптические модули терапевтической светодиодной матрицы (см. пример 1) и терапевтической лампы (см. пример 2). В качестве УЗ модуля используется УЗ преобразователь - низкочастотный ультразвуковой аппарат «Тонзиллор-2» со следующими параметрами: частота ультразвуковых колебаний - 26,5 кГц; амплитуда перемещения дистального конца волновода-концентратора 40±20 мкм; тип волновода-концентратора - однополуволновый цилиндрический стержневой; волновод изготовлен из титанового сплава с торцевым диаметром на дистальном конце - 3 мм; тип преобразователя - магнитострикционный с автоматической автоподстройкой резонансной частоты. Питание осуществляется также от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. В ИБХ им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН были проведены исследования по оценки эффективности действия описанной системы на сыворотках крови, полученных от больных с пониженным иммунитетом. Оценка состояния иммунной системы проводилась с помощью новой методики измерения соотношения высокоавидных и низкоавидных антител G класса в сыворотке крови, разработанной B.C. Гевондян и Н.М. Гевондян. Было показано, что временная доза оптического воздействия при указанных параметрах должна быть не менее 10-20 мин, в то время как для УЗ воздействия существует оптимум по времени воздействия в течение 1-3 минут при непрерывном и непосредственном контакте УЗ волновода с сывороткой, выше которого с дальнейшим увеличением экспозиции активация антител постепенно уменьшается и даже изменяется на ингибирование.Example 4. The use of FUS devices to activate the immune system for purulent-infected diseases. As an optical source, optical modules of a therapeutic LED matrix (see example 1) and a therapeutic lamp (see example 2) are used. As an ultrasound module, an ultrasound transducer is used - a low-frequency ultrasonic device “Tonsillor-2” with the following parameters: frequency of ultrasonic vibrations - 26.5 kHz; the amplitude of movement of the distal end of the waveguide-hub 40 ± 20 microns; type of waveguide-hub - single-wave cylindrical rod; the waveguide is made of a titanium alloy with an end diameter at the distal end of 3 mm; the type of converter is magnetostrictive with automatic tuning of the resonant frequency. Power is also supplied from a network with a voltage of 220 V and a frequency of 50 Hz. In IBCh them. Studies by M.M.Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov of the Russian Academy of Sciences were conducted to evaluate the effectiveness of the described system on blood serum obtained from patients with reduced immunity. Assessment of the state of the immune system was carried out using a new method for measuring the ratio of high-grade and low-grade G class antibodies in blood serum developed by B.C. Ghevondyan and N.M. Ghevondyan. It was shown that the temporary dose of optical exposure at the specified parameters should be at least 10-20 minutes, while for ultrasonic exposure there is an optimum in exposure time for 1-3 minutes with continuous and direct contact of the ultrasonic waveguide with serum, above which with a further increase in exposure, antibody activation gradually decreases and even changes to inhibition.
Пример 5. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран в труднодоступных полостях. В качестве УЗ источника используется модуль УЗ преобразователя аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) или «Тонзиллор-2» (см. пример 4). В качестве источника оптического излучения используется излучение HeNe лазера с мощностью 50 мВт и длиной волны 632,8 нм. В качестве фотосенсибилизатора используется производные гематопорфирина (русское название "фотогем"). Доставка лазерного излучения осуществляется с помощью моножильного световода диаметром 600 мкм с внешней полимерной оболочкой. Этот световод фиксируется в дистальной части УЗ волновода с помощью поджимной гайки, как представлено на фиг.6. В таком устройстве световод используется для одновременной подачи световой и УЗ энергий. Благодаря механической гибкости световода его можно ввести в узкие труднодоступные криволинейные каналы, например в ушную или носовую полости. В качестве источников излучения могут использоваться многие известные лазеры для медицинского применения, например газовые лазеры на нейтральном газе (HeNe и т.п.); полупроводниковые лазеры (GaAs, тройные соединения и т.п.); лазеры на ионах (Ar+, Kr+); лазеры на красителях; твердотельный лазер Nd:YAG (первая и вторая гармоники с длинами волн 1064 и 532 нм) и др.Example 5. FUZ device for the treatment of purulent-infected wounds in hard-to-reach cavities. As the ultrasound source, the ultrasonic converter module of the URSK-7N-22 apparatus (see example 1) or Tonsillor-2 (see example 4) is used. The source of optical radiation is HeNe laser radiation with a power of 50 mW and a wavelength of 632.8 nm. Derivatives of hematoporphyrin (the Russian name "photogem") are used as a photosensitizer. Laser radiation is delivered using a single-core fiber with a diameter of 600 microns with an external polymer sheath. This fiber is fixed in the distal part of the ultrasonic waveguide using a compression nut, as shown in Fig.6. In such a device, a light guide is used to simultaneously supply light and ultrasound energies. Due to the mechanical flexibility of the fiber, it can be inserted into narrow, inaccessible curvilinear channels, for example, into the ear or nasal cavities. As radiation sources, many well-known lasers for medical applications can be used, for example, gas gas lasers using neutral gas (HeNe, etc.); semiconductor lasers (GaAs, triple compounds, etc.); ion lasers (Ar +, Kr +); dye lasers; solid-state Nd: YAG laser (first and second harmonics with wavelengths of 1064 and 532 nm), etc.
Пример 6. ФУЗ устройство для обработки обширных гнойно-инфицированных поверхностей. Особенностью этого устройства по сравнению с описанным в примере 1 является введение между дистальной частью УЗ волновода и поверхностью раны дополнительной защитной сетки. Назначением этой сетки является исключение возможного соприкосновения подвижной дистальной части волновода с поверхностью раны, которая представляет собой полый цилиндр с перфорированной донной поверхностью. Диаметр цилиндра сетки - 2 см, диаметр одного отверстия сетки - 2 мм. Этот цилиндр навинчивается не верхнюю неподвижную часть УЗ преобразователя (магнитостриктора) с помощью стандартного резьбового соединения. Оптические источники представляют собой матрицу сверхъярких светодиодов на полусферической подложке с центральным осевым отверстием, которая прикреплена к цилиндру с сеткой так, что цилиндр проходит через центральное отверстие подложки. Оптические оси каждого светодиода направлены на торец дистальной части волновода. Длина волны излучения сверхъярких светодиодов 660±10 нм. Применяемые фотосенсибилизатор и антибиотик такие же, как и в примере 1. Такая конструкция важна, прежде всего, при обработки обширных инфицированных областей, в частности гнойно-инфицированных ран в области желудочно-кишечного тракта и при гнойных перитонитах.Example 6. FUZ device for processing extensive purulent-infected surfaces. A feature of this device compared to that described in example 1 is the introduction between the distal part of the ultrasonic waveguide and the wound surface of an additional protective mesh. The purpose of this grid is to eliminate the possible contact of the moving distal part of the waveguide with the wound surface, which is a hollow cylinder with a perforated bottom surface. The diameter of the mesh cylinder is 2 cm, the diameter of one mesh hole is 2 mm. This cylinder is not screwed onto the upper fixed part of the ultrasonic transducer (magnetostrictor) using a standard threaded connection. Optical sources are a matrix of superbright LEDs on a hemispherical substrate with a central axial hole, which is attached to the cylinder with a grid so that the cylinder passes through the central hole of the substrate. The optical axis of each LED is directed to the end of the distal part of the waveguide. The radiation wavelength of superbright LEDs is 660 ± 10 nm. The photosensitizer and antibiotic used are the same as in Example 1. This design is important, first of all, when treating large infected areas, in particular purulent-infected wounds in the gastrointestinal tract and with purulent peritonitis.
Пример 7. ФУЗ устройство для обработки поверхностных ран сложной (не горизонтальной) пространственной конфигурации. Для возможности обработки подобных поверхностей, включая их вертикальное положение, устройство выполняется на базе аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) с использованием пьезоэлектрического УЗ преобразователя со сквозным осевым цилиндрическим каналом. В этот канал непрерывно подается жидкость раствора с расходом до 3,3 мл/с. Конструктивное исполнение УЗ преобразователя позволяет варьировать внутренний диаметр сквозного цилиндрического канала от 3,6 до 6 мм, причем само отверстие конусно сужается к выходному отверстию канала под углом 35°. Это позволяет при УЗ частоте 26,5 кГц формировать струйно-аэрозольный режим обработки за счет возникающей силы трения между поверхностью цилиндрического канала и подаваемым раствором. В качестве оптических источников могут применяться все описанные выше элементы, включая матрицы сверхъярких светодиодов (см. примеры 1,6); терапевтические лампы с многожильным световодом (см. пример 2); и лазеры с моносветоводами. Оптические источники прикрепляются с внешней стороны пьезопреобразователя с помощью специальных кронштейнов. Подобное устройство прошло предварительную апробацию в ММА им. И.М.Сеченова при лечении гнойных ран, сопутствующих опухолям головы и шеи.Example 7. FUZ device for the treatment of surface wounds of complex (not horizontal) spatial configuration. For the possibility of processing such surfaces, including their vertical position, the device is based on the apparatus URSK-7N-22 (see example 1) using a piezoelectric ultrasonic transducer with a through axial cylindrical channel. A solution liquid is continuously fed into this channel with a flow rate of up to 3.3 ml / s. The design of the ultrasonic transducer allows you to vary the inner diameter of the through cylindrical channel from 3.6 to 6 mm, and the hole itself is tapered tapering to the channel outlet at an angle of 35 °. This makes it possible to form a jet-aerosol treatment regime at an ultrasonic frequency of 26.5 kHz due to the arising friction force between the surface of the cylindrical channel and the feed solution. As optical sources, all the elements described above can be used, including arrays of superbright LEDs (see examples 1,6); therapeutic lamps with a multicore optical fiber (see example 2); and mono-fiber lasers. Optical sources are attached on the outside of the piezoelectric transducer using special brackets. A similar device has been pre-tested in MMA them. I.M.Sechenova in the treatment of purulent wounds associated with head and neck tumors.
Пример 8. Применение ФУЗ обработки инфицированных поверхностей с одновременной комбинированной хирургической операцией на примере соединения (ФУЗ сварки) костных тканей. Последнее достигается путем УЗ полимеризации присадочного материала, состоящего из жидкого мономера циакрина с костной стружкой и различного рода дополнительных компонент, в частности, на основе альбумина. Полимеризованный под действием УЗ мономер диффундирует в костную ткань и взаимодействует с ее компонентами, в частности с коллагеном, образуя твердый костный конгломерат. Последний в процессе регенерации ткани насыщается новыми живыми костными структурами. Определенной проблемой при этом является нестабильность скорости регенерации ткани и плохое кровоснабжение через область соединения. Для исключения этого недостатка используется ФУЗ технология, при этом лазерное излучение предназначается для обеспечения дополнительной селективной фотополимерзации биоприсадок. Использование ФУЗ метода реализуется путем одновременного воздействия УЗ и света на область перелома костной ткани с одновременной подачей в обрабатываемую зону оптических присадок (костная стружка, биодобавки и т.п., включая фотосенсибилизаторы и альбумин). Это позволяет значительно понизить риск инфицирования обрабатываемой зоны. При этом возможно использование тепловых эффектов под действием лазерного излучения для ускорения полимеризации и диффузии присадок. Для этого можно использовать лазеры ближнего и среднего ИК диапазона: неодимовый, эрбиевый, гольмиевый, углекислотный и т.д. Тепловое разрушение фотосенсибилизаторов, как и прямое тепловое воздействие на бактерии, позволяет также усилить бактерицидный эффект. Эта технология перспективна при обработке костных тканей применительно к задачам онкологии, пластической тепловой деформации хрящевых тканей в отоларингологии, ортопедии и косметологии.Example 8. The use of FUS treatment of infected surfaces with simultaneous combined surgical operation on the example of the connection (FUS welding) of bone tissue. The latter is achieved by ultrasonic polymerization of filler material, consisting of liquid monomer of cyacrine with bone chips and various additional components, in particular, based on albumin. The monomer polymerized by ultrasound diffuses into the bone tissue and interacts with its components, in particular with collagen, forming a solid bone conglomerate. The latter in the process of tissue regeneration is saturated with new living bone structures. A certain problem in this case is the instability of the tissue regeneration rate and poor blood supply through the junction area. To eliminate this drawback, FUZ technology is used, while laser radiation is intended to provide additional selective photopolymerization of biological additives. The use of the FUS method is realized by simultaneous exposure of ultrasound and light to the area of bone fracture with the simultaneous supply of optical additives (bone chips, bioadditives, etc., including photosensitizers and albumin) to the treated area. This can significantly reduce the risk of infection of the treated area. In this case, it is possible to use thermal effects under the action of laser radiation to accelerate the polymerization and diffusion of additives. To do this, you can use near and mid-IR lasers: neodymium, erbium, holmium, carbon dioxide, etc. Thermal destruction of photosensitizers, as well as direct thermal effects on bacteria, can also enhance the bactericidal effect. This technology is promising in the treatment of bone tissue in relation to the tasks of oncology, plastic thermal deformation of cartilage in otolaryngology, orthopedics and cosmetology.
Пример 9. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран с помощью высокочастотного ультразвука. В качестве УЗ модуля используются высокочастотные УЗ пьезоэлектрические преобразователи от УЗ терапевтических аппаратов с частотами 0,88, 1,7 или 2,7 МГц. Возможно, использование нескольких источников УЗ частоты одновременно (матричная УЗ система), как и одновременно нескольких разных частот, например 0,88 и 2,7 МГц. Плотность мощности УЗ (интенсивность УЗ поля) может использоваться в диапазоне от 0,4 до 1 Вт/см2. Другим вариантом является сканирование частоты УЗ преобразователя, что позволяет настраиваться последовательно на резонансные частоты биообъекта. В качестве фотосенсибилизатора используется фотосенс (см. пример 1), обладающий выраженными фотодинамическими свойствами, а в качестве соносенсибилизатора - терафтал в концентрации 0,05-0,5 мг/мл (разработчик и изготовитель - ГНЦ НИОПИК, г.Москва). Последний обладает сонодинамическими свойствами, то есть под действием УЗ колебаний он разваливается на радикалы, в частности H2О2, которые обладают бактерицидными свойствами. При этом концентрация Н2O2 может достигать 10-6 моль/л, то есть несколько больше, чем в случае фотосенсибилизатров. Поэтому возможное использование двух сенсибилизаторов (фото- и соно-) одновременно позволяет усилить бактерицидный эффект. В качестве оптических источников применяются матрицы сверхъярких светодиодов (см. примеры 1, 6); терапевтические лампы со световодами (см. пример 2); лазеры со световодами и оптоволокнами. При этом оптические источники крепятся на источниках УЗ с помощью специальных кронштейнов, как описано в предыдущих примерах. Такое ФУЗ устройство, работающее одновременно с фотосенсибилизатором и соносенсибилизатором, а также с различными УЗ частотами, с успехом может применяться для лечения не только инфицированных ран, но и поверхностно-доступных гнойных опухолей.Example 9. FUZ device for the treatment of purulent-infected wounds using high-frequency ultrasound. As the ultrasound module, high-frequency ultrasound piezoelectric transducers from ultrasound therapeutic devices with frequencies of 0.88, 1.7 or 2.7 MHz are used. It is possible to use several sources of ultrasonic frequencies at the same time (matrix ultrasound system), as well as several different frequencies at the same time, for example, 0.88 and 2.7 MHz. The power density of the ultrasound (intensity of the ultrasound field) can be used in the range from 0.4 to 1 W / cm 2 . Another option is to scan the frequency of the ultrasonic converter, which allows you to tune sequentially to the resonant frequencies of the biological object. Photosensitizer is used as a photosensitizer (see Example 1), which has pronounced photodynamic properties, and teosphthalicum at a concentration of 0.05-0.5 mg / ml as a sonosensitizer (designer and manufacturer - SSC NIOPIK, Moscow). The latter has sonodynamic properties, that is, under the influence of ultrasonic vibrations, it falls apart into radicals, in particular H 2 O 2 , which have bactericidal properties. The concentration of H 2 O 2 can reach 10 -6 mol / L, that is, slightly more than in the case of photosensitizers. Therefore, the possible use of two sensitizers (photo and sono) simultaneously enhances the bactericidal effect. As optical sources, matrices of superbright LEDs are used (see examples 1, 6); therapeutic lamps with optical fibers (see example 2); lasers with optical fibers and fibers. At the same time, optical sources are mounted on ultrasonic sources using special brackets, as described in previous examples. Such a FUZ device that works simultaneously with a photosensitizer and a sonosensitizer, as well as with various ultrasonic frequencies, can be successfully used to treat not only infected wounds, but also surface-accessible purulent tumors.
Пример 10. ФУЗ устройство на основе использования фокусированного ультразвука. В качестве акустической антенны используется линейка пьезоэлектрических преобразователей с частотой около 1 МГц, которые фокусируются, например, в области желудка. Параметры фокусированной антенны: частота 0,7-1,5 МГц, диаметр антенны 5-15 см, мощность 0,1-100 Вт/см2, длительность импульса 0,01-100 мс. Таким образом, может осуществляться обработка многих труднодоступных для обычного УЗ зон. Следует отметить, что контрастные вещества, фотосенсибилизатор, металлические частицы могут быть селективно доставлены в рану или опухоль с помощью различных носителей типа липосомы, антитела и т.п. Возможно также введение маленьких пузырей диаметром 3-5 мкм, как отмечалось раньше, для усиления действия ультразвука. Также применение подобного ФУЗ устройства перспективно в случаях язв, в т.ч. диабетических, ожогов, нагноений вокруг трансплантатов, протезов, в т.ч. в ортопедии и стоматологии, для лечения воспалений надкостницы и т.д.Example 10. FUZ device based on the use of focused ultrasound. As an acoustic antenna, a line of piezoelectric transducers with a frequency of about 1 MHz, which are focused, for example, in the region of the stomach, is used. Parameters of the focused antenna: frequency 0.7-1.5 MHz, antenna diameter 5-15 cm, power 0.1-100 W / cm 2 , pulse duration 0.01-100 ms. Thus, many hard-to-reach zones for conventional ultrasound can be processed. It should be noted that contrast agents, a photosensitizer, metal particles can be selectively delivered to a wound or tumor using various carriers such as liposomes, antibodies, etc. It is also possible the introduction of small bubbles with a diameter of 3-5 microns, as noted earlier, to enhance the action of ultrasound. Also, the use of such a FUZ device is promising in cases of ulcers, including diabetic, burns, suppuration around transplants, prostheses, incl. in orthopedics and dentistry, for the treatment of inflammation of the periosteum, etc.
Пример 11. ФУЗ устройство на основе генерации ультразвука или акустических колебаний с использованием энергии импульсного магнитного поля. Источником магнитного поля является соленоид-индуктор диаметром 10 см, создающий импульсное магнитное поле напряженностью до 2 Т при длительности импульса 1-10 мс. Индуктор располагается вплотную к ране. Величина эффективного действия магнитного поля достигает 3-5 см. В рану вводятся металлические инертные к биообъекту частицы размером 0,1-50 мкм (железо в оболочках и т.п.). Периодическое воздействие магнитным полем приводит к периодическому смещению указанных частиц, что в свою очередь приводит к генерации акустических колебаний и к перемешиванию раствора, в котором они находятся. Оптическое воздействие в данном устройстве осуществляется по описанным выше схемам.Example 11. FUZ device based on the generation of ultrasound or acoustic vibrations using the energy of a pulsed magnetic field. The source of the magnetic field is a solenoid inductor with a diameter of 10 cm, which creates a pulsed magnetic field with a voltage of up to 2 T with a pulse duration of 1-10 ms. The inductor is located close to the wound. The magnitude of the effective action of the magnetic field reaches 3-5 cm. Metal particles that are inert to the biological object with a size of 0.1-50 microns (iron in the shells, etc.) are introduced into the wound. Periodic exposure to a magnetic field leads to a periodic displacement of these particles, which in turn leads to the generation of acoustic vibrations and to the mixing of the solution in which they are located. The optical effect in this device is carried out according to the schemes described above.
Пример 12. ФУЗ устройство для обработки гнойно-инфицированных ран с помощью марлевой салфетки. В качестве УЗ источника используется модуль УЗ преобразователя аппарата УРСК-7Н-22 (см. пример 1) или «Тонзиллор-2» (см. пример 4). В качестве источника оптического излучения используется излучение твердотельного лазера на алюминате иттрия с удвоенной частотой. Мощность - 200 мВт, длина волны 670 нм, в качестве фотосенсибилизатора используется «фотосенс». После туалета раны (в том числе с использованием антисептиков и антибиотиков, а также мазей) на ее поверхность накладывается марлевая салфетка, пропитанная изотоническим раствором с фотосенсом и антибиотиком. Использование салфетки необходимо в тех случаях, когда инфицированная рана локализуется на плоской или покатой поверхности (например конечности), т.е. когда нет явного углубления для заливки раствора, и таким образом марлевая салфетка препятствует вытеканию (растеканию) раствора. Пациент при обработке ран принимает такое положение, чтобы область раны ориентировалась горизонтально. Далее на поверхность салфетки накладываются УЗ колебания при плотном контакте подвижной дистальной части УЗ преобразователя с марлей, также плотно наложенной к ране. Посредством УЗ достигается значительное ускорение импрегнации фотосенсибилизатора и антибиотика в бактерии и гнойные поверхности раны. После этого производится изъятие салфетки и облучение области раны с помощью лазера. Возможно применение частично прозрачной повязки, а также возможно применение повязки с увеличенным шагом сетки марлевой салфетки для обеспечения одновременного присутствия салфетки и последующего оптического облучения. Также возможно применение такой салфетки с одновременным наложением УЗ колебаний и лазерного излучения. Также возможно применение дополнительного прозрачного пластика (фиг.18), прикладываемого над салфеткой, который может крепиться к кожному покрову с помощью медицинского клея. Этот вариант помогает полностью исключить вытекание раствора, при этом УЗ будет прикладываться к поверхности пластика, а лазерное излучение доставляться сквозь пластик, который может быть выполнен прозрачным. Возможно также периодическое удаление марлевой салфетки при замене пластика или возможно удаление через малое отверстие в его поверхности, которое затем заклеивается.Example 12. FUZ device for treating purulent-infected wounds using a gauze wipe. As the ultrasound source, the ultrasonic converter module of the URSK-7N-22 apparatus (see example 1) or Tonsillor-2 (see example 4) is used. Doubled frequency solid-state yttrium aluminate laser radiation is used as a source of optical radiation. Power - 200 mW, wavelength 670 nm, “photosens” is used as a photosensitizer. After the toilet of the wound (including the use of antiseptics and antibiotics, as well as ointments), a gauze napkin impregnated with an isotonic solution with photosens and antibiotic is applied to its surface. The use of a tissue is necessary in cases where the infected wound is localized on a flat or sloping surface (for example, a limb), i.e. when there is no obvious recess for pouring the solution, and thus the gauze napkin prevents the outflow (spreading) of the solution. When treating wounds, the patient takes such a position that the wound area is oriented horizontally. Further, ultrasonic vibrations are superimposed on the surface of the napkin when the moving distal part of the ultrasonic transducer is in tight contact with gauze, also tightly applied to the wound. Through ultrasound, a significant acceleration of the impregnation of the photosensitizer and antibiotic into bacteria and purulent wound surfaces is achieved. After this, the tissue is removed and the wound area is irradiated with a laser. It is possible to use a partially transparent dressing, and it is also possible to use a dressing with an increased grid spacing of a gauze napkin to ensure the simultaneous presence of a napkin and subsequent optical irradiation. It is also possible to use such a napkin with simultaneous superposition of ultrasonic vibrations and laser radiation. It is also possible to use additional transparent plastic (Fig. 18) applied over a napkin, which can be attached to the skin with medical glue. This option helps to completely eliminate the flow of the solution, while the ultrasound will be applied to the surface of the plastic, and the laser radiation will be delivered through the plastic, which can be made transparent. It is also possible to periodically remove the gauze cloth when replacing the plastic, or it is possible to remove through a small hole in its surface, which is then sealed.
13. Другие примеры13. Other examples
Представленными примерами не исчерпываются все возможные потенциальные схемы, конструкции и области применений нового комбинированного устройства. Ниже коротко перечислены наиболее перспективные из них, включая различные типы УЗ модулей, оптических источников и фотосенсибилизаторов.The presented examples do not exhaust all possible potential circuits, designs, and applications of the new combined device. The most promising of them are briefly listed below, including various types of ultrasound modules, optical sources, and photosensitizers.
13.1. Наряду с увеличением количества оптических источников и соединения их в матрицы возможно также увеличение количества УЗ источников, например это может быть матрица обычных УЗ преобразователей. Возможен также вариант исполнения УЗ преобразователя с несколькими дистальными наконечниками. УЗ колебания на них передаются от одного волновода-концентратора. Реализована эта схема может быть как с использованием жесткого волновода с множеством наконечников, так и с помощью навинчивания на конец волновода круглой насадки, содержащей множество уступов для одновременного воздействия УЗ колебаний на раствор при достаточно большой площади раны. При этом подвод света может осуществляться с помощью оптических источников по аналогии с предыдущими схемами. Возможен также вариант световодного подвода оптического излучения к каждому отдельному наконечнику.13.1. Along with an increase in the number of optical sources and their combination into matrices, it is also possible to increase the number of ultrasonic sources, for example, it can be a matrix of conventional ultrasonic converters. An ultrasonic transducer with several distal tips is also possible. Ultrasonic vibrations are transmitted to them from one waveguide-hub. This scheme can be realized either using a rigid waveguide with many tips, or by screwing a round nozzle on the end of the waveguide containing many steps for the simultaneous action of ultrasonic vibrations on the solution with a sufficiently large wound area. In this case, the light can be supplied using optical sources by analogy with the previous schemes. A variant of the optical waveguide supply of optical radiation to each individual tip is also possible.
13.2. Генерация УЗ или акустических колебаний за счет фотоакустического эффекта при импульсном или периодическом поглощении лазерного излучения в растворе или нанесенной на него тонкой поглощающей пленки. В качестве источников наиболее перспективно использовать эрбиевые и углекислотные лазеры, обладающие максимальным поглощением в воде. Для оптического возбуждения УЗ колебаний в водных растворах возможно использование также непрерывных модулированных по интенсивности (например с помощью электрооптических модуляторов, а также за счет изменения кривизны гибкого внутрирезонаторного металлического зеркала и т.п.) или импульсно-периодических лазеров.13.2. The generation of ultrasound or acoustic vibrations due to the photoacoustic effect during pulsed or periodic absorption of laser radiation in a solution or a thin absorbing film deposited on it. Erbium and carbon dioxide lasers with the maximum absorption in water are the most promising sources. For optical excitation of ultrasonic vibrations in aqueous solutions, it is also possible to use continuous intensity-modulated (for example, using electro-optical modulators, as well as by changing the curvature of a flexible intracavity metal mirror, etc.) or pulse-periodic lasers.
13.3. Обработка крови при заборе и хранении для исключения или по крайней мере инактивации в ней инфекции, включая вирусы HIV, СПИД в различных режимах, паразитов типа P.falciparum и T.cruzi (in vivo, экстракорпорально, в специальных емкостях и т.д.). При этом возможно введение световода с УЗ наконечником непосредственно в сосуды и уничтожение таким образом инфекции в крови или на стенках сосудов.13.3. Blood processing during collection and storage to exclude or at least inactivate infections in it, including HIV, AIDS viruses in various modes, parasites such as P. falciparum and T. crusi (in vivo, extracorporeal, in special containers, etc.) . In this case, it is possible to introduce a fiber with an ultrasonic tip directly into the vessels and thus destroy the infection in the blood or on the walls of the vessels.
13.4. Помимо применения для лечения инфицированных ран представленная комбинированная технология весьма перспективна и для других медицинских применений, включая лечение дерматологических заболеваний, абсцессов внутренней локализации, гайморита, передонтита, лечение гнойных очагов в корнях зубов и других воспалительных процессов в стоматологии, в лечении воспалений уха, особенно у детей и т.п. Отдельно необходимо выделить онкологию, когда УЗ используется как для усиления диффузии фотосенсибилизатора в опухоли, так и для формирования дополнительных токсических для опухолевых клеток радикалов в силу сонодинамического эффекта. При этом перспективно использовать одновременно фотосенсибилизаторы и соносенсибилизаторы. Введение контрастных веществ, в частности пузырей или микросфер, позволит обеспечить дополнительное селективное поражение клеток опухоли за счет эффектов снижения порогов кавитации. При этом предполагается одновременное использование света для реализации ФДТ. Возможны также различные комбинации ФДТ и УЗ, когда они используются и с некоторым временным перекрытием между собой. Так как УЗ проникает более глубоко в ткани, чем лазерное излучение (по крайней мере в несколько раз), то следует ожидать при комбинированной обработке уничтожение более глубоких поверхностных опухолей. Наиболее оптимальным режимом является использование УЗ для транспортировки фото- и соно- сенсибилизатров, потом следует мягкое УЗ воздействие на опухоль с целью их более равномерного распределения в объеме опухоли, затем идет реализация ФДТ с последующем включением на заключительной стадии УЗ. Возможно также использование вначале сонодинамической терапии, а затем подключение ФДТ, но этот зависит от степени чувствительности используемых сенсибилизаторов к УЗ и свету. Для УЗ импрегнации растворов возможно при этом использовать описанные выше варианты фиксации раствора на поверхности с помощью стаканов, защитной пленки и т.п. При опухолях внутренней локализации возможно использование фокусированного УЗ в сочетании со световодной доставкой оптического излучения в опухоль. Как пример, в качестве источника излучения можно использовать непрерывный лазер на красителе с длиной волны 630 нм и мощностью до нескольких Вт, в качестве фотосенсибилизатора фотогем, при этом используется УЗ преобразователь с частой около 1 МГц. Для формирования оптического излучения возможно использовать также химические реакции с значительным выходом флуоресценции у продуктов этих реакций, усиленным с помощью УЗ (образование промежуточных продуктов, радикалов и т.п.).13.4. In addition to the use for the treatment of infected wounds, the presented combined technology is very promising for other medical applications, including the treatment of dermatological diseases, abscesses of the localization, sinusitis, frontontitis, treatment of purulent foci in the roots of the teeth and other inflammatory processes in dentistry, in the treatment of inflammation of the ear, especially children, etc. Oncology should be singled out separately when ultrasound is used both to enhance diffusion of the photosensitizer in the tumor and to form additional radicals that are toxic to tumor cells due to the sonodynamic effect. At the same time, it is promising to use photosensitizers and sonosensitizers at the same time. The introduction of contrast agents, in particular bubbles or microspheres, will provide additional selective damage to tumor cells due to the effects of lowering cavitation thresholds. In this case, the simultaneous use of light for the implementation of PDT is assumed. Various combinations of PDT and ultrasound are also possible when they are used and with some temporary overlap among themselves. Since ultrasound penetrates deeper into the tissue than laser radiation (at least several times), we should expect the destruction of deeper superficial tumors during combined treatment. The most optimal mode is the use of ultrasound for transporting photo- and sonosensitizers, followed by a mild ultrasound effect on the tumor in order to more evenly distribute it in the tumor volume, then PDT is implemented, followed by the inclusion of ultrasound at the final stage. It is also possible to use first sonodynamic therapy, and then connect PDT, but this depends on the degree of sensitivity of the sensitizers used to ultrasound and light. For ultrasonic impregnation of solutions, it is possible to use the above-described options for fixing the solution on the surface using glasses, a protective film, etc. In tumors of internal localization, it is possible to use focused ultrasound in combination with optical fiber delivery of optical radiation to the tumor. As an example, as a radiation source, you can use a continuous dye laser with a wavelength of 630 nm and a power of up to several watts, as a photosensitizer photogam, using an ultrasonic transducer with a frequency of about 1 MHz. For the formation of optical radiation, it is also possible to use chemical reactions with a significant yield of fluorescence in the products of these reactions, enhanced by ultrasound (the formation of intermediate products, radicals, etc.).
13.5. УЗ аппараты. В качестве УЗ модулей могут использоваться УЗ преобразователи отечественных и зарубежных УЗ аппаратов. В частности отечественные: УРСК-7Н, УРСК-8Н, УРСК-18, УРСК-7Н-18, УРСК-7Н-20, УРСК-7Н-21, УРСК-7Н-22 и их модификации, предназначенные для задач общей хирургии, а также УЗ сварки, резки и санации биообъектов; «Тонзиллор»-1,2 для отоларингологии, «Гинетон»-1,2 для гинекологии, «Стоматон» для стоматологии, «Проктон» для проктологии, «Онкотон» для онкохирургии; во всех перечисленных УЗ аппаратах частота 26,5 кГц. Зарубежные УЗ аппараты: CUSA (США), 23kHz; SUS-101 (Япония), 23kHz; SONOTEC (Япония), 24 kHz; AMDENT (Швеция), 25 kHz; PIEZON (Швейцария), 28 kHz и т.д. Возможны также модификация УЗ модулей с изменением частоты УЗ колебаний по заданной программе с блока управления в диапазоне от 20 кГц до нескольких МГц, а также модуляция УЗ колебаний низкочастотной составляющей в диапазоне 10 Гц- 12 кГц.13.5. Ultrasound devices. As ultrasound modules, ultrasonic converters of domestic and foreign ultrasonic devices can be used. In particular, domestic: URSK-7N, URSK-8N, URSK-18, URSK-7N-18, URSK-7N-20, URSK-7N-21, URSK-7N-22 and their modifications designed for general surgery tasks, and also ultrasonic welding, cutting and sanitation of biological objects; “Tonsillor” -1.2 for otolaryngology, “Gineton” -1.2 for gynecology, “Stomaton” for dentistry, “Procton” for proctology, “Onkoton” for oncological surgery; in all of the listed ultrasound devices the frequency of 26.5 kHz. Foreign ultrasound devices: CUSA (USA), 23kHz; SUS-101 (Japan), 23kHz; SONOTEC (Japan), 24 kHz; AMDENT (Sweden), 25 kHz; PIEZON (Switzerland), 28 kHz, etc. Modification of ultrasonic modules with changing the frequency of ultrasonic vibrations according to a given program from the control unit in the range from 20 kHz to several MHz, as well as modulation of ultrasonic vibrations of the low-frequency component in the range of 10 Hz-12 kHz are also possible.
13.6. Фотосенсибилизаторы. В качестве фотосенсибилизаторов могут использоваться практически все на сегодняшний день известные соединения, включая производные гематопорфирина (в России «Фотогем», в США и Канаде «Фотофрин-2», «Фотосан-3»); «Алосенс»; все виды хлоринов, например «Радахлорин»; фталоцианины, например на основе Zn, Al, Ga, Со (в России на основе алюминия - «Фотосенс»); нафталоцианины, например на основе Zn, Al, Si и т.д.13.6. Photosensitizers. Almost all currently known compounds can be used as photosensitizers, including hematoporphyrin derivatives (Photogem in Russia, Photofrin-2, Photosan-3 in the USA and Canada); Alossens; all types of chlorins, for example "Radachlorin"; phthalocyanines, for example, based on Zn, Al, Ga, Co (in Russia, on the basis of aluminum - “Photosense”); naphthalocyanines, for example based on Zn, Al, Si, etc.
13.7. В качестве материала оптических жестких наконечников может использоваться стекло, кварц, сапфир, алмаз и т.п.13.7. Glass, quartz, sapphire, diamond, etc. can be used as the material of optical hard tips.
13.8. Для дальнейшего повышения эффективности обработки возможно использование нескольких фотосенсибилизаторов и оптических источников, например светодиодов с разными длинами волн, совпадающими с полосами поглощения соответствующих фотосенсибилизаторов.13.8. To further increase the processing efficiency, it is possible to use several photosensitizers and optical sources, for example, LEDs with different wavelengths that coincide with the absorption bands of the corresponding photosensitizers.
13.9. Предлагаемое изобретение также может использоваться в комбинации и с другими физиотерапевтическими воздействиями, в частности с непрерывным и импульсным магнитным или электрическим полями и т.п.13.9. The present invention can also be used in combination with other physiotherapeutic influences, in particular with continuous and pulsed magnetic or electric fields, etc.
ЛитератураLiterature
1. Николаев Г.А., Лощилов В.И. «Ультразвуковая технология в хирургии» (М., «Медицина», 1980, 272 с.).1. Nikolaev G.A., Loshchilov V.I. "Ultrasonic technology in surgery" (M., "Medicine", 1980, 272 p.).
2. Саврасов Г.В. «Технологические задачи ультразвуковой хирургии» (М., журнал «Вестник МГТУ», 4'1993, с.64-73).2. Savrasov G.V. “Technological problems of ultrasonic surgery” (M., journal “Vestnik MSTU”, 4'1993, p. 64-73).
3. Орлова А.А. «Теоретическое и экспериментальное исследование ультразвуковой обработки инфицированных ран и полостей незначительных размеров» (М., «Труды МВТУ №319», 1980, с.43-54).3. Orlova A.A. “Theoretical and experimental study of ultrasound treatment of infected wounds and cavities of small size” (M., “Transactions of MVTU No. 319”, 1980, p. 43-54).
4. Амброзевич Е.Г. «Экспериментально-теоретическое исследование процесса подавления агрессивных микроорганизмов при ультразвуковой обработке брюшной полости» (М., «Труды МВТУ №378», 1982, с.35-50).4. Ambrosevich EG “An experimental and theoretical study of the process of suppressing aggressive microorganisms during ultrasonic treatment of the abdominal cavity” (M., “Transactions of MVTU No. 378”, 1982, p. 35-50).
5. JC Kenedy et all. Photodynamic therapy: Basic principles and clinical experience. J. Photochem Photobiol B: Biol, 6 143-148, 1990.5. JC Kenedy et all. Photodynamic therapy: Basic principles and clinical experience. J. Photochem Photobiol B: Biol, 6 143-148, 1990.
6. M.Wilson. et al. Sensitization of oral bacteria to killing by low-power laser radiation Curr Microbiol, 199225, 77-81.6. M. Wilson. et al. Sensitization of oral bacteria to killing by low-power laser radiation Curr Microbiol, 199225, 77-81.
7. Жаров В.П. Патент РФ №2145247 «Фотоматричное терапевтическое устройство для лечения протяженных патологий» с приоритетом от 10.04.1998, бюллетень изобретений №4, 2000.7. Zharov V.P. RF patent No. 2145247 "Photomatrix therapeutic device for the treatment of extended pathologies" with priority dated 04/10/1998, Bulletin of inventions No. 4, 2000.
8. Жаров В.П.Фотоматричное устройство. PCT/RU99/00111 от 09.04.1999.8. Zharov V.P. Photomatrix device. PCT / RU99 / 00111 dated 04/09/1999.
9. Жаров В.П., Рудашекский В.Н., Вартанян С.Г. «Новая лазерно-ультразвуковая технология в хирургической практике» (Переславль Залесский, тезисы всесоюзной конференции: новое в лазерной медицине, с.17, 1990).9. Zharov V.P., Rudasheksky V.N., Vartanyan S.G. “New laser-ultrasonic technology in surgical practice” (Pereslavl Zalessky, theses of the All-Union Conference: new in laser medicine, p.17, 1990).
10. Жаров В.П., Рудашекский В.Н., Вартанян С.Г. «Лазерный ультразвуковой скальпель» (М., тезисы всесоюзной конференции по применению ультразвука в медицине, с.37, 1991).10. Zharov V.P., Rudasheksky V.N., Vartanyan S.G. "Laser ultrasonic scalpel" (M., theses of the All-Union Conference on the use of ultrasound in medicine, p.37, 1991).
11. Жаров В.П., Саврасов Г.В., Гелен П.Г., Аспидов А.А. «Новое направление в лазерной медицине: комбинация лазера и ультразвука» (Московская область, труды международной конференции по применению лазеров в медицине, с.27, 1993).11. Zharov V.P., Savrasov G.V., Gelen P.G., Aspidov A.A. “A new direction in laser medicine: a combination of laser and ultrasound” (Moscow region, proceedings of the international conference on the use of lasers in medicine, p.27, 1993).
12. Zharov V.P. «New technology in surgery: combination of laser and ultrasound» (Proc. SPIE, Vol.1892, p.38-44, July 1993).12. Zharov V.P. "New technology in surgery: combination of laser and ultrasound" (Proc. SPIE, Vol. 1892, p. 38-44, July 1993).
13. Zharov V.P. «New technology in surgery: combination of laser and ultrasound» (The Newsletter of the Biomedical Optics Society, Vol.2, No 1, p.5, January, 1993).13. Zharov V.P. “New technology in surgery: combination of laser and ultrasound” (The Newsletter of the Biomedical Optics Society, Vol.2, No 1, p.5, January, 1993).
14. Жаров В.П., Саврасов Г.В., Гелен П.Г., Аспидов А.В., Шапошников B.C. Патент РФ №2158116 «Устройство для оптического воздействия на биообъект» с приоритетом от 13.07.1994.14. Zharov V.P., Savrasov G.V., Gelen P.G., Aspidov A.V., Shaposhnikov B.C. RF patent No. 2158116 "Device for optical exposure to a biological object" with priority from 07/13/1994.
15. Гелен П.Г., Аспидов А.В., Жаров В.П., Саврасов Г.В. «Волоконно-оптические ультразвуковые системы для медицины» (М., журнал «Вестник МГТУ», Приборостроение, 3'1996, с.38-50).15. Gelen P.G., Aspidov A.V., Zharov V.P., Savrasov G.V. “Fiber-optic ultrasonic systems for medicine” (Moscow, Vestnik MGTU magazine, Instrument-making industry, 3'1996, p. 38-50).
16. Буянов-Удальский А.Ю., В.П.Жаров «Лазерные источники звука и механические приводы в медицине» (М., «Труды МВТУ №457, 1986, с.105-114).16. Buyanov-Udalsky A.Yu., V.P. Zharov “Laser sound sources and mechanical drives in medicine” (M., “Transactions of MVTU No. 457, 1986, pp. 105-114).
17. Жаров В.П. «Новая биомедицинская технология на базе комбинации ультразвука и лазера» (Международная конференция: Акустика на пороге XXI века, труды VI сессии Российского акустического общества, 1997, с.478-479).17. Zharov V.P. “New Biomedical Technology Based on the Combination of Ultrasound and Laser” (International Conference: Acoustics on the threshold of the 21st century, proceedings of the VI session of the Russian Acoustic Society, 1997, p. 478-479).
18. Жаров В.П. «Новое поколение лазерных сочетанных биомедицинских технологий» (Украина, Ялта-Гурзуф, труды III международной конференции: новые информационные технологии в медицине и экологии, 1997).18. Zharov V.P. “A new generation of laser combined biomedical technologies” (Ukraine, Yalta-Gurzuf, proceedings of the III international conference: new information technologies in medicine and ecology, 1997).
19. Жаров В.П., Меняев Ю.А. «Лазерно-ультразвуковая технология фотосоно-динамической терапии для лечения инфицированных ран» (Владимир, материалы межд. конф. «Конверсия, приборостроение, медицинская техника», 1999, с.41-42).19. Zharov V.P., Menyaev Yu.A. “Laser-ultrasonic technology of photon-dynamic therapy for the treatment of infected wounds” (Vladimir, materials of the international conference “Conversion, instrumentation, medical equipment”, 1999, pp. 41-42).
20. Жаров В.П., Латышев А.А. «Лазерные комбинированные технологии из России» (М., труды Лазерной ассоциации, 1998; перевод Zharov V.P., Latyshev A.A. «Laser combined medical technologies from Russia» J. Laser Application. Vol.11 (2), 80-90, 1999).20. Zharov V.P., Latyshev A.A. "Laser combined technologies from Russia" (M., proceedings of the Laser Association, 1998; translation by Zharov V.P., Latyshev A.A. "Laser combined medical technologies from Russia" J. Laser Application. Vol. 11 (2), 80-90, 1999).
21. US Patent 5,817,048. N.M.Lawandy «Ultrasonic alternative to laser-based photo-dynamic therapy» October 6, 1998.21. US Patent 5,817,048. N.M. Lawandy, “Ultrasonic alternative to laser-based photo-dynamic therapy” October 6, 1998.
22. V.P.Zharov, Y.A.Menyaev, R.K.Kabisov, S.V.Alkov, A.V.Nesterov, V.I Loschilov, J.Suen "Comparison possibilities of ultrasound and its combination with laser in surgery and therapy" (Biomedical Optoacoustics, Proceedings of SPIE vol.3916, pp.331-339, 2000).22. VPZharov, YAMenyaev, RKKabisov, SVAlkov, AVNesterov, VI Loschilov, J. Suen "Comparison possibilities of ultrasound and its combination with laser in surgery and therapy" (Biomedical Optoacoustics, Proceedings of SPIE vol. 3916, pp. .331-339, 2000).
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001135460/14A RU2320381C2 (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Photo-ultrasonic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001135460/14A RU2320381C2 (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Photo-ultrasonic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001135460A RU2001135460A (en) | 2003-08-27 |
| RU2320381C2 true RU2320381C2 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001135460/14A RU2320381C2 (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Photo-ultrasonic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320381C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475181C2 (en) * | 2008-07-11 | 2013-02-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Photoacoustic measuring unit |
| RU2496537C2 (en) * | 2011-07-26 | 2013-10-27 | Валерий Викторович Педдер | Apparatus for thermal and photochrome ultrasound treatment of osteoarthrosis |
| US8747384B2 (en) | 2008-09-12 | 2014-06-10 | Barry Neil Silberg | Administration of antibiotics and therapeutic agents |
| WO2014143412A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Devicearm, Inc. | Method and apparatus for antimicrobial treatment |
| RU2532291C2 (en) * | 2008-09-30 | 2014-11-10 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | System and method of treating by ultrasonic therapy |
| US9446227B2 (en) | 2008-09-12 | 2016-09-20 | Sonescence, Inc. | Ultrasonic dispersion of compositions in tissue |
| US9956388B2 (en) | 2014-06-04 | 2018-05-01 | Sonescence, Inc. | Systems and methods for therapeutic agent delivery |
-
2001
- 2001-12-28 RU RU2001135460/14A patent/RU2320381C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475181C2 (en) * | 2008-07-11 | 2013-02-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Photoacoustic measuring unit |
| US8747384B2 (en) | 2008-09-12 | 2014-06-10 | Barry Neil Silberg | Administration of antibiotics and therapeutic agents |
| US9446227B2 (en) | 2008-09-12 | 2016-09-20 | Sonescence, Inc. | Ultrasonic dispersion of compositions in tissue |
| US10099045B2 (en) | 2008-09-12 | 2018-10-16 | Sonescence, Inc. | Administration of antibiotics and therapeutic agents |
| US10137290B2 (en) | 2008-09-12 | 2018-11-27 | Sonescence, Inc. | Ultrasonic dispersion of compositions in tissue |
| US11197987B2 (en) | 2008-09-12 | 2021-12-14 | Sonescence, Inc. | Administration of antibiotics and therapeutic agents |
| RU2532291C2 (en) * | 2008-09-30 | 2014-11-10 | Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. | System and method of treating by ultrasonic therapy |
| RU2496537C2 (en) * | 2011-07-26 | 2013-10-27 | Валерий Викторович Педдер | Apparatus for thermal and photochrome ultrasound treatment of osteoarthrosis |
| WO2014143412A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Devicearm, Inc. | Method and apparatus for antimicrobial treatment |
| US9956388B2 (en) | 2014-06-04 | 2018-05-01 | Sonescence, Inc. | Systems and methods for therapeutic agent delivery |
| US10258782B2 (en) | 2014-06-04 | 2019-04-16 | Sonescence, Inc. | Systems and methods for therapeutic agent delivery |
| US11129977B2 (en) | 2014-06-04 | 2021-09-28 | Sonescence, Inc. | Systems and methods for therapeutic agent delivery |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6960173B2 (en) | Ultrasound wound treatment method and device using standing waves | |
| US6190336B1 (en) | Ultrasonic treatment for wounds | |
| KR200396456Y1 (en) | face skin rejuvenate | |
| US20060224103A1 (en) | Method and apparatus for the ultrasonic cleaning of biofilm coated surfaces | |
| JP2002511323A (en) | Photo matrix device | |
| US20110160624A1 (en) | Apparatus for creating a therapeutic solution and debridement with ultrasound energy | |
| WO1993021842A1 (en) | High-power light-emitting diodes for photodynamic therapy | |
| WO2001039835A8 (en) | Device and method for laser biomodulation in pdt/surgery | |
| RU2006110554A (en) | COMPOUND FOR ANTIMICROBIC PHOTODYNAMIC THERAPY AND METHOD OF APPLICATION | |
| RU2320381C2 (en) | Photo-ultrasonic device | |
| KR101194961B1 (en) | Open type ear treatment module | |
| JP2005520574A (en) | Ultrasound method and apparatus for wound treatment | |
| US20080243048A1 (en) | Ultrasound wound care method | |
| CA2506280A1 (en) | Laser apparatus for treating hard tissues and method for using the apparatus | |
| Zharov et al. | Laser combined medical technologies from Russia | |
| JP2007508089A (en) | Mammal skin irradiation device | |
| Zharov et al. | Design and application of low-frequency ultrasound and its combination with laser radiation in surgery and therapy | |
| WO2008118892A1 (en) | Ultrasound wound care device | |
| Zharov et al. | Laser-ultrasonic technologies for medicine | |
| Krasner et al. | Photodynamic therapy of tumours in gastroenterology—a review | |
| KR100503594B1 (en) | laser/LED shower for use in photochemistry medical | |
| Thiel | Low power laser therapy—an introduction and a review of some biological effects | |
| RU2740123C1 (en) | Method of laser biomodulation and increase of blood-brain barrier permeability | |
| RU2195930C2 (en) | Method for treating prolonged trophic ulcers | |
| RU2101049C1 (en) | Method and device for treating diseases of sinus paranasales |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071229 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20081010 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141229 |