УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО МАГНИТОТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ПРОФИЛАКТИКЕ, ЛЕЧЕНИИ И ПАТОЛОГИИ ПРОКТОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Область техники

Изобретение относится к области медицины, и касается медицинской техники, а именно, физиотерапевтических устройств, и может быть использовано для профилактики, лечения и патологии проктологических заболеваний, в частности, предстательной железы (простаты): хронического простатита, аденомы простаты, опухоли простаты и пр.

Уровень техники

Известно физиотерапевтическое устройство, включающее в качестве средства нагрева СВЧ-антенну, заключенную в катетер. Катетер снабжен охлаждающим каналом для охлаждения окружающих его биотканей. Для определения температуры катетера в нем установлен температурный зонд (ЕР 0370890 А1, кл. A61N 5/01, опубл. 05.30.1990). Однако, температура, измеряемая в катетере, не соответствует температуре биоткани, испытывающей тепловое воздействие. Кроме того, нагревательное устройство имеет недостаток, состоящий в том, что нагрев биоткани происходит в зоне или объеме, ограниченном действием области диффузии.

Известно физиотерапевтическое устройство, содержащее трубчатый корпус с нагревателем, датчик термометра и герметично установленной на одном его конце соединительной колодкой, рабочую головку, электрод, элемент подачи лекарственного раствора и перфорированный кожух, причем второй конец трубчатого корпуса вставлен в выполненную из гибкого материала трубку, свободный конец которой закрыт пробкой. При этом полость трубки содержит проволочный датчик термометра, на который намотан проволочный нагреватель, и заполнена теплопроводной пастой, на трубку намотан электрод, корпус вместе с трубкой вставлены через держатель и втулку в перфорированный кожух, который выполнен гибким, при этом к полости между трубкой и перфорированным кожухом подведен элемент подачи лекарственного раствора, а датчик термометра и электрод связаны с соединительной колодкой (RU 2241419 С2, кл. A61F 7/12, опубл. 10.12.2004). Конструктивная сложность и необходимость сетевого подключения устройства ограничивает возможности его использования.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для физиотерапии полых органов, описанное в патенте RU 2033822 С1, кл. A61N 2/10, опубл. 30.04.1995. Устройство представляет собой цилиндрический корпус, выполненный из двух эластичных слоев, сферическую насадку на дистальном конце и воронкообразную насадку - на проксимальном, при этом во внешнем слое корпуса размещены параллельными продольными рядами нагревательные элементы, электрически соединенные с источником питания и вставки из постоянных магнитов, а во внутреннем слое корпуса выполнены продольные сквозные каналы, нагревательные элементы выполнены из термостабилизирующего материала состава Ba_0,7Pb_0,3Ti_0,998Nb_0,002O₃ или Ba_0,76Sr_0,2Ti_0,09O_3+0,1%V_+2%SiO₂

Несмотря на обеспечение возможности более эффективного по сравнению с нагревом комплексного воздействия на ткани полых органов магнитным и тепловым воздействием (Джоулево тепло), недостаток данного устройства состоит в том, что лечение не дает возможности локального нагрева и сброса лекарств только в зоне патологии, требует сетевого подключения и предполагает наличие стационара для проведения физиотерапевтических процедур.

Раскрытие изобретения

Задача состоит в разработке малоинвазивного, мобильного, автономного подхода для профилактики и лечения патологий простаты и заболеваний органов в проктологии

Техническим результатом изобретения является обеспечение локального комплексного воздействия на зону патологии органов при отсутствии необходимости непосредственного подключения устройства магнитотеплового воздействия к внешнему источнику питания, а также возможность управляемого сброса лекарственных препаратов непосредственно в зоне патологии.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства для физиотерапевтического воздействия полых органов, содержащего средство магнитотеплового воздействия, средство доставки средства магнитотеплового воздействия в зону патологии, в предложенном устройстве для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактики, лечении и патологии проктологических заболеваний, в качестве средства магнитотеплового воздействия используют капсулу, выполненную в виде высокотеплопроводной, магнитопроницаемой и биосовместимой оболочки, содержащей, по меньшей мере, один отсек, в который заключен магнитный материал, характеризующийся способностью к нагреванию или охлаждению окружающей капсулу среды при помещении в магнитное поле, источник которого расположен вне тела пациента. В качестве средства доставки средства магнитотеплового воздействия в зону патологии используют катетерообразное малоинвазивное устройство, выполненное с возможностью отсоединения и последующего присоединения со средством магнитотеплового воздействия. Кроме того, устройство для физиотерапевтического воздействия содержит средство температурного контроля нагрева зоны патологии, размещенное в капсуле.

В средство магнитотеплового воздействия в качестве магнитного материала применяют материал с магнитокалорический эффектом (МКЭ).

В качестве таких материалов используют редкоземельные элементы - Gd, Tb, Dy, Но, Er или их сплавы - Gd-Tb, Gd-Dy, Gd-Ho; интерметаллические соединения - Gd₇Pd₃, MnAs, GdGeSi, Gd₅Si_1.98-2.09Ge_1.91-2.02, , La(Fe,Si)₁₃H_0.5-1.5; сплавы и соединения переходных металлов - FeRh, , Co_5.1Ni_45.2Mn_36.7In₁₃, Ni_49.8Mn₃₅In_15.2, Ni_50.4Mn_34.8In_15.8.

Помимо материалов с большим МКЭ, для магнитотеплового воздействия в качестве магнитного материала применяют материал с мультикалорическим эффектом.

В качестве таких материалов используют мультиферроики - La_0.7Sr_0.3MnO₃/Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃, NdCrTiO₅ или соединения редкоземельных и переходных металлов.

Магнитный материал, помещаемый в капсулу, использован в виде твердой пластины или жидкой суспензии.

Оболочка средства магнитотеплового воздействия выполнена из фторопластов, например, политетрафторэтилен.

Свойства теплопроводности, магнитопроницаемости и биосовместимости оболочки средства магнитотеплового воздействия может быть также обеспечена путем выбора комбинации материалов, формирующих оболочку в виде корпуса и покрытия.

В качестве материала покрытия применяют полимер, например, поли-N-изопропилакриламид или карбид кремния.

В структуру полимера встроено лекарственное средство путем адсорбции на его поверхности.

Лекарственное средство содержит противоопухолевые препараты и/или гормональные препараты и/или анастезирующие препараты.

Корпус оболочки средства магнитотеплового воздействия выполнен из биоинертной нержавеющей стали - сталь марки 12Х18Н10Т.

Источник магнитного поля является регулируемым.

Источник магнитного поля является автономным.

При этом автономный источник магнитного поля представляет собой источник поля на постоянных магнитах.

В качестве материала для постоянного магнита используют NdFeB, SmCo, FePt, FePd, ферриты.

В качестве ферритов применяют бариевые и стронциевые ферриты Ba/SrO·6Fe₂O₃, …

Средство магнитотеплового воздействия включает, по меньшей мере, один дополнительный отсек.

При этом дополнительный отсек предназначен для размещения различных дополнительных источников теплового воздействия и/или для загрузки сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций: лекарственных средств, либо контрастных веществ, с обеспечением, при необходимости, возможности выхода субстанций через оболочку капсулы в зону патологии.

Возможность выхода субстанции обеспечена посредством выполнения отверстий в соответствующей отсеку области оболочки.

На поверхность оболочки средства магнитотеплового воздействия нанесена магнитострикционная пленка для обеспечения возможности дозированного выпуска сопутствующих физиотерапевтическому воздействию субстанций.

В качестве дополнительного источника теплового воздействия применяют, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент, расположенный в соответствующем отсеке, изолированном от соседних, и связанный с источником электрического тока, или, по меньшей мере, один нагревательный элемент, расположенный в отсеке, изолированном от соседних, в виде замкнутого контура, в котором возникает индукционный электрический ток и связанный с источником электрического тока.

Источник электрического тока выполнен регулируемым и расположен вне тела пациента или является автономным и расположен в том же отсеке, что и нагревательный элемент или в соседнем и соединен с источником электрического тока.

Один из концов средства магнитотеплового воздействия оснащен магнитным или механическим разъемом или захватом для обеспечения возможности точной пристыковки/отстыковки катетерообразного малоинвазивного устройства.

Осуществление изобретения

Устройство для физиотерапевтического магнитотеплового воздействия при профилактики, лечении и патологии проктологических заболеваний содержит средство магнитотеплового воздействия, представляющее собой капсулу, выполненную в виде высокотеплопроводной, магнитопроницаемой и биосовместимой оболочки, содержащей, по меньшей мере, один отсек, в который заключен магнитный материал, средство доставки, выполненное в виде катетерообразного малоинвазивного устройства, выполненного с возможностью отсоединения и последующего присоединения со средством магнитотеплового воздействия.

Фундаментальное значение магнитокалорического эффекта состоит в его теснейшей связи, как с физикой магнитных явлений, так и с термодинамикой твердых тел.

Процесс выделения или поглощения тепла в МКЭ можно объяснить тем, что при наложении магнитного поля подсистема магнитных моментов изменяет свою энтропию. При условии адиабатичности это изменение передается кристаллической решетке, что приводит к увеличению ее энтропии и повышению ее температуры на ΔT_ad. При адиабатическом выключении магнитного поля происходит размагничивание ферромагнетика, то есть разрушение магнитного порядка, что приводит к возрастанию магнитной энтропии и, соответственно, уменьшению энтропии кристаллической решетки. Это, в свою очередь, приводит к понижению температуры решетки на ΔT_ad. Другими словами, процесс разрушения магнитного порядка (размагничивания) в подсистеме магнитных моментов требует энергии, которая поставляется кристаллической решеткой. Таким образом, при адиабатическом намагничивании и размагничивании вещества происходит обратимый процесс перехода энтропии от магнитной подсистемы к решетке и обратно, то есть, МКЭ в материалах является результатом изменения энтропии вследствие изменения спиновой магнитной подсистемы под действием магнитного поля.

Таким образом, изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения внутренней энергии магнитного вещества между системой магнитных моментов его атомов и кристаллической решеткой.

Мультикалорический эффект состоит в том, что изменение энтропии (суть МКЭ) вызывается изменением напряжения электрического поля, приложенного к магнитокалорическому материалу. В данном эффекте сочетаются преимущества электрокалорических и магнитокалорических материалов, так как МКЭ возникает засчет контроля напряжения. Магнитные свойства материала (анизотропия и температура фазового перехода) в случае мультикалорического эффекта контролируются путем механической деформации, возникшей в результате обратного пьезоэлектрического эффекта. Возникшее таким образом в магнитном материале локальное напряжение может существенно изменить температуру фазового перехода материала (изменить степень магнитного упорядочения в материале с дальним магнитным порядком). Изменение характера магнитного упорядочения сопровождается изменением магнитной части энтропии, то есть магнитокалорическим эффектом.

Пример 1

В отсек капсулы, снабженной датчиком температуры и содержащей корпус из биоинертной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и оболочку из политетрафторэтилена с покрытием из поли-N-изопропилакриламида, помещают магнитный материал в виде пластины, изготовленной из MnAs. Капсулу соединяют с катетером, при помощи магнитного замка, после чего ее вводят с катетером внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из NdFeB, в результате чего создается магнитное поле, которое создает магнитокалорический эффект в магнитном материал, в результате чего он нагревается. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить магнитное поле, в результате чего происходит размагничивание магнитного материала и снижение его температуры.

Пример 2

Для физиотерапевтического воздействия используют капсулу в виде оболочки из политетрафторэтилена, содержащую четыре отсека и снабженную датчиком температуры. Для физиотерапевтического воздействия используют четырехсекционную капсулу, снабженную датчиком температуры и содержащей оболочку из политетрафторэтилена. В одну из секций капсулы помещают магнитный материал в виде жидкой суспензии, содержащей твердые частицы на основе FeRh с размером 1-100 нм, в другую - резистивный элемент, в третью - автономный источник электрического поля, соединенный с резистивным элементов, а в четвертую - лекарственное средство, содержащее противоопухолевые препараты и/или гормональные препараты и/или анастезирующие препараты. Капсулу соединяют с катетером, при помощи механической защелки, после чего ее с катетером вводят внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из SmCo, в результате чего создается магнитное поле и одновременно создают электрическое поле резистивным элементом. В результате совместного воздействия электрического и магнитного поля в магнитном материале создает мультитокалорический эффект, который способствует нагреву магнитного материала. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить воздействие магнитного и/или электрического поля, в результате чего происходит снижение температуры магнитного материала.

Пример 3

Для физиотерапевтического воздействия используют капсулу, содержащую корпус из биоинертной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с двумя отсеками и снабженную датчиком температуры. В первый отсек капсулы помещают магнитный материал в виде молотых частиц из GdPd₃ с размером 1-100 нм, во второй - нагревательный элемент в виде замкнутого контура. Капсулу соединяют с катетером, при помощи магнитного замка, после чего ее вводят с катетером внутрь тела человека через половой орган к предстательной железе. Снаружи тела человека в области предстательной железы прикладывают постоянный магнит, изготовленный из NbFeB, в результате чего создается магнитное поле и одновременно создают электрическое поле нагревательным элементом. В результате совместного воздействия электрического и магнитного поля в магнитном материале создает мультитокалорический эффект, который способствует нагреву магнитного материала. Температура в области зоны предстательной железы контролируется датчиком температуры. В случае повышения температуры в области зоны предстательной железы, необходимо отключить воздействие магнитного и/или электрического поля, в результате чего происходит снижение температуры магнитного материала.

Пример 4

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 2. Отличие состоит в том, что оболочку покрывают карбидом кремния.

Пример 5

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 3. Отличие состоит в том, что корпус оболочки покрывают карбидом кремния.

Пример 6

Физиотерапевтическое воздействие осуществляют при помощи капсулы, раскрытой в примере 1. Отличие состоит в том, что применяют постоянный магнит изготовленный из Ba/SrO·6Fe₂O₃.