Электронное устройство для высокотемпературного разрушения патологических образований ткани кости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Хуторной, Александр Юрьевич
- Специальность ВАК РФ05.13.05
- Количество страниц 108
Оглавление диссертации кандидат наук Хуторной, Александр Юрьевич
Содержание
Введение
Глава I. Температурное воздействие на костную ткань: обзор и исторические аспекты использования на современном этапе
1.1 Краткая историческая справка высокотемпературного воздействия
на костную ткань
1.2 Особенности структурного строения кости
1.3 Способ электромагнитного разрушения опухоли кости
и устройства для его реализации
1.4 Способ ультразвукового разрушения опухоли кости
1.5 Высокотемпературное воздействие на кость в процессе оперативного лечения опухоли
1.6 Способ высокотемпературного разрушения опухоли кости
путем непосредственного нагрева
Выводы по первой главе
Глава И. Реализация способа высокотемпературного разрушения опухоли кости с применением игольчатых нагревателей на постоянном токе
II. 1 Структура и параметры устройства для нагрева и стабилизации температуры ограниченной области костной ткани
11.2 Исследование динамических процессов при нагреве цилиндрического объема вещества
11.3 Моделирование процесса нагрева кости в среде ANSYS®
Выводы по второй главе
Глава III. Методика определения параметров системы нагрева и автоматической стабилизации температуры при высокотемпературном разрушении опухоли кости
III. 1 Конструктивные особенности нагревателей
111.2 Параметры нагревательного элемента
111.3 Моделирование тепловых переходных процессов в нагревателе
III.4 Методика применения системы нагрева и автоматической стабилизации температуры для реализации метода высокотемпературной
деструкции опухоли кости
III.5 Расчет мощности нагревателя и системы нагрева
и автоматической стабилизации температуры
Выводы по третьей главе
Глава IV. Практическое применение системы нагрева и автоматической стабилизации температуры
IV.1 Описание экспериментальной установки
1У.2 Методика проведения экспериментов
1У.З Анализ экспериментальных данных
Выводы по четвертой главе
Заключение
Список используемых источников
Приложение 1. Акт внедрения №1
Приложение 2. Акт внедрения №2
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», 05.13.05 шифр ВАК
Электронные устройства управления температурой в незамкнутом объёме живой ткани2012 год, кандидат технических наук Пахмурин, Денис Олегович
Разработка и исследование микроволновых аппликаторов для тепловой терапии биологических тканей2012 год, кандидат технических наук Новрузов, Илья Игоревич
Математическое моделирование и вычислительные методы исследования термонагруженных элементов технической системы2014 год, кандидат наук Глебов, Алексей Олегович
Оптимизация дифференциальной диагностики опухолей костей2014 год, кандидат наук Николаенко, Андрей Николаевич
Лазерно-индуцированные термопроцессы в соединительных тканях и их оптическая диагностика.2015 год, доктор наук Свиридов Александр Петрович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электронное устройство для высокотемпературного разрушения патологических образований ткани кости»
Введение
Актуальность работы. Устройства, реализующие способ высокотемпературного разрушения живой ткани, широко известны и достаточно давно применяются в медицинской практике, например, ультразвуковая система «1С», аппарат «Яхта-4». Костная ткань, помимо естественной системы термостабилизации, обладает защитным кортикальным слоем, являющимся непреодолимым барьером для большинства волн, используемых устройствами для бесконтактного прогревания биологической ткани. Несмотря на активную работу в этом направлении, высокотемпературное разрушение кости либо применяется с ограничениями, либо не применяется вовсе. Основные проблемы применения известных устройств для нагрева костной ткани связаны с вредными побочными эффектами при доставке тепла в пораженную область и с трудностями в обеспечении гарантированной равномерности нагрева этой области до температуры разрушения белка. Именно эти задачи поставлены и решены в предлагаемой работе.
Актуальность работы заключается в необходимости разработки и исследования нового способа высокотемпературного разрушения пораженной области костной ткани и устройства, реализующего данный способ.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование устройства для высокотемпературного разрушения патологических образований кости для решения проблемы нагрева и стабилизации температуры в области воздействия.
Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
1. Проведение обзора, анализа и выявление сильных и слабых сторон известных на данный момент отечественных и зарубежных разработок в области нагрева биологических тканей до температуры разрушения.
2. Обоснование применения игольчатых нагревателей, позволяющих осуществлять нагрев костной ткани без побочных эффектов.
3. Обоснование применения структуры и схемы электронного устройства на основе моста Уитстона для нагрева и стабилизации температуры костной ткани.
4. Разработка методики применения устройства для высокотемпературного разрушения патологических тканей кости, для чего произведен анализ распределения температуры в зоне нагрева.
5. Получение формулы определения количества нагревателей, необходимых для равномерного прогрева пораженной опухолевым процессом области кости.
6. Экспериментальное подтверждение теоретических предположений и расчетов, а также выполнены лабораторные эксперименты на предмет практического применения разработанного устройства для высокотемпературного разрушения патологических тканей кости.
Объектом исследования в диссертации является электронное устройство для нагрева патологического участка кости до температуры разрушения белка.
Предметом исследования являются способы и устройства реализации метода высокотемпературного разрушения опухоли кости, их тепловые, точностные и динамические характеристики.
Для достижения цели и решения поставленных в диссертации задач применялись следующие методы исследования:
1. Теория расчета электрических цепей;
2. Теоретические методы исследования стационарных тепловых полей;
3. Методы моделирования тепловых полей на основе электротепловых аналогий;
4. Методы статического и динамического моделирования тепловых полей
®
в программной среде технического анализа А^УБ .
Достоверность результатов и выводов работы обеспечивается непротиворечивостью результатов и выводов с ранее полученными данными исследований, а также совпадением результатов численных расчетов с экспериментальными данными, включая лабораторные исследования на неживой костной ткани, а также положительными результатами внедрения материалов диссертации в исследовательскую практику Томского НИИ онкологии и в учебный процесс Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.
Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс задач, связанных с разработкой и реализацией электронного устройства для осуществления способа высокотемпературного разрушения костной ткани:
1. Предложен и разработан способ высокотемпературного разрушения опухоли кости, обеспечивающий равномерный прогрев области воздействия до температуры разрушения белка и не требующий хирургического вмешательства при его реализации.
2. Для реализации разработанного способа предложено использовать устройство для реализации локальной гипертермии, изменив температурные режимы работы этого устройства.
3. Предложена и исследована конструкция нагревателей для высокотемпературного разрушения костной ткани, обеспечивающая возможность его введения в кость без необходимости хирургического вмешательства, а особенность нагревателя выступать в роли датчика температуры исключает необходимость введения дополнительных термодатчиков в область нагрева.
4. Разработана и проанализирована тепловая модель процесса нагрева области кости пораженной патологическим процессом.
5. Получена и проверена формула определения количества нагревателей в зависимости от линейных размеров опухоли кости.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Предложенный способ реализации метода высокотемпературного разрушения опухоли кости с осуществлением нагрева в два этапа обеспечивает равномерность прогрева и уменьшает возможность метастазирования.
2. Устройство для реализации способа высокотемпературного разрушения костной ткани позволяет обеспечить воздействие на патологические ткани кости любой локализации без побочных отрицательных эффектов.
3. Предложенная конструкция нагревателя позволяет осуществлять нагрев до температур термического разрушения участка кости, пораженного патологическим процессом без хирургического вмешательства и введения датчиков температуры в опухоль.
4. Использованные модели нагрева костной ткани в среде А^УЭ® позволяют получить достоверные данные о процессе передачи тепла от нагревателей в нагреваемую область кости.
Практическая ценность работы заключается в применении устройства для высокотемпературного разрушения опухоли кости в лечении онкологических заболеваний в онкологических клиниках, НИИ онкологии, онкологических отделениях стационаров и онкологических центрах. А так же применение устройства для научных исследований в сфере воздействия высоких температур на патологические ткани кости.
Реализация результатов работы осуществлена путем внедрения экспериментального образца устройства управления температурой в незамкнутом объеме живой ткани для возможности проведения лабораторных испытаний в Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Томский научно-исследовательский институт онкологии» (акт внедрения от 15.09.2014), а также путем внедрения в учебный процесс Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (акт внедрения от 10.09.2014).
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научных и научно-практических конференциях различного уровня, в числе которых:
1. Ежегодная научно-практическая конференция студентов 1-4 курсов кафедры Промышленной электроники (Томск, 2009);
2. Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2010" (Томск, 2010);
3. Выставка научных достижений молодых ученых ТУ СУР (Томск,
2011);
4. Региональная выставка научных достижений молодых ученых «СибНова-2012» (Томск, 2012);
5. XXV Международная научно-практическая конференция «Инновации в науке». Диплом лауреата (Новосибирск, 2013);
6. Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР-2013" (Томск, 2013);
7. II международная научно-практическая конференция "Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований" (Москва, 2013);
8. Открытая выставка научных достижений молодых ученых ТУСУР "Рост.ир!" (Томск, 2013);
9. Программа «УМНИК-2013» (Томск, 2013);
10. Международный форум «Фармацевтика и медицинские изделия» (Томск, 2014).
Личный вклад автора:
Работы, выполненные в коллективе:
1. Разработка структуры устройства для высокотемпературного разрушения опухоли кости.
2. Создание экспериментального образца устройства для нагрева и стабилизации температуры в биологической ткани.
3. Постановка целей и задач для экспериментального исследования.
4. Способ высокотемпературного разрушения опухоли кости предложен в соавторстве, исследования и подготовка к публикации полученных результатов проводились диссертантом, причем вклад был определяющим.
Работы, выполненные лично автором:
1. Разработка конструкции нагревателя, изготовление опытных образцов нагревателей.
2. Разработка тепловой модели процесса нагрева области кости пораженной патологическим процессом.
3. Экспериментальное исследование процесса нагрева неживой костной ткани и анализ полученных результатов.
4. Получение формулы для определения количества нагревателей в зависимости от линейных размеров опухоли.
Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе две - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, получено два патента на полезные модели и два патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Материалы диссертации изложены на 106 страницах основного текста, содержат 51 иллюстрацию, 8 таблиц, 2 приложения. Библиографический список включает в себя 60 наименований.
Автор выражает благодарность за помощь в работе над диссертацией:
Семенову Валерию Дмитриевичу, к.т.н., профессору кафедры промышленной электроники ТУСУР;
Пахмурину Денису Олеговичу, к.т.н., доценту кафедры промышленной электроники ТУСУР;
Жеравину Александру Александровичу, к.м.н., старшему научному сотруднику Томского НИИ онкологии.
Климову Игорю Александровичу, к.м.н., научному сотруднику Томского НИИ онкологии.
А так же коллегам из лаборатории биомедицинских технологий кафедры промышленной электроники ТУСУР и ООО «ПромЭл», осуществлявшим разработку устройства для реализации локальной гипертермии опухолей мягких тканей.
Глава I. Температурное воздействие на костную ткань: обзор и исторические аспекты использования на современном этапе
Традиционным методом лечения онкологических заболеваний считается хирургический метод. Проведение хирургической операции имеет высокий уровень осложнений, смертности, а также увеличивается риск повторного появления опухоли. Время восстановления может занять достаточно длительный период. В настоящее время способы лечения развиваются в сторону менее инвазивных методов. Минимально инвазивные методики термо- и криоразрушения все в большей степени замещают хирургическое вмешательство.
Разрушение биологической ткани (абляция) - активно развивающийся последнее десятилетие метод лечения онкологических заболеваний различных локализаций. Метод заключается в локальном разрушающем воздействии на опухоль. Существует две разновидности разрушения биологической ткани, различающихся по способу воздействия: химическое и термическое разрушение. К первой разновидности разрушающего воздействия на опухолевые клетки относят введение в опухоль химиопрепаратов (этиловый спирт, уксусная кислота и т.д.). Этот метод достаточно распространен во всем мире, так как он прост, дешев, малоинвазивен и дает достаточно хорошие результаты при лечении онкологических заболеваний [1]. Для полного уничтожения опухоли методом химического разрушения требуется несколько сеансов, а также существует большое количество противопоказаний данной процедуре. Метод термического разрушения тканей заключается в воздействии высокой (гипертермическое воздействие) или низкой (гипотермическое воздействие) температуры на ткани организма. С конца 80-хх, начала 90-хх годов XX века для лечения онкологических заболеваний начали широко применять высокотемпературное разрушение опухолевых тканей. Локальное гипертермическое воздействие (свыше 65 градусов по Цельсию) приводит к разрушению белка, с последующим замещением его соединительной тканью [2].
1.1 Краткая историческая справка высокотемпературного воздействия на костную ткань
О возможности высокотемпературного воздействия на пораженную область было известно еще в древние века. Одним из первых, кто описал воздействие высокой температуры на пораженную область был древнегреческий врач Гиппократ. В своих работах он описывал прижигание открытых форм рака молочной железы и кожи раскаленным железом. Однажды Гиппократ сказал: «Чего не лечат лекарства, излечивает железо; чего не врачует железо, исцеляет огонь; чего не исцеляет огонь, то следует считать неизлечимым». В письменных источниках у разных народов, населявших в свое время Древний Египет, Рим, Латинскую Америку и Африку описаны методы термического воздействия на опухолевую ткань [3].
Анализ литературных данных позволил выделить три диапазона температур воздействия на костную ткань: 1) 39-41 °С - ухудшение результатов комбинированной терапии, температурный диапазон усиления роста опухоли; 2) 41-45 °С - температура, вызывающая выраженное повышение чувствительности опухоли кости к медикаментозному и лучевому воздействию; 3) 45 °С и выше — температура, обладающая самостоятельным повреждающим действием и являющаяся губительной для большинства злокачественных клеток [4].
Как и любые другие формы онкологических заболеваний, опухоль костной ткани погибает при высокотемпературном воздействии. Этот факт позволяет использовать известные способы высокотемпературного разрушения в применении к опухоли кости.
Способ радиочастотного разрушения стал первопроходцем в развитии высокотемпературного воздействия на опухолевую ткань. Впервые нагревание живой ткани посредством приложения радиочастотной энергии осуществлено французским ученым ^А. сРАгзопуа1 в 1891 г. В последствии им был разработан первый высокочастотный генератор, примененный в клинике. Пионером
радиочастотного высокотемпературного разрушения опухоли в опыте на кроликах стал W. Lounsberry с соавторами [5]. Первый опыт применения радиочастотного разрушения в клинике при неоперабельной опухоли был описан учеными S. Rossi и J.P. McGahan в 1993 г. [6].
Наиболее активно метод высокотемпературного разрушения тканей кости начал развиваться в конце XX века.
1.2 Особенности структурного строения кости
Кость состоит из нескольких тканей (костная ткань, жировая ткань, соединительная ткань, хрящ), важнейшей из которых является костная. Кости выполняют опорно-механическую функцию, являясь опорой для мягких тканей и рычагами, которые приводятся в движение мышцами. Также кости выполняют защитную функцию, формируя каналы и полости, в которых заключены органы. Биологическая функция костей связана с участием их в обмене веществ и кроветворения. Кости состоят как из органических, так и из неорганических веществ. Их количественное соотношение неодинаково на протяжении всей жизни человека. У детей в костях преобладают органические вещества, которые обеспечивают костям гибкость, а у пожилых людей преобладают неорганические вещества, которые отвечают за прочность.
На рисунке 1.1 представлено упрощенное строение длинной трубчатой кости в распиле. Всю кость снаружи покрывает надкостница. Надкостница пронизана множеством мелких нервных волокон и сосудов, которые проникают вглубь кости по костным каналам, обеспечивая кровоснабжение внутренних слоев. Компактное вещество или кортикальный слой обеспечивает прочность кости, этот слой состоит из костных пластинок, который покрывает периферию кости плотным слоем. Губчатое вещество располагается сразу за кортикальным слоем и отличается от него пористой структурой.
Надкостница
Кортикальн
(удалено для показа губчатого вещества кости)
Область расположения
костного мозга
слои
убчатое вещество кости
Рисунок 1.1 - Упрощенное строение кости в распиле
В образовании губчатого вещества принимают участие костные перекладины, образованные из тех же костных пластинок. Костный мозг располагается в специально отведенной для этого полости. Костный мозг находится в губчатом веществе и густо пронизан кровеносными сосудами. По этим сосудам клетки крови выходят в кровеносное русло [7].
При реализации способа радиочастотного разрушения электромагнитная энергия поглощается биологическими тканями, расположенными внутри организма, рост температуры в облучаемых тканях происходит за счет преобразования электромагнитных волн в тепло в каждой точке облучаемого объема [8].
На рисунке 1.2 приведена схема, поясняющая принцип нагрева с помощью энергии электромагнитного излучения.
1.3 Способ электромагнитного разрушения опухоли кости и устройства для его реализации
Мощность
Рисунок 1.2 - Схема нагрева области электромагнитным излучением
Во всех устройствах рабочий элемент - излучатель 1, с помощью которого энергия 2 поступает в нагреваемую область 3. Обкладки 4 являются приемником электромагнитного излучения и чаще всего находятся вне организма при прогревании. Так как в процессе работы излучатель может нагреваться до температур более 100 °С, то обычно используют принудительное охлаждение путем прокачки дистиллированной воды через излучатель, что сказывается на сложности его изготовления.
В источнике [9] опубликована статья, в которой рассказывается о новом способе нагрева локальной области с помощью СВЧ на игловом излучателе. Аппарат разрушает раковые клетки тепловой энергией свыше 50 °С. Это современное электронное устройство, которое имеет рабочий элемент в виде иглы (толщиной до 1,5 мм), она внедряется в тело через прокол или высверленное отверстие в кортикальном слое и транспортирует энергию (рисунок 1.3). Энергия
высокочастотных колебаний проходит к опухоли, далее эти волны идут с антенны на клетки. Здесь и происходит трансформация высокочастотной энергии в тепловую, и наступает разрушающий эффект, убивающий опухоль.
Рисунок 1.3 - Способ СВЧ-нагрева
В этом способе есть свои недостатки, методика относится к разряду Hi-tech, но не решает вопрос контролируемого повышения температуры в локальной области биологической ткани. В рассматриваемом способе врач с помощью сервисной панели выбирает параметры, которые необходимы для удаления конкретной ткани (костной, мышечной, нервной), а далее аппарат вводит дозировано энергию Р исходя из заданных параметров и сигнала с датчика температуры, помещенного в нагреваемую область, тем самым малейшая ошибка может привести к «выжиганию» большей локальной области, чем предполагалось, а также неконтролируемому нагреву, что говорит о необходимости постоянного внешнего контроля процесса — под навигацией
ультразвуковой и компьютерной томографии. Излучатель необходимо охлаждать подводом дистиллированной воды.
По результатам обзора патентной литературы заметно развитие технологий в данной области [8-13]. Все устройства, реализующие способ электромагнитного разрушения опухоли кости можно разделить на две категории по методике применения. К первой категории относятся устройства, применение которых для осуществления процедуры нагрева, не нуждается во введении рабочего инструмента в организм, так как используются исключительно поверхностные электроды. Так, например, комплект аппаратуры для электромагнитного нагрева злокачественных новообразований содержит генератор СВЧ-энергии и соединенную с этим генератором антенну, излучающую электромагнитные волны в заданную область тела пациента. В таком устройстве используется СВЧ-диапазон электромагнитных колебаний 2450 МГц (длина волны 12 см), 915 МГц, (33 см) и 433 МГц (65 см). Устройство имеет наружные контактные излучатели рисунок 1.4 для электромагнитного нагрева участков тела, имеющих сложную геометрическую форму [10].
е
-fi 3i. А
-ЭР- —--
Рисунок 1.4 — Аппаратура для электромагнитного нагрева
биологической ткани
Используя схожую методику, осуществляют нагрев биологической ткани такие устройства, как аппарат ЕНУ 2000 и комплекс Яхта-5.
Ко второй категории относятся устройства, применение которых подразумевает введение в кость рабочего инструмента. В устройстве микроволнового разрушения биоткани (рисунок 1.5) для нагрева биоткани до температуры разрушения используется излучатель, выполненный в виде отрезка коаксиальной линии с излучателем на конце проводника [8].
Рисунок 1.5 - Структурная схема способа нагрева области кости
Устройство предназначено для разрушающего нагрева как мягких тканей человека, так и костей. При необходимости выполняется прокол или сверление кортикального слоя кости, затем внутрь помещается излучатель. Если произошло разрушение кортикального слоя, то сверление не требуется. Нагрев осуществляется при выходной мощности 20-30 Вт. Одновременно с нагревом производится ввод в биоткань 20-25% раствора ШС1 со скоростью 0,5-1 мл/мин. Это устройство позволяет получить участок разрушаемой ткани за одну процедуру диаметром до 3,5 см за 20 минут за счет одновременного микроволнового нагрева биоткани и введения концентрированного раствора ЫаС1. Однако вопрос о совместном действии химических и физических методов разрушения биоткани исследован еще недостаточно и во многом непредсказуем.
Аппарат RITA Medical 1500x для реализации способа локальной гипертермии и высокотемпературного разрушения (рисунок 1.6) использует метод радиочастотного нагрева [11, 14].
2
Рисунок 1.6 - Аппарат RITA Medical 1500Х с набором электродов
Корпус аппарата оборудован панелью управления 1 с элементами управления. Использование данной системы предполагает введение в опухоль специальной радиочастотной иглы 2 (зонда) с раскрывающимся массивом электродов-антенн. С помощью высокочастотного (460 кГц) сигнала этих антенн разогреваются окружающие ткани, создавая область некроза. Включение подачи ВЧ энергии осуществляется с помощью ножной педали 3. Принцип действия аппарата основан на прохождении через биологические ткани электрического тока, меняющего свою полярность 460 тыс. раз в секунду. Воздействие высокочастотного тока с переменной полярностью приводит к нагреву биологической ткани и гибели ее клеток.
Возможно использование открытого доступа к опухоли (во время полостных операций). Контроль позиционирования иглы осуществляется с помощью ультразвукового исследования, компьютерной либо магниторезонансной томографии. Температура контролируется с помощью пяти датчиков температуры, расположенных на концах электродов-антенн.
Упрощенная схема применения аппарата для нагрева кости приведена на рисунке 1.7.
ВЧ генератор
Система управления
Переключатель
Рисунок 1.7 - Схема применения аппарата RITA Medical 1500Х
Применение аппарата для воздействия на кость требует некоторой подготовки. В кортикальном слое кости 1 делается отверстие диаметром достаточным для внедрения зонда 2. Раскрытие зонда производится в губчатой кости 3. Антенны 4 имеют сложную структуру, и достаточно прочны для проникновения сквозь губчатую кость. На концах антенн расположены датчики температуры, данные с датчиков обрабатываются системой управления.
Способ высокотемпературного разрушения биоткани и устройство для его осуществления представлены на рисунке 1.8 [12].
Блок управления
Генератор
2
Т
Система подвода теплоносителя
Рисунок 1.8 - Устройство для разрушения СВЧ-энергией совместно с теплоносителем
Способ высокотемпературного разрушения биоткани нагретым теплоносителем заключается во введении в биоткань через отверстия в стенке полой металлической иглы 1, являющейся активным электродом, теплоносителя и подаче высокочастотного тока относительно нейтрального электрода 2, при этом нагрев теплоносителя ведут до температуры кипения, а острие иглы изолируют от остальной части иглы. В качестве теплоносителя используют дистиллированную воду. Теплоноситель нагревается до температуры 90-100 °С током высокой частоты и прокачивается под давлением 0.1-0.2 МПа. Использование данного способа позволяет уменьшить травматичность процедуры высокотемпературного разрушения области биоткани 3 за счет увеличения объема разрушенной ткани за одну процедуру, однако при использовании устройства для лечения опухолевых заболеваний такой конструкцией нельзя обеспечить направленную подачу вводимых растворов, а значит невозможно создать оболочку из теплоносителя вокруг пораженной биологической ткани, что снижает эффективность воздействия на опухоль. К недостаткам устройства также можно отнести использование высокочастотного генератора, что негативно влияет на клетки живой ткани.
Для понимания проблем применения способа электромагнитного нагрева для разрушения опухоли кости и устройств для его реализации приведем недостатки способа:
- главный недостаток перечисленных выше способов и устройств, их реализующих, связан с тем, что ЭМ-волны ВЧ- и СВЧ-области практически невозможно применять для разогрева костной ткани, находящейся внутри организма, поскольку их очень сложно сконцентрировать в нужном, относительно небольшом, участке. Из теории ЭМ-поля известно, что минимальный размер области, в которой можно сконцентрировать ЭМ-излучение, пропорционален длине волны этого излучения. Длина волны ВЧ-диапазона от 10 см до 1 м. Поэтому без принятия специальных мер (применение различного рода концентраторов ЭМ-поля и т.д.) данная методика вряд ли сможет представлять интерес с точки зрения реализации метода высокотемпературного локального разрушения опухоли кости;
Похожие диссертационные работы по специальности «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», 05.13.05 шифр ВАК
Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов2016 год, кандидат наук Баскаков Павел Александрович
Особенности оптического просветления биологических тканей в задачах плазмонно-резонансной фототермической терапии опухолей2022 год, кандидат наук Генин Вадим Дмитриевич
Новое в хирургическом лечении больных с хондромами костей2015 год, кандидат наук Иванов, Виктор Вячеславович
Исследование роли накопленного тепла при многоимпульсном воздействии нано-, пико- и фемтосекундных лазерных импульсов на конденсированные среды и биологические ткани2021 год, кандидат наук Шамова Александра Андреевна
Биомеханика адаптационных процессов в костной ткани нижней конечности человека.2011 год, доктор физико-математических наук Акулич, Юрий Владимирович
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хуторной, Александр Юрьевич, 2014 год
Список используемых источников
1. Егсе, С. Interstitial ablative techniques for hepatic tumors. / C. Erce, R.W. Parks // British Journal of Surgery. - 2003. - № 90. - P. 272-289.
2. Новые технологии в медицине [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rfablation.ru/doctor.html (дата обращения: 01.09.2014).
3. Chopra, S. Tumor recurrence after radiofrequency thermal ablation of hepatic tumors: spectrum of findings on dual-phase contrast-enhanced CT / S.Chopra, G.D. Dodd3rd,K.N. Chintapalli et al. // A JR. Am. J. Roentgenol.- 2001. - Vol. 177, №2.-P. 381-387.
4. Мардынский, Ю.С. Локальная УВЧ-гипертермия в лучевой терапии остеогенной саркомы длинных трубчатых костей у детей и подростков / Ю.С. Мардынский, В.Ф. Лопатин, В.А. Бизер // Дальневосточный медицинский журнал. - Хабаровск, 2005. - № 1. - С.43-48.
5. Siperstein, А.Е. History and technological aspects of radiofrequency thermoablation / A.E. Siperstein, A. Gitomirski // Cancer. - 2000. - Vol. 6. - P. 293303.
6. Krishnamurthy, V.N. Radiofrequency Ablation of Hepatic Lesions: A Review / V.N. Krishnamurthy, V.J. Casillas, L. Latorre // Appl. Radiol. - 2003. -Vol. 32, № 10.-P. 11-26.
7. Привес, М.Г. Анатомия человека: учебная литература для студентов медицинских институтов / М.Г. Привес, Н.К. Лысенков, В.И. Бушкович. - 9-е изд., перераб. и доп.-Москва: Медицина, 1985. - 672 с.
8. Патент 2318465 РФ МПК А61В 18/14, А61В 18/12. A61N 5/02, А61М 1/00. А61М 25/00. Способ микроволновой диатермокоагуляции биоткани и устройство для его осуществления. / В.И. Чиссов, И.В. Решетов, В.Н. Макаров, Ю.А Хитков. - №2006113532/14; заявл. 21.04.2006;0публ. 10.03.2008, Бюл. № 7. -Зс.
9. Зиновьева, А. Опухоль под градусом. Разогретые до 50 градусов раковые клетки мгновенно погибают / А. Зиновьева // Московский комсомолец. -2009.-№25054.-С. 3.
10. Девятков, Н.Д. Комплект аппаратуры для электромагнитной гипертермии злокачественных новообразований / Н.Д. Девятков, Э.А. Гельвич, Мазохин В.Н. // Медицинская радиология. - 1987. - № 1. - С. 73-76.
11. RITA Medical Systems объявляет о новых радиочастотной абляции получен новый способ для лечения рака почек, новый вид СРТ является не инвазивным удалением почечной опухоли радиочастотным сигналом // Medicare Increases Hospital Outpatient Payment for Liver Cancer Radio frequency Ablation. ФРЕМОНТ, Калифорния (HSMN NewsFeed), 2005, ноябрь 22.
12. Патент 2316283 РФ, МПК А61В 18/14, А61В 18/12, А61М 1/00. Способ термокоагуляции биоткани и устройство для его осуществления / В.Н. Макаров, Ю.А. Хитков; №2006113534/14; заявл. 21.04.2006;0публ. 10.02.2008, Бюл. № 4. -5 с.
13. Патент 2317793 РФ, МПК А61В 18/14, А61В 18/12, А61М 1/00. Способ высокотемпературного разрушения биоткани и устройство для его осуществления. / В.Н. Макаров, Ю.А. Хитков; №2006113531/14; заявл. 21.04.2006;0публ.27.02.2008, Бюл. №6.-7 с.
14. Curiey, S.A. Radiofrequency Ablation of Unresectable Primary and Metastatic Hepatic Malignances. Results in 123 Patients / S.A. Curiey [и др.] // Annals of surgery, -july 1999, vol.230, № 1. - P. 2-3.
15. Краев, A.A. Воздействие электромагнитного СВЧ-поля на организм человека / А.А. Краев // 11-я научно-техническая конференция МГТУ, 19— 29 апреля 2000 г. - Москва, 2000. - 516 с.
16. Влияние на организм сверхвысокочастотного электромагнитного поля (СВЧ-поля) [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.internevod.com/rus/academy/ /med/01/vliyanie.shtml
17. Патент 82543 РФ МПК А61В18/12. Комплекс для радиочастотного разрушения биоткани / В.Н. Макаров, С.О. Алексеенков, Н.Н. Дорошенко и др.; №2008152060/22; заявл. 29.12.2008; Опубл. 10.05.2009,Бюл. №5.-5 с.
18. Lynn, J.G. A new method for the generation and use of focused ultrasound in experimental biology / J.G. Lynn, R.L. Zwemer, A.J. Chick et al. // J Gen Physiol. — 1942.-V. 26.-P. 179-193.
19. Mason, T.J. A sound investment / T.J. Mason // Chemlnd - 1998. - V. 878. -P. 82.
20. Патент 2210409 РФ МПК A61N7/02, A61F7/00. Система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей / УОНГ Чжилун, УОНГ Чжибиао, ВУ Фенг, БАЙЦзин; № 2000119766/14; заявл. 18.12.1998; опубликован 20.08.2003, Бюл №4. -11с.
21. Назаренко, Г.И. Ультразвуковая абляция как высокотехнологичная органосохраняющая альтернатива хирургической операции: монография / Г.И. Назаренко, В.Ш. Чен, JI. Джан, А.Н. Хитрова [и др.]. - Москва, 2008. - 75 с.
22. Патент 2217088 РФ МПК А61В17/56, А61В18/20. Способ хирургического лечения дистрофических костных кист у детей / Д.В. Сподарь; № 2002127572/14; заявл. 14.10.2002; опубликован 27.11.2003, Бюл №3. -4 с.
23. Прокопова, JI.B. Сравнительная оценка результатов сохранных операций при доброкачественных опухолях и опухолеподобных поражениях костей у детей / J1.B. Прокопова, Н.Г. Николаева //Ортопедия. - 1991. - № 5. -С. 61-65.
24. Демичев, Н.П. Криодеструкция хрящеобразующих опухолей костей / Н.П. Демичев,С.В. Дианов // Журнал "Травматология и ортопедия России". -2007.-№ 1(43).-С. 33-36.
25. Sanjay, В. К. S. Reimplantation of autoclaved tumor bone in limb salvage surgery / В. K. S. Sanjay, P. G. Moreau, D. A. Younge // International Orthopaedics (SICOT). - 1997. -№ 21. - P. 291 -297.
26. Патент 2527363 РФ МГЖ А61В18/12.Способ реализации термоабляции опухолей костей. /A.B. Кобзев, АЛО. Хуторной, В.Д. Семенов и др.; № 2013127554/14; заявл. 17.06.2013;опубликован 27.08.2014, Бюл № 4. -2 с.
27. Миллер, Э. Применение ультразвука в медицине / Э. Миллер, К.Хилл. — Москва: Мир, 1989. - 568 с.
28. Акопян, В.Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами / В.Б. Акопян, Ю.А.Ершов. - Москва: МГТУ, 2005. - 224 с.
29. Патент 2467720 РФ МПК А61В18/12, A61N7/00 (2006.01). Способ реализации локальной гипертермии / A.B. Кобзев, Д.О. Пахмурин, В.Н. Учаев, В.Д. Семенов, A.A. Свиридов, A.B. Литвинов, А.Ю. Хуторной; № 2011132247/14; заявл. 29.07.2011; опубликован 27.11.2012, Бюл. №33 - 8 с.
30. Хуторной, А.Ю. Способ высокотемпературной деструкции опухолей костной ткани / А.Ю. Хуторной, A.B. Кобзев, В.Д. Семенов, Д.О. Пахмурин, A.A. Жеравин, A.B. Литвинов, В.Н. Учаев // Инновации в науке. № 9 (22): сборник статей по материалам XXV международной научно-практической конференции. — Новосибирск: Изд-во "СибАК", 2013. - С. 72-78.
31. Филлипс, Ч. Системы управления с обратной связью: пер. с англ. / Ч. Филлипс, Р. Харбор. - Москва: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 616 с.
32. Певзнер, Л.Д. Теория систем управления/ Л.Д. Певзнер. - Москва: Изд-во Московского гос. горного ун-та, 2002. - 469 с.
33. Гудэ, Ж. Промышленная электроника: Пер. с франц. / Ж. Гудэ. - М.: Государственное энергетическое издательство, 1960. — 469 с.
34. Бородакий, Ю.В. Основы теории систем управления. Исследование и проектирование/ Ю.В. Бородакий, Ю.Г. Лободинский. - Москва: Радио и Связь, 2004. - 255 с.
35. Теория автоматического управления: учебник / под ред. Ю.М. Соломенцева. - 4-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2003. — 268 с.
36. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления/ В.А. Бесекерский, Е. П. Попов. - 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2004. - 747 с.
37. Попов, Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: учебное пособие / Е.П. Попов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1989.-304 с.
38. Батырев, Е.В. Локальные системы управления: учебное пособие/ Е.В. Батырев, Ю.И. Листопадова. - Москва: Московский государственный институт электронной техники (Технический университет) (МИЭТ). — 2007. — 144 с.
39. Кобзев, A.B. Методика расчета температуры в произвольной точке зоны нагрева при реализации метода локальной гипертермии. / A.B. Кобзев, В.Д. Семенов, Д.О. Пахмурин, А.Ю. Хуторной // Доклады ТУ СУР. - Томск: В-Спектр, 2013. - Ч. 4(30). - С. 120-122.
40. Пахмурин, Д.О. Электронные устройства управления температурой в незамкнутом объёме живой ткани: дис. ... канд. техн. наук / Денис Олегович Пахмурин; Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники. - Томск, 2012. -С. 113.
41. Копко, В.М. Теплоизоляция трубопроводов теплосетей: учеб.-метод. пособие / В.М. Копко. - Минск: Технопринт, 2002. - 160 с.
42. Шорин, С.Н. Теплопередача: учеб. пособие / С.Н. Шорин. — Москва: Высшая школа, 1964. - 489 с.
43. Скрябин, В.И. Курс лекций по теплотехнике. - Режим доступа: http://www.xumuk.ru/teplotehnika/030.html, свободный (дата обращения 20.07.2014)
44. Басов, К.А. ANSYS в примерах и задачах / К.А. Басов, Д.Г. Красновский. - Москва: КомпьютерПресс, 2002. — 224 с.
45. Басов, К.А. ANS YS: Справочник пользователя. / К.А. Басов. — Москва: ДМК Пресс, 2005. - 640 с.
46. Чигарев, А.В. ANSYS для инженеров: Справочное пособие / А.В. Чигарев, А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк. - Москва: Машиностроение-1, 2004. -512 с.
47. Каплун, А.Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. - Москва: Едиториал УРСС, 2003. -272 с.
48. Югов, В.П. ANSYS 5.7 Thermal Analysis Guide: пер. / В.П. Югов. -Москва: CADFEM, 2001. - 108 с.
49. Giering, К. Determination of the specific heat capacity of healthy and tumorous human tissue. / K. Giering, I. Lamprecht, O. Minet and A. Handke //Thermochimica Acta. - 1 March 1995.-Vol. 251.-P. 199-205.
50. Professor Kenneth R. Holmes. Thermal conductivity data for specific tissues and organs for humans and other mammalian species [Электронный ресурс]. — URL: http://users.ece.utexas.edu/~valvano/research/Thermal.pdf
51. Земляков, И.Ю. Математическое моделирование живых систем: учебное пособие / И. Ю. Земляков // Томский политехнический университет; Сибирский государственный медицинский университет. - Томск: Изд-во ТПУ, 2002.-Ч. 1.-87 с.
52. Варжапетян, А.Г. Системы управления. Исследование и компьютерное проектирование: учебное пособие / А.Г. Варжапетян, В.В. Глущенко. - 2-е изд. -Москва: Вузовская книга, 2005. - 328 с.
53. Гудвин, Г. Проектирование систем управления: пер. с англ. / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо. - Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.-911 с.
54. Ермаков, С.М. Математическая теория оптимального эксперимента: учебное пособие / С. М. Ермаков, А. А. Жиглявский. -М.: Наука, 1987. - 316 с.
55. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В.Новицкий, И.А. Зограф. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. — 248 с.
56. Патент 110968 РФ МПК А61В 18/14. Инструмент для реализации локальной гипертермии / A.B. Кобзев, Д.О. Пахмурин, В.Н. Учаев, В.Д. Семенов, А.А.Свиридов, A.B. Литвинов, А.Ю. Хуторной. - № 2011127982/14; заявл. 07.07.2011; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34. - 6 с.
57. Хуторной, А.Ю. Электротепловая аналогия при стабилизации температуры нагревателя в области живой ткани / А.Ю. Хуторной, A.B. Литвинов, В.Н. Учаев, Д.О. Пахмурин, В.Д. Семенов //Научная сессия ТУСУР-2010: материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 4-7 мая 2010 г. -Томск: ТУСУР, 2010.-Ч. 4-С. 149-152.
58. Ермаков, С.М. Математическая теория оптимального эксперимента: учебное пособие / С.М. Ермаков, A.A. Жиглявский. - Москва: Наука, 1987. -316 с.
59. ГОСТ Р 7.0.11-2011. Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правила оформления. - М.: Стандартинформ, 2012. -12 с.
60. ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам. - Взамен ГОСТ 2.105-79, ГОСТ 2.906-71 ; введ. 1996-07-01.-28 с.
Приложение 1. Акт внедрения №1
Мшшстсрс1во образования и науки РФ Федеральное I осударствеиное бюджешое образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИС ТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РА/Ц ЮЭЭТ^теОНИ К И» (ТУСУР)
УТВЕРЖДАЮ Ш Г МоуЛ'СУР
УЛ . - рЗ^К. Шурьи ми
} ' 2014 г.
АКТ
о внедрении резулыашв диссершцнонноП работы в учебный процесс кафедры Промышленной электроники Хуторного Александра Юрьевича
Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе председа)еля первого $а-мес!И1еля заведующего кафедры Промышленной "элекфоники, кл.п., доцеп-¡а Савчука Викюра Леонидовича и членов комиссии: клл., доцеша Коновалова Бориса Июревнча и км.н., $авед\юше1о лабораторией, огвсюгвсшюго за ГПО каф. ПрЭ Пахмурина Дениса Олеювича настоящим актом подтверждаем, что результаты диссер!анионной рабо!ы Хуюриого Александра Юрьевича «Олею ройное усфойство для высоко тем пера арного разрушения паюло! ическич образований 1капи кости» внедрены в учебный процесс кафедры «Промышленная Олекфоника»
Принцип построения системы счабилизации юмиершуры пагревакмя, моделирования 1епловых нолей в среде АЫЯУБ*, принцип моделирования переходных процессов в среде ЕТИрк'е используются в индивидуальных заданиях и курсовых по дисциплинам «Основы преобразовательной 1ехники» и «Онер!ешческая -электроника», а 1акже в рамках ¡рунпового проеклюю обучения ПрЭ-0901 «Аинарато-иро! раммный комплекс для реализации локальной 1 ииершрмни». и при подюювке курсовых и дипломных проекюв
Нредседа1ель комиссии — , Л. Савчук
—^ • / ч' ____*
Члены комиссии: ^ " х . '>■ И. Конова юв
"Д. О. 11ахмурип
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.