Устройство для магнитоакустической терапии онкологического заболевания в эксперименте

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТОАКУСТИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ ОНКОЛОГИЧЕСКОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ(71) Заявитель Государственное учреждение Республиканский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии имени Н.Н.Александрова(72) Авторы Чиж Дмитрий Викторович Крутилина Нина Ивановна Пархоменко Лариса Борисовна Окунцев Дмитрий Витальевич Степаненко Дмитрий Александрович Минченя Владимир Тимофеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение Республиканский научнопрактический центр онкологии и медицинской радиологии имени Н.Н.Александрова(57) 1. Устройство для магнитоакустической терапии онкологического заболевания в эксперименте, содержащее ультразвуковой преобразователь, фокусирующий элемент, источник переменного магнитного поля и блок управления, отличающееся тем, что под источником переменного магнитного поля, направленного на опухолевую ткань, расположен металлический, в частности из алюминия, диск с отверстиями, установленный с возможностью вращения на валу шагового электродвигателя, под диском соосно с его отверстием расположен фокусирующий элемент, выполненный в виде кольца для охвата опухолевой ткани, жестко соединенный с волноводной системой, которая соединена с ультразвуковым преобразователем, подключенным к генератору ультразвуковых колебаний, причем кольцо расположено в плоскости, составляющей с осью волноводной системы угол от 0 до 85. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в диске выполнено не менее двух отверстий различного диаметра, не более диаметра фокусирующего элемента. 17293 1 2013.06.30 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления ультразвуковым генератором, источником переменного магнитного поля, шаговым электродвигателем для привода диска содержит управляющую программу. Изобретение относится к медицине, онкологии, а именно к устройствам сочетанного применения ультразвуковой и магнитной энергии для терапии онкологических заболеваний в эксперименте. Известно устройство для лечения онкологических заболеваний, содержащее электромагнитную катушку, в которую помещают животное с опухолью 1. На животное воздействуют пульсирующим магнитным полем с частотой от 5 до 1000 кГц. Недостатком указанного выше устройства является возможность поражения клеток здоровых тканей, так как животное находится под воздействием сильного магнитного поля. Известно также устройство для лечения онкологических заболеваний, содержащее пьезокерамический преобразователь, концентратор для передачи ультразвука в патологическую ткань частотой от 15 до 250 кГц и интенсивностью, не превышающей кавитационный порог крови 2. Недостатком известного устройства является возможность поражения клеток здоровых тканей из-за большой мощности подводимого ультразвука и распространения ультразвуковых колебаний от зоны опухоли в сторону здоровых клеток. Наиболее близким к заявляемому является устройство, описанное в способе стимулирующего воздействия на биологические ткани магнитным полем и ультразвуком, содержащее контейнер, заполненный физиологическим раствором, дистиллированной водой или гелем, который обладает близкими к тканям человека акустическими свойствами для передачи ультразвука из раствора в эти ткани без заметного затухания 3. Фокусирующий источник ультразвука выполнен в виде вогнутой пьезокерамической пластины. Вокруг биологического объекта располагаются витки электрического провода, представляющего собой обмотку электромагнита для создания магнитного поля. Рабочий диапазон частот ультразвукового преобразователя устанавливают в диапазоне 0,3-30,5 МГц. При этом частота магнитного поля отличается лишь на малую частоту 1000 Гц. Данный способ принят нами за прототип. Недостатками прототипа являются 1) применение высокочастотного ультразвука 1-5 МГц,что может привести к поражению клеток здоровых тканей из-за большой мощности подводимого ультразвука 2) невозможность охвата зоны опухоли, что приводит к распространению ультразвуковых колебаний и потенциально самих опухолевых клеток в окружающие здоровые ткани 3) возможность поражения клеток здоровых тканей под воздействием сильного магнитного поля. Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего осуществлять комбинированное воздействие на опухолевую ткань с помощью ультразвуковых колебаний малой интенсивности и переменного магнитного поля, обеспечивая при этом изоляцию и преимущественное воздействие на патологическую ткань. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для магнитоакустической терапии онкологического заболевания в эксперименте, содержащем ультразвуковой преобразователь, фокусирующий элемент, источник переменного магнитного поля и блок управления, фокусирующий элемент выполнен в виде кольца, жестко соединенного с ультразвуковым преобразователем и охватывающего патологическую ткань, при этом источник переменного магнитного поля, установленный над кольцевым фокусирующим элементом, изолирован от биологического объекта вращающимся с отверстиями диском,изготовленным из металла, экранирующего электромагнитное поле. Решению поставленной задачи способствует ряд частных существенных признаков предложения. 2 17293 1 2013.06.30 Кольцевой элемент ультразвукового преобразователя расположен под углом к ультразвуковому концентратору, что дает возможность получать изгибные колебания в кольце как в направлении, перпендикулярном плоскости кольца, так и в плоскости кольца. Вращающийся диск с отверстиями изготовлен из экранирующего материала, например алюминия, и при вращении диска весь биологический объект защищен от электромагнитного поля, а периодическому воздействию магнитного поля подвергается через отверстие только патологическая ткань. Диск имеет несколько отверстий разного диаметра, но не более диаметра фокусирующего кольцевого элемента и при вращении можно осуществлять модуляцию магнитного поля, воздействующего на патологическую ткань. Блок управления по заданной программе формирует ультразвуковые импульсы на кольцевой фокусирующий элемент в период прохождения отверстия над патологической тканью, или когда на ткань не действует магнитное поле, при этом может изменяться частота вращения диска, интенсивность ультразвука, электромагнитного поля. На фиг. 1 изображен общий вид заявляемого устройства (схематично), а на фиг. 2 изображен вид сверху. Устройство, согласно фиг. 1 и 2, состоит из пьезоэлектрического электроакустического преобразователя 1, ультразвукового генератора (на фигурах не показан), узла вертикального перемещения преобразователя 2, волноводной системы 3, кольцевого фокусирующего элемента, выполненного в виде кругового кольца 4, электромагнита 5, закрепленного на узле вертикального перемещения 6, алюминиевого диска 7 с отверстиями 8, установленного на валу шагового электродвигателя 9, блока управления 10, столика 11 с системой перемещения биообъекта 12 по двум координатам в плоскости стола. Кольцевой фокусирующий элемент 4 жестко связан с волноводной системой 3, может располагаться в плоскости, составляющей с осью волноводной системы 3 угол в пределах от 0 до 85, и располагаться соосно с отверстием 8 диска 7. Устройство работает следующим образом. На столик 11 закрепляют биообъект 12 и при помощи устройства координатного перемещения стола 11 устанавливают биообъект 12 так, чтобы патологическая ткань находилась в центре кольцевого элемента 4 и отверстия 8 диска 7. При помощи узла вертикального перемещения преобразователя 2 кольцевой элемент 4 опускают на патологическую ткань до соприкосновения с ней. Электромагнит 5 при помощи узла вертикального перемещения 6 устанавливают на заданном расстоянии от патологической ткани биообъекта 12. От блока управления вначале включают шаговый электродвигатель 9, который приводит во вращение диск 7 с отверстиями 8 с заданной частотой 1-1000 об/мин, затем включают ультразвуковой генератор и подают напряжение питания электромагнита. Пьезоэлектрический электроакустический преобразователь 1 подключают к генератору ультразвуковых колебаний с частотой 1-400 кГц и удельной акустической мощностью от 1 до 60 Вт/см 2, где электрические колебания преобразуются в продольные механические колебания соответствующей частоты, волноводная система 3 передает эти колебания к кольцу 4. С помощью кольца 4 ультразвуковые колебания волноводной системы 3 преобразуются в изгибные колебания как в направлении, перпендикулярном плоскости кольца 4, так и в плоскости кольца 4 в зависимости от угла расположения волноводной системы 3 и кольца 4. Применение вращающегося алюминиевого диска с отверстиями позволяет воздействовать на патологическую ткань магнитным полем с напряженностью от 1 до 70 мТл, не повреждая при этом здоровые ткани биообъекта. Изменяя частоту вращения диска, можно модулировать электромагнитное поле и его воздействие на ткань синхронизировать с подачей ультразвуковых колебаний на кольцевой фокусирующий элемент. Выполнены исследования на 124 белых нелинейных крысах с имплантированными подкожно в пахово-бедренную область штаммами саркомы мягких тканей (М-1) или аль 3 17293 1 2013.06.30 веолярного рака печени (РС-1). Используемая в исследовании методика работы с лабораторными животными соответствует современным требованиям проведения эксперимента. Критериями оценки проводимого воздействия служат клинические данные средняя продолжительность жизни павших животных в опытной и контрольной группах (СПЖ),темпы прироста опухоли (ТПО), коэффициент торможения роста опухоли (КТРО), излеченность животных (отсутствие опухоли спустя 30 суток после воздействия) и морфометрические (программа) показатели. Увеличение средней продолжительности жизни павших животных определяют в процентах по отношению к контролю(СПЖ опытСПЖ контроль) / СПЖ контроль 100 . Коэффициент торможения роста опухоли (КТРО) оценивают по среднему объему опухолевой массы в опытной группе после окончания лечения, по сравнению с контролем КТРО( контрольопыт) /контроль 100 . Объем опухоли рассчитывают по формуле Шрека/6. Количественную оценку степени повреждения злокачественных опухолей проводят с помощью компьютерной программы(разработка Института молекулярной и атомной физики НАН Беларуси), которая совместно с методом прижизненной окраски сосудистого русла опухолей позволяет определять размер жизнеспособных и разрушенных зон опухолевой ткани. На фиг. 3 представлено увеличение СПЖ (в ) животных с опухолями саркомы М-1 и альвеолярного рака печени (РС-1) при ультразвуковом (18,4 и 15,6 соответственно),магнитном (15,9 и 12,7 ) и комбинированном магнитоакустическом (24,1 и 18,3 ) воздействиях по сравнению с интактным контролем. На фиг. 4 отображено торможение опухолевого роста (КТРО) у животных с опухолями саркомы М-1 и альвеолярного рака печени РС-1 при ультразвуковом (18,8 и 16,9 соответственно), магнитном (13,5 и 10,5 ) и комбинированном магнитоакустическом(24,8 и 22,3 ) воздействиях по сравнению с контролем. В таблице с помощью компьютерной программыдана количественная оценка повреждения опухолевой ткани при различных видах терапевтического воздействия по сравнению с контролем. Количественная оценка повреждения опухолевой ткани при различных видах терапевтического воздействия Виды терапевтического воздействия Штамм Комбинированное контроль МП УЗ(УЗМП) М-1 16-3224-3829-4636-49 РС-1 12-4220-3223-4224-45 Полученные данные (фиг. 3 и 4, таблица) свидетельствуют о чувствительности перевиваемых опухолей, преимущественно штамма М-1, к магнитоакустическому воздействию. Отмечена тенденция к увеличению средней продолжительности жизни на фоне торможения опухолевого роста у животных в опытных группах с комбинированным магнитоакустическим воздействием по сравнению с контролем. Стимуляции роста опухоли под действием переменного магнитного поля и низкочастотного ультразвука не отмечено. Источники информации 1. Патент США 4665898, МПК 61 17/5261 2/0261 2/00, 1987. 2. Патент США 5984882, МПК 61 17/32 61 7/00, 1999. 3. Международная заявка /2006/121371, /2006/000232, 2006 (прототип). 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5