автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Исследование принципов электрохирургических воздействий и разработка научных основ проектирования аппаратов и устройств для высокочастотной электрохирургии

%

На правах рукописи

Белов Сергей Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВ Д ЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ

ЭЛЕКТРОХИРУРГИИ

Специальность 05.11.17. «Приборы, системы и изделия медицинского назначения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва -2004

Работа выполнена в ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» (НИИ медицинского приборостроения) РАМН

Научный консультант:

Академик Российской академии медицинских наук,

доктор технических наук, профессор Викторов Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кавалеров Гений Иванович Доктор технических наук, профессор Щукин Сергей Игоревич Доктор физико-математических наук, профессор Костылев Валерий Александрович

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники (ВНИИМТ) Минздрава Р.Ф. Защита диссертации состоится 2004 г. в

14 час. на заседании диссертационного совета Д 001.041.01 при ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» РАМН, 127422, Москва, Тимирязевская ул. Д.1 к.1 к. 216

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» (НИИ медицинского приборостроения)

Автореферат разослан _2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук ^ Матвеев Е.В.

693

гтш

3

Общая характеристика работы

Введение. Электрохирургическая аппаратура (ЭХА) занимает одно из важных мест среди изделий медицинской техники, применяемых в хирургии. В современной практической хирургии распространена аппаратура для рассечения и коагуляции тканей организма токами высокой частоты. Благодаря разнообразию и широте возможностей методов электрохирургии, эта аппаратура применяется во всех оснащенных операционных отделениях медицинских учреждений. Интерес к научным и практическим проблемам в области исследований электрохирургических воздействий и создания новых технологий связан в первую очередь с возможностями повышения эффективности ЭХА, разработкой новых методов и аппаратных средств.

Актуальность проблемы в современных условиях объективно возрастает. Объясняется это целым рядом причин. Одной из причин является необходимость лечения различных хирургических заболеваний, появившихся в результате техногенного воздействия окружающей среды на условия жизни человека. Возрастающий травматизм, совокупность стрессовых ситуаций, повышающих вероятность необратимых патологических процессов в организме человека как следствие урбанизации, влекут за собой необходимость расширения возможностей оперативного хирургического вмешательства различных категорий сложности. В то же время появление новых технологий в хирургии, обеспеченных соответствующими техническими средствами, позволяет существенно повысить эффективность лечения хирургических болезней, в том числе и традиционных.

Свидетельством актуальности является и тот факт, что наблюдается постоянный рост моделей ЭХА, появляющихся на мировом рынке; в производство аппаратуры вовлекается все большее число производителей. Однако востребованный рост числа моделей ЭХА не всегда оправдан. Часто технические параметры новых моделей повторяют недостатки ранее разработанных. Объясняется это тем, что при проектировании ЭХА сказывается тради-

РОС. ,, ИЛЬНАЯ БШ . I И^ТЕКА С.Петербург

люб РК

ционный эмпирический подход в оценке результатов электрохирургических воздействий. Основанный на таких оценках выбор функциональных параметров аппаратуры и методики электрохирургических воздействий не отвечает в полной мере критериям эффективности применяемой технологии.

Наиболее совершенная ЭХА и соответствующие медицинские технологии разработаны рядом ведущих фирм на основе собственных частных исследований. К числу таких фирм в первую очередь относятся Erbe (Германия), Valleylab (CIUA), Eschmann (Великобритания), Arthro Саге (США). Высокий технический уровень аппаратуры этих фирм достигается главным образом за счет высокотехнологичных и дорогостоящих производственных процессов, используемых при изготовлении аппаратуры и инструментария. Функциональная же эффективность обеспечивается применением весьма сложных электронных микропроцессорных систем для обработки огромного объема эмпирической информации, используемой для формирования выходных параметров электрохирургического воздействия. В результате такого подхода к проектированию аппаратура становится чрезвычайно дорогостоящей.

Среди ведущих организаций в области проектирования и производства ЭХА в России являются ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» (г.Москва), ВНИИИМТ (г.Москва), НПФ «Фотек» (г.Томск), СибНИИЦМТ (г.Новосибирск).

Однако оснащение лечебных учреждений ЭХА в настоящее время сталкивается с определенными проблемами. Находящаяся в эксплуатации аппаратура по статистическим данным на 2002 - 2003 г. г . уже выработала свой ресурс на 50 - 60%, что говорит о необходимости ее замены. Задача переоснащения лечебных учреждений современной аппаратурой для обеспечения высокоэффективных технологий в электрохирургии только за счет дорогостоящей импортной техники решена быть не может. Необходимые для этого средства в несколько раз превосходят расходные статьи государственного бюджета. По этому важнейшим условием решения этой задачи является

проектирование и внедрение в производство высокоэффективных отечественных аппаратов и устройств.

Начало клинического применения высокочастотной электрохирургии, как нового метода хирургического вмешательства, относятся к середине 20-х годов двадцатого столетия, когда американцы Кушинг и Боуви создали прообраз ЭХА и использовали его для клинического применения. Значимые исследования по созданию ЭХА В России принадлежат Шамроевскому; в 1950 г. опубликована его монография по биполярному методу в высокочастотной электрохирургии.

Качественный скачек в электрохирургии наступил в 1970-1980 г.г., когда на смену генераторным лампам и искровым разрядникам пришли полупроводниковые приборы. Использование новой элементной базы при проектировании высокочастотных генераторов позволило значительно уменьшить их массу и габаритные размеры, усовершенствовать систему управления, повысить электробезопасность при эксплуатации. С развитием микропроцессорной техники стали возможны принципиально новые схемотехнические решения, позволяющие превратить ЭХА в компактные многофункциональные устройства. Такое развитие технических средств явилось стимулом к разработке новых технологий электрохирургических воздействий. Появились бесконтактные методы, в которых вместо электрода используется струя ионизированного инертного газа (аргоноплазменная коагуляция), поток электропроводящей жидкости в состоянии холодной плазмы (высокочастотная холодноплазменная абляция), электропроводящие пары жидкостей (парока-пельная электрокоагуляция). В настоящее время эти технологии интенсивно развиваются как за рубежом, так и в России.

В области исследований физических принципов электрохирургии следует отметить работы отечественных ученых (Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р., Лощилов В.И., Драбкин Р.Л., Белик Д.В., Торнуев Ю.В., Аронов A.M. и др.). Большой вклад в разработку методов электрохирургических воздействий и в практический анализ параметров ЭХА внесли отечественные ученые-медики

(Петровский Б.В., Долецкий С.Я., Иргер И.М., Лукомский Г.И., Савельев B.C., Бокерия J1.A., Ревишвили А.Ш., Кулаков В.И., Адамян Л.В.и др.) Целью работы является разработка теоретических принциповисследования электрохирургических воздействий для решения задач по созданию новых технологий и аппаратных средств, используемых в практической хирургии.

Для ее достижения необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:

1. Разработать системные принципы построения теоретических моделей электрохирургических воздействий на макроскопическом уровне.

2. Разработать и проанализировать тепловые модели механизмов монополярной, биполярной коагуляции и рассечения тканей организма.

3. Исследовать и проанализировать влияние параметров высокочастотного тока на коагуляцию и рассечение биологических тканей на микроскопическом уровне строения ткани.

4. Определить необходимые и достаточные условия для повышения эффективности электрохирургических воздействий.

5. Исследовать и проанализировать технологии бесконтактных методов электрохирургических воздействий. Показать возможности этих технологий на основе качественных и количественных оценок.

6. Гармонизировать результаты теоретических и экспериментальных исследований для решения задач проектирования электрохирургических аппаратов и устройств.

7. Провести практическую апробацию разработанных технических средств для определения эффективности их применения в различных специальностях практической хирургии.

Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Теоретические исследования проводились методами системного анализа феноменологических процессов при электрохирургических воздействиях с помощью математического моделирования; для исследования процессов на микроскопическом уровне использовались экспериментальные ис-

следования in vitro. Анализ технических параметров в задачах проектирования ЭХА проводились экспериментально в процессе технических и медицинских испытаний разрабатываемой аппаратуры.

При выполнении исследований были использованы: методы теории уравнений математической физики, электродинамики сплошных сред, теории планирования и обработки результатов эксперимента, теории вероятности и математической статистики.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Тепловая математическая модель монополярной электрокоагуляции, биполярной электрокоагуляции и электрорассечения тканей организма высокочастотным током, применение результатов расчета для оценки электрохирургических воздействий.

2. Концепция пробоя клеточных мембран электрическими импульсами и анализ влияния параметров высокочастотного тока на коагуляцию и рассечение биологических тканей, позволившая установить оптимизированные параметры электрических импульсов для коагулирующего действия ВЧ-тока.

3. Необходимые и достаточные условия для эффективности электрохирургических воздействий на основе макро- и микроскопического анализа в контактной электрохирургии.

4. Качественные и количественные характеристики физических процессов и параметров аппаратных средств для бесконтактных технологий электрохирургических воздействий.

5. Гармонизация результатов теоретических и экспериментальных исследований для решения задач проектирования электрохирургических аппаратов и устройств.

Научная новизна.

1. Предложена математическая модель тепловых процессов для монополярной и биполярной электрокоагуляции и рассечения тканей в контактной электрохирургии, позволяющая рассчитывать параметры ЭХ-воздействия априори и прогнозировать его результат.

2. Разработана концепция пробоя клеточных мембран высокоамплитудными электрическими импульсами для объяснения влияния параметров высокочастотного тока на коагуляцию и рассечение тканей. Получены оптимизированные параметры электрических импульсов для обеспечения коагулирующего эффекта и доказана их эффективность экспериментальными методами на биологических тканях in vitro.

3. Выявлена связь между геометрическими и физическими параметрами воздействующей системы с одной стороны и энергетическими параметрами воздействия с другой , на основании чего установлены необходимые и достаточные условия повышения эффективности электрохирургических воздействий.

4. Установлены качественные и количественные характеристики физических процессов, лежащих в основе технологии высокочастотной хо-лодноплазменной абляции. Даны оценки параметров аппаратных средств для реализации бесконтактных технологий.

5. Представлен ряд новых технических и методических решений для проектирования ЭХА и устройств различного назначения с целью повышения их функциональной эффективности.

Практическая ценность и реализация результатов работы состоит в том, что теоретические положения и результаты экспериментальных исследований использованы при выполнение НИР и ОКР, в результате которых создано более 10 моделей ЭХА различного назначения. Среди них на предприятиях ВЗМО (г.Волгоград), ФГУП «Машзавод им. Ф.Э.Дзержинского (г.Пермь), НПФ «Проминформ» (г.Пермь), 03 «ВНИИМП-ВИТА» (г.Москва) в серийное производство были внедрены ЭХА общего назначения : «ЭН-57М», «ЭХВЧ-150-1», «ЭХВЧ-150-2», «Политом-1», «Политом-2», «Поли-

том-3» и специализированные аппараты: аппарат для эндоскопической хирургии «Эндотом-1», электрокоагулятор- эпилятор «ЭВК-01», аппарат для косметической хирургии «Косметом-1», радиочастотный ЭХ-комплекс «РЭК-250-1». В стадии серийного внедрения находятся аппарат «Политом-4» и аппарат нового модельного ряда «ВитаТом-300» и «ВитаТом-ЗООРЧ».

Общий объем производства разработанной аппаратуры составляет: более 4000 аппаратов общего назначения и более 1000 специализированных. Эффективность практического применения созданных ЭХА и устройств доказана при участии медицинских соисполнителей с использованием клинического материала в процессе подконтрольной эксплуатации изделий в хирургических отделениях медицинских учреждений.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на 9 конференциях и симпозиумах. Из них 4 международных.

Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 31 печатных работах, в том числе в одной коллективной монографии, в 6 авторских свидетельствах на изобретения и патентах, в 1 свидетельствах на промышленные образцы. Свыше 10 печатных трудов опубликовано в профильных журналах, входящих в Перечень ведущих научных журналов и изданий, утвержденных президентом ВАК.

Принципиальные вопросы диссертации нашли отражение в монографии Белова C.B. и Сергеева В.Н. под редакцией академика РАМН Викторова В.А. «Электрохирургическая аппаратура. Теоретические основы электрохирургических воздействий и принципы построения» М., ЗАО «ВНИИМП-ВИТА», 2002 г. 125с., а также в 7 статьях, посвященных использованию физических процессов, лежащих в основе различных технологий электрохирургических воздействий и 4 статьях посвященных оригинальным техническим решениям задачи проектирования ЭХА.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов, содержит рисунков, таблиц, библиографию из наименований, приложений, материал изложен на страницах.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В ЭЛЕКТРОХИРУРГИИ.

Первая глава посвящена анализу существующих на сегодняшний день методов ЭХ-воздействий и аппаратных средств, применяемых в практической хирургии Отмечен научный вклад ведущих специалистов технической и медицинской сфере исследований Приведены примеры клинического применения ЭХА в различных специальностях хирургии. В свете анализа сформировавшихся на сегодняшний день медико-технических технологий представлена классификационная схема методов ВЧ-электрохирургии.

1.1. Методы электрохирургических (ЭХ) воздействий и их классификация.

Важнейшими элементами хирургического вмешательства в электрохирургии являются рассечение и коагуляция тканей организма. Коагуляция тканей осуществляется в результате локального нагрева ткани высокочастотным током в области контактирования электрода с тканью. При этом происходит свертывание (денатурация) тканевых белков, что приводит к «завариванию» мелких кровеносных и лимфатических сосудов с целью гемостаза. Кроме гемостаза, электрокоагуляцию применяют для механического соединения фрагментов ткани (сваривания средних кровеносных сосудов и альвеол, соединения отслоившихся при патологических процессах тканей), а также для целенаправленного разрушения (некротизации) новообразований в виде опухолей, гемоангеом, бляшек и во многих других случаях. В ряде хирургических вмешательств требуется поверхностная спрей-коагуляция (фульгура-ция). При фульгурации электрод непосредственно не соприкасается с тканью, а воздействие осуществляется непрерывным искровым разрядом, возникающим между электродом и коагулируемой тканью. Рассечение тканей производится также за счет выделяемого в ткани тепла, но при более высоких плотностях тока. Различаются два главных метода ЭХ-воздействия: монополярный и биполярный , которые относятся к контактным и наиболее распро-

странены в практической медицине. Следует выделить методику эндохирур-гических вмешательств, которая вошла в практику хирургии в конце 1970 годов. Техника эндохирургии, использующая как монополярный, так и биполярный методы воздействия, осуществляется с помощью лапороскопов и гибких эндоскопов, позволяющих осуществлять электрохирургические манипуляции под наблюдением хирурга. К электрохирургическим методам относится технология аргоноплазменной коагуляции. Источником энергии в этой методике является ВЧ-генератор, соединенный с системой подачи аргона к коагулируемым тканям. Процесс коагуляции происходит благодаря термическому воздействию ВЧ-тока, подводимого к тканям через поток ионизированной струи аргона. Этот метод является бесконтактным. Другой вид бесконтактного ЭХ-воздействия осуществляется с помощью электропроводящей парокапельной струи, по которой ВЧ-ток подается к коагулируемым тканям. К принципиально новым технологиям относится метод высокочастотной холодноплазменной абляции. Этот метод не является тепловым, что позволяет отнести его к минимально инвазивным.

С учетом принципиальных и методических особенностей классификацию методов ВЧ-электрохирургии можно изобразить в виде схемы рис. 1-1.

Рис.1-1. Методы высокочастотной электрохирургии.

1.2. Аппаратура для различных технологий ЭХ-воздействий и особенности ее применения..

В зависимости от назначения аппараты имеют различные схемотехнические решения, широкий спектр параметров и режимов работы, многофункциональный набор электродов, инструментов, вспомогательных устройств. Практически все современные аппараты имеют микропроцессорную систему управления, схему контроля цепей пациента, схему автоматического тестирования работоспособности узлов и блоков, систему контроля выходной мощности и т.п. В ряде моделей заложены алгоритмы, реализующие управление выходными параметрами в зависимости от результата ЭХ-воздействия. Особенности модели ЭХА определяются следующими критериями:

1) технологией ЭХ-воздействия;

2) рабочей частотой и диапазоном выходной мощности;

3) параметрами электрохирургических электродов и инструментов;

4) системой согласования выходных параметров с нагрузкой. Реализация этих критериев в ЭХА является необходимым условием при решении задач проектирования.

Технический анализ аппаратуры и информационных материалов исходя из критериальных характеристик ЭХА позволяет установить наиболее совершенные модели аппаратов.

К числу новых отечественных моделей относятся многофункциональные ЭХА общего назначения «Политом-3» и «Витатом-300», разработанные ЗАО «ВНИИМП-ВИТА». Аппараты обеспечивают как контактные, так и бесконтактные технологии.

Среди современных ЭХА, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, выделяется модель «Электротом-640» фирмы ВегсИЫё втЬИ (Герма-

ния). Аппарат обеспечивает как контактные (резание, монополярная и биполярная коагуляция) так и бесконтактные технологии (спрей-коагуляция). Фирма ERBE выпускает ряд электрохирургических аппаратов ICC50, ICC80, ICC300, ICC350, среди которых максимальными функциональными возможностями обладает модель ICC350.

Наряду с контактными методами аппаратом также осуществляются бесконтактные воздействия: спрей коагуляция и аргоноплазменная коагуляция. В настоящее время фирма ERBE активно внедряет в практику электрохирургическую систему VIO, реализованную в аппарате ERBT-VIO. Кроме генераторного модуля эта модель включает ассортимент согласованных вспомогательных устройств (блок аргоноплазменной коагуляции, осветитель аспиратор, дымоотсасыватель и др.), объединенных в единую передвижную конструкцию.

Идея технологии не теплового ЭХ-воздействия принадлежит США. В конце 1990 г. г. фирма Arthro Саге создала первые образцы электрохирургического устройства «Coblator» (холодноплазменная абляция). Устройство представляет собой высокочастотный генератор, снабженный набором биполярных инструментов для удаления (абляции) ткани и коагуляции. Работа по созданию подобной установки для холодноплазменной абляции в 2003 г. включена в тематический план ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» и проводится в рамках НИОКР совместно с медицинским соисполнителем - ОГМА (г. Ставрополь).

В практической хирургии наиболее распространена аппаратура, реализующая контактные методы ЭХ-воздействий благодаря их доступности и универсальности. Наряду с открытой хирургией электрорассечение и коагуляция успешно применяется в эндохирургии: более 90% операций по поводу полипэктомии, папиллотомии, сфинктеротомии и др. проводят с использованием эндоскопов и лапороскопов. Контактная коагуляция лежит в основе стереотаксической нейрохирургии при лечении болезни Паркинсона и других патологий в области гипоталамуса.

Бесконтактные методы ЭХ-воздействий в ряде случаев имеют специфические преимущества по сравнению с контактными. В частности технология аргоноплазменной коагуляции при эндоскопических вмешательствах позволяет избежать задымления операционного поля, а при операциях на полых органах отсутствие вапоризации снижает риск перфорации стенки. Технология нетеплового электрохирургического воздействия не предусматривает прохождение электрического тока через ткани организма, а нагрев в области воздействия не превышает 60 0 С. Происходит низкотемпературный молекулярный распад ткани с одновременным ее удалением из области хирургического вмешательства.

Любое хирургическое вмешательство включает процедуру рассечения ткани и остановку кровотечений. Эти процедуры выполняются, как правило, с помощью ЭХА. Сегодня 90% всех операций проводят методами ВЧ-электрохирургии, причем в ряде случаев электрохирургия является единственным способом вмешательства, гарантирующим успех операций.

В нейрохирургии, кардиохирургии, ЛОР-хирургии и в ряде других хирургических специальностей необходимы высокоэффективные ЭХ-воздействия. При этом важнейшая роль принадлежит прецизионной коагуляции жизненно-важных биоструюур, девитализации и абляции тканей.

При современных технологиях электрохирургии, базирующихся на эмпирических представлениях, эффективность применения аппаратуры обеспечивается не обоснованным ее усложнением из-за необходимости оперативного анализа большого объема информации, отражающей динамику ЭХ-воздействия и включения различных систем обратной связи.

Наряду с эмпирическим подходом для каждой технологии ЭХ-воздействия эффективность применения аппаратуры может достигаться оптимизацией выходных параметров ЭХ-генераторов, воздействующих электродов и, адекватным выбором параметров воздействия.

Анализ информационных материалов показывает, что для решения круга задач, касающихся рационального выбора технических характеристик ап-

паратуры и научно-обоснованного выбора параметров воздействия, требуются исследования физических процессов, лежащих в основе этих воздействий. К числу таких процессов относятся: нагрев ткани высокочастотным током, коагуляция тканей и рассечение под действием токов высокой частоты при контактных методах; возбуждение сильноионизированной холодной плазмы в технологии ВЧ-холодноплазменной абляции и процесс воздушно-плазменной коагуляции в технологии бесконтактных воздействий.

Таким образом, для повышения эффективности ЭХ-воздействий, научно-обоснованного выбора параметров воздействий были проведены теоретико-экспериментальные исследования механизмов ЭХ-воздействий. Поскольку природа процессов различна, исследование выполнено различными методами. Макроскопический анализ нагрева ткани проведен на основе математических моделей ЭХ-воздействий. Исследование влияния формы высокочастотного напряжения на коагулирующие свойства тока проведено с микроскопических позиций теоретико-экспериментальными методами. При исследовании процесса возбуждения сильноионизированной холодной плазмы в электрическом поле и процесса передачи ВЧ-энергии с помощью ионизированной парокапельной струи использован феноменологический подход.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭХ-ВОЗДЕЙСТВИЙ НА МАКРОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ.

Во второй главе представлены тепловые модели для контактных технологий электрохирургических воздействий: монополярной электрокоагуляции, биполярной электрокоагуляции и рассечения тканей. Дано обоснование квазилинейного приближения для описания температурного поля в ткани при коагуляционных воздействиях. Приведена модель электрорассечения ткани в адиабатическом приближении для типичной геометрии режущего электрода и, в заключительной части, даны оценки адекватности теоретических исследований путем сравнения с результатами эксперимента.

2.1. Разработка тепловой модели контактной электрокоагуляции.

Теоретическим аспектом исследования ЭХ-воздействий является разработка математических моделей, описывающих тепловые процессы в тканях с макроскопических позиций. Целью этих моделей является выявление оптимальных режимов ЭХ-воздействий в зависимости от физических и геометрических параметров ткани и электродов. При построении тепловой модели принят ряд допущений, позволяющих сформулировать задачу теплопроводности при электрокоагуляционном воздействии в квазилинейном приближении:

1. Массив биологической ткани в области воздействующего электрода представляется однородной гомогенной средой. В основе допущения лежат следующие соображения: а) физические процессы рассматриваются с макроскопических позиций, не затрагивая процессов молекулярного уровня; б) влияние неоднородностей ткани вне зоны коагуляции мало, поскольку электрическое поле в ткани в первом приближении, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния; в) влияние массопереноса в области воздействия не существенно, поскольку кроваток при коагулировании блокируется.

2. Поверхности электродов помещаются в бесконечный или полубесконечный массив ткани и совпадают с одной из координатных поверхностей системы ортогональных криволинейных координат. Простые оценки показывают, что рассматриваемый массив ткани, превосходящий в несколько раз по линейным размерам рабочую часть электрода, может считаться бесконечным. При рассмотрении электродов на границе раздела полуограниченного массива, из соображений симметрии, все расчеты остаются справедливыми для полного пространства.

3. Электрическое поле в ткани является квазистационарным и описывается линейным дифференциальным уравнением Лапласа. Учитывая, что верхняя граница диапазона частот в электрохирургии не превышает 10 МГц,

оценки производных в уравнениях Максвелла доказывают справедливость этого допущения.

4. Температурное поле в ткани описывается линейным дифференциальным уравнением теплопроводности, при этом физические параметры ткани полагаются постоянными, усредненными по температуре величинами. В основе допущения лежит такой факт, что при нагреве ткани в диапазоне 60°-90° С происходят эндотермические реакции при которых небольшая доля энергии -AF, уходит на биохимические преобразования ткани. Поскольку температурные интервалы реакций могут перекрывать друг друга, все они принадлежат интервалу А Т, в котором происходит коагуляция. В силу аддитивности энергии изменение параметров ткани, связанное с коагуляцией, можно считать непрерывной слабоменяющейся функцией температуры, а физические параметры ткани представляются усредненными величинами в интервале А Т.

Анализ допущений показал, что наиболее сильным является последнее. Сравнение результатов расчетов, выполненных с помощью математических моделей и экспериментальных данных, позволило оценить и, при необходимости, учесть влияние температурной зависимости параметров ткани на распределение температуры.

2.1.1. Модель монополярной электрокоагуляции.

Расчет и анализ температурных полей в ткани при монополярной коагуляции в линейном приближении рассматривались в ряде работ (Драбкин Р.Л., Honig W.M., Berg V.D., Lexsell L. и др.) Однако приведенные в работах решения задачи теплопроводности чрезвычайно упрощены, либо справедливы для частного случая стационарного теплового режима.

В представленной модели монополярной электрокоагуляции активный электрод аппроксимируется сферой радиуса г„, окруженной бесконечным массивом ткани. Граничные задачи теплопроводности для двух типов электродов в безразмерной форме записываются следующим образом.

А. Для идеально отводящего тепло электрода:

Б. Для электрода с пренебрежимой теплоёмкостью: с1Т ^ ЫТ ^ 1 ш | ^

¿9

<к1

где х = — - безразмерный радиус, Э-'Цг гп Г-

ягпА

безразмерное время, Т = " ?

- безразмерная температура.

Полученное точное решение задачи (А) описывает температурное поле во всей области переменных (х, 9) и представляется выражением 1

Т(х,9) =

2х

еф{Ы)лх.

1^,9)

71Х

В стационарном тепловом режиме при 9 —» оо формула упрощается:

Т{х, со) =

1-1'

Аналогичное решение задачи (Б) имеет вид:

В стационарном тепловом режиме при 9 -> оо температура равна:

Г(*,оо) =

1-

2х

Интегралы 1^(х,9)и 1^{х,9)- суть квадратуры, определяющие отклонение

от стационарного распределения температуры, в развёрнутом виде представлены в соответствующем разделе диссертации.

Распределение температуры для двух типов электродов приведено на рис.2-1 (а,б).

а) электрод идеально б) электрод с пренебрежимой

отводящий тепло теплоемкостью

Рис.2-1. Зависимость температуры ткани Т от расстояния X до электрода при различном времени воздействия и.

Анализ распределений позволяет заключить следующее. Для глубинной коагуляции следует применять электроды с высокой температуропроводностью Время воздействия должно быть достаточно большим, чтобы система приблизилась к состоянию теплового равновесия, на практике это время находится в пределах от 5 до 20 с в зависимости от размера рабочей части электрода. При выполнении этих условий максимальный нагрев достигается на расстоянии радиуса от поверхности.

Для поверхностной коагуляции нужны электроды с минимальной теплоемкостью. Время воздействия должно быть коротким, чтобы избежать деструкции глубинных слоев ткани (практически это время не должно превышать 1-2 е.). При выполнении этих условий максимальный нагрев ткани достигается у рабочей поверхности электрода.

Результаты расчета и анализа в полной мере подтверждены экспериментальными данными.

2.1.2. Модель биполярной электрокоагуляции.

Биполярное воздействие отличается возможностью обеспечивать прецизионную, прогнозируемую априори коагуляцию, локализацию очага коагуляции в строго ограниченном пространстве и повышенную электробезопасность, в сравнении с монополярным. По этому исследование тепловых процессов в ткани на основе математической модели биполярной электрокоагуляции позволяет установить влияние различных параметров на результат ЭХ-воздействий. Других математических моделей, описывающих распределение температурного поля в ткани при биполярном ЭХ-воздействии в литературе не приводится.

В модели биполярной электрокоагуляции рабочие части электрода аппроксимируются двумя сферами радиуса г0 на расстоянии с1 друг от друга и помещенными в бесконечный массив ткани. В момент времени I = 0 на электроды подается симметричное относительно земли напряжение и, создающее в ткани электрическое поле. Начальная избыточная температура ткани Т(г,о) = 0, а рабочие поверхности электродов обеспечивают интенсивный теплоот-вод, что отвечает однородным граничным условиям первого рода.

Решение задачи теплопроводности:

где Л и V операторы Лапласа и Гамильтона в бисферических координатах, в и безразмерные температура и время, соответственно.

выполнено в бисферических координатах {ц, г), ¿), где при определённых масштабных соотношениях ус^к/Ло^с1/2+г0 и цо=г0 уравнениями поверхности электродов являются /и= и (Рис. 2-2).

Д«5 = 0

<р\

= 0

Рис.2-2 Аппроксимация биполярного электрода.

Точное аналитическое решение задачи для всего пространства, как показали представленные в диссертации исследования, не представляются возможными: исходное уравнение распадается на бесконечную систему связанных дифференциальных уравнений в частных производных. С помощью интегральных преобразований связанная система сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений сфероидального типа. Сфероидальным уравнениям посвящены исследования ряда ученых (Stretton J., Mors R, Meixner J., Комаров И.В. и др.) из которых следует, что точное аналитическое решение системы в общем случае получено быть не может. В рамках представленной модели решение получено вблизи оси Z в виде разложения по собственным функциям уравнения Лежандра, причем в центре межэлектродного промежутка оно является точным, а при удалении электродов на расстоянии d ~ 2го погрешность составляет не более ±10%. Это решение имеет вид:

= ИГ^Цскр-совт,){ ^ -<и+1/2Ч Рп(со$г]))-

и и=0 ск(п +1/2)^0

00 00 т -Чи+1/2)иг. -II (-1) е ® сое/г(/я +1 /2)/лп соел(т +1 /2)// х

п=0т=0 "

-4со2тпГп , ч ЯП-ч/? ~(и+1/2)//0 ,/,(„ +1/2)// „ , ,ч2ч

и=0 «К« + 1 / 2)//0

где: —- приведенная электрическая мощность,

г, _ а

г ~~ -времяФурье,

(гм0)

2

(О тп - спектр собственных значений, СТ, Л, а - физические параметры ткани.

В случае стационарного теплового режима решение может вычисляться с заданной точностью для всего объёма ткани:

а ш ЪГТГ-лг ? ~(п+\/2)м0 сЫп +1 / 2)ц р ( ч

в = соэпк^е сИ(„ + 1/2)м0Р"(СО5Г!) '

пгт-т-® -(и+1/2)А) 5Л(и + 1/2)// „ . ЧЛ2ч

Результаты расчёта показаны на рис. 2-3 (а,б). Для температуры Л

в =-=- Т в зависимости от х=г/<1 и у=Н/го.

ои1

а) Стационарное поле температуры для различных <1/г

б) Нестационарное поле ~1емперагуры для различных Г (<1/г—2) Рис 2-3 Распределение температуры в по осям х = г/д и у = !х г0

Анализ кривых показывает, что распределение температуры сильно зависит от межэлектродного расстояния Л/г. В стационарном режиме при А/т >5 на температурных кривых появляется провал, а максимальная температура достигается вблизи электродов. Поэтому при любом времени воздействия локальную коагуляцию следует проводить в области значений й!т < 5. При коротком воздействии на температурной кривой также появляется провал. Если ограничиться расстояниями ¿/г 2 и временами Фурье Б = 0,25, температурная кривая будет иметь максимум в центральной области, поэтому доста-

точным условием для локальной коагуляции является: А!т < 2 и Б >0,25. Характерное время выхода на стационарный режим ^ при этих условиях не превышает 5-10 с, что легко реализуется в практической хирургии.

2.2 . Адиабатическая модель электрорассечения ткани.

Задачей математического моделирования электрорассечения ткани явилось установление функциональной зависимости между параметрами воздействия (1) - напряжение на электроде, V - скорость рассечения) и физическими параметрами ( с!,, р,) системы ткань-электрод. Эта зависимость позволила проанализировать связь между минимальным напряжением на электроде, скоростью рассечения и определить параметры электродов, обеспечивающих это рассечение.

2.2.1. Адиабатическое приближение.

Электрорассечение ткани с точки зрения задачи теплопроводности является не линейным процессом, поскольку физические параметры ткани, входящие в уравнение теплопроводности, суть функции температуры:

ат

где т(Т),Я(Т),а(Т) - физические параметры ткани.

В рамках модели электрод погружается в полубесконечный массив ткани, на который подается высокочастотное напряжение. Рассечение представляется как дискретный процесс, при котором в течение короткого промежутка времени в ткани у поверхности электрода действует тепловой импульс, приводящий к вскипанию тканевой жидкости в тонком слое толщиной 8. Электрохирургический разрез обусловленный перемещением ножевого электрода в ткани , представляет собой совокупность этих слоев. При достаточно коротком импульсе процесс можно считать адиабатическим. Поэтому в уравнении теплопроводности пренебрегаем членом, учитывающим пространственные перетечки тепла, в результате чего в адиабатическом приближении температурное поле определяется источниками тепловыделений:

Параметр g - представляет усреднённое отношение в интервале

ЩТ)

температуры А Т.

В модели электрорассечения за ножевой электрод принят тонкий , с заостренным концом стержень, наполовину погруженный в ткань. Аппроксимацией электрода выбран эллипсоид вращения, в бесконечном массиве ткани. В силу симметрии относительно оси вращения решение справедливо для полупространства. Определение потенциала в ткани выполнено в эллипсоидальных координатах (а, р, ц ), в которых координатные поверхности суть вытянутые эллипсоиды вращения ( рис. 2-4)

Решение внешней краевой задачи для сфероида вращения при определении потенциала и источников тепловыделения в ткани позволило установить уравнение, связывающее физические параметры воздействия и системы ткань-электрод:

4 и02 =(Д Т!8)в

, где

- геометрический фактор, определяющий размеры и форму электрода.

Зависимость напряжения на электроде и0 и максимальной скорости рассечения есть предельное соотношение: напряжение, необходимое для рассечения, не может быть меньше некоторого значения и0п • При и0 < иоп процесс рассечения для конкретного геометрического фактора У, не возможен для любой скорости. Подобным образом скорость перемещения электрода Ут не может уменьшаться ниже порогового значения при увеличении геометрического фактора

Сравнение оценок, сделанных с помощью полученных уравнений, дает достаточное согласие с экспериментом.

Полученные результаты доказывают на примере модели биполярной электрокоагуляции адекватность допущений, использованных при построении математических моделей контактных электрохирургических воздействий. Поэтому теоретические расчеты, выполненные с учетом экспериментальных поправок, использовались при выборе параметров ЭХ-воздействий и при решении задачи повышения эффективности ЭХА.

Целью экспериментальных исследований явилось установление адекватности математических моделей реальному коагуляционному воздействию и подтверждение результатов теоретических расчетов. Для оценки погрешности расчетов и степени адекватности принятых допущений путем сравнения с экспериментом, была выбрана наиболее показательная модель (критичная к изменению параметров воз-действия)биполярной электрокоагуляции. Эксперименты проводились на биологическом эквиваленте - яичном белке, позволяющем вести визуальное наблюдение коагуляции и на живых тканях кролика. В результате проведены следующие эксперименты:

2.3. Сравнение расчета с экспериментом.

- построены кривые стационарной температуры в центре очага коагуляции в зависимости от расстояния между электродами в белке и ткани и сопоставлены с расчетом (рис. 2-5);

- проведены замеры температуры в яичном белке в пяти точках по осям Ъ и Н при фиксированном уровне выходной мощности;

- проведено измерение температуры в центре очага коагуляции для оценки степени нелинейности коагуляционного процесса для пяти уровней выходной мощности ЭХ-аппарата при фиксированном значении ¿/г ;

- методом фотосъемки в яичном белке установлены межэлектродные расстояния, при которых зона коагуляции переходит от центра к приэлектродным слоям по шести значениям с1/г;

- построены кривые характерного времени тх по шести значениям параметра А1т в центре очага коагуляции для белка и ткани и сопоставлены с расчетом (Рис. 2-6).

Рис.2-5 Стационарная температура Й в центре коагуляции в зависимости от расстояния между электродами

Рис.2-6 Характерное время т, в центре между электродами радиусом г0 = 2 мм.

Расчетная зависимость стационарной температуры в центре очага коагуляции от расстояния между электродами хорошо согласуется с экспериментом в области значений &!т < 5. Установленная фотографическим способом на яичном белке область значений параметра с1/г < 4 при времени воздействия соответствует локальному коагуляционному воздействию. Локальная коагуляция при <1/г = 2 наблюдалась для времени воздействия т = 10 с , что согласуется с полученным расчетным путем условием для локальной коагуляции: Иг < 2; Б > 0,25.

В области температур 60 - 70 °С, где влияние нелинейных свойств проявляется слабо (затраты энергии на денатурацию малы), максимальное превышение расчетного значения над экспериментальным, составляет не более 25%. Нагрев ткани до 90 °С , приводит к максимальному превышению расчетного значения температуры над экспериментальным до 40%. Распределение температуры 0 по осям Ъ и Н в области значений&1т <5 для расчета и эксперимента совпадает в пределах тех же 40%.

Сравнение значений тх показывает, что в центре очага коагуляции при температурах 60 - 70°С в области значений <3/г < 5 максимальная величина расхождения расчетного и экспериментального значения тх составляет не более 25%. В случае быстрого нагрева ткани (т < 0,1 тх) расчетная и экспериментальная зависимости температуры от времени воздействия приближаются к линейным.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА МИКРОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ.

3.1. Влияние параметров тока на коагуляцию и рассечение ткани.

Исследование влияния параметров выходного напряжения ЭХА на коагуляцию и рассечение тканей связано с задачей увеличения прочности коагуляционной спайки и обеспечения гемостатического эффекта при рассечении. Известный разнобой в параметрах выходного напряжения в выпускаемых ЭХА свидетельствует об отсутствии однозначного ответа на вопрос о механизме этого влияния. Известные зару-

бежные исследователи в области электрохирургии (Dobbie А., Freidman I, Schenk Н. и др.) отмечают, что механизм влияния параметров ВЧ-тока на коагуляцию ткани не изучен, однако указывают, что лучшими коагулирующими свойствами обладает модулированный ток с высоким отношением пикового значения к среднеквадрати-ческому. Лишь в сообщении профессора Татаринова В.В. в 1938 г. было высказано предположение о возможном пробое клеточных мембран при коагуляции током с высоким отношением пикового значения к среднеквадратическому.

Для объяснения механизма влияния параметров тока на коагуляцию в проводимых исследованиях была принята концепция пробоя клеточных мембран. Полагалось, что в результате воздействия на ткани электрических импульсов высокой напряженности при коагуляции токами определенной формы, происходит разрушение клеточных мембран. При рассмотрении ткани на клеточном уровне показано, что возрастание прочности коагуляционной спайки и гемостатического эффекта в случае пробоя клеточных мембран, является следствием гомогенизации структуры ткани и последующей денатурации гомогенизированной белковой структуры.

В рамках этого представления сопутствующим эффектом должно явиться падение удельного сопротивления ткани при разрушении клеточных мембран электрическими импульсами. Измерения относительного падения сопротивления ткани проводилось с целью экспериментального подтверждения пробоя клеточных мембран и рационального выбора выходных параметров ЭХА,

3.2. Экспериментальные исследования пробоя клеточных мембран.

Необходимым условием исследования относительного падения сопротивления ткани под действием высокоамплитудных электрических импульсов является использование импульсов такой амплитуды, длительности и частоты следования, при которых их тепловое воздействие было бы пренебрежимо мало и не вызывало коагуляцию. В качестве источника напряжения использовался генератор прямоугольных импульсов. Измерения сопротивления проводились на мышечной ткани на частоте 1 мГц, при которой поляризации ткани уже не наблюдается, а емкостной про-

водимостью можно пренебречь. Результаты измерений, выполненных с погрешностью не более 18 %, приведены на рис. 2-7.

1- длителность жту/ьса 05ие

2* дли1вгън0С1ъ иыпугьса 10иес

3- длитоъжхль им1у!ъеа

4- длитвлиость тупса

40мис

ЦкВ

1,5 2,0

Зависимость относительного сопротивления X мышечной ткани от амплитуды электрического импульса и для постоянного числа импульсов Ы= 1000 различной

длительности

1- мимуда шпупса *нб

2 алплудатлугьеа

аосе

> мотлуда »М1у1ъса 1000В

4-ЯМ1Л(1уДкМУ!ЪСв

-иоов

* л ,м<с

Зависимость относительного сопротивления X мышечной ткани от длительности электрического импульса Д для постоянного числа импульсов 1000 и различных значений амплитуды и

1- акштуда (му/гса

400В

2- а*™туда имгулса

аосе

3- в*1штуда яяупла

1000В

4- аллмуда имгупла

иоов

N

1000

2000 3000

Зависимость относительного сопротивления X мышечной ткани от числа воздействующих импульсов N при постоянной длительности импульсов Д = 2 мкс и различных значений амплитуды и

Рис.2-7. Относительное падение сопротивления ткани под воздействием высокоамплитудных электрических импульсов

Для установления того факта, что падение сопротивления ткани при воздействии высокоамплитудных электрических импульсов вызвано разрушением клеточных мембран, были сделаны гистологические сравнения образцов ткани подвергавшихся и не подвергавшихся воздействию импульсов. Исследования были проведены в лаборатории морфологии Клиники нервных болезней им. H.H. Кожевникова. Данные исследований указывали на разрушения оболочек клеток в образцах, подвергавшихся воздействию электрических импульсов.

Для количественной оценки возрастания прочности коагуляционной спайки были проведены сравнения относительной прочности спаек кровеносных сосудов кролика при коагуляции синусоидальным не модулированным и слабомоАудированным токами с коагуляцией теми же токами, в случае предварительного воздействия высокоамплитудными электрическими импульсами. Сравнения проводились путем испытаний спаек на разрыв. Гидростатическое давление физиологического раствора, при котором происходил разрыв торцевой коагуляционной спайки, регистрировалось на испытательном стенде. Испытания с относительной погрешностью не более 14% показали, что при прочих равных условиях в случае пробоя клеточных мембран прочность коагуляционной спайки возрастает в 1,6 раза.

Таким образом коагулирующие свойства ВЧ-токов с различной формой модуляции не одинаковы, поскольку прочность коагуляционной спайки определяется наличием пробоя клеточных мембран. Токи с глубокой модуляцией, имеющие достаточно высокие амплитуды импульсов, способны вызывать пробой клеточных мембран и, следовательно, обладают лучшими коагулирующими свойствами. Согласно полученным зависимостям пробой - процесс статистический и имеет плавный порог. Выделенной областью параметров импульсов, наиболее эффективно влияющих на коагуляцию является: 700 В/мм < Е <1000В/мм; 0,5 мкс <Дт < 2 мкс; 1000 < N< 1500. Использование токов с параметрами модуляции вне выделенной области для улучшения коагулирующего действия малоэффективно.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОЙ ЭЛЕКТРОХИРУРГИИ С ПОМОЩЬЮ ХОЛОДНОЙ ПЛАЗМЫ.

В четвертой главе рассмотрены методы ЭХ-воздействий, основанные на использовании потока ионизированных частиц вещества. Особое внимание уделено нетепловому методу высокочастотной хододноплазменной абляции (ВЧХА). Рассмотрен механизм возбуждения холодной плазмы в физиологическом растворе, приведен анализ критериев устойчивости плазмы в ВЧ-электрическом поле. Даны аспекты технической реализации ВЧХА, указаны перспективы разработки этой технологии для малоинвазивной хирургии.

4.1. Методы ЭХ-воздействий с помощью холодной плазмы.

Методы ЭХ-воздействий, использующих поток холодной плазмы, являются бесконтактными. Термин «холодная плазма» применительно к электрохирургическим воздействиям трактуется как поток ионизированных частиц вещества достаточно большой энергии, способных либо доставлять эту энергию к оперируемым тканям, либо превращать электрическую энергию высокочастотного генератора в кинетическую энергию носителей заряда с целью ионной бомбардировки молекулярных связей в области ЭХ-воздействия. Методы, в которых поток ионизированных частиц используется для доставки ВЧ-энергии в область хирургического вмешательства относятся к тепловым. К их числу относится коагуляция с помощью ионизированной струи аргона, метод ионизации воздушного промежутка между электродами и тканью с помощью импульсов высокого напряжения (фульгурация), разработанный во «ВНИИМП-ВИТА» метод воздействия на биоткани с помощью па-рокапельной струи (патент № 2001103109, 2002 г.). К нетепловому методу ЭХ-воздействия относится технология ВЧХА.

4.2. Исследование технологии ВЧХА для минимально инвазивной хирургии.

Метод ВЧХА состоит в том, что хирургическое воздействие осуществляется специальным биполярным электродом с помощью которого в область воздействия непрерывно поступает физиологический раствор. Благодаря подаваемому на электрод ВЧ-напряжению в жидкой токопроводящей среде под электродом формируется область плазмы в виде тлеющего разряда. Под действием ВЧ-напряжения происходит активная ионизация молекул физраствора и частично воды, чем обусловлена высокая концентрация ионизированных частиц. Для разрушения основных молекулярных связей (углерод-углеродных и углерод-азотных) энергия частиц плазменного поля должна составлять от 3 до 6 ЭВ. При таких условиях за счет ионной бомбардировки ткани под электродом происходит низкотемпературный молекулярный распад ткани на свободные радикалы, которые смешиваются с жидкой или газообразной фазой и удаляются из зоны хирургического воздействия потоком физиологического раствора.

В исследовании технологии ВЧХА полагалось, что возбуждение холодной плазмы происходит в первый момент включения высокочастотного генератора (ГВЧ) при соответствующих значениях напряжения. Поскольку в момент включения механизм теплопроводности еще не успевает заработать («ИуХ. ^аёТ = 0), происходит адиабатическое расширение прилегающего к электроду физраствора. В результате среднее расстояние < I > между носителями заряда возрастает, что создает условие для возникновения плазменного поля.

Показано, что возбуждаемая плазма характеризуется следующими признаками:

а) сильной ионизацией, благодаря высокой концентрации носителей;

б) равновесным состоянием: Ре\п^ + = 0» где Ре , Рг - заряд электронов

г

и ионов; (и ), (п.) - среднее число электронов и ионов в единице объема;

в) состоянием холодной плазмы, когда энергия кулоновского взаимодействия qE (q- заряд, Е - напряженность электрического поля) мала по сравнению с энергией теплового движения.

Такая плазма в относительно слабом электрическом поле длинноволнового радиочастотного диапазона имеет распределение носителей по скоростям и энергиям близкое к Максвелловскому. В этом случае величина средней энергии носителя заряда, исходя из кинетического уравнения Больцмана, выражается формулой:

(£)^\,6jM/mT2(5/4)qel где: М/т - отношение массы иона к массе электрона,

Г- гамма функция Эйлера, / -длина свободного пробега носителя.

Выполненные расчеты параметров ГВЧ, обеспечивающих устойчивое состояние холодной плазмы с одной стороны и, минимальную энергию носителей заряда в

плазме, достаточную для разрушения молекулярных связей (г) » 6 eV с другой, показывают, что энергетические параметры ГВЧ соответствуют параметрам ЭХА общего назначения. Область рациональных значений максимальной выходной мощности генератора - Ргаах, диапазона нагрузок RH и рабочей частоты - fp для оптимальных конфигураций электродов составляет: 200В <Ртах<300В.

Результаты расчетов оказались в хорошем согласии с данными эксперимента. Итоги результатов исследования технологии ВЧХА сводятся к следующему:

1. Механизм разрушения молекулярных связей и удаления их остатков из области хирургического воздействия принципиально отличается от термического воздействия высокочастотного тока. По этому высокочастотная холодноплазменная абляция в отличие от традиционной технологии высокочастотной электрохирургии, является существенно малоинва-зивной. Развитие этой технологии открывает перспективы для разработки принципиально новых методов манипуляционной хирургии.

2. Подбор состава плазмообразующего раствора позволяет установить наиболее эффективные параметры воздействия слоя плазмы при абляции конкретных тканевых патологий. Учитывая, что излучение плазмы

коррелированно с концентрацией и составом раствора, то наблюдение за излучением является эмпирическим средством диагностики процесса холодноплазменной абляции.

3. Результаты рассмотрения физических процессов в стационарной сильно ионизированной плазме, возбуждаемой высокочастотным напряжением ионосодержащем растворе, показывают, что функция распределения в кинетическом уравнении мало отличается от распределения Максвелла. В первую очередь это объясняется тем, что сильно ионизированное состояние создает малые градиенты носителей заряда в объеме плазменного поля. Во-вторых, приложенное электрическое поле в данных условиях является существенно квазистационарным и не влияет на характер кинетической функции.

4. Оценки параметров высокочастотного генератора, возбуждающего плазменное поле для холодноплазменной абляции показывают, что его основные параметры укладываются в пределы энергетических параметров генератора для высокочастотных электрохирургических параметров генератора для высокочастотных электрохирургических аппаратов общего назначения.

5. Анализ плазменного поля с учетом конкретного механизма плазмообра-зования и аппаратных средств по стабилизации выходной мощности генератора показывает, что имеются необходимые и достаточные условия для обеспечения устойчивого состояния плазмы для технологии холодноплазменной абляции.

6. Результаты теоретико-экспериментальных исследований выполненных во ВНИИМП-ВИТА, явились основанием включения в 2003 году в тематический план института НИОКР по созданию установки для ВЧХА.

ГЛАВА 5. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭХ-АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВ.

В пятой главе рассмотрены общие принципы построения ЭХА с использованием опыта разработок последних моделей аппаратов «Политом-3» и «Витатом-300». Представлены технические и методические решения для повышения эффективности контактных ЭХВ, разработанные в результате теоретико-экспериментальных исследований. Указаны меры по обеспечению устойчивости плазменного поля при проектировании установки для ВЧХА.

5.1. Принципы построения ЭХА.

При проектировании ЭХА учитывается множество факторов: режимы работы, выходные параметры, инструментарий, принципы управления параметрами воздействия и т. п. Эти факторы определяются назначением ЭХА. Специализированные аппараты имеют специальные выходные характеристики и снабжены соответствующим набором электродов и принадлежностей Универсальные имеют разные режимы и позволяют использовать электроды различного назначения.

Согласно статистике наибольшим спросом пользуются аппараты мощностью от 200 до 300 Вт. Обобщенная структурная схема такого аппарата показана на рис. 5-1.

Корректор Блок

2 2Ф 8 мощ ности питания

-»

М икропро цессор ны й Спок управления

блок органов управления и инд и к а ц и и

Высокочастотны Й генератор мощности

Блок обработки сигнала обратной связи

Блок выхода

Рис.5-1. Обобщенная структурная схема ЭХА.

Эта схема включает в себя узлы и блоки любого ЭХА общего назначения:

1. Корректор мощности - представляет собой импульсный преобразователь, формирующий постоянное напряжение 300 - 400 В, предназначенное для использования в блоке питания. Функция корректора состоит в том, что в мощных импульсных источниках питания появляется значительный фазовый сдвиг, что в свою очередь создает дополнительную токовую нагрузку. Для уменьшения этого сдвига в аппарате «Политом-3» применен модуль КСМ600М, имеющий КПД=92%, =0,98, выходное напряжение 390 В.

2. Блок питания - в современных аппаратах представляет собой импульсный источник питания, позволяющий получить существенно повышенную удельную

мощность по сравнению с линейным. Однако, импульсное преобразование напряжения сопровождается широким спектром помех, подавление которых требует дополнительных схемотехнических мер. Другой особенностью блока питания является обеспечение требований электробезопасности в соответствии с требованием стандартов. Так в аппарате «Политом-3» электрическая прочность изоляции между сетевой и рабочей частью проверяется испытательным напряжением 4000В.

3.Микропроцессорный блок управления - самостоятельная миникомпьютерная система, содержащая процессор, устройство ввода - вывода, периферийные устройства Назначение блока - выполнение задач, связанных с обслуживанием органов управления, индикации средств автоматики. Другой функцией являются вычислительные задачи, связанные с корректировкой выходной мощности и обработкой информации, поступающей по цепям обратной связи. Существующие сегодня микропроцессоры позволяют решить практически любую задачу, возникшую при организации процесса управления ЭХА. В аппаратах большой мощности микропроцессор работает в условиях электромагнитных помех, распространяющихся по электрическим цепям и по эфиру, в связи с чем в задаче проектирования должны применяться как программные, так и аппаратные меры защиты. Среди процессоров с ядром MSC-51 хорошо зарекомендовали себя с точки зрения помехозащищенности процессоры фирмы Philips типа 8 х 552, которые использованы в блоке управления аппарата «Политом-3». Появление новых процессоров на основе RISC - архитектуры, постепенно вытесняющих CISC - системы, позволяет проектировать более эффективные системы управления в ЭХА.

В новой модели «Витатом-300» применен 8-разрядный микроконтроллер Atmega-128 фирмы ATMEL . Оптимальный набор периферийных устройств, вычислительные возможности и хорошая помехозащищенность делают его особенно привлекательным для ЭХА.

4. Блок органов управления и индикации - представляет собой конструктивно объединенные элементы регулирования, индикации и вывода визуальной информации в соответствии с логикой работы ЭХА определенной до начала проектирования.

5. Высокочастотный генератор - главный узел ЭХА, обеспечивающий необходимую выходную мощность в определенных диапазонах нагрузок. В реальных условиях диапазон активной нагрузки меняется от 0 (короткое замыкание) до (разрыв цепи). В монополярном режиме согласованная нагрузка находится в диапазоне от 300 до 500 Ом; в биполярном - от 50 до 150 Ом. При наличие системы автоподстройки выходной мощности , согласование с нагрузкой может осуществляться в пределах всего диапазона изменений нагрузки. При проектировании ЭХА генератор должен строиться по ключевой схеме на полевых транзисторах с сопротивлением канала не более 10 Ом и допустимым током в несколько десятков ампер, что позволяет получать КПД близким к 95 - 98 %. С этой целью в аппарате «Витатом-300» применены транзисторы IRF640 фирмы IR.

6. Блок выхода - включает согласующие элементы, разделительные, фильтрующие емкости и индуктивности, разъемы и датчики контакта. Схемотехническое решение блока выхода определяется типом цепи пациента, устанавливаемым на начальной стадии проектирования.

7. Блок обработки сигнала обратной связи - включает датчики съема информации, схемы усиления, фильтрации и нормализации. В зависимости от функционального назначения обратной связи используют соответствующие датчики (измерительные трансформаторы, датчики тока, термодатчики и др.). Блок может содержать систему аналого-цифрового преобразования (АЦП) в составе микропроцессора. Для выполнения этих функций целесообразнее использовать АЦП в составе микропроцессора. В аппарате «Витатом-300» аналоговая информация обрабатывается с помощью АЦП в составе применяемого в блоке управления микропроцессора.

5.2. Технология повышения эффективности ЭХА для контактных методов

ЭХВ.

1. Результаты исследования влияния параметров тока на коагуляцию ткани позволили установить рациональную форму выходного напряжения ГВЧ для повышения эффективности коагуляционного воздействия. Показано, что выходное напряжение с глубокой модуляцией, обеспечивающее режим коагуляции в современных

аппаратах, имеет существенный недостаток - выраженный эффект поверхностной коагуляции. Объясняется это тем, что высокоамплитудные колебания, способные разрушить клеточные мембраны, несут в себе основную энергию, вызывающую сильный нагрев. Поскольку напряженность электрического поля максимальна у поверхности электрода, то наиболее интенсивной коагуляции подвергается прилегающий к электроду слой ткани, способствуя нагарообразованию на электроде.

Для повышения эффективности ЭХ-воздействия обоснована специальная форма электрических колебаний выходного напряжения, у которых термический и коагулирующий факторы функционально разделены. Воздействие осуществляется двумя независимыми колебаниями: а) высокочастотными колебаниями с минимальным отношением амплитудного значения к среднеквадратическому, отвечающими за нагрев ткани; б) низкочастотными высокоамплитудными импульсами малой энергии, вызывающими пробой клеточных мембран (Рис. 5-2). При этом уровень коагулирующего эффекта при воздействии колебаний такой формы регулируется изменением параметров высокоамплитудных импульсов (амплитуды, длительности).

Рис. 5-2. Форма выходного напряжения с функционально разделенным термическим и

коагулирующим действием. Для получения высоких показателей прочности коагуляции и гемостатическо-го эффекта параметры импульсной составляющей должны соответствовать значени-

ям 700В/мм < Е < ЮООВ/мм, 1мкс <Дт < 5 мкс. Частота следования должна выбираться из условия малой величины их энергии за период по сравнению с энергией высокочастотных колебаний.

2. В результате анализа нагрева ткани обосновано применение двух типов электродов: а) электрод с пренебрежимой теплоемкостью, предназначенный для поверхностных воздействий; б) электрод со стабилизацией температуры, предназначенный для глубинной коагуляции.

При монополярной коагуляции поверхностное воздействие обеспечивается применением электрода с пренебрежимой теплоемкостью и коротким временем воздействия. Для характерных типоразмеров монополярных электродов это время не должно превышать 1 - 2 с. Для глубинной коагуляции следует применять электроды со стабилизацией температуры. Время воздействия должно быть достаточно большим, чтобы приблизиться к состоянию теплового равновесия. На практике оно составляет 5-10 е., что обеспечивает максимальный нагрев ткани на глубину порядка диаметра рабочей части электрода.

При биполярной коагуляции поверхностное воздействие практического интереса не представляет. Задачей проектирования явилось создание биполярного электрода с повышенной стабильностью температуры рабочей части . В большинстве случаев оказалось достаточным температуропроводность рабочих частей электрода сделать сопоставимой с температуропроводностью металлов, обладающих высокой теплопроводностью. В частности было предложено пинцеты для биполярной коагуляции изготавливать из меди методом специальной механообработки, что позволило получить нужные теплофизические и механические параметры.

3. В случае работы электродов в жестких тепловых условиях, когда собственного теплоотвода оказывается не достаточно, обоснована целесообразность квазинепрерывного нагрева. Такой нагрев основан на значительном различии коэффициента теплопроводности ткани и электродов, и осуществляется прерыванием подводимой к электродам энергии. Показано, что для условий квазинепрерывного нагрева при работе с медным биполярным пинцетом периоды работы ГВЧ и паузы должны

лежать в пределах от 0,01 до 0,1 с. в области d / г < 5. в период паузы пинцет успевает отвести тепло от рабочей части, а ткань остывать не успевает.

4. Во время работы с биполярным пинцетом расстояние между рабочими кончиками непрерывно изменяется. Требующаяся постоянная подстройка выходной мощности снижает эффективность работы хирурга и качество воздействия. Анализ формулы температуры ткани позволил рассчитать такую нагрузочную характеристику ГВЧ, при которой обеспечивается одинаковый нагрев различных объемов захватываемой пинцетом ткани. Характеристика была рассчитана из формулы для стационарной температуры при условии постоянства этой температуры (Тц = Const) в центре очага коагуляции. Для практического применения такая характеристика реализуется тремя режимами работы ГВЧ: a) d / г < 0,5 - режим генератора напряжения; б) 0,5< d / г < 2 - режим генератора мощности; в) d / г >2 - режим генератора тока.

5.Для эффективного коагуляционного воздействия дана методика работы с различными типами электродов. Указан алгоритм выбора основных параметров воздействия (время, выходная мощность) и электродов (тип электрода, размер рабочей части) в зависимости от типа коагулируемых тканей.

5.3. Формирование выходного напряжения ГВЧ в режиме воздушноплаз-менной спрей-коагуляции.

Эффективность воздушноплазменной спрей-коагуляции определяется способом формирования выходного напряжения и его параметрами. Показано, что рациональной структурой выходного напряжения является сумма двух независимых составляющих: импульсной составляющей, обеспечивающей стабильное состояние плазменного канала и энергетической, обеспечивающей коагуляционное воздействие.

Для создания плазменного канала в воздушном промежутке между тканью экспериментально определены параметры низкоэнергетической импульсной составляющей. Наиболее рациональные параметры этих импульсов находятся в пределах : 2,8 <UU< 3,0 кВ; 7 кГц < f < 14 кГц; 5 мкс <Дт < 10 мкс.

Доставка высокочастотной энергии через холодноплазменный канал в воздушном промежутке осуществляется высокочастотной составляющей, имеющей основную рабочую частоту генератора и регулируемую амплитуду. Величина этой амплитуды определяет подводимую к ткани ВЧ-мощность, обеспечивающую коагуляци-онное воздействие.

5.4. Стабилизация состояния плазменного поля в технологии ВЧХА.

Важным элементом проектирования установки для ВЧХА является стабилизация плазменного поля в физиологическом растворе у рабочей поверхности матричного электрода. Было показано, что одним из решений этой задачи является выравнивание электрического потенциала в слое плазмообразующего раствора. Алгоритм этого выравнивания состоит в том, что резистивная нагрузка для каждого звена матричного электрода должна поддерживаться постоянной, обеспечивая стабилизацию ионного тока в плазме: £ U,/R, = const,

Где U,- напряжение i -го канала матричного электрода, R, -корректирующее сопротивление i - го канала. Выбор параметров системы выравнивания электрического потенциала на экспериментальной установке позволил обеспечить устойчивое состояние плазменного поля при отклонениях выходной мощности ГВЧ в пределах 30% от номинальной.

ГЛАВА 6. КЛИНИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Шестая глава представляет результаты клинической апробации методов и технических средств, обеспечивающих повышение эффективности ЭХ-воздействий при контактной электрохирургии. Указаны серийные модели разработанных ЭХА, в которых использованы результаты выполненных исследований; отмечена их роль в отечественном здравоохранении.

6.1. Клиническая апробация разработанных методов и технических

средств.

Апробация проводилась на экспериментальных образцах совместно с медицинскими соисполнителями и во время клинических испытаний опытных образцов. Корректировка параметров ЭХА и отработка методики воздействий осуществлялась в процессе подконтрольной эксплуатации установочной партии разработанных моделей в медицинских учреждениях, определенных Комитетом по новой медицинской технике МЗ РФ в качестве баз испытаний.

Испытания экспериментальных образцов аппаратуры и электродов различных типов в течение длительного времени проводились под руководством, ведущих в своей области, хирургов в ряде медицинских учреждений, среди которых : отделение нейрохирургии Клиники нервных болезней им. H.H. Кожевникова (проф. И.М. Иргер, проф. П.В. Мельничук); отделение нейрохирургии Московской клинической больницы им. С.П.Боткина (проф. М.А. Равикович); отделение травмотологии и реконструктивной хирургии глаза Московского НИИ глазных болезней им. Гельм-гольца ( проф. P.A. Гундарева); отделение хирургии 2-го лечебного факультета ММ А им. И.М. Сеченова на базе городской клинической больницы № 61 (проф. Г.И. Лукомский, проф. А.М. Шулутко); Московский НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ( проф. A.C. Ермолов); РОНЦ ми. Блохина ( проф. М.И. Давыдов, проф. Б.К. Поддубный) и др. Всего в период апробации технических средств и отработки методик ЭХ-воздействий выполнено более 150 операций на головном и спинном мозге в нейрохирургии, более 100 операций на внутренних органах в торокаль-ной и абдоминальной хирургии, более 100 операций по поводу палипэктомии, па-пиллосфинктеротомии и других вмешательств в эндоскопической хирургии, более 50 операций в области глаза, при хирургической пластике в области головы и шеи, в офтальмологии и косметологии.

Для монополярной коагуляции в операциях использовались электроды с минимальной теплоемкостью и максимальной температуропроводностью, изготовленные из материалов с диаметрально противоположными теплофизическими характеристиками. Адекватный выбор параметров воздействия с учетом размеров рабочей

части обеспечивал эффективное коагуляционное воздействие, в том числе дозированное априори. В табл. 6-1 приведены характерные параметры воздействия для ткани с усредненными характеристиками.

Таблица 6-1.

Тип электрода Параметры воздействия Электрод с минимальной теплоемкостью Электрод с максимальной температуропроводностью

Характерный размер части, мм 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0

Время воздействия, с 0,10,5 0,5 -1,0 0,51,0 1,5 - 2,0 1,52,0 1,02,0 2,04,0 3,05,0 8,010,0 10 -15

Интервал выходной мощности, Вт 10 -15 15 -20 20 -30 60 -80 100 150 5-7 10 -15 15 -20 30 -40 50 -80

Пи биполярной коагуляции использовались экспериментальные образцы аппаратов и два типа (с подсветкой и без ) биполярных пинцетов с повышенной стабильностью температуры рабочей части. Выбор параметров воздействия с учетом эквивалентного диаметра рабочей части от 0,2мм до 2,0 мм и времени воздействия от 2,0 с до 10 с позволял легко выполнять условия эффективного коагуляционного воздействия. Использование пинцета с подсветкой рабочей зоны в поляризованном свете позволяло одновременно осуществлять элементы диагностики коагулируемых тканей.

Для квазинепрерывного нагрева ткани при работе с биполярным пинцетом наиболее рациональным оказался режим прерывания выходного напряжения ГВЧ с длительностью генерации (0,075 ± 0,015) с и паузы (0,05± 0,01) с.

Для стабилизации нагрева в центре очага коагуляции при зажиме различных объемов ткани биполярным пинцетом, нагрузочная характеристика ГВЧ состояла из трех участков: для малых размеров (<1/г < 0,5) внутреннее сопротивление генера-

тора 11г составило 50 Ом; для средних размеров ( 0,5 < а/г < 2,0) Яг =150 Ом; для крупных ( а/г >2) Яг= 650 Ом.

Формирование выходного напряжения ГВЧ с модуляцией коагулирующими импульсами длительностью (5± 1,0) мкс, частотой следования ( 2,0± 0,4) кГц и регулируемой амплитудой обеспечивали высокую прочность коагуляции и регулируемый гемостатический эффект при рассечении тканей.

Отмечено, что во всех случаях контактных воздействий коагуляция осуществлялась в строго локализированном пространстве, контроль и управление воздействием осуществлялось легко, в частности выбором параметров априори. Коагуляция с помощью биполярного пинцета с повышенной стабильностью температуры рабочей части отличалась локализацией очага в пространстве между рабочими кончиками с отсутствием некроза окружающих тканей и нагара на кончиках пинцета.

При отработке параметров выходного напряжения генератора для реализации технологии бесконтактной воздушноплазменной коагуляции наиболее рациональными оказались следующие параметры модулирующих импульсов: длительность составила 5 мкс < Ат < 15 мкс; частота повторения составила 10 кГц <АГ < 20кГц; амплитуда на нагрузке 1 кОм составила 1,5 кВ < ит < 1,8 кВ. Использованный принцип формирования выходного напряжения ГВЧ для воздушноплазменной коагуляции обеспечивал устойчивую искру до 20 мм с регулируемой мощностью воздействия.

6.2. Создание серийных моделей ЭХА и их использование в отечественном здравоохранении.

Проектирование и разработка аппаратуры для ВЧ-электрохирургии во ВНИ-ИМП является одним из пионерских направлений научно-технической деятельности института. Начиная с 1960-х годов, от создания ламповых ЭХ-генераторов, институт вошел в число ведущих разработчиков ЭХА нового поколения, таких как аппарат для эндоскопической хирургии «Эндотом», серии аппаратов общего назначения «Политом» и «Витатом». На рис. 6-1 показан ряд моделей серии «Политом» и аппарат нового модельного ряда «Витатом-300».

Аппя^ат «Пптггли.7» Аппарат «Политом-3»

Аппарат «Политом-4» Аппарат «Витатом-300»

Рис. 6- 1. Серийные модели электрохирургических аппаратов

В моделях «Политом-2» и «Политом-3» реализована только контактная технология ЭХ-воздействий. В аппаратах «Политом-4» и «Витатом-300» используется как контактная , так и бесконтактная технологии ЭХ-воздействий. Во всех серийных моделях использованы средства повышения эффективности ЭХ-воздействий (глава 5), что дает им ряд функциональных преимуществ по сравнению с зарубежными аналогами. На сегодня в серийном производстве освоено более 6 моделей ЭХА. Аппарат «Политом-1» выпускался Волгоградским заводом медоборудования на протяжении последних 20 лет. Производство аппаратов «Эндотом-1», «Политом-2», «Политом-3», «Политом-4» освоено машиностроительным заводом им. Ф Э.Дзержинского (г.Пермь). Промышленное производство аппарата «Эндотом-2», радиочастотного электрохирургического комплекса РЭК-250 осуществлялось во ВНИИМП. Здесь же осваивается производство аппарата «Витатом-300». Как показывают данные статистики, за последние 10 лет отечественное здравоохранение получило около 300 аппаратов серии «Эндотом», более 1500 аппаратов всех моделей

серии «Политом», а также другие, разработанные во ВНИИМП, модели ЭХА. В частности в НИИ Скорой помощи им. Н.В. Склифосовского с 2997 г. по настоящее время успешно эксплуатируются 15 аппаратов «Политом-2». В хирургических отделениях лечебных учреждений М.М.А им. И.М. Сеченова более 20 аппаратов «Политом-2» и «Политом-3». По заключению руководителей ряда ведущих медицинских учреждений Москвы, в частности Главного хирурга Комитета здравоохранения г.Москвы, директора НИИ Скорой помощи им. Н.В. Склифосовского профессора A.C. Ермолова, а также Председателя специализированной комиссии Комитета по новой Медицинской технике МЗ РФ профессора Г.И. Лукомского ( ныне профессор A.M. Шулутко) аппараты серии «Политом» по своим техническим возможностям сегодня полностью отвечают требованиям для эффективного применения в ур-гентной хирургии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Представленная работа обобщает результаты многолетней работы автора по исследованию электрохирургических воздействий, проектированию и технической реализации аппаратуры для ВЧ - электрохирургии.

В заключение перечислим основные научные и практические результаты, представленные в диссертационной работе.

I. Приведен аналитический обзор медико-технических технологий в современной ВЧ-электрохирургии, предложена классификация методов ЭХ-воздействий. В свсте анализа аппаратных средств отмечены проблемы и сформулирован круг теоретических исследований для решения задачи проектирования ЭХА. Указаны тенденции позитивного развития перспективных направлений.

2. Предложены системные принципы построения теоретических моделей ЭХ-воздействий на макроскопическом уровне для рассмотрения для контактных методов в электрохирургии.

3. Представлены математические тепловые модели монополярной и биполярной коагуляции в квазилинейном приближении и, рассечения ткани в адиабатиче-

ском приближении, позволяющие выбирать априори параметры ЭХ - воздействий и прогнозировать их результат.

4. Дана оценка адекватности теоретических моделей квазилинейном приближении, позволяющая определить границы применимости моделей методом сравнения расчёта и эксперимента.

5. Установлены критерии эффективности для контактных технологий ЭХ-воздействий. Указаны принципы выбора энергетических параметров воздействия в зависимости от теплофизических и геометрических параметров системы ткань -электрод.

6. Описан механизм влияния параметров ВЧ-тока на прочность коагуляции и эффект гемостаза на клеточном уровне строения ткани. Экспериментальным путем найдены параметры выходного напряжения ГВЧ для повышения эффективности ЭХ-воздействий.

7. В рамках исследования метода ВЧХА установлены необходимые и достаточные условия возбуждения и стабилизации холодной плазмы в физиологическом растворе. Указана область энергетических параметров ГВЧ для реализации технологии ВЧХА.

8. Обобщены и гармонизированы принципы проектирования ЭХА и устройств с учетом решения спектра задач по повышению эффективности ЭХ-воздействий.

9. На экспериментальном и клиническом материале показана эффективность применения разработанных методов и технических средств для разнообразных специальностей клинической хирургии. Разработаны медико-технические требования и нормативно- техническая документация для различных типов ЭХА.

10. Построен класс ЭХА общего и специального назначения, реализующих представленную концепцию повышения эффективности контактных методов ЭХ-воздействий:

- разработаны, внедрены в производство и клиническую практику 10 моделей ЭХА различного назначения.

Объём производства разработанной аппаратуры составил: более 4000 аппаратов общего назначения и более 1 ООО специализированных.

Основные публикации по теме диссертации.

1. Белов C.B. Оценки теплового воздействия при биактивной электрокоагуляции и некоторые особенности метода // Применение электроники в хирургии: тезисы докладов 1-го Всесоюзного симпозиума / Иваново, 1975- с. 2327.

2. Белов C.B. Линейная модель биполярной электрокоагуляции // Новости мед. техники / ВНИИ мед. приборостроения, вып.З, М.1977 - с.26-29.

3. Белов C.B. К вопросу об оптимизации нагрузочной характеристики электрохирургического аппарата при работе с пинцетом для биполярной электрокоагуляции // ЦБНТИ медпром, сб. Промышленность и медицина №11, М.

1977 — с.7-11.

4. Иргер И.М., Белов C.B. Новые модели пинцетов для биполярной коагуляции //Вопросы нейрохирургии, №4,1977-с. 16-19.

5. Белов C.B. Влияние формы тока на коагуляцию тканей // Мед. техника, №4,

1978 - с.44-47.

6. Белов C.B. Исследование физических процессов, выбор параметров и повышение эффективности работы электрохирургической аппаратуры при биполярной электрокоагуляции // Дисс. на соискание ученой степени к.т.н., М. 1979-176 с.

7. Белов C.B. Влияние высокоамплитудных электрических импульсов на прочность коагуляционной спайки кровеносных сосудов // Мед. техника, №3, 1979-С.22-25.

8. Белов C.B. Метод физического моделирования тепловых процессов в ткани при электрохирургическом воздействии // Новости мед. техники / ВНИИ мед. приборостроения, вып.З, М. 1980- с.42-44.

9. Белов C.B. Распределение температуры в ткани при монополярной электрокоагуляции //Новости мед. техники, вып.З, M. 1982-C.46-49.

10. Белов C.B., Веселов В.В., Петров В.Г., Ханкин С.Л. Опыт клинического применения отечественной диатермической установки «Эндотом-1» // Со-

временные тенденции развития мед. приборостроения: тезисы докладов Всесоюзной конференции во ВНИИМП, М., 1986- с.44-47.

11. Белов C.B., Петров В.Г., Кузьмин A.A., Ханкин C.JI. Применение новой отечественной диатермической установки и инструментария в эндоскопии // Проблемы проктологии, №7, М. 1986- с. 19-22.

12. Белов C.B., Петров В.Г., Веселов В.В., Ханкин С.Л. Особенности Высокочастотных электрохирургических аппаратов для эндоскопии при их конструировании // Мед. техника №6, М. 1987 - с. 17-23.

13. Ливенсон А.Р., Драбкин Р.Л., Белов C.B. Вопросы безопасности электрохирургической аппаратуры // М. Мед. техника, №4, 1987 - с. 31-37.

14. Белов C.B., Гринберг И.С., Петров В.Г. Электрохирургический аппарат для эндоскопии с управлением от однокристальной линии ЭВМ в медицинском приборостроении: тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции во ВНИИМП, М. 1987- с.41-42.

15.Поддубный Б.К., Кувшинов Ю.П., Белов C.B. Особенности применения электрохирургического аппарата «Эндотом-1» при полипэктомии // Проблемы проктологии, №4, М. 1988-с. 18-19.

16. Белов C.B. Анализ и выбор параметров радиочастотной электрохирургической аппаратуры для повышения эффективности ее применения // Тезисы докладов: Второй Советско-Американский симпозиум мед. инженеров, США, Плимут-Митинг, 1989-с. 19-31.

17. Белов C.B. Развитие электролечебной физиотерапевтической и хирургической аппаратуры//Мед. техника, №4, М. 1991- с.16-24.

18. Белов C.B. Принцип высокочастотного электрохирургического воздействия с помощью ионизированной струи инертного газа // Мед. техника, №6, М. 1992-С.39-41.

19. Белов C.B. Повышение эффективности применения высокочастотных электрохирургических аппаратов // Мед. техника, №4, М. 1994 - с. 11-14.

20. Белов C.B. Новый высокочастотный электрохирургический аппарат специального назначения «Косметом» // Тезисы докладов: международная конференция «Биомедприбор-96», М. ВНИИМП, 1996, с.88-89.

21. Белов C.B. Возможности повышения эффективности электрохирургических воздействий // Тезисы докладов Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-98», М., 1998, с. 68-69.

22. Викторов В.А., Белов С.Б. Комплекс аппаратуры для электротерапии и электрохирургии // Труды Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-200», М.,2000 - с.31-32.

23. Белов C.B., Сергеев В.Н. Электрохирургическая аппаратура. Теоретические основы электрохирургических воздействий и принципы построения. Под ред. Академика РАМН Викторова В.А // М., ЗАО «ВНИИМП-ВИТА РАМН», 2002- 125 с.

24. Сергеев В.Н., Белов C.B. Новый метод высокочастотной электрохирургии (COBLATRON- ТЕХНОЛОГИЯ) // Мед. техника, №1, 2003 - с.21-23.

25. Белов C.B. Технология высокочастотной холодноплазменной абляции для минимально инвазивной хирургии // Мед. техника, №2,-2004 - с.23-30.

26. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический. Патент на изобретение №2154437, А61 В 18/12, Бюл. № 23 от 20.08.00.

27. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический. Патент па изобретение № 2161932, А61 В 18/18, Бюл. №2 от 20.01.01.

28. Бычков А.П., Белов C.B., Меликсетов В.А., Сергеев В.Н., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический высокочастотный. А61 В 17/39, Бюл. №13, от 10.05.01.

29. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Способ высокочастотного электрохирургического воздействия на биологические ткани. Патент на изобретение №2195226, А61 В 18/12, Бюл. №36 от 27.12.02.

30. Белов C.B., Сергеев В.Н. Аппарат электрохирургический высокочастотный. Патент на изобретение №2221516, А61 В 18/18, Бюл. №2 от 20.01.04.

31. Белов C.B., Петров В.Г. Электрохирургический генератор. Авторское свидетельство №1410959, А61 В 17/39, Бюл. №27 от 23.07.88.

32. Белов C.B., Еремин В.А., Сергеев В.Н., Шахов Е.П. Аппарат электрохирургический высокочастотный ЭХВЧ-150. Патент на промышленный образец № 46616, Кл. 24-01, Бюл. №12 от 16.12.99.

Принято к исполнению 15/09/2004 Исполнено 20/09/2004

Заказ №318 Тираж: 100 экз

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095) 747-64-70 (095) 318-40-68 www.autoreferat.ru

РНБ Русский фонд

2006-4 699

^,¡1 ¿004

Список сокращений.

Введение.

Научная новизна.

Практическая значимость.

Положения, выносимые на защиту.

Апробация работы.

Глава 1. Аналитический обзор методов и технических средств в электрохирургии.

1.1. Обзор методов электрохирургических воздействий и их классификация.

1.2. Анализ аппаратуры для различных технологий электрохирургических воздействий.

1.3. Особенности клинического применения электрохирургической аппаратуры.

1.4. Итоги и выводы.

Глава 2. Исследование электрохирургических воздействий на макроскопическом уровне.

2.1. Тепловая модель контактной электрокоагуляции.

Основные допущения и обоснования.

2.1.1. Модель монополярной электрокоагуляции.

2.1.2. Результаты моделирования монополярной электрокоагуляции.

2.1.3. Модель биполярной электрокоагуляции.

2.1.4. Результаты моделирования биполярной электрокоагуляции.

2.2. Тепловая модель электрорассечения ткани.

2.2.1 Адиабатическое приближение.

2.3. Экспериментальные исследования тепловых процессов в контактной электрохирургии.

Глава 3. Исследование электрохирургических воздействий на микроскопическом уровне.

3.1. Влияние параметров тока на коагуляцию и рассечение ткани.

3.2. Разработка концепции пробоя клеточных мембран.

3.3. Исследование пробоя клеточных мембран под действием высокоамплитудных электрических импульсов.

3.4. Экспериментальное исследование прочности коагуляционной спайки в зависимости от параметров высокочастотного тока.

Глава 4. Исследование технонологии бесконтактной электрохирургии с помощью холодной плазмы.

4.1. Методы электрохирургических воздействий с помощью холодной плазмы.

4.2. Исследование технологии высокочастотного холодноплаз-менного воздействия для минимально инвазивной хирургии.

4.2.1. Механизм возбуждения высокочастотной холодной плазмы в физиологическом растворе.

4.2.2. Технические аспекты реализации технологии высокочастотной холодноплазменной абляции.

Глава 5. Основы проектирования электрохирургических аппаратов и устройств.

5.1. Принципы построения электрохирургических аппаратов и устройств.

5.2. Обобщенная функциональная структура ЭХА общего назначения.

5.3. Технология повышения эффективности ЭХА для контактных методов ЭХ - воздействий.

5.3.1. Выбор формы выходного напряжения

ВЧ - генератора.

5.3.2. Проектирование ЭХ - электродов с учётом теплоинерционных характеристик.

5.3.3. Квазинепрерывный нагрев ткани.

5.3.4. Нагрузочная характеристика ЭХ - генератора для работы с биполярным пинцетом.

5.3.5. Алгоритм выбора параметров ЭХ- воздействия.

5.4. Повышение эффективности ЭХА для бесконтактных технологий ЭХ - воздействий.

5.4.1. Коагуляция через ионизированную парокапельную струю.

5.4.2. Формирование выходных параметров ВЧ - генератора в режиме воздушноплазменной коагуляции.

5.5 Стабилизация плазменного поля в технологии ВЧХА.

Глава 6. Клиническая апробация и практическое использование результатов исследований.

6.1. Клиническая апробация разработанных методов и технических средств.

6.2. Создание серийных моделей электрохирургических аппаратов и их использование в отечественном здравоохранении.

6.3. Перспективы проектирования ЭХА дл использования в клинической практике.

Электрохирургическая аппаратура занимает одно из важных мест среди изделий медицинской техники, применяемых в хирургии. В современной практической хирургии распространена аппаратура для рассечения и коагуляции тканей организма токами высокой частоты. Благодаря разнообразию возможностей методов электрохирургии, эта аппаратура применяется во всех оснащенных операционных отделениях медицинских учреждений. В понятие электрохирургическая аппаратура входит комплекс технических средств, включающих в себя высокочастотный генератор, высокочастотные кабели, средства управления и электрохирургические электроды и инструменты.

Высокочастотная электрохирургия принадлежит к тем медицинским технологиям, без которых сегодня не возможно выполнение хирургических вмешательств в большинстве клинических специальностей, таких как общая хирургия, нейрохирургия, онкология, гастроэнтерология, урология, гинекология и многих других. Так, например, без применения электрохирургической аппаратуры трудно себе представить техничное рассечение мышечных покровов в торакальной хирургии, наложение соустий при абдоминальных

V С ' :' операциях, резекцию на ренхиматозных органов, удаление опухолей в нейрохирургии и выполнение многих других вмешательств.

Особые свойства высокочастотного тока при прохождении через ткани живых организмов были отмечены еще в конце XIX века. Практически одновременно Тесла (1891 г) и д' Арсоваль (1892 г) обнаружили, что переменный ток высокой частоты не оказывает болезненного раздражающего действия, в то время как низкочастотные токи такой же величины становятся опасными для жизни. Начало клинического применения токов высокой частоты следует отнести к первому десятилетию двадцатого столетия: в 1900 г. врач Ривьера использовал высокочастотный ток для воздействия на злокачественные новообразования кожи, в 1907 г. Дуайен, а в 1910 г. Шамов применили иссечение и коагуляцию тканей при операциях по поводу злокачественных новообразований.

Всеобщее признание высокочастотная электрохирургия получила в 1926 г., когда американский нейрохирург Кушинг и физик Боуви создали прообраз современного высокочастотного электрохирургического аппарата. Работая вместе в онкологической клинике Бостона, они разработали специальный высокочастотный генератор с подключаемой к нему пластиной нейтрального электрода,' в качестве рабочего инструмента была применена '/ стальная петля. Используя эту установку для рассечения и коагуляции тканей, Кушинг в течение нескольких лет провел более 500 операций на опухолях мозга и получил превосходные результаты.

В России в 1935 г. Шамраевский начал разрабатывать метод биполярного электрохирургического воздействия, отмечая ряд его преимуществ. В 1950 г. выходит его монография, посвященная этому методу. Практическое развитие этот метод получил, когда талантливый инженер Малис в 1958 г. сконструировал специальный электрохирургический аппарат с биполярным пинцетом для микрохирургических операций на головном и спинном мозге. Известный нейрохирург Язаргил успешно применял этот аппарат в ряде сложнейших операций на головном мозге.

Качественный скачек в развитии элетрохирургической техники произошел в 1970 - 1980 г.г., когда на смену генераторным лампам пришли полупроводниковые приборы. Использование новой элементной основы при проектировании высокочастотных генераторов позволило значительно уменьшить их массу и габаритные размеры, усовершенствовать систему управления и существенно повысить электробезопасность при их эксплуатации.

Появление микропроцессоров также определило дальнейшее развитие современной электрохирургической техники. В результате новых схемотехнических решений высокочастотные генераторы превратились в компактные, многофункциональные электрохирургические аппараты.

Бурное развитие технических средств для электрохирургии явилось стимулом к разработке новых технологий электрохирургических воздействий. Появились бесконтактные методы электрохирургических воздействий, когда вместо воздействующего электрода используется электропроводящая струя ионизированного инертного газа (аргоноплазменная коагуляция) или поток электропроводящей жидкости (технология холодно-плазменной абляции) в практику хирургических вмешательств прочно вошли эндоскопические и лапороскопические методы электрохирургии. Все это свидельствует о том, что медико-технический потенциал электрохирургии не исчерпан.

Актуальность совершенствования технических средств для электрохирургии и развитие новых технологий в современных условиях объективно возрастает. Объясняется это целым рядом причин. Одной из причин является необходимость лечения различных хирургических заболеваний, появившихся в результате техногенного воздействия окружающей среды на условия жизни человека. Возрастающий травматизм, совокупность стрессовых ситуаций, повышающих вероятность патологических процессов в организме человека как следствие урбанизации, влекут за собой необходимость расширения возможностей оперативного хирургического вмешательства различных категорий сложности, В то же время, появление новых технологий в хирургии, обеспеченных соответствующими техническими средствами, позволяет существенно повысить эффективность лечения хирургических болезней, в том числе и традиционных.

Свидельством актуальности является и тот факт, что наблюдается постоянный рост моделей ЭХА, появляющихся на мировом рынке; в производство аппаратуры вовлекается все большее число производителей. Однако востребованный рост числа моделей ЭХА не всегда оправдан. Часто технические параметры новых моделей повторяют недостатки ранее разработанных. Объясняется это тем, что при проектировании ЭХА сказывается эмпирический подход в оценке результатов электрохирургических воздействий. Основанный на таких оценках выбор функциональных параметров аппаратуры и методики электрохирургических воздействий не отвечает в полной мере критериям эффективности применяемой технологии.

Наиболее совершенная ЭХА и соответствующие медицинские технологии разработаны рядом ведущих фирм на основе собственных частных исследований. К числу таких фирм в первую очередь относятся Erbe (Германия), Valleylab (США), Eschmann (Великобритания), Arthro Саге (США) и ряд других фирм. Высокий технический уровень аппаратуры этих фирм достигается главным образом за счет высокотехнологичных и дорогостоящих производственных процессов, используемых при изготовлении аппаратуры и инструментария. Функциональная же эффективность обеспечивается применением весьма сложных электронных микропроцессорных систем для обработки огромного объема эмпирической информации, используемой для формирования выходных параметров электрохирургического воздействия. В результате такого подхода к проектированию аппаратура становится чрезвычайно дорогостоящей.

Среди ведущих организаций в области проектирования и производства ЭХА в России являются ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» (г.Москва), ВНИИИМТ (г.Москва), НПФ «Фотек» (г.Екатеринбург), СибНИИЦМТ (г.Новосибирск), Электропульс (г.Томск). Однако оснащение лечебных учреждений ЭХА в настоящее время сталкивается с определенными проблемами. Находящаяся в эксплуатации аппаратура по статистическим данным на 2002-2003 г.г. уже выработала свой ресурс на 50 - 60%, что говорит о необходимости ее замены. Задача переоснащения лечебных учреждений современной аппаратурой для обеспечения высокоэффективных технологий в электрохирургии только за счет дорогостоящей импортной техники решена быть не может. Необходимые для этого средства в несколько раз превосходят расходные статьи государственного бюджета. По этому важнейшим условием решения этой задачи является проектирование и внедрение в производство высокоэффективных отечественных аппаратов и устройств.

В области исследований физических принципов электрохирургии следует отметить работы отечественных ученых (Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р., Лощилов В.И., Драбкин Р.Л., Велик Д.В., Торнуев Ю.В., Аронов A.M. и др.). Большой вклад в разработку методов электрохирургических воздействий и в практический анализ параметров ЭХА внесли отечественные учены-медики (Петровский Б.В., Долецкий С.Я., Иргер И.М., Лукомский Г.И., Савельев B.C., Бокерия Л.А., Ревишвили А.Ш., Кулаков В.И., Адамян Л.В. и др.).

Резюмируя изложенное можно заключить, что интерес к научным и практическим проблемам в области исследований электрохирургических воздействий и создания новых технологий связан в первую очередь с возможностями повышения эффективности ЭХА, разработкой новых методов и аппаратных средств. В связи с этим целью диссертации явилась разработка теоретических принципов исследования электрохирургических воздействий для решения задач по созданию новых технологий и аппаратных средств, используемых в практической хирургии.

Для достижения этой цели потребовалось решить следующие теоретические и практические задачи:

1. Разработать системные принципы построения теоретических моделей электрохирургических воздействий на макроскопическом уровне.

2. Разработать и проанализировать тепловые модели механизмов монополярной, биполярной коагуляции и рассечения тканей организма.

3. Исследовать и проанализировать влияние параметров высокочастотно I го тока на коагуляцию и рассечение биологических тканей на макроскопическом уровне строения ткани.

4. Определить необходимые и достаточные условия для повышения эффективности электрохирургических воздействий.

5. Исследовать и проанализировать технологии бесконтактных методов электрохирургических воздействий. Показать возможность этих технологий на основе качественных и количественных оценок.

6. Гармонизировать результаты теоретических и экспериментальных исследований для решения задач проектирования электрохирургических аппаратов и устройств.

7. Провести практическую апробацию разработанных технических средств для определения эффективности их применения в различных специальностях практической хирургии.

При решении поставленных задач использовались теоретико-экспериментальные методы исследований. Теоретические методы применялись при исследованиях ЭХ-воздействий на макроскопическом уровне в разработках математических моделей резания и коагуляции тканей организма. Сочетание теоретических и экспериментальных методов использовано в исследованиях ЭХ-воздействий на микроскопическом уровне рассмотрения и при изучении бесконтактных технологий ЭХ-воздействий. Экспериментальными методами исследовались параметры технических устройств в процессе выполнения НИОКР.

При выполнении теоретических и экспериментальных исследований использованы: методы теории уравнений математической физики, электродинамики сплошных сред, теории вероятности и математической статистики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Научная новизна диссертационной работы определяется совокупностью результатов теоретико-экспериментальных исследований физических процессов, протекающих при электрохирургических воздействиях в системе биоткань - электрод; в исследованиях феноменологии влияния параметров ВЧ - тока на механизмы коагуляции, рассечения и девитализации биотканей организма; в экспериментальном изучении параметров генератора ВЧ - энергии для организации холодноплазменной бесконтактной технологии ЭХ — воздействия. В работе также впервые сформулирован комплексный подход к решению задачи повышения эффективности ЭХА: реализация определённых звеньев технических решений в цепи технологии повышения эффективности ЭХ - воздействий при решении задачи проектирования новых моделей аппаратов и устройств с учётом специфики их применения, с одной стороны; во-вторых, использование предложенного алгоритма для выбора параметров ЭХ - воздействия априори, в методическом плане.

В результате выполненных исследований в работе представлены новые решения ряда важных научно - технических задач, а именно:

1. Предложена математическая модель тепловых процессов для монополярной и биполярной электрокоагуляции и рассечения тканей в контактной электрохирургии, позволяющая рассчитывать параметры ЭХ-воздействия априори и прогнозировать его результат.

2. Разработана концепция пробоя клеточных мембран высокоамплитудными электрическими импульсами для объяснения влияния параметров высокочастотного тока на коагуляцию и рассечение тканей. Получены оптимизированные параметры электрических импульсов для обеспечения коагулирующего эффекта и доказана их эффективность экспериментальными методами на биологических тканях in vitro.

3. Выявлена связь между геометрическими и физическими параметрами воздействующей системы с одной стороны и энергетическими пара

4А метрами воздействия с другой, на основании чего установлены необходимые и достаточные условия повышения эффективности электрохирургических воздействий.

4. Установлены качественные и количественные характеристики физических процессов, лежащих в основе технологии высокочастотной хо-лодноплазменной абляции. Даны оценки параметров аппаратных средств для реализации бесконтактных технологий.

5. Представлен ряд новых технических и методических решений для проектирования ЭХА и устройств различного назначения с целью повышения их функциональной эффективности.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Практическая значимость, ценность и реализация результатов работы состоит в том, что теоретические положения и результаты экспериментальных исследований использованы при выполнение НИР и ОКР, в результате которых создано более 10 моделей ЭХА различного назначения. Среди них на предприятиях ВЗМО (г.Волгоград), ФГУП «Машзавод им. Ф.Э.Дзержинского (г.Пермь), НПФ «Проминформ» (г.Пермь), 03 «ВНИИМП-ВИТА» (г.Москва) в серийное производство были внедрены ЭХА общего назначения : «ЭН-57М», «ЭХВЧ-150-1», «ЭХВЧ-150-2», «Политом-1», «Политом-2», «Политом-3» и специализированные аппараты: аппарат для эндоскопической хирургии «Эндотом-1», электрокоагулятор-эпилятор «ЭВК-01», аппарат для косметической хирургии «Косметом-1», радиочастотный ЭХ-комплекс «РЭК-250-1». В стадии серийного внедрения находятся аппарат «Политом-4» и аппарат нового модельного ряда «ВитаТом-300» и «ВитаТом-ЗООРЧ».

Общий объем производства разработанной аппаратуры составляет: более 4000 аппаратов общего назначения и более 1000 специализированных. Эффективность практического применения созданных ЭХА и устройств доказана при участии медицинских соисполнителей с использованием клинического материала в процессе подконтрольной эксплуатации изделий в хирургических отделениях медицинских учреждений.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Основные результаты, полученные автором ъ результате научно - исследовательских работ в лаборатории аппаратуры для высокочастотной электрохирургии во "ВНИИМП-ВИТА" и выносимые на защиту являются следующие:

1. Тепловая математическая модель монополярной электрокоагуляции, биполярной электрокоагуляции и электрорассечения тканей организма высокочастотным током, применение результатов расчета для оценки электрохирургических воздействий.

2. Концепция пробоя клеточных мембран электрическими импульсами и анализ влияния параметров высокочастотного тока на коагуляцию и рассечение биологических тканей, позволившая установить оптимизированные параметры электрических импульсов для коагулирующего действия ВЧ-тока.

3. Необходимые и достаточные условия для эффективности электрохирургических воздействий на основе макро- и микроскопического анализа в контактной электрохирургии.

4. Качественные и количественные характеристики физических процессов и параметров аппаратных средств для бесконтактных технологий электрохирургических воздействий.

5. Гармонизация результатов теоретических и экспериментальных исследований для решения задач проектирования электрохирургических аппаратов и устройств.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы были доложены на 9 конференциях и симпозиумах. Из них 4 международных. Содержание диссертационной работы отражено в 31 печатной работе в том числе в одной коллективной монографии, в 6 авторских свидетельствах на изобретения и патентах, в 1 свидетельствах на промышленные образцы. Свыше 10 печатных трудов опубликовано в профильных журналах, входящих в Перечень ведущих научных журналов и изданий, утвержденных президиумом ВАК.

Принципиальные вопросы диссертации нашли отражение в монографии Белова C.B. и Сергеева В.Н. под редакцией академика РАМН Викторова В.А. «Электрохирургическая аппаратура. Теоретические основы электрохирургических воздействий и принципы построения» М., ЗАО «ВНИИМП-ВИТА», 2002 г. 125с., а также в 7 статьях, посвященных использованию физических процессов, лежащих в основе различных технологий электрохирургических воздействий и 4 статьях посвященных оригинальным техническим решениям задачи проектирования ЭХА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интерес к научным и практическим проблемам в области исследований электрохирургических воздействий и создания новых технологий связан в первую очередь с повышением эффективности ЭХА, разработкой новых методов ЭХ - воздействий и аппаратных средств для их реализации.

В практической хирургии наиболее распространена аппаратура, реализующая контактные методы ЭХ-воздействий благодаря их доступности и универсальности. Наряду с открытой хирургией электрорассечение и коагуляция успешно применяется в эндохирургии: более 90% операций по поводу полипэктомии, папиллотомии, сфинктеротомии и др. проводят с использованием эндоскопов и лапороскопов. Контактная коагуляция лежит в основе стереотаксической нейрохирургии при лечении болезни Паркинсона и других патологий в области гипоталамуса.

Бесконтактные методы ЭХ-воздействий в ряде случаев имеют специфические преимущества по сравнению с контактными. В частности технология аргоноплазменной коагуляции при эндоскопических вмешательствах позволяет избежать задымления операционного поля, а при операциях на полых органах отсутствие вапоризации снижает риск перфорации стенки. Технология нетеплового электрохирургического воздействия не предусматривает прохождение электрического тока через ткани организма, а нагрев в области воздействия не превышает 60 0 С. Происходит низкотемпературный молекулярный распад ткани с одновременным ее удалением из области хирургического вмешательства.

Любое хирургическое вмешательство включает процедуру рассечения ткани и остановку кровотечений. Эти процедуры выполняются, как правило, с помощью ЭХА. Сегодня 90% всех операций проводят методами ВЧ-электрохирургии, причем в ряде случаев электрохирургия является единственным способом вмешательства, гарантирующим успех операций.

В нейрохирургии, кардиохирургии, ЛОР-хирургии и в ряде других хирургических специальностей необходимы высокоэффективные ЭХ-воздействия. При этом важнейшая роль принадлежит прецизионной коагуляции жизненно-важных биоструктур, девитализации и абляции тканей.

При современных технологиях электрохирургии, базирующихся на эмпирических представлениях, эффективность применения аппаратуры обеспечивается не обоснованным ее усложнением из-за необходимости оперативного анализа большого объема информации, отражающей динамику ЭХ-воздействия и включения различных систем обратной связи.

Наряду с эмпирическим подходом для каждой технологии ЭХ-воздействия эффективность применения аппаратуры может достигаться оптимизацией выходных параметров ЭХ-генераторов, воздействующих электродов и, адекватным выбором параметров воздействия.

Анализ информационных материалов показывает, что для решения круга задач, касающихся рационального выбора технических характеристик аппаратуры и научно-обоснованного выбора параметров воздействия, требуются исследования физических процессов, лежащих в основе этих воздействий. К числу таких процессов относятся: нагрев ткани высокочастотным током, коагуляция тканей и рассечение под действием токов высокой частоты при контактных методах; возбуждение сильноионизированной холодной плазмы в технологии ВЧ-холодноплазменной абляции и процесс воздушноплазмен-ной коагуляции в технологии бесконтактных воздействий.

Таким образом, для повышения эффективности ЭХ-воздействий, научно-обоснованного выбора параметров воздействий были проведены теоретико-экспериментальные исследования механизмов ЭХ-воздействий. Поскольку природа процессов различна, исследование выполнено различными методами. Макроскопический анализ нагрева ткани проведен на основе математических моделей ЭХ-воздействий. Йсследование влияния формы высокочастотного напряжения на коагулирующие свойства тока проведено с микроскопических позиций теоретико-экспериментальными методами. При исследовании процесса возбуждения сильноионизированной холодной плазмы в электрическом поле и процесса передачи ВЧ-энергии с помощью ионизированной парокапельной струи использован феноменологический подход.

Исследованием проблем по данной тематике в электрохирургии посвящено более 20 научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ лаборатории высокочастотной электрохирургии в ЗАО "ВНИИМП-ВИТА". Представленная диссертация обобщает результаты многолетней работы автора по исследованию электрохирургических воздействий, проектированию и технической реализации аппаратуры для ВЧ - электрохирургии.

Перечислим основные научные и практические результаты, представленные в диссертационной работе.

1 .Приведен аналитический обзор медико-технических технологий в современной ВЧ-электрохирургии, предложена классификация методов ЭХ-воздействий. В свете анализа аппаратных средств отмечены проблемы и сформулирован круг теоретических исследований для решения задачи проектирования ЭХА. Указаны тенденции позитивного развития перспективных направлений.

2. Предложены системные принципы построения теоретических моделей ЭХ-воздействий на макроскопическом уровне для рассмотрения для контактных методов в электрохирургии.

3. Представлены математические тепловые модели монополярной и биполярной коагуляции в квазилинейном приближении и, рассечения ткани в адиабатическом приближении, позволяющие выбирать априори параметры ЭХ - воздействий и прогнозировать их результат.

4. Дана оценка адекватности теоретических моделей квазилинейном приближении, позволяющая определить границы применимости моделей методом сравнения расчёта и эксперимента.

5. Установлены критерии эффективности для контактных технологий ЭХ-воздействий. Указаны принципы выбора энергетических параметров воздействия в зависимости от теплофизических и геометрических параметров системы ткань - электрод.

6. Описан механизм влияния параметров ВЧ-тока на прочность коагуляции и эффект гемостаза на клеточном уровне строения ткани. Экспериментальным путем найдены параметры выходного напряжения ГВЧ для повышения эффективности ЭХ-воздействий.

7. В рамках исследования метода ВЧХА установлены необходимые и достаточные условия возбуждения и стабилизации холодной плазмы в физиологическом растворе. Указана область энергетических параметров ГВЧ для реализации технологии ВЧХА.

8. Обобщены и гармонизированы принципы проектирования ЭХА и устройств с учетом решения спектра задач по повышению эффективности ЭХ-воздействий.

9. На экспериментальном и клиническом материале показана эффективность применения разработанных методов и технических средств для разнообразных специальностей клинической хирургии. Разработаны медико-технические требования и нормативно- техническая документация для различных типов ЭХА.

10. Построен класс ЭХА общего и специального назначения, реализующих представленную концепцию повышения эффективности контактных методов ЭХ-воздействий: разработаны, внедрены в производство и клиническую практику 10 моделей ЭХА различного назначения, том числе:

- ЭХА общего назначения - "ЭН-57М", "ЭХВЧ-150-1", "ЭХВЧ-150-2", "Политом-1", "Политом-2", "Политом-3", "Политом-4";

- ЭХА специализированные - "Эндотом-1"; "Эндотом-2" для эндоскопической хирургии; "Косметом-1";"ЭВК-01" для эндоскопической хирургии; электрохирургический комплекс "РЭК-250-1".

- ЭХА нового модельного ряда: "Витатом-300" и "Витатом-300 РЧ" - в стадии серийного освоения.

Объём производства разработанной аппаратуры составил: более 4000 аппаратов общего назначения и более 1000 специализированных.

11. Оценены перспективные технологии в электрохирургии и указаны первоочередные задачи проектирования на примере "двухпараметрического" модельного ряда "Витатом".

1. Абраков J1.В., Методы стереотаксической нейрохирургии//Вопросы нейрохирургии, №6, 1974 - с.28-34.

2. Аронов A.M. Системная оценка качества медицинских изделий в процессе разработки // Новая медицинская техника и медицинские технологии . Тезисы доклада научно-практической конференции / Новосибирск, 1995 с. 3-5.

3. Ахизер Н.И. Элементы теории эллиптических функций // Наука, М., 1970.

4. Бабушка И., Витасек Э., Прагер М. Численные процессы решения дифференциальных уравнений // Мир, М., 1969.

5. Бейтман Г., Эрдейн А. Высшие транпендентные функции // СМБ, т.З, аука, М., 1969.

6. Белик Д.В. Разработка и создание специализированных электрохирургических аппаратов для проведения вмешательств на различных органах человека // М. Мед. техника, №1, 1995 с. 9-12.

7. Белик Д.В. Принципы построения импедансного электрохирургического аппарата для достоверного удаления онкоопухолей и пораненных биотканей // М., Мед. техника, №3, 2001 с.23-25.

8. Велик Д.В. Автоматизированные электрохирургические аппараты // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. // Новосибирск, 1995 42 с.

9. Велик Д.В. Аронов A.M. Теоретические основы создания и применения электрохирургических аппаратов // Новосибирск," 1998 84 с.

10. Велик Д.В., Яковлев А.К. Автоматизированная система фазирования электрохирургического воздействия с пульсовой волной. // М., Мед. техника, №1, с. 24-26.

11. З.Белов C.B. Оценки теплового воздействия при биактивной электрокоагуляции и некоторые особенности метода // Первый Всесоюзный симпозиум по применению радиоэлектроники в хирургии Тезисы докладов. Иваново, 1975-с.53-55.

12. Н.Белов C.B. Оценки теплового воздействия при биактивной электрокоагуляции и некоторые особенности метода // Применение электроники в хирургии: тезисы докладов 1-го Всесоюзного симпозиума/ Иваново, 1975- с. 23-27.

13. Белов C.B. Линейная модель биполярной электрокоагуляции // Новости мед. техники / ВНИИ мед. приборостроения, вып.З, М.1977 с.26-29.

14. Белов C.B. К вопросу об оптимизации нагрузочной характеристики электрохирургического аппарата при работе с пинцетом для биполярной электрокоагуляции // ЦБНТИ медпром, сб. Промышленность и медицина №11, М. 1977 с.7-11.

15. Иргер И.М., Белов C.B. Новые модели пинцетов для биполярной коагуляции//Вопросы нейрохирургии, №4, 1977-с.16-19.

16. Белов C.B. Влияние формы тока на коагуляцию тканей // Мед. техника, №4, 1978 -с.44-47.

17. Белов C.B. Исследование физических процессов, выбор параметров и повышение эффективности работы электрохирургической аппаратуры при биполярной электрокоагуляции // Дисс. на соискание ученой степени к.т.н., М. 1979 176 с.

18. Белов C.B. Влияние высокоамплитудных электрических импульсов на прочность коагуляционной спайки кровеносных сосудов // Мед. техника, №3, 1979 с.22-25.

19. Белов C.B. Метод физического моделирования тепловых процессов в ткани при электрохирургическом воздействии // Новости мед. техники / ВНИИ мед. приборостроения, вып.З, М. 1980- с.42-44.

20. Белов C.B. Распределение температуры в ткани при монополярной электрокоагуляции // Новости мед. техники, вып.З, M. 1982-С.46-49.

21. Белов C.B., Петров В.Г., Кузьмин A.A., Ханкин C.JI. Применение новой отечественной диатермической установки и инструментария в эндоскопии // Проблемы проктологии, №7, М. 1986- с.19-22.

22. Белов C.B., Петров В.Г., Веселов В.В., Ханкин C.JI. Особенности Высокочастотных электрохирургических аппаратов для эндоскопии при их конструировании // Мед. техника №6, М. 1987 с. 17-23.

23. Ливенсон А.Р., Драбкин Р.Л., Белов C.B. Вопросы безопасности электрохирургической аппаратуры // М. Мед. техника, №4, 1987 с. 31-37.

24. Белов C.B., Гринберг И.С., Петров В.Г. Электрохирургический аппарат для эндоскопии с управлением от однокристальной линии ЭВМ в медицинском приборостроении: тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции во ВНИИМП, М. 1987- с.41-42.

25. Поддубный Б.К., Кувшинов Ю.П., Белов C.B. Особенности применения электрохирургического аппарата «Эндотом-1» при полипэктомии // Проблемы проктологии, №4, M. 1988-c.l 8-19.

26. Белов C.B. Анализ и выбор параметров радиочастотной электрохирургической аппаратуры для повышения эффективности ееприменения // Тезисы докладов: Второй Советско-Американский симпозиум мед. инженеров, США, Плимут-Митинг, 1989-с. 19-31.

27. Белов C.B. Развитие электролечебной физиотерапевтической и хирургической аппаратуры // Мед. техника, №4, М. 1991- с. 16-24.

28. Белов C.B. Принцип высокочастотного электрохирургического воздействия с помощью ионизированной струи инертного газа // Мед. техника, №6, M. 1992-С.39-41.

29. Белов C.B. Повышение эффективности применения высокочастотных электрохирургических аппаратов // Мед. техника, №4, М. 1994 с.11-14.

30. Белов C.B. Новый высокочастотный электрохирургический аппарат специального назначения «Косметом» // Тезисы докладов: международная конференция «Биомедприбор-96», М. ВНИИМП, 1996, с.88-89.

31. Белов C.B. Возможности повышения эффективности электрохирургических воздействий // Тезисы докладов Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-98», М., 1998, с. 68-69.

32. Викторов В.А., Белов C.B. Комплекс аппаратуры для электротерапии и электрохирургии // Труды Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-200», М.,2000 -с.31-32.

33. Белов C.B., Сергеев В.Н. Электрохирургическая аппаратура. Теоретические основы электрохирургических воздействий и принципы построения. Под ред. Академика РАМН Викторова В.А // М., ЗАО «ВНИИМП-ВИТА РАМН», 2002 125 с.

34. Сергеев В.Н., Белов C.B. Новый метод высокочастотной электрохирургии (COBLATRON- ТЕХНОЛОГИЯ) // Мед. техника, №1, 2003-с.21-23.

35. Белов C.B. Технология высокочастотной холодноплазменной абляции для минимально инвазивной хирургии // Мед. техника, №2,-2004 — с.23-30.

36. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический. Патент на изобретение №2154437, А61 В 18/12, Бюл. № 23 от 20.08.00.

37. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический. Патент на изобретение № 2161932, А61 В 18/18, Бюл. №2 от 20.01.01.

38. Бычков А.П., Белов C.B., Меликсетов В.А., Сергеев В.Н., Миронов С.Я. Аппарат электрохирургический высокочастотный. А61 В 17/39, Бюл. №13, от 10.05.01. Патент на изобретение №2/66299.

39. Белов C.B., Сергеев В.Н., Меликсетов В.А., Миронов С.Я. Способ высокочастотного электрохирургического воздействия на биологические ткани. Патент на изобретение №2195226, А61 В 18/12, Бюл. №36 от 27.12.02.

40. Белов C.B., Сергеев В.H. Аппарат электрохирургический высокочастотный. Патент на изобретение №2221516, А61 В 18/18, Бюл. №2 от 20.01.04.

41. Белов C.B., Петров В.Г. Электрохирургический генератор. Авторскоесвидетельство №1410959, А61 В 17/39, Бюл. №27 от 23.07.88.

42. Белов C.B., Еремин В.А., Сергеев В.Н., Шахов Е.П. Аппарат электрохирургический высокочастотный ЭХВЧ-150. Патент на промышленный образец № 46616, Кл. 24-01, Бюл. №12 от 16.12.99.

43. Блинов JI.M. и др. Генераторы низкотемпературной плазмы // М., 1969 -с.47-88

44. Бухгольц Г. Расчет электрических и магнитных полей // «И-Л», М.,1961. ш 49.Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм рядов иw!/произведений // Физматгиз, М., 1963. 50.Ельяшевич С.Л. Атомная и молекулярная спектроскопия // М.,1962 378с.

45. Диткин B.A., Прудников А.П. Операционное исчисление // Высшая школа. М., 1975.

46. Драбкин P.JL, Аналитическое исследование температуры в ткани при моноактивной электрокоагуляции. Медицинская техника, №2, 16-21, 1973.

47. Драбкин Р.Л., К вопросу об электрокоагуляции склеры, Медицинская техника, № 2, 12-16, 1974.

48. Драбкин Р.Л., Матюхин Г.В., Подобед А.П., Аппарат для высокочастотной электрохирургии ЭН-57-М, Медицинская техника, №1, 4749, 1976.

49. Драбкин Р.Л.» Ливенсон А.Р., Электрохирургия и вопросы безопасности., "ЦБНТИ медпром", Сб. реферативной информации, сер. Промышленность и медицина, №5,. 1977.

50. Драбкин Р.Л., Методы оценки параметров Г.В.Ч., Новости медицинской техники, вып. 3, 1977.

51. Кулаков В.И., Адамян Л.В., Мынбаев O.A. Опертивная гинекология -хирургические энергии // М., Медицина, 2000 860 с.

52. Месси Г., Бархоп Е. Электронные и ионные столкновения // М., 1958 -470 с.

53. Мойжес Б.Я., Пикус Г.Е., Сонин Э.Б. и др. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма // М., 1973 440 с.

54. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме // М., 1973 375 с.

55. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров // М., 1963 — 407 с.

56. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов// М., 1974 — 330с.

57. Райзер Ю.П. Физика газового разряда// М., 1992 495с.

58. Торнуев Ю.В. и др. Электрический импданс биотканей // М., ВЗПИ, 1990 -155 с.

59. Федоров И.В., Никитин А.Т. Клиническая электрохирургия // М., Медицина, 1997 170 с.

60. Филлипов А.Г., Белопольский В.М., Евдокимов И.Е. Современное состояние техники электрохирургии // М., МИФИ, П.003-96, 1996 28 с.

61. ГОСТ 23450-79. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных установок. Нормы и методы измерений // М., Госстандарт России, 1979 44с.

62. ГОСТ 12.2.025-76. Изделия медицинской техники, Электробезопасность. OTT и методы испытаний // М., Госстандарт России, 1976 65 с.

63. ГОСТ Р 15.013-94. Система разработки и постановки продукции на производство. Медицинские изделия// М., Госстандарт РФ, 1994 — 33с.

64. ГОСТ Р 50267.0-92. Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности // М., Госстандарт РФ, 1992 86с.

65. ГОСТ Р 50267.2. Изделия электрические медицинские. Часть 2. Частные требования электробезопасности // М., Госстандарт РФ, 1992 -72с.

66. ГОСТ Р 50267.02.-95. Электромагнитная совместимость. Технические условия // М., Госстандарт РФ, 1995 -67 с.

67. Камке Э., Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям, "Наука", М., 1976.

68. Кандель Э.И., Паркинсонизм и его хирургическое лечение, "Медицина", М., 1965.

69. Кандель Э.И., Криохирургия, "Медицина", М., 1974.

70. Корн Г., Корн Т., Справочник по математике, "Наука", М., 1974.

71. Курант Р., Гильберт Д., Методы математической Физики, т.П, "Мир", М., 1964.

72. Ладыженская O.A., Солонников В.А., Уральцева Н.И., Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа, "Наука" М., 1967.

73. Ладыженская O.A., Краевые задачи математической физики, "Наука", М., 1973.

74. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М., Электродинамика сплошных сред., "Наука", М., 1959.

75. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Теория поля, "Физматгиз", М., 1960.

76. Лебедев Н.И., Специальные функции и их приложения, "Физ.-мат.", М.-Л., 1963.

77. Ленинджер А., Биохимия, "Мир", М., 1976.

78. Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р., Электромедицинская аппаратура, "Медицина", М., 1974.

79. Лощилов Б.И., Трофимов А.Л., Казнов А.Ф., Ультразвуковые установки типа УЗС для сварки и резки биологических тканей, Труды МВТУ, № 201, вып.2, М., 1974.

80. Лощилов В.И., Петров В.И., Торопов М.Н., Лютников А.А., Влияние параметров режима сварки токами высокой частоты на прочность кольцевого сосудистого шва, Труды МВТУ, № 201, вып.2, М., 1974.

81. Лощилов В.И., Петров В.И., Применение ультразвуковых колебаний для бесшовного соединения мягких биологических тканей, Ультразвук в физиологии и медицине, Тезисы II Всесоюзной научной конференции, Ульяновск, 1975.

82. Лыков А.В., Теория теплопроводности, "Гостехиздат", М., 1967.

83. Марчук Г.И., Численные методы расчета ядерных реакторов, "Атомиздат", М.,1961.

84. Морс Ф., Фешбах Г., Методы теоретической Физики., т. I, "И-Л", М., 1958.

85. Морс Ф., Фешбах Г., Методы теоретической Физики, т. П, И-Jl", М., 1958.

86. Мизохата С., Теория уравнений с частными производными, "Мир", М., 1977.

87. Николаев Г.А., Ультразвуковая аппаратура для хирургии, Ультразвук в Физиологии и медицине, (Тезисы П Всесоюзной научной конференции), Ульяновск, 1975.

88. Петров В.И., Торопов М.Н., Лютиков A.A., Сварка продольного сосудистого шва токами высокой частоты, Труды МВТУ, № 201, вып.2., М., 1974.

89. Поляков В.А., Николаев Г.А., Волков М.В., Лощилов В.И., Петров В.И., Ультразвуковая сварка и резка биологических тканей, "Медицина", М., 1973.

90. Потапов И.И., Рудня П.Г., Тарлычева Л.С., Шеврыгин Б.В., Криохирургия в отоларингологии, "Медицина", М., 1975.

91. Пресман A.C., Электромагнитные поля и живая природа, "Наука", М., 1968.

92. Пруссаков В.А., Внутритканевая электрокоагуляция и криохирургия гемангиом лица и полости рта. Клинико-экспериментальное исследование., Канд. дисс., МСИ им. Семашко, 1976.

93. Раамат Р.Э., Лабутин В.К., Оптимизация процесса локальной термокоагуляции применительно к стереотаксической нейрохирургии., Медицинская техника, № 4, 21-24, 1978.

94. Румшинский Л.З., Математическая обработка результатов эксперимента, "Наука", М., 1971.

95. Рээбен В., Раамаг Р., Раудам Э., Простой пришил построения нейрохирургических термокоагуляторов с автоматической терморегуляцией, радиоэлектроники, физики и математики в биологии и медицине, 86-89, Новосибирск, 1972.

96. Смайт В., Электростатика и электродинамика, "ИЛГ, М., 1964.

97. Тарусов Б.Н., Сравнительные данные по измерению электропроводности различных тканей, Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, т.Х1, вып. 3, 228-229, 1941.

98. Татаринов В.В., Об одной причине различного биодействия затухающих модулированных и незатухающих колебаний УВЧ, Архив биологических наук, т.52 Вып.2, 173-177, 1938.

99. Тихонов А.Н., Самарский A.A., Уравнения математической физики, "Наука", М., 1972.

100. Филипов Ю.П., Боярский М.Ю., Бродянский В.М., Птуха Т.П., Выбор рабочих температур криоинструментов для локального разрушения биологической ткани, Медицинская техника, № 2, 40-44, 1977.

101. Шамраевский С.М., Современные проблемы электрохирургии. Принцип биактивности в электрохирургии, "Медгиз", М., 1950.

102. Шамраевский С.М., Герасименко А.А., Применение биполярных биактивных электродов в электрохирургии, Вестник хирургии им. И.И.Грекова, т. 106, № I, 66-70, 1971.

103. Юбер Ф., Биофизические методы исследования, "И-Л", М., 1956.

104. Янке Е., Эмде Ф., Таблицы функций., "Физматгиз", М., 1959.

105. Bilchk A.J., Rose D.M., Allegra D.P. et al // Radiofrequency ablation: a novel primary and adjunctive ablative technique for hepatic malignancies // Am. Surg., Vol. 65, №11,1999-P. 109-114.

106. Acland R., New instruments for microvascular surgery., Brit.jorn. Surg., vol.59, p.181,1972.

107. Ammar-Khodja A., Traitement de Lostruction nasale par l'electrocoagulation bi-active sous-muqueuse des cornets., Rev. Lariyng., v.94, s.71-74 1973.

108. Woloszko I., Gilbride C. Coblation Technology: «Plasma mediation ablation for otolaryngology applications» / Rep. Arthro Care Corp.// Sannvale, CA 940886, 2001 -p.102- 114.

109. Jeffrey S.S., Birdwell R.L. end al. Radiofreyuency ablation of breast cancer: first report of en emerging thechnology// Arch. Surg., Vol 134, N10, 1999 -p.1064-1068.

110. Wolozchko. J., Kenneth R., Brown G. Plasma Characteristics of Repetitivety -Pulsed Electrical Discharges in saline solutions used for surgical procedures// IEE Transactions on plasma sciense, vol 30, №3, 2002 p.1376-1383.

111. D.P. Bortnick, "Coblation: An emerging technology and new technique for soft-tissue surgery"// Plast. Recoustr. Schurgeiy, vol. 107, №2, 2001-p.614-615.

112. Powell N.B., Riley R.W., Troell K. and all. Radiofrequency volumetric tissue reduction of the plate in subjects with sleep-disordered breathibg// chest, vol. 113, №5 1998-p.l 163-1174.

113. Bilchik A.J., Rose D.M., Allegra D.P. et all.// Radiofrequency ablation: a novel primary and adjunctive ablative technique for hepatic malignancies// Am. Surg., vol.65, №11, 1999-p. 109-114.

114. Borman H. et. al., Bipolar coagulation in ophthalmic operations., Klin-Monatsil Augenheilkd, v. 165, № 4, 680-681, 1974.

115. Bross W.T., Electrosurgical apparatus, DBA patent, K 3, 658, 067, 1972.

116. Cooper T.E., Trezek G., Cryobiology, v., p.79-83, 1970.

117. Gushing H., Bovie W.T., Electro-Surgery as aid removal of intracranicaltumors, Surg. Gynec. Obstet, vol.47, 751-784,1928.

118. Gushing H., Intracranical Tumors, Charls C. Tomas, Springfield, Illions, 1932.

119. Dobbie A.K., The Electrical Aspects of surgical diathermy, Bio-Medical Engineering, vol.4, № 5, p.206-216, 1969.

120. Dujovny M., Ran. Vas, Carroll P., Osgood M., Bipolar yeweler's forceps with automatic irrigation, for coagulation in microsurgery., lorn, of Neurosurg, vol.43, p.585-587,1975.

121. Fisher E., Some Differential Equations involving Three-Term Recursion Formulas, Philos. Magazine, The London, Edinburgh and Dublin, vol.24.,№ 7, p.245-256, 1937.

122. Friedman I., The technical aspects of electrosurgery., Jorn. Oral Surg. Oral Medic. Oral patholog., vol.36. 1973.

123. Friedman I., Margolin I., Piliero S., A preliminary study of the histological effects of three different types of electrosurgical currents., N.I. State Dent, Jorn., vol.40, p.349-353, 1974.

124. Geddes L.A., Baker L.E., The specific resistance of biological material a compendium of data for the biomedical engineer and physiologist., Medical Biological Engineering, vol 5., p. 271-293, 1967.

125. Gidon P., Gestring M., Wolfgang T., Koos M., Fritz W., Bolck M., Bipolar coagulation with moditied conventional electrocoagulators, Jorn. of Neurosurg, vol.37, p.501-504,1972.

126. Gill W., Da Costa I., Fraser I., Cryobiology, vol.6, p.347-353, 1970.zoo

127. Goldberg M.P., Herbst R.W., Acute complications of argon photocoagulation., Arch. Ophthalmd, vol.89, p.311., 1973.

128. Gostring G.F., Bipolar coagulation with modified conventional electrocoagulations (Technical note)., Jörn. Neurosurg., vol.37, p.501-504, 1972.

129. Greenwood I., Two point coagulation: a new principle and instrument applying coagulation current in neurosurgery., Am. jorn. Surg., vol.50, p.267-270, 1940.

130. Greenwood I.Ir., Two point or interpolar coagulation after a twelve year period with notes on addition of a sucker tip., Jorn of Neurosurg., vol.12, p.196-197, 1955.

131. Heald Devices., Nos.8-9., p. 183-225, lune-Iule, 1973.

132. Henriques F.C., Studies of thermal injury., Archives Phatolog., vol.43 (W 5), p.489-502, 1947.

133. Hellenblink K., Eine neuartige Bechandlungseinrichtung zur Hochfrequenztherapie pathogener neurologischer oder anderer Organstorfelder, Electromedizin, Band 15, Heft 3, s. 111-118, 1970.

134. Honig W.M., The mechanism of cutting in electrosurgery, IEEE Transactions ofBiomedical Engineering, BME, vol.22, №1, p. 58-62, 1975.

135. Laeger I.C., Conduction of heat in tissue supplied with blood., British Journ. of applied physics, vol.3,1952.

136. Kedel K., Stuwe G., Induktive Erwärmung von kleinen metallischen Korpern, Biomedizin Technik, Band 15, Helf2, S. 64-76, 1970.

137. Kimiharu S., No vori G., Charles I., Campbell F., Ritter C., The characteristics of Experimental laser Coagulation of the retina, Archives of ophthalmology, vol.72, p.254-263, Aug. 1964.

138. King T., Worpole R., Self-irrigation bipolar diathermy forceps (technical note)., Jörn, of Neurosurg., vol.37, p.246-247, 1972.

139. Koos W., Boeck F., Gestring G., Experimentalle and klinische Erfahrungen mitbipolarer Microkoagulation., Jörn. Acta. Chir. Austriaca, Band 2, s.76-80, 1970.

140. Koos W.Th., Bock F.W., a Spetzler R.F., Microneurosurgeru., (Edit) -Clinical, Stuttgart, 1976.

141. Loiter H., Surgical apparatus, USA-patent, № 3,478,744, 1964.

142. Leksell L., Stereotaxis and Radiosugery an operative sistem, Charles C. Tomas, Springfield, Illinois, USA, № 7■

143. Leslie D., Cahan F., Robert W., Rand V., Stereotaxic coagulation of a paraventricular arteriovenous malformation., Jörn, of Neurosurg., vol.39, p.770-774,1973.

144. Mails L.L., Bipolar coagulation in microsurgery, In Microvascular Surgery., Edited by R.M.P. Donaghy, and M.G. Yaaargil., Stuttgart, George Thieme Verlag, 1967.

145. Medal R., Controlled radio-frequency generator for production of localized heat in the intact animal., Arch. Surg., vol.79, p.427-431, 1959.

146. Miller B.J., Ocular Diathermy and Cryocoagulation., Arch, ophtalmal., vol.85., P. 339-349, 1971.

147. Mitchell G.P., Lumb G.N., A Handbook of surgical diathermy., Bristol, John Wright & sons, Ltd., 1966.

148. Moritz A.R., Henriques P.O., Weisiger I.E., Studies of thermal injury., Arch. Patholog., vol. 43., p. 466-4-88, 1947.

149. Mors F., Addition formule for spheroidal functions, Proceedings of the National Academy of Sceinces of the USA, Boston, vol 21 , p.56-62, 1935.

150. Mundinger F., Riechert T., Gabriel E., Untersuchugen Ziir den physikalischen und technischen Voraussetzugen einer dosierten Hochfrequeniz koagulation, Zentrallblat fiir Chirurgie, Band 85, Helf 19, s. 1051-1062, 1960.

151. Oringer M.J., Electrosurgery in dentristry, Philadelphia, W.B. Saunders Company., 1962.

152. Oringer M.J., Dentel electrosurqical Unit, United States Patent, № 3,812,858, 1974.

153. Patz A., Maumenee A., Ryan S., Argon laser photocoagu-lation: advantages and limitations, Tr. Am. Acad. Ophthalmol. Otol., vol.75, p.569, 1971.

154. Peyman G.A., Koziol J.E., Sanders D.R., Vlohek J.K., Studies on intravitreal blood vessels. Effectiveness of intraocular diatermy on blood vessel closure; a comparison with argon laser., Medical Biological Engineering, vol.9., №2, p. 79-85, 1971.

155. Robinson J.L., Davies N.T., A new bipolar coagulator by I.L. Robinson and N.I. Davies., Biomed. Eng. vol.8, p.516, 1973.

156. Robinson J.L., at. al: Bipolar diatermy., Can. Jörn. Surg., vol.17, p.287-291, 1974.

157. Robinson J.L., Bipolar diatemy, Jörn. Neurol. Neurosurg. Psychiatry., vol.38, NS 4, p.413, 1975.

158. Rosenberg V.l., A new fingertip-controlled bipolar forceps for electrocoagulation., Plast Recoustr. Surg., vol.54, p.228, 1974.

159. Samuel D., Me Pherson J., Bipolar coagulation in ophthalmic operations, Am, Jörn. Ophthalmol., vol.73, p.790-791, 1972.

160. Schenk H., Uber ein neues Lokalisations-und Hochfrequenz beaundlungsgerat zur Operation der Netzhautabhebung, Archiv fur Ophthalmologie, Archiv für Augenheilkunde. Band 160, Helf 4, s.341 -344, 1958.

161. Sehuy S., Kiiffner J., Wach P., Heppner F., Erwormung einer in das Gehirn eingebrachten Metallkiigel mittels hochfrequentem Wechselfeld, Biomedizine Technik, Band 17, Helf 17, s.74.79, 1972.

162. Schwan H.P., Kay O.P., Specific resistance of body tissues, Circulation Res., vol.4, p.664-670, 1956.

163. Schwan H.P., Kay C.F., The conductivity of livihg tissues, Ann. N.Y. Aead. Sei., vol.65, p.1007-1011, 1956-1957.

164. Schwann H.P., Electrical properties of cell suspensions., Advances in Biological Medical Physics, vol.148, Academic, 1957.

165. Swan K.S., Christensen L., Scleral chahges induced by diathermy in the treatment of retinal detachment, Trans. Amer. Ophthalmol. Soc., vol. 52, p. 6576, 1954.

166. Studer I., Cannarad Т., Aiken D., Bouzoukis I., EEG electrode burns, associated with simultaneous use. of electrocautery: cause and prevention., Ann. Soc. artif. internal organs, vol.6, p. 335-339, 1960.

167. Sigel В., Dutmu M.R., The mechanism of blood vessel closure by high frequency electrocoagulation., Surg. Jinecol. and Obstet., vol.121, p. 823,1965.

168. Skarff T., Bipolar suction cautery forceps for microneurosurgical use., Jorn. Surg. Neurol., vol.2, p.213,1974.

169. Skip J., Bullar B.A., Rudenz R.M, Robert H., Leo A., Microvascular bipolar coagulator, Jorn. of. Neurosurg., vol.44, p. 523-524, 1976.

170. Smith J.W., Microsurgery: review of the literature and discussion of microtechniques., Jorn. Plast. Recoustr. Surg., vol.37., p. 227., 1966.

171. Stretton J.A., Spheroidal Functions, Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A., Boston, vol.21, p. 51-56, p. 316-321, 1935.

172. Sugita K., Tsugane R., Bipolar coagulator with automatic thermocontrol., Jorn. of Neurosurg., vol.41, p.777-779, 1974.

173. Takashina, Shiro, Studies of the effect of radio-frequency waves on biological macromolecules, IEEE. Bio-Med.Engineering, vol.13, №1, 1966.

174. Thackag .C.F., Bipolar coagulator., Bio-Med. Eng., vol.8, p.486,1973.

175. Van Den Berg, Van Manen., Graded coagulation of brain tissue, Acta Phisiol. Pharmacol Neerlandica, vol.10, p.353-377, 1962.

176. Wald A., Mazzia V., Spenser F., Accidental burns associated with electroautery, J.A.M.A., vol.217, №7, p.916-921, 1971.

177. Yasargil M.G., Microsurgery applied to Neurosurgery, Stuttgart, Academic press. New York and London, George Thime Verlag, 1969.