Программно-аппаратный комплекс для электроимпедансной визуализации зоны криодеструкции

Введение. 5
Глава 1. Литературный обзор. 16
1.1 Этапы развития криохирургии 16
1.2 Термодинамические процессы в криохирургии 21
1.3 Основные параметры для определения степени воздействия низких температур на биологической ткани 25
1.4 Влияние низких температур на ткани 27
1.5 Механизмы криогенного повреждения ткани 31
1.6 Визуализация в криохирургии 32
1.6.1 Ультразвуковая визуализация 33
1.6.2 Компьютерная томография 39
1.6.3 Магнитно-резонансная томография 44
1.6.4 Визуализация ткани после проведения процедуры криодеструкции 50
1.7 Постановка задачи 51
1.8 Краткие выводы по главе 1 54
Глава 2. Применение электрической импедансной томографии в медицине. 55
2.1 Приборы для измерения биоимпеданса 56
2.2 Разрешающая способность электрической импедансной томографии 62
2.3 Возможности применения магнитоиндукционной и магнитно-резонансной импедансная томографии 64
2.4 Постановка задачи 66
2.5 Краткие выводы по главе 2 67
Глава 3. Разработка программно-аппаратного комплекса для контроля процедуры проведения криодеструкции с использованием метода электрической импедансной томографии. 69
3.1 Разработка экспериментального исследования и модулей экспериментальной установки 69
3.2 Материалы и компоненты экспериментальной установки, разработка структурной схемы 72
3.2.1 Выбор хладагента 73
3.2.2 Разработка и изготовление криостата 74
3.2.3 Прототипирование и изготовление криосенсоров. 75
3.2.4 Разработка структурной схемы и выбор основных электронных компонентов 79
3.2.5 Меры по повышению электробезопасности и помехозащищенности устройства. 81
3.3 Основные модули экспериментальной установки 86
3.3.1 Плата электрического импедансного томографа 86
3.3.2 Встроенное программное обеспечение экспериментальной установки 92
3.3.3 Формирование сигнала зондирующего тока данных 94
3.3.4 Программное обеспечение для сбора томографических данных 96
3.3.5 Программное обеспечение для визуализации томографических изображений 99
3.4 Сборка экспериментальной установки 103
3.5 Краткие выводы по главе 3 106
Глава 4. Экспериментальная апробация разработанной установки. Проведение экспериментальных исследований. 108
4.1 Методика проведения экспериментальных исследований по получению спектров исследуемой ткани 108
4.2 Тестирование термоизоляционной камеры. Проведение тестовых испытаний 110
4.3 Получение электроимпедансных спектров во время полной заморозки объектов исследования 116
4.4 Получение электроимпедансных спектров во время точечной заморозки объектов исследования 124
4.5 Подведение итогов первого этапа экспериментальных исследований. 132
4.6 Методика проведения экспериментальных исследований по получению томографических изображений с помощью метода электроимпедансной томографии. 134
4.7 Получение электроимпедансных томографических изображений 136
4.8 Подведение итогов второго этапа экспериментальных исследований. 143
4.9 Краткие выводы по главе 4 145
Заключение. 146
Список литературы. 148
ПРИЛОЖЕНИЕ «А». АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ 165
ПРИЛОЖЕНИЕ «В». ЭСКИЗ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПЛАТЫ МУЛЬТИПЛЕКСОРА ПРОТОТИПА ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОГО ТОМОГРАФА 175
ПРИЛОЖЕНИЕ «Г». ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ 177
ПРИЛОЖЕНИЕ «Д». СВИДЕТЕЛЬСТВА О ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ 178

Весь текст будет доступен после покупки

Одной из основных проблем применения холода в медицине является сложность определения границ зоны криодеструкции и температуры охлаждения. Вследствие индивидуальных особенностей ткани, различной скорости охлаждения и значительного температурного градиента в процессе замораживания, определение глубины промерзания ткани представляет сложную научно-техническую задачу. Чрезмерное воздействие холода может стать причиной крайне нежелательных осложнений, таких как обструкция кровеносных и лимфатических сосудов, перфорация и повреждение здоровых тканей. При недостаточной интенсивности воздействия проведенная процедура может оказаться неэффективной и привести к развитию как локальных осложнений в виде воспалительного процесса, так и системных, таких как послеоперационная тромбоэмболия, сепсис, а случае опухолевого процесса существует риск формирования вторичных метастазов.
Разработанные до настоящего времени методы определения границ зоны и степени промерзания биологических тканей имеют специфические ограничения методического и технического характера. «Золотой стандарт» представлен методом магнито-резонансной томографии (МРТ), который позволяет получить количественные характеристики зоны криодеструкции и оценить степень повреждения тканей. Однако МРТ исследование доступно только в специализированных подразделениях и имеет спектр ограничений и противопоказаний.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Литературный обзор.
1.1 Этапы развития криохирургии
Криохирургия (греч. kryos- холод) – метод использования низких температур для удаления патологических тканей, применяемые в различных областях медицины.
Анализ литературы, показывающий использование холода как лечебного фактора показывает, что низкие температуры использовались достаточно давно. Около 2500 лет назад Гиппократ указывал на эффективность холода при лечении травм и травматических отеков, Авиценна, был одним из первых, кто исследовал воздействие холода как анестетик. В научных работах 18 века [1-4] указывалось, о благоприятном воздействии холода на гематомы. На войне 1812–1817 гг. воздействие холодом применялось при ампутации конечностей, что позволяло проводить операции безболезненно и с малыми кровопотерями [5]. В течение 19 века, публиковались работы врачей, использующих холодовые методы в качестве лечения методами [5,6]. В 1851 г. английский врач Джеймс Арноттом разработал медицинский прибор – криодеструктор, который позволял охлаждать патологические ткани до минус 24°C. О способности холода к обезболиванию и деструкции было хорошо известно к тому времени, однако для дальнейшего развития методов применения холода необходимы были новые технологические достижения, особенно в области криогенных жидкостей [3,4].
В конце 19 века производились попытки использования эфирного спрея для проведения криохирургических операций, однако из-за высокой токсичности и недостаточно низкой для криодеструкции температуры, эфирный спрей не нашел широкого применения. В 1895 г. Карлом Линде была разработана первая коммерческая установка для получения жидкого воздуха, а в 1899г. произошло первое клиническое применение жидкого газа для лечения доброкачественных и злокачественных кожных заболеваний: бородавки, невусы, рак кожи и др.
Начало 20 века ознаменовало быстрое распространение холодовых методов в медицину. Появился новый метод криодеструкции тканей с помощью сухого льда. Изначально сухой лед получали путем испарения диоксида углерода находящийся в сжиженном виде в стальных баллонах. А в 1911 году в журнале «The Lancet», была описана первая установка для получения сухого льда, что в дальнейшем расширило применение.
Шотландский врач и дерматолог Роберт Крэнстон Лоу активно использовал сухой лед для лечения тромбозов [6, 7, 8]. В 1917г. дерматологами была продемонстрировано использование сухого льда для лечения папиллом [7,9]. Несмотря на то, что температура поверхности сухого льда остается достаточно высокой (температура сублимации составляет минус 78.5°C) и не может эффективно использоваться для лечения злокачественных опухолей, метод оставался популярным до середины 20 века.
Для лечения различных доброкачественных и злокачественных образований необходим был жидкий воздух с температурой кипения минус 194°C, однако для широкого использования жидкого воздуха необходимо было решить ряд проблем – проблему хранения (транспортировки), сложностью получения [6,8]. В 1892 году шотландским физиком и химиком сэром Джеймсом Дюаром была разработана колба межстеночное пространство, которого было посеребрено и откачан воздух [6]. В настоящее время в контейнерах, использующихся для перевозки и хранения хладагентов, используется схожая конструкция.
Усложнение способов получения сжиженных газов и методов лечения с помощью холода привели к тому, что в начале 20 века образовались две новые профессии – врачи, использующие низкие температуры для лечения заболеваний и разработчики, криохирургического оборудования, инструментов, производители криогенных сред [10].
Начиная с 20-х годов 20 века, начались попытки использования жидкого кислорода в качестве хладагента в качестве хладагента. Однако использование данной криогенной среды было потенциально опасным – жидкий кислород взрывоопасен и легко горит. По этой причине использование жидкого кислорода не нашло широкого применения в криохирургии [7,11], несмотря на низкую температуру кипения равной минус 183°С.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Arnott J. Practical illustrations of the remedial efficacy of a very low or an?sthetic temperature. -I. In cancer. / J. Arnott // The Lancet. – 1850. – Vol. 56. – № 1409.
2. Silver K. The place of James Arnott (1797-1883) in the development of local anaesthesia in dentistry. Vol. 220 / K. Silver, J. Silver. – 2016.
3. JAW Wildsmith Some (mostly Scottish) local anaesthetic heroes // Royal College of Physicians of Edinburgh. - 2012. - №42
4. Robinson D. H. Historical development of modern anesthesia. Vol. 25 / D. H. Robinson, A. H. Toledo. – 2012.
5. Roux F. E. Neurosurgical work during the Napoleonic wars: Baron Larrey’s experience / F. E. Roux, M. Reddy // Clinical Neurology and Neurosurgery. – 2013. – Vol. 115. – № 12.
6. Pasquali P. A Short History of Cryosurgery / P. Pasquali // Cryosurgery. – 2015.
7. Usatine R. P., Colver G. B., Stulberg D. L. Cutaneous Cryosurgery: Principles and Clinical Practice. – CRC Press, 2014.
8. Awad S. M. I. The story behind cryosurgery / S. M. I. Awad // Journal of Surgical Dermatology. – 2017. – Vol. 2. – № 3.
9. Abramovits W. The history of dermatologic cryosurgery / W. Abramovits // Dermatological Cryosurgery and Cryotherapy. – 2016.
10. Averianov M. Y. New cryosurgical instruments in treatm ent of tumors and purulent diseases of skin and subcutaneous fat / M. Y. Averianov, V. I. Kochenov, V. V. Slonimsky // Sovremennye Tehnologii v Medicine. – 2013. – Vol. 2013. – № 1.

Весь текст будет доступен после покупки