Диссертация (Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций), страница 5

Общее для всех криотерапевтическихметодов – теплообменные процессы, происходящие в биоткани. Это влияет наоборудование для их обеспечения с точки зрения его структуры. Для24обеспечения каждого из них необходимо особенное оборудование для точнойреализации медико-технических требований. Поэтому не следует четкоразделять реализации криометодов между собой. Возможно лишь очерчиватьосновные особенности каждой реализации, которую необходимо обеспечивать.В общем криотерапевтические методы в медицине при должном подходеи совершенствовании имеют тенденцию к переходу на качественно новыйуровень метода выбора в доказательной медицине.

Однако для развитиякриометодов и криотерапии в частности необходимо создавать технику,соответствующую современным требованиям, невозможность реализациикоторыхвранееразработанномоборудованиисдерживаетразвитиекриомедицины на практике.1.2. Техническое обеспечение дозирования медицинских криометодов1.2.1.ПроблематочностиобеспечениядозированиямедицинскихтребованияподчеркиваюткриометодовСовременныемедико-техническиенеобходимость точного дозирования криовоздействия. Чтобы криометодыболее широко использовались на практике – необходимо повысить точностьобеспечения дозирования криовоздействия.Процесс определения дозирования криовоздействия в данном случае –это описание всех потребных параметров изменения температуры биоткани вовремени процедуры.

По своей сути дозирование в криомедицине описываетпотребную интенсивность теплопереноса между оборудованием и биотканью вкаждый момент времени процедуры.Однако на практике точность обеспечения заданной дозы отстает отточностисамогодозирования.Техническаяреализацияпроцессовнасовременном уровне не позволяет их выполнить с наиболее эффективнойточностью.

Есть потребное состояние биоткани в ходе процедуры, есть то, что25получают на практике. Для повышения точности дозирования их необходимосближать. Отсюда следует, что для повышения точности обеспечениядозированиянеобходимо четкоописывать теплофизические параметрыпроцедуры и следить за их выполнением. При этом с точки зрения разработкитехники и обеспечения процессов теплообмена при криовоздействии в XXIвеке имеется возможность повысить точность обеспечения дозирования.Необходимоучитывать,чтокриомедицина–областьмеждисциплинарная. Как система научных знаний и практических действийона направлена на изучение влияния холода на организм человека с цельюукрепления и сохранения здоровья, а также на лечение заболеваний. Она тесновзаимосвязана с криобиологией, низкотемпературной техникой, физикойнизкихтемператур,экспериментальной,теоретическойиклиническоймедициной [21].

То есть, выполняя различные роли, вопросами криомедицинызанимаются разного рода специалисты.Биологи, биофизики принимают участие в качестве исследователейэффектов,возникающихвбиотканиприизменениитемпературы,определяющих зависимость «доза воздействия – эффект», то есть при какойдозе воздействия будет получен необходимый эффект (какая доза необходима взаданной ситуации).

Например, до какой температуры, с какой скоростьюнеобходимо заморозить область биоткани, чтобы получить эффект еекрионекроза.Инженерызанимаютсяобеспечениемвыполнениятребованийкриометода к процессу теплообмена (техническое обеспечение дозирования) иразработкой техники для реализации криометодов. Задача инженеров –рассчитать характеристики оборудования, необходимые для обеспечениядозирования. То есть инженеру нужно рассчитать, как получить потребнуюдозу с заданной точностью. При этом, чтобы дозирование стало более точным,необходимо проводить дополнительные организационные меры на этаперазработки оборудования.Медицинские работники внедряют методы в практику, начиная от26экспериментального применения исследователями, разработки методическихуказаний по применению и заканчивая функциями оператора оборудования,который непосредственно проводит дозирование при проведении процедуры.Причем эффективность и безопасность процедуры сегодня в первую очередьзависят от опыта конкретного медицинского работника, производящегопроцедуру(присутствуетчеловеческийфактор).Однакоонидолжныконтролироваться не только оператором, но и оборудованием.Несмотрянаразграничениесферответственностиспециалистовразличного профиля, основные теплофизические параметры процедуры единыдля всех.

Клинический результат, связанный с действием фактора холода,зависит от влияния температурных параметров, вида ткани и ее состояния [21].То есть, общее для всех криотерапевтических методов – теплообменныепроцессы, происходящие в биоткани. Исходя из этого инженеру, создающемуоборудование, чтобы обеспечить семейство диапазонов заданных параметровдля различных случаев реализации процедуры, нужно понимать особенностипроектируемого оборудования как с точки зрения обеспечения процессатепломассообмена в оборудовании, управления и автоматики, так и с точкизрения обеспечения процесса теплообмена в биоткани.На практике часто специалисты из различных областей недостаточнопонимают друг друга.

В итоге, для оператора оборудование получаетсянеудобным в эксплуатации, оно не внедрено должным образом и не доведенодо приемлемого функционирования. При этом существуют возможности длявысококачественной реализации медицинских криометодов, но отсутствуетоборудование, отвечающее современным требованиям.

Если оператор получитв пользование удобный аппарат, он будет использовать криометоды болеешироко. В то же время, криобиолог, врач-экспериментатор, изучая процессы наклеточном и тканевом уровне, должны «говорить на одном языке» синженером, чтобы в итоге совместной работы получить оборудование, котороебудет соответствовать в полном объеме их требованиям. Инженер долженобеспечивать те параметры теплообмена в биоткани, которые удовлетворят27всех участников процесса разработки криомедицинского оборудования.

В связис этим несоответствием лечебные криометоды пока не изучаются вмедицинских учебных заведениях в рамках традиционных курсов. Их частосчитают, особенно криохирургию, направлением, где много неясного, а потомуделают выбор в пользу других терапевтических подходов.Следует отметить, что процесс охлаждения биоткани имеет непрерывныйхарактер, в отличие от, например, процесса нагрева с использованием лазера,имеющего импульсный характер. Этим криовоздействие принципиальноотличается от гипертермического (ультразвукового, лазерного или СВЧнагрева) [23]. Последнее основано на объемном поглощении акустического илиэлектромагнитного сигнала. Охлаждение тканей возможно только черезповерхность,поэтомунеизбежнапространственнаянеоднородностьтемпературы и скорости ее изменения в тканях, т.е. различная локальнаятепловая история клеток.

Интенсивность данного процесса напрямую зависитот разности температур между биотканью и оборудованием и постепеннопадает при ее уменьшении. В связи с непрерывностью и непостоянствомданного процесса обеспечение его дозирования как во времени, так иинтегральное, сопряжено с рядом трудностей.Также, исходя из принципа «не навреди», обеспечение дозирования прикриометодах осуществляется с запасом в сторону безопасности, что не всегдасопутствует оптимальным параметрам для самого криометода.В разделе 1.2.1 рассматривается проблема обеспечения заданногодозирования при проведении криовоздействия.

Отмечено, что существуетпотребность повысить степень согласованности в работе всех специалистов,связанных с созданием и эксплуатацией криомедицинского оборудования. Дляинженеров в частности с целью повышения точности обеспечения дозированиясуществуетпотребностьванализекачествареализациикриометодов,прогнозировании результатов в конкретном случае, а также контроле процессакриовоздействия. Недостатки методов обеспечения дозирования воздействиясдерживают развитие криомедицины.

При этом имеется возможность повысить28его точность, но для достижения этого результата необходимы простые ипонятные индикаторы качества проведения процедуры и общее повышениестепени автоматизации процесса.1.2.2. Имеющиеся подходы к обеспечению дозирования медицинскихкриометодовДозирование охлаждения необходимо обеспечивать с определеннойзаданной точностью. Для этого имеются различные подходы. Среди нихвозможно выделить применение методических рекомендаций для конкретнойреализациикриометода,применениедатчиковтемпературывовремявоздействия (обратная связь для контроля и регулирования) и теплофизическоепрогнозирование (планирование) хода воздействия при конкретной егореализации с помощью моделирования.Методические рекомендации широко применяются в медицинскойпрактике. Для решения задач планирования также существуют вариантыприменения номограмм [26].

Само планирование (как и контроль) обеспечениядозирования с их помощью часто основывается на простом отсчете временивоздействия, что само по себе накладывает значительную погрешность. Примертакой погрешности имеет место в методиках использования криосаун. Длялюдей разной комплекции методические рекомендации предлагают дозироватьодинаковое время прохождения процедуры, без связи с температурой кожи, чтозначительно снижает эффективность процедуры, а иногда и безопасность.Контроль имеет преимущественно визуальный характер и основан на внешнихфакторах, вызванных получаемыми эффектами (гиперемия, фазовый переход,спазм сосудов). Сами методические рекомендации часто выработаны на основеличного опыта практикующих специалистов.

Такие методики просты ипонятны для оператора. Однако применение методических рекомендаций безсредств автоматизации ограничивает точность и значительно упрощаетметодики, что не позволяет добиваться высокой эффективности воздействия.29Приэтомостаетсязначительныйпотенциалдляразвитияметодиккриомедицины.Общаяпроблемасовременнойкриомедицинскойтехники–неконтролируемый теплообмен во времени криовоздействия. Для контролянеобходимо иметь данные о температуре биоткани. Разрабатываются методикис использованием обратной связи по температуре биоткани («computer feedbackcooling systems»). Так автоматическая обратная связь по температуре,например,имеет примененияв практикеобщейгипотермии[53,54],криохирургии [55]. В данном случае в зависимости от криометода возможноконтролировать температуру только на поверхности биоткани, либо такжевнутри.Особенно необходимо подчеркнуть вопрос применения неинвазивныхтехнологий измерения температуры биоткани [56,57].