Диссертация (1026302), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В качестве хладагентов применяются:жидкий азот, закись азота и аргон высокого давления (Таблица 5).Таблица 5.Стационарные аппараты№1НазваниеКрио -01«Еламед»ХладагентЖидкий азотМетодСтранавоздействияпроизводстваПоверхностноеРоссияконтактное илиоросительноеохлаждение35Таблица 5 (продолжение)№2НазваниеМКСХладагентЖидкий азотМетодСтранавоздействияпроизводстваПенетрационноеРоссияконтактноеохлаждение3Cryo SЗакись азотаПоверхностноеиликонтактноеуглекислыйохлаждениеПольшагаз4D.O.R.C.Закись азотаПоверхностноеCryoStar 1500-IIIиликонтактноеуглекислыйохлаждениеГолландиягаз5Erbokryo CAЗакись азотаПоверхностноеиликонтактноеуглекислыйохлаждениеГерманиягаз6IceSense3Жидкий азотПенетрационноеСШАконтактноеохлаждение7Cryocare CSГазообразныйПенетрационноеаргонконтактноевысокогоохлаждениеСШАдавления8Galil SeedNetГазообразныйПенетрационноеаргонконтактноевысокогоохлаждениедавленияИзраиль36Такиеаппаратыотличаютсявозможностьюпродолжительноговоздействия на целевые участки.В Российской Федерации в основном применяются технологии азотнойкриохирургии.
Имеется единичный пример малоинвазивного пенетрационногоинструмента в составе установки МКС – медицинская криотерапевтическаяустановка, работающей на жидком азоте. Производителем не приводитсямощность охлаждения данного аппарата [32-34].Используютсянекоторыеобразцызарубежногооборудования.Внедряются технологии многозондового низкотемпературного воздействия,которые в первую очередь используются в урологии [32,35].
Такоеоборудование для малоинвазивного доступа имеет криозонды малого диаметра(не больше 1,5 мм). Например, аппарат Galil SeedNet (Рисунок 1.5) в основномиспользуется для хирургии рака предстательной железы и почек, также в РФимеется опыт проведения криохирургических операций на молочной железе.В состав установки входит группа различных по мощности криозондов,которые врач расставляет в целевую зону, основываясь на изображении,получаемом от трансректального ультразвукового исследования (ТРУЗИ),на собственный опыт и рекомендации завода-изготовителя.Такие установки перспективны для операций на внутренних органах,где требуется пенетрационный доступ. Данная технология еще не достигланасыщения и требует проведения широкого спектра исследовательских работдля совершенствования метода.Среди представленного оборудования лишь некоторые образцы имеютобратную связь по температуре биоткани, то есть имеют возможность хотя бычастично контролировать процесс дозирования криовоздействия.
Следуетподчеркнуть, что одним из основных векторов развития криохирургиив настоящее время является сопровождение процесса операции в режимереального времени по изображению, получаемому с помощью методовмедицинской визуализации [74,90]. Подобные технологии уже находятприменение в практике. Наиболее продвинутыми в этом направлении сегодня37являютсятехнологиимногозондовоймалоинвазивнойкриохирургиипредстательной железы. Процесс контроля температуры в области воздействияосуществляется с помощью ТРУЗИ, показывающего зону образования твердойфазы. В наиболее важных точках ставятся термопары, заключенные в корпус,аналогичный криозондам (диаметром 1,5 мм). Как УЗИ, так и термопарыне дают возможности контролировать температуру в каждой точке целевойобласти.
Это может привести к недостижению температуры некроза в нужноморгане или ткани, а также повреждению здоровой окружающей области.Рисунок 1.5. Криоаппарат Galil SeedNetС точки зрения актуальности развития криохирургических методовнельзя не обратить внимание на стоимость операций. Стоимость такихопераций сегодня сильно зависит от применяемого оборудования.
Импортноеоборудование и одноразовые комплектующие могут значительно повышатьстоимость операции. Однако, за рубежом, где применение дорогостоящегооборудования более обширно, это влияние заметно меньше. Отечественныеобразцы, к сожалению, обычно уже морально устарели и при этом ввиду38единичного производства также имеют относительно высокую стоимость.Эти факторы сдерживают развитие криохирургии. Современные хирургическиеметоды, использующие робот-ассистированные системы, физические факторы,смогут полноценно конкурировать с традиционными в том случае, еслистоимость оборудования и его технической поддержки не будет значительновлиять на стоимость операций, внедрение методик на местах не будетпредставлятьизсебядлительныйпроцесс,асамиметодикибудутрекомендованы как в России, так и за рубежом в качестве методик выбора.Снижение стоимости применения криохирургических методов является однимиз главных факторов для развития криохирургии сегодня.В данном разделе проведен анализ основных типов криохирургическогооборудования, а также их особенностей.
Следует отметить, что у большинствааппаратов отсутствует какое-либо оборудование для контроля температурыв целевой области, в некоторых есть попытки реализации данной опции, но нетполноценного модуля прогнозирования и контроля ни в одной установке.1.4 Анализ подходов к исследованию процессов теплообмена в биотканипри низкотемпературном воздействииРяд научных групп занимались и занимаются задачами исследованиятеплообмена в биологической ткани, происходящими при низкотемпературномвоздействии на нее. Все подходы к исследованию данных процессов можноразделитьнатеоретические,экспериментальные,теоретическо-экспериментальные, в которых проводится экспериментальная проверкарасчетныхмоделейиклиническиеисследования-наблюдения.Экспериментальные методы можно разделить на опыты на животных in vivo,опыты на биологическом материале in vitro, а также экспериментына модельных средах, таких как желатиновый гель или агар-агар.Теоретическоес использованиемисследованиематематическогопредставляетизмоделирования.себяДляисследованиемоделирования39теплообмена при низкотемпературном воздействии на биоткань необходимыследующие составляющие: математическая модель процесса – математическиеуравнения, метод решения данной модели и перечень исходных числовыхзначений параметров, входящих в модель.Проблема исследования температурных полей при низкотемпературномвоздействии на биоткань представляет из себя задачу Стефана.
В конце XIX в.австрийский физик и математик Йозеф Стефан представил класс задач,посвященных формированию фаз льда. Впоследствии задачи с подвижнымимежфазными границами стали называть задачами Стефана [36]. В настоящеевремя под задачей Стефана понимают класс математических моделей,описывающих тепловые, диффузионные или термодиффузионные процессы,сопровождающиеся фазовыми превращениями с поглощением или выделениемскрытой теплоты [37]. То есть это задача, возникающая при исследованиифизических процессов, связанных с фазовым превращением веществ, в которойставятся вопросы нахождения температурного распределения и законадвижения границы фаз.Задачи с фазовым переходом имеют ограниченное число аналитическихрешений.Большинство доступныхвлитературерешений применимыдля простых и идеализированных одномерных систем.
Разрабатываютсяразличные приближенные методы, которые можно разделить на 2 класса:приближенно-аналитические и численные методы.Лейбензон Л.С. [38] разработал метод, в котором предполагается,что распределение температур в замерзшей и незамерзшей зонах близкок квазистационарному,посколькуизменениевнутреннейэнергиизамораживаемого тела, происходящее в результате изменения температуры,очень мало по сравнению с изменением внутренней энергии, происходящейв результате фазового перехода.
Улучшение таких методов происходит,в основном за счет уточнения ожидаемого температурного профиля замерзшейи незамерзшей зон.Cooper T.E. и соавторы привели приближенное аналитическое решение,40предположив, что теплоемкость жидкой и твердой фазы пренебрежительномалы по сравнению со скрытой теплотой фазового перехода [112].Это позволило определить квазистационарное распределение температур,однако отсутствует обоснование правильности этого предположения.Рубински и соавторы привели аналитическое решение с учетомтеплоемкости, теплоты от кровотока и метаболизма.
Решение найдено так,чтобыскоростьохлаждениянаграницеразделабылапостояннойи предвидимой, что по мнению автора является физиологическим требованиемдля регулирования скорости деструкции. Однако, это решение дано дляодномерного случая, кроме того решение предполагает изменение температурыво времени по вполне определенному закону, что достижимо не во всехкриоаппаратах, и осуществление этого представляет большую сложность.Отсюда следует, что практическое применение данного метода решениязатруднительно [39].Rabin и Shitzer привели аналитическое решение одномерной обратнойзадачи Стефана в биологической ткани с постоянной скоростью охлажденияна фронтезамораживания[113].ОбратнаязадачаСтефанасостоитв нахождении закона изменения граничных условий или коэффициентовуравнения по заданному закону движения границы и температурномураспределению.Общие недостатки приближенно-аналитических методов: сложностьрешения многомерных задач, невысокая точность получаемых результатов,трудность оценки погрешности.
Среди достоинств – простота получаемыхзависимостей и возможность прямого анализа решений.Для более точного расчета применяются численные методы, которыхдостаточно много [37,40-44]. Дифференциальная задача заменяется системойалгебраических уравнений, которые решаются специальными методами.Следовательно, необходимо три элемента для моделирования теплообмена принизкотемпературном воздействии на биоткань. Первое – это математическаямодель процесса, представляющая из себя дифференциальные уравнения41в частныхпроизводных.Второечисленный–метод,позволяющийтрансформировать модель в численную схему решения. Третье – переченьчисловых значений всех параметров, входящих в модель.Hayes и соавторы предложили одномерную конечно-элементную модельзамораживанияводногорастворавцилиндрическомконтейнере[93].Задавались различные параметры охлаждения – температуры выдержки,скоростьохлаждения.Навыходеполучалисьграфикизависимоститемпературы от времени, скорости изменения температуры, а также процентвыживаемостиклеток.Даннаямодельпоказала,чтотемпературараспространяется неравномерно, следовательно, скорости охлаждения –неравномерны.
Теплофизические свойства принимались постоянными длятвердой и жидкой фазы, верификации результатов проведено не было.Rabin и соавторы предложили комбинированный метод решенияобратной задачи Стефана в полубесконечной среде. В замороженной зонереализуется интегральная методика применимо к уравнению тепловогобаланса. В незамороженной зоне используется численная модифицированнаясхема Кранка-Никольсона для нахождения температурного распределения.Такая схема основана на методе энтальпии, о котором сказано ниже, а такжевключает теплопритоки от метаболизма и кровотока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
