Патент недели: звук, который режет без ножа
При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы ввели на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.
Патент: RU 2589649
Патентообладатель: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Авторы: Леонид Гаврилов; Вера Хохлова; Олег Сапожников.
В большинстве известных медицинских инструментов, с помощью которых ультразвуком разрушается пораженная ткань, используются два основных способа излучения. Это либо так называемые одиночные излучатели — их как раз можно использовать для органов, которые не прикрыты костной тканью; либо многоэлементные фазированные решетки, позволяющие с помощью электроники перемещать фокус в пространстве от центра кривизны решетки вдоль и поперек оси ультразвукового пучка. Проблема в том, что на пути к пораженным органам ультразвук проходит через сильно поглощающие ткани, что пагубно сказывается на его интенсивности.
Затухание энергии может оказаться столь значительным, что «силы» пучка ультразвука уже не хватит на разрушение опухоли: все будет потрачено на то, чтобы пройти сквозь здоровые ткани высокой плотности и костные «препятствия». Простым повышением мощности пучка проблему не решить, у приборов имеются физические ограничения по предельно допустимой интенсивности. Расширением площади решетки тоже: это усложняет фокусировку пучка, а также делает систему более громоздкой. Размеры прибора в свою очередь влияют на расстояние между пациентом и источником излучения. Чем прибор-изулчатель больше, тем сложнее добиться его мобильности и плотности контакта.
Поэтому, едва ли не единственным резервом для повышения интенсивности в области фокуса и обеспечения амплитудно-зависимых нелинейных режимов становится плотное расположение излучающих элементов на поверхности решетки, поскольку интенсивность в фокусе связана квадратичной зависимостью со степенью заполнения решетки. Одновременно, по пути к пораженным тканям, на которые должен приходиться пик воздействия, необходимо обезопасить здоровые органы на пути ультразвукового пучка. В выданном патенте описано несколько подобных устройств, с помощью которых ученые пытались решить эту задачу, но, как отмечают авторы изобретения, «недостатком всех конструкций является то, что они предполагают низкую степень заполнения решеток и, таким образом, не предусматривают воздействия на ткани, расположенные за сильно поглощающими тканями».
Чтобы решить проблему, ученые предлагают использовать для неинвазивного разрушения ткани устройство, представляющее собой фазированную решетку с непериодическим (рандомизированным) расположением излучающих элементов и центральным отверстием для установки датчика для контроля очага воздействия, в которой непериодическое расположение элементов обеспечивается размещением их по спирали. При этом размер элементов выбран из расчета не более 4 длин волн излучаемого ультразвука с заполнением элементами не менее 85% площади активной поверхности решетки с заполнением элементами не менее 85% площади активной поверхности решетки.
Еще один способ разрушения опухолей с помощью устройства использующего подобный принцип — воздействие импульсами фокусированного ультразвука в частотном диапазоне 0.2−3 МГц, генерируемыми фазированной решеткой с интенсивностью, обеспечивающей образование ударных фронтов с амплитудой 50−150 Мпа. Электронное перемещение фокуса в данном случае дает угловое отклонение пучка от оси решетки в пределах не менее чем ±8°, допуская при предельных перемещениях снижение интенсивности не более чем на 50%, а значит — сохраняет возможность разрушения болезненных элементов без прямого хирургического вмешательства.
Изучить подробности изобретения можно в выданном патенте.