RU2733473C1 - Система и способ для регенерации костных или мягких тканей с помощью температурного и импульсного воздействия - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области медицинской техники. Техническим результатом является повышение эффективности и скорости регенерации биологических тканей пораженного участка. Система для регенерации костных или мягких тканей содержит по меньшей мере один модулятор регенерации, фиксирующийся на части тела в области дефекта или его проекции, причем упомянутый модулятор выполняется в виде каркаса, выполненного в виде терморегулирующих элементов, проводящих охлаждающую и согревающую жидкости, на котором расположены по меньшей мере два электрода, причем модулятор подключен к внешнему управляющему устройству, обеспечивающему генерацию импульсов переменного тока в диапазоне частот 200 Гц - 100 кГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, и циркуляцию охлаждающей и согревающей жидкости по упомянутым терморегулирующим элементам. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Заявленное техническое решение относится к области медицины, в частности к системе и способу для регенерации костных или мягких тканей с помощью температурного и импульсного воздействия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Из существующего уровня техники широко известно эффективное применение гипо- и гипертермии при раневом и иных патологических процессах. Данный факт является доказанным и имеет конкретные механизмы, которые отражены во многих литературных источниках (см., например, Scott F. Nadler, DO, FACSM, Kurt Weingand, PhD, DVM, and Roger J. Kruse, MD The Physiologic Basis and Clinical Applications of Cryotherapy and Thermotherapy for the Pain Practitioner 2004;7;395-399).

[3] В данной статье указывается тот факт, что применение гипо- и гипертермии способны:

- снижать боль

-снижать спазм ассоциированных мышц.

Однако, стоит заметить, что гипо- и гипертермия может применяться в различных клинических случаях. Так в статье «Postgrad Med. 2015 Jan;127(1):57-65. Epub 2014 Dec 15. Mechanisms and efficacy of heat and cold therapies for musculoskeletal injury. Malanga GA1, Yan N, Stark J.» Приводится схема физиологического эффекта гипо - и гипертермии на ткани при наличии воспалительного процесса.

[4] Известны также подходы для осуществления компрессионной терапии при отеках. Согласно статье «В.Ю. БОГАЧЕВ, Б.В. БОЛДИН, С.В. РОДИОНОВ ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, Москва КОМПРЕССИОННАЯ ТЕРАПИЯ ХРОНИЧЕСКИХ ОТЕКОВ КОНЕЧНОСТЕЙ; https://doi.org/10.21518/1995-1477-2018-3-4-28-35» компрессионная терапия позволяет достаточно быстро эвакуировать из интерстициального пространства жидкость и часть низкомолекулярных протеинов. При этом увеличение концентрации резидуальных крупномолекулярных белков приводит к резкому возрастанию онкотического давления в паравазальном пространстве и, как следствие, к быстрому рецидиву отека. Таким образом, только длительная и модифицируемая компрессионная терапия обеспечивает протеолиз и выведение всей белковой массы из интерстиция. Для проведения компрессионной терапии могут быть использованы различные виды бандажей, трикотажа и механических устройств. Из вышесказанного следует, что применение компрессионного компонента способствует уменьшению воспалительного отека.

[5] В части электрического воздействия на пораженную область, известны исследования в которых проводились различные эксперименты по подбору требуемых импульсов для костной регенерации или мягких тканей. Согласно исследованию «Investigation of Electrical Stimulation Effect on Intracellular Calcium Dynamics Using Locally Uniform Mesh Refinement Mohammad Omid Oftadeh; doi: https://doi.org/10.1101/267294» понижение частоты переменного тока прямопропорционально влияет на долгосрочное открытие кальциевых ионных каналов, опосредованных с регенерацией костной ткани.

[6] Стимуляция переменным током с частотой 1 Гц приводит к повышению вероятности долгосрочного открытия ионных каналов кальция, что ускоряет регенерацию костной ткани. Так, например, в статье «J Bone Miner Res. 2002 Oct;17(10):1795-800. L-type calcium channels mediate mechanically induced bone formation in vivo. Li J1, Duncan RL, Burr DB, Turner CH.» приводятся аргументы в пользу того, что открытие L-type кальциевых ионных каналов, чувствительных к электрическому напряжению, приводит к запуску сигнального каскада, способствующего формированию костных структур.

[7] Стимуляция низкочастотным током имеет несколько менее эффективное действие и приблизительно сопоставима со стимуляцией постоянным током с точки зрения эффекта, однако применение постоянного тока затруднено при неинвазивном применении технологии, т.к. постоянный ток значительно повышает сопротивление биологических тканей за счет повышения реактивного сопротивления тканей, лишая тем самым электромагнитные импульсы возможности влиять на таргетные объекты.

[8] В работе «А. М. Анненков, А.В. Волков, О. И. Грибков. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА» приводится электрическая схема, которая указывает на то, что в ней содержатся элементы цепи, обладающие активным сопротивлением (соответствует резисторам) и реактивным сопротивлением (соответствует конденсаторам). Этот же принцип применим к биологическим тканям организма.

[9] Из формула расчёта биоимпеданса биологических известно, что

Биоимпеданс тканей имеет обратную зависимость с частотой переменного тока, и при постоянном токе достигнет наибольших значений. Поэтому применение постоянного тока не всегда целесообразно, несмотря на его вероятные преимущества в аспекте организации костной ткани.

[10] В статье «Investigation of Electrical Stimulation Effect on Intracellular Calcium Dynamics Using Locally Uniform Mesh Refinement Mohammad Omid Oftadeh doi: https://doi.org/10.1101/267294» приводятся результаты тестирования различных низких частот переменного тока. Из статьи видно, что понижение частоты переменного тока прямопропорционально влияет на долгосрочное открытие кальциевых ионных каналов, опосредованных с регенерацией костной ткани.

[11] В исследовании «Lohmann, C.H., Schwartz, Z., Liu, Y., Li, Z., Simon, B.J., Sylvia, V.L., Dean, D.D., Bonewald, L.F., J Orthop Res 21, 326, 2003.» при 15 Hz - Повышается активность ALP, экспрессия TGF-b1 и простагландина E2, в то время как остеокальцин или количество клеток остались без изменений.

[12] В исследовании «Hartig, M., Joos, U., and Wiesmann, H.P. Capacitively coupled electric fields accelerate proliferation of osteoblast-like primary cells and increase bone extracellular matrix formation in vitro. Eur Biophys J 29, 499, 2000» при 16 Hz - Значительное увеличение пролиферации клеток в колонии и провоцирование секреции ECM связанного белка.

[13] В исследовании «McLeod, K.J., Donahue, H.J., Levin, P.E., Fontaine, M.A., and Rubin, C.T. Electric fields modulate bone cell function in a density-dependent manner. J Bone Miner Res 1, 977, 1993» Частота тока 30Hz - Экспозиция ограничивала нормальное увеличение числа клеток, в то время как повышенная ALP повышалось. Эффекты зависели от плотности расположения клеток.

[14] В исследовании Kim, I.S., Song, J.K., Song, Y.M, Lee, T.H., Cho, T.H., Lim, S.S., Pan, H., Kim, S.J., and Hwang, S.J. Novel action of biphasic electric current in vitro osteogenesis of human bone marrow mesenchymal stromal cells coupled with VEGF production. Bone 43, S43, 2008.. При воздействии тока 100 Hz - Пролиферация клеток увеличилась на 57%. Отсутсвовало увеличение дифференцировки остеобластов. Стимуляция индуцировала экспрессию VEGF.

[15] В исследовании Kim, I.S., Song, J.K., Zhang, Y.L., Lee, T.H., Cho, T.H., Song, Y.M., Kim, D.K., Kim, S.J., and Hwang, S.J. Biphasic electric current stimulates proliferation and induces VEGF production in osteoblasts. Biochim Biophys Acta 1763, 907, 2006 Ток частотой 3000 Hz приводил к - Более высокой пролиферации в непрерывно стимулируемых образцах. Без изменений в ALP, остеопонтин, коллаген . Уровни I у BMP-2, -4, IGF-2 и TGF-b1.

[16] В исследовании «Zhuang, H., Wang, W., Seldes, R.M., Tahernia, A.D., Fan, H., and Brighton, C.T. Electrical stimulation induces the level of TGF-b1 mRNA in osteoblastic cells by a mechanism involving calcium/calmodulin» 60 kHz - Стимуляция усиливала пролиферацию клеток и повышала уровни TGF-b1.

[17] Во всех приведенных выше исследованиях применены токи низкой, средней, высокой частоты, каждый из которых может быть применим в случае костной регенерации.

[18] Существует несколько видов поляризации биологических структур в зависимости от частоты переменного тока. Процесс перемещения связанных зарядов под действием электрического поля и образование ЭДС, направленной против внешнего поля, называется поляризацией.

[19] Биологические ткани обладают несколькими видами поляризации:

1) Электронная;

2) Ионная;

3) Дипольная (ориентационная);

4) Макроструктурная;

5) Поверхностная;

[20] Электронная поляризация представляет собой смещение электронов на своих орбитах относительно положительно заряженных ядер в атомах и ионах. В результате - атом или ион превращается в индуцированный, наведённый диполь с направлением, противоположным внешнему полю. Время возникновения электронной поляризации после мгновенного наложения поля, называется временем релаксации, равняется 10^-16 - 10^-14 с. Возникающий дипольный момент имеет небольшую величину.

[21] Ионная поляризация - смещение иона относительно узлов кристаллической решётки. Вследствие этого возникает дипольный момент с направлением, противоположным внешнему полю. Время релаксации ионной поляризации 10^-14 - 10^-12 с.

[22] Дипольная (ориентационная) поляризация. Если вещество содержит полярные молекулы и эти молекулы свободны, то под действием внешнего поля они ориентируются в соответствии с этим полем.

[23] Макроструктурная поляризация возникает под действием электрического поля вследствие неоднородности электрических свойств вещества. Для её возникновения необходимо наличие слоёв с различной электропроводностью. Под действием поля свободные ионы и электроны, содержащиеся в проводящих субстанциях, перемещаются в пределах каждого включения до границы проводящего слоя. Дальнейшее перемещение свободных зарядов невозможно из-за низкой проводимости соседних слоёв. В результате этого включения проводящее включение приобретает дипольный момент и ведёт себя подобно гигантской поляризационной молекуле.

[24] Время релаксации макроструктурной поляризации 10^-8 - 10^-3 с.

[25] Биообъекты представляют собой гетерогенные структуры. Гетерогенность тканей обусловлена наличием мембран. К ним относятся клеточные мембраны и мембраны, окружающие клеточные органоиды и образующие эндоплазматическую сеть. Если цитоплазма обладает малым сопротивлением из-за наличия большого количества свободных ионов, то мембраны, наоборот, - большим (1000 Ом/см2) в результате их малой проницаемости для ионов.

[26] Макроструктурная поляризация происходит во всём объёме клеток, а не только на клеточной мембране, т.к. гетерогенность структуры имеется во всём объёме клеток. За счёт макроструктурной поляризации, которая играет основную роль в биологических объектах, диэлектрическая проницаемость тканей, измеренная в постоянном электрическом поле, достигает очень больших величин - нескольких миллионов.

[27] Поверхностная поляризация - происходит на поверхностях, имеющих двойной электрический слой. При наложении внешнего поля происходит перераспределение ионов диффузионной части двойного электрического слоя: частицы дисперсной фазы смещаются в одну сторону, а ионы диффузионного слоя в другую. В результате частицы дисперсной фазы с противоионами диффузионного слоя превращаются в наведенные диполи. Время релаксации поверхностной поляризации лежит в пределах от 10^-3 до 1с. Схематически виды поляризации представлены на Фиг. 1.

[28] Таким образом, различные частоты переменного электрического тока влияют на различные биологические структуры, следовательно, становится целесообразным применение импульсов, комбинирующих в себе свойства различных частот.

[29] Существующие решения не позволяют реализовать устройство и принцип его применения для эффективной регенерации костной и мягких тканей с помощью использования как термического (гипо- и гипертермического), так и импульсного воздействия на пораженный участок.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[30] Заявленное техническое решение направлено на решение существующей технической проблемы, заключающейся в создании нового и эффективного устройства для регенерации костных и мягких тканей с помощью неинвазивного комбинированного воздействия.

[31] Техническим результатом является повышение эффективности и скорости регенерации биологических тканей пораженного участка.

[32] В предпочтительном варианте осуществления изобретения представлена система для регенерации костных или мягких тканей, содержащая по меньшей мере один модулятор регенерации, фиксирующийся на части тела в области дефекта или его проекции, причем упомянутый модулятор выполняется в виде каркаса, выполненного в виде терморегулирующих элементов, проводящих охлаждающую и согревающую жидкости, на котором расположены по меньшей мере два электрода, причем модулятор подключен к внешнему управляющему устройству, обеспечивающему генерацию импульсов переменного тока в диапазоне частот 200 Гц - 100 КГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, и циркуляцию охлаждающей и согревающей жидкости по упомянутым терморегулирующим элементам.

[33] В одном из частных вариантов осуществления системы, терморегулирующие элементы выполняется в виде трубок, обеспечивающих циркуляцию согревающей и охлаждающей жидкостей.

[34] В другом частном варианте осуществления системы, каркас модулятора регенерации выполняется эластичным или жестким.

[35] В другом частном варианте осуществления системы, каркас выполняется из полимерных материалов.

[36] В другом частном варианте осуществления системы, каркас содержит средства крепления под электроды.

[37] В другом частном варианте осуществления системы, каркас выполняется в виде лицевой маски или бандажа.

[38] В другом частном варианте осуществления системы, паузы между генерациями импульсов лежат в диапазоне от 10 секунд до 0.005 сек.

[39] В другом частном варианте осуществления системы, период подаваемого тока равен или больше времени пауз.

[40] В другом частном варианте осуществления системы, электроды модулятора соединены посредством проводной связи с внешним управляющим устройством.

[41] В другом частном варианте осуществления системы, электроды дополнительно содержат генератор импульсов и приемопередатчик, обеспечивающий беспроводной канал передачи данных.

[42] В другом частном варианте осуществления системы, генератор импульсов выполнен с возможностью синхронизации с частотой и последовательностью импульсов, формируемых внешним управляющим устройством, с помощью обмена сигналами с помощью приемопередатчика по беспроводному каналу передачи данных.

[43] В другом частном варианте осуществления системы, приемопередатчик представляет собой Bluetooth или BLE модуль.

[44] В другом частном варианте осуществления системы, электроды выполняются подвижными на каркасе.

[45] В другом частном варианте осуществления системы, каркас дополнительно содержит тканевую основу, к которой крепятся терморегулирующие элементы.

[46] В другом частном варианте осуществления системы, модулятор выполняется в виде пластыря.

[47] Заявленный технический результат также достигается за счет способа регенерации костных или мягких тканей с помощью вышеописанной системы по любому из примеров ее осуществления, который включает в себя размещение модулятора регенерации в зоне дефекта, оказание импульсного воздействия в упомянутой зоне дефекта переменным током в диапазоне частот 200 Гц - 100 КГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, и обеспечение термического воздействия в зоне размещения модулятора за счет циркуляции охлаждающей и согревающей жидкости в системе термического воздействия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[48] Фиг. 1 иллюстрирует примеры модуляций.

[49] Фиг. 2 иллюстрирует график зависимости модуляций.

[50] Фиг. 3 - Фиг. 4 иллюстрируют пример конструкции модулятора с расположением электродов на каркасе в виде терморегулирующих элементов.

[51] Фиг. 5 иллюстрирует пример модулятора с каркасом в виде дополнительного полотна.

[52] Фиг. 6 иллюстрирует пример модулятора с беспроводной связью с управляющим устройством.

[53] Фиг. 7 иллюстрирует график зависимости частоты электрического тока от сопротивления биологических тканей.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[54] При изучении зависимости диэлектрической проницаемости биологических тканей от частоты переменного тока, была установлена следующая закономерность, представленная на графике Фиг. 2, на котором - α, β, γ соответствуют различным зонам дисперсии.

[55] С увеличением частоты

уменьшается, образуя три зоны дисперсии - α, β, и γ.

[56] α -дисперсия - область низких частот звукового диапазона до 1 кГц. Уменьшение диэлектрической проницаемости биологических систем обусловлено уменьшением поляризации поверхности клеток, т.к. сопротивление клеток для токов низкой частоты велико и высотное сопротивление будет представлено сопротивлениями электролитов Ri и RМ, т.е. при ВЧ сопротивление биологических объектов является показателем содержания в них свободных ионов.

[57] β - дисперсия при частотах 103 - 107Гц. Наиболее полно электрические свойства биологических объектов в области b - дисперсии описываются теорией макроструктурной поляризации. Согласно этой теории, ёмкость и проводимость биологических объектов в данной области частот определяется гетерогенностью структуры - наличием мембран.

[58] γ - дисперсия на частоте >1000 МГц. Уменьшение диэлектрической проницаемости в данном диапазоне обусловлено ослаблением эффекта поляризации, вызываемой диполями воды, γ - дисперсия зависит от содержания свободной воды в биологических тканях.

[59] Поляризация белковых и других органических молекул, обладающая дипольным моментами. Дисперсия на частотах в несколько МГц. Поляризация гидратных оболочек макромолекул (связанной воды). Частота (100 - 1000) МГц. Поляризация связанных групп макромолекул. Частота (100 - 1000) МГц.

[60] Общая картина частотной зависимости электрических параметров сохраняется для всех тканей, что обусловлено единством структуры и химического состава клеток. Индивидуальные особенности (размеры и форма клеток, величина их проницаемости, содержание свободных ионов в клетках, содержание свободной воды) объектов обуславливают характер частотной зависимости.

[61] В заявленном решении предлагается использовать переменный ток в диапазоне от 201 Гц до 100 000 Гц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, то есть время паузы может лежать в диапазоне 0.1 Гц до 200 Гц или от 10 секунд до 0.005 сек. При этом, период подаваемого тока будет равен или будет больше времени пауз.

[62] На Фиг. 3 представлен пример осуществления заявленной системы (100) для регенерации костных и мягких тканей. Система (100) содержит модулятор регенерации (110), который осуществляется оказание основного воздействия в зоне дефекта. Модулятор (110) содержит каркас, выполненный в виде терморегулирующих элементов (111), проводящих охлаждающую и согревающую жидкости. В частном примере реализации терморегулирующий элемент или несколько элементов представляет собой трубки. Трубки (111) могут иметь любую размер и форму, обеспечивающие адекватную циркуляцию жидкости а также ее теплообмен с тканями человека. Трубки (111) могут иметь несколько входов для подачи жидкости, причем по одним трубкам (111) может циркулировать охлаждающая жидкость, и одновременно с этим по другим трубкам (111), имеющим иной вход, может циркулировать согревающая жидкость.

[63] Помимо этого, в данном решении предусматриваются охлаждающие и/или согревающие термоэлектрические модули (в некоторых вариантах реализации термоэлементы), а также любые другие способы терморегуляции поверхности кожи или слизистой оболочки при помощи химических реагентов, материалов под воздействием электрического тока, или физических свойств теплопроводящих материалов. Также, термоэлементы (111) в виде трубок или иных других теплопроводящих материалов могут быть разбиты на сектора (любой формы, например, эллипсы, многоугольники) с автономным нагревающим или охлаждающим элементом, таким образом чтобы обеспечивался одновременный автономный нагрев и/или охлаждение отдельных секций термоэлементов (111) на регенерационном полотне (110). Управление терморегуляцией секций может осуществляться оператором устройства через внешнее устройство 150 (модуль управления).

[64] В некоторых вариантах реализации управление секциями осуществляется посредством выбора предустановленных настроек, которые могут быть загружаться из, например, базы данных или вносится оператором непосредственно на устройстве. При этом для каждой секции может задаваться свой температурный режим и время поддержания температуры.

[65] Электроды могут представлять собой патчи, покрытые токопроводящим материалом (гель, влажная целлюлоза), металл, и любые другие элементы уместные для проведения электрического тока к телу человека.

[66] На каркасе из трубок (111) располагаются электроды (112, 113), которые могут крепиться к трубкам (111), например, с помощью адгезивного материала, фиксаторов и другого типа элементов крепления. Принцип крепления электродов (112, 113) может также предполагать их перемещение на каркасе для обеспечения регулирования их положения в области дефекта. В данном случае увеличится эффективность теплообмена между тканями тела человека и терморегулирующими элементами (111) модулятора (110), т.к. теплопроводность воздуха меньше теплопроводности возможных конструкционных материалов.

[67] На Фиг. 4 представлен пример выполнения каркаса в виде лицевой маски. В данном примере модулятор (110) представляет собой пространственную геометрическую форму, пригодную для надевания или ношения при травмах лицевых костей и профилактики получаемых травм.

[68] Каркас модулятора (110) может изготавливаться в виде, например, бандажа или медицинского патча, пригодного для фиксации, например, за счет компрессионной фиксации на требуемой части тела.

[69] Каркас может выполняться гибким или жестким. Материал для изготовления каркаса, в частности трубок (111), выбирается из группы полимерных материалов. При этом, электроды (112, 113) могут располагаться как равноудаленно от зоны дефекта или его проекции, так и на различном расстоянии от него.

[70] Электроды (112, 113) формируют импульсы заданной частоты с помощью внешнего управляющего устройства (150), с которым они соединяются посредством соответствующего проводного соединения (102, 103). Управляющее устройство (150) обеспечивает циркуляцию охлаждающей и согревающей жидкости по терморегулирующим элементам (111) модулятора (110). В качестве управляющего устройства (150) может выступать компьютер, микроконтроллер STM 32, осциллограф и любой другой тип устройства, способный генерировать заданную последовательность импульсов.

[71] Управляющее устройство (150) подсоединено к внешнему аппарату (не показан), который подключен к трубке (111) модулятора (110) и обеспечивает нагревание\охлаждение жидкости. Для прокачки жидкости через трубки используется насос, находящийся также в упомянутом внешнем устройстве. Прокачка жидкости может быть осуществлена любым способом, при котором создается разность давления на обоих концах трубки (111), например, с помощью насоса, помпы и т.п. Устройство (150) обеспечивает генерирование необходимых импульсов, а также управление перекачиванием и температурой жидкости из подсоединенного внешнего устройства, содержащего, например, емкости с управлением подогрева/охлаждения жидкости, для обеспечения потока в заданный момент времени жидкости с требуемой температурой.

[72] Для охлаждения в области дефекта используется жидкость температурой 15-20 °С, для прогрева температура жидкости по каркасу (111) составляет в диапазоне 38-60 °С.

[73] В частном варианте выполнения модулятора (110) в виде лицевой маски, такая маска может быть изготовлена из сегментов (фрагментов), каждый из которых представляет собой участок модулятора (110), позволяющий формировать заданное температурное и/или импульсное воздействие для каждого сегмента модулятора (110).

[74] Как было указано выше, электроды (112, 113) предназначены для импульсного воздействия на область дефекта для регенерации биологических тканей, при этом воздействие осуществляется переменным током в диапазоне частот 200 Гц - 100 КГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, то есть время паузы может лежать в диапазоне 0.1 Гц до 200 Гц или от 10 секунд до 0.005 сек. При этом период подаваемого тока будет равен или будет больше времени пауз.

[75] На Фиг. 5 представлен пример модулятора (110), в котором каркас из трубок (111) дополнительно размещается на тканевой основе (120), которая может выполняться из различного вида текстильного материала. Тканевая основа (120) может выступать в роли медицинского патча (пластыря), который обеспечивает фиксацию в требуемой зоне воздействия для регенерации биологических тканей. Ткань должна быть биоинертной, не быть токсичной, аллергенной, а также должна обеспечивать механическую фиксацию термоэлементов и/или электродов. Помимо этого, тканевая основа должна осуществлять компрессионный эффект на кожный покров и/или слизистую оболочку человека с целью уменьшения отека.

[76] Механическая ретенция полотна может осуществляться за счёт различного рода застежек, молний, ремней, резиновых ремешков и других фиксирующих элементов. Помимо этого, регенерационное полотно может быть фиксировано за счет адгезивных свойств конструкционных элементов полотна, или не иметь крепежных элементов, удерживаясь на участке теле человека благодаря анатомическим особенностям данной области.

[77] При создании индивидуальной формы модулятора (110) создается/воссоздается 3D модель анатомической области, в которой планируется его применение, на которую будет оказываться воздействие. При этом каркас модулятора (110) может быть напечатан на 3D принтере или Point impression - технологии или изготовлен любым другим способом из любых биоинертных, биосовместимых, нетоксичных пластмасс и материалов, отвечающих конструкционным требованиям регенерационного полотна, а также безвредным для тканей тела человека.

[78] На Фиг. 6 приведен пример системы (100), при котором формирование импульсов заданной частоты и периода осуществляется с помощью беспроводной связи. В данном случае модулятор (110) на каждом из электродов (112, 113) содержит генератор импульсов (1121, 1131) и приемопередатчик (1122, 1132), обеспечивающий беспроводной канал передачи данных, в частности Bluetooth или BLE модуль. Генератор импульсов (1121, 1131) выполнен с возможностью синхронизации с частотой и последовательностью импульсов, формируемых внешним управляющим устройством (150), с помощью обмена сигналами с помощью приемопередатчика (1122, 1132) по беспроводному каналу передачи данных.

[79] Преимущества выбранных параметров импульсов и расположение электродов в области дефекта или его проекции заключается в том, что высокочастотный ток может провоцировать усиление пролиферации остеогенных клеток и повышение уровня TGF-b1. При высокочастотном токе снижается сопротивление биологических тканей.

[80] Из графика на Фиг. 7 видно, что при увеличении частоты электрического тока - снижается сопротивление биологических тканей. Это означает, что при использовании тока средней и высокой частоты - проникающая способность импульсов будет больше, что актуально для решения задачи регенерации костной ткани, т.к. кость располагается под толщей тканей, обладающих высоким сопротивлением. Задержка импульсов в виде паузы косвенно будет иметь эффект низкочастотного тока, поскольку ткани обладают способностью к релаксации, то есть естественному утрачиванию поляризованного состояния.

[81] При осуществлении воздействия на область дефекта с помощью заявленной системы (100), модулятор (110) размещается непосредственно в области дефекта или его проекции (например, в случае перелома или подкожной травмы). Время терапевтической сессии может быть различным, в зависимости от сложности травм и степени воздействия. Временной диапазон осуществления терапевтической сессии, частота подачи импульсов и время пауз выбираются таким образом, чтобы не повредить биологическую ткань при осуществлении термического и импульсного воздействия.

[82] Заявленная система (100) может также обеспечивать режимы работы (воздействия на пациента) уже предварительно установленные для того или иного типа дефекта (заболевания, терапевтической программе и т.п.). Информация о режимах работы может содержаться, например, в памяти компьютерного управляющего устройства (150) или на внешнем устройстве (облачный сервер). Режимы работы могут выбираться оператором или врачом с помощью графического интерфейса устройства (150).

[83] В частности, информация о режимах работы как правило связана с установленными экспериментально режимами работы системы (100) при оказании терапевтического эффекта для того или иного заболевания ил дефекта. Есть несколько видов повреждений тканей: повреждения мягких тканей, повреждения твердых тканей и комбинированные (и мягких и твердых одновременно). Автоматизированный режим работы системы (100) может устанавливаться и запоминаться исходя из типа поврежденной ткани, области необходимого воздействия, установленном времени воздействия, температурных режимах, циклам подачи импульсного воздействия и т.п.

[84] В качестве примера, далее будут приведены несколько возможных режимов работы системы (100) с помощью заложенной программы управления.

[85] Режим работы при повреждении мягких тканей. Ток частотой 75 Кгц с Паузами длительностью 0,01 сек в течение 1 часа. Термическое воздействие: поддержание температуры на термических сегментах воздействия полотна 36-40 градусов Цельсия ( время задается) либо 15-20 40 градусов Цельсия ( время задается)

[86] Режим работы при повреждении твердых тканей. Ток частотой 2 кГц с паузами длительностью 1 с в течение 1 часа. Термическое воздействие: поддержание температуры на термических сегментах воздействия полотна 36-40 градусов Цельсия ( время задается) либо 15-20 40 градусов Цельсия ( время задается).

[87] Далее будут представлены примеры использования заявленного изобретения при осуществлении терапевтических процедур.

[88] Пациентка П. 23 года, произведена двусторонняя сагиттальная остеотомия нижней челюсти. Зубные ряды установлены в ортогнатическое соотношение. Мыщелковые отростки позиционированы в суставной впадине. Костные фрагменты фиксированы титановыми минипластинами и минивинтами. Раны ушиты.

[89] В постоперационном периоде применялась импульсная терапия токами с параметрами ( частота импульсов 5000 Гц с паузами 0.5 сек). Электроды попарно располагали на коже лица в области углов нижней челюсти и в области тела нижний челюсти (в проекции ментального отверстия) таким образом, что костный деффект располагался в проекции зоны между электродами.

[90] Импульсная терапия применялась в течение 1 часа 2 раза в день в течение первых 10 дней после операции. Помимо этого, в первые три дня с момента операции применялась терморегуляция тканей путем циркуляции охлаждающей жидкости в температурном диапазоне 15-20 градусов Цельсия. Данное термическое воздействие применялось в течение 12-ти часов, причем каждый час циркуляция жидкости осуществлялась в течение 50 минут с перерывом 10 минут.

[91] С 7-10-е сутки после операции, что приблизительно соответствует стадии эпителизации и рубцевания мягких тканей, также применялась терморегуляция тканей в течение трех дней. Температурный диапазон жидкости на данном этапе составлял 38-39 градусов Цельсия. Термическое воздействие осуществлялось в течение 15 минут каждого часа, в течение 10 часов за день.

[92] Раны заживали первичным натяжением с номротрофическим рубцом. На рентгенологическом контроле после 45 дней после операции выявлено образование костных мозолей в области деффектов. При повторном рентгенологическом исследовании через 100 дней после операции наблюдалась консолидация костных фрагментов.

[93] Пациентка К., 1968 года рождения.

Диагноз: Ревматоидный полиартрит, серопозитивный, стадия II, активность II, функциональная недостаточность II, хронический синовит левого коленного сустава.

Анамнез: больна 12 лет, 2 года назад появился отек в левом коленном суставе, боли усилились, появилась хромота. В полости сустава постоянно накапливался выпот, что требовало проведение пункции раз в 2-3 недели, объем удаленного выпота 30-55 мл. Пациентка принимает базисную медикаментозную терапию (метотрексат, нимулид). Проводимое лечение не дало положительный эффект.

Жалобы: постоянные боли в левом коленном суставе, и в лучезапястных суставах, усиление болей в раннее утреннее время, отек и резкое ограничение функции левого коленного сустава, утренняя скованность более 60 минут.

Проведен курс локальной глубокой гипотермии (ЛГГ) с использованием аппарата-гипотерма АТГ-01. Измерение температуры кожи в области внутреннего и наружного мыщелков осуществлялось при помощи штатного термодатчика аппарата АТГ-01. Внутрисуставная температура измерялась в проекции верхнего заворота коленного сустава и под коленной чашечкой в области проекции эпифиза большеберцовой кости с помощью РТМ-01-РЭС.

[94] Гипотермию воспроизводили в ручном режиме, измеряя кожную температуру каждые 2-3 минуты, а внутреннюю температуру каждые 5 минут. Для индукции гипотермии на поверхности сустава размещали терморегулирующий элемент закрывающий области заворота, обоих мыщелков и область под коленной чашечкой. Производили охлаждение (включение циркуляции хладоносителя в терморегулирующем элементе, температура хладоносителя минус 5 °С), не допуская понижение температуры кожи ниже 5 °С (прерывание циркуляции хладоносителя). В период терапевтической фазы (3, 4) уровень отведения теплоты (периоды вкл/выкл циркуляции хладоносителя) определяли по данным внутрисуставной температуры.

[95] В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Claims (15)

1. Система для регенерации костных или мягких тканей, содержащая по меньшей мере один модулятор регенерации, фиксирующийся на части тела в области дефекта или его проекции, причем упомянутый модулятор выполняется в виде каркаса, выполненного в виде терморегулирующих элементов, проводящих охлаждающую и согревающую жидкости, на котором расположены по меньшей мере два электрода, причем модулятор подключен к внешнему управляющему устройству, обеспечивающему генерацию импульсов переменного тока в диапазоне частот 200 Гц - 100 кГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, и циркуляцию охлаждающей и согревающей жидкости по упомянутым терморегулирующим элементам.

2. Система по п.1, характеризующаяся тем, что каркас модулятора регенерации выполняется эластичным или жестким.

3. Система по п.2, характеризующаяся тем, что каркас выполняется из полимерных материалов.

4. Система по п.2, характеризующаяся тем, что каркас содержит средства крепления под электроды.

5. Система по п.3, характеризующаяся тем, что каркас выполняется в виде лицевой маски или бандажа.

6. Система по п.1, характеризующаяся тем, что паузы между генерациями импульсов лежат в диапазоне от 10 сек до 0.005 сек.

7. Система по п.6, характеризующаяся тем, что период подаваемого тока равен или больше времени пауз.

8. Система по п.1, характеризующаяся тем, что электроды модулятора соединены посредством проводной связи с внешним управляющим устройством.

9. Система по п.8, характеризующаяся тем, что электроды дополнительно содержат генератор импульсов и приемопередатчик, обеспечивающий беспроводной канал передачи данных.

10. Система по п.9, характеризующаяся тем, что генератор импульсов выполнен с возможностью синхронизации с частотой и последовательностью импульсов, формируемых внешним управляющим устройством, с помощью обмена сигналами с помощью приемопередатчика по беспроводному каналу передачи данных.

11. Система по п.10, характеризующаяся тем, что приемопередатчик представляет собой Bluetooth или BLE модуль.

12. Система по п.1, характеризующаяся тем, что электроды выполняются подвижными на каркасе.

13. Система по п.1, характеризующаяся тем, что каркас дополнительно содержит тканевую основу, к которой крепятся терморегулирующие элементы.

14. Система по п.13, характеризующаяся тем, что модулятор выполняется в виде пластыря.

15. Способ регенерации костных или мягких тканей с помощью системы по любому из пп. 1-14, включающий размещение модулятора регенерации в зоне дефекта, оказание импульсного воздействия в упомянутой зоне дефекта переменным током в диапазоне частот 200 Гц - 100 кГц с паузами, равными по времени полупериоду тока в диапазоне низких частот, и обеспечение термического воздействия в зоне размещения модулятора за счет циркуляции охлаждающей и согревающей жидкости в системе термического воздействия.

Images