способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым излучением и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым излучением, включающий пункцию или дренирование полости каверны и воздействие на внутреннюю ее стенку ультрафиолетовым лазерным излучением, отличающийся тем, что после пункции или дренирования полости каверны осуществляют эвакуацию гнойного содержимого каверны, при этом используют ультрафиолетовое лазерное излучение с длиной волны, лежащей в диапазоне, соответствующем пику гибели микобактерий, после чего в полость каверны вводят лекарственные препараты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину волны выбирают в пределах 220 - 290 нм.

3. Установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащая ультрафиолетовый лазер, включающий источник питания, излучатель с системой накачки и систему управления и связанный с системой транспортировки лазерного излучения, снабженной пункционной иглой, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде твердотельного лазера-микрочипа на неодимсодержащих кристаллах, источник питания выполнен в виде низковольтного источника питания, а система накачки выполнена на базе лазерного полупроводникового диода, кроме того лазер дополнительно содержит преобразователь излучения в ультрафиолетовую область на нелинейных кристаллах, связанный с излучателем и системой управления, и систему термостабилизации, вход которой соединен с выходом системы управления, а ее выходы соединены с излучателем и системой накачки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано для лечения кавернозных и фиброзно-кавернозных форм туберкулеза и других заболеваний легких.

Известен способ лечения деструктивных форм туберкулеза легких (см. патент России N 2064801, кл. A 61 N 5/06, опубл. 10.08.96 г. БИ N 22), заключающийся в том, что после проведения пункций каверны осуществляют воздействие на ее внутреннюю поверхность расфокусированным импульсным излучением азотного лазера с длиной волны 337 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² в импульсно-периодическом режиме с управляемой частотой следования импульсов. Плотность мощности в зависимости от величины поражения легких выбирают в пределах от 10 до 15 мВт/см² и облучение проводят в течение 3-4 мин.

Недостатком способа является использование ультрафиолетового излучения, не соответствующего пику бактерицидной активности, что приводит к увеличению мощности и времени экспозиции облучения организма.

Известно устройство для лечения деструктивных форм туберкулеза легких (см. там же), содержащее азотный лазер, включающий излучатель с высоковольтной системой накачки и резонатор, источник питания, газовую систему и систему управления. Установка содержит также фокусирующую систему и систему транспортировки лазерного излучения, выполненную в виде волоконного световода со сферическим рассеивателем, и пункционную иглу.

Недостатком устройства является использование газового лазера с менее плотной средой по сравнению с твердотельными, что приводит к увеличению габаритов установки, использованию высоковольтного разряда, необходимости вакуумной системы и восстановления активной среды.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым излучением, обеспечивающего за счет выбора длины волны излучения повышение эффективности лечения, и устройства для его осуществления, обеспечивающего за счет конструктивного выполнения стабильность излучения при малых массогабаритных параметрах и высокой степени безопасности обслуживающего персонала и пациентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым лазерным излучением, включающем пункцию или дренирование полости каверны и воздействие на внутреннюю ее стенку ультрафиолетовым лазерным излучением, согласно изобретению после пункции или дренирования полости каверны осуществляют эвакуацию гнойного содержимого каверны, при этом используют ультрафиолетовое лазерное излучение с длиной волны, лежащей в диапазоне, соответствующем пику гибели микобактерий, после чего вводят лекарственные препараты. Длину волны в таком случае выбирают в пределах от 220 до 290 нм.

Поставленная задача решается также тем, что в установке для лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащей ультрафиолетовый лазер, включающий источник питания, излучатель с системой накачки и систему управления и связанный с системой транспортировки лазерного излучения, снабженной пункционной иглой, согласно изобретению излучатель выполнен в виде твердотельного лазера-микрочипа на неодимсодержащих кристаллах, источник питания выполнен в виде низковольтного источника питания, а система накачки выполнена на базе лазерного полупроводникового диода, кроме того, лазер дополнительно содержит преобразователь излучения в ультрафиолетовую область на нелинейных кристаллах, связанный с излучателем и системой управления и систему термостабилизации, вход которой соединен с выходом системы управления, а ее выходы соединены с излучателем и системой накачки.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 изображает зависимость длины волны лазерного излучения от времени летального воздействия излучения;

фиг. 2 - блок-схему установки;

фиг. 3 - схему системы накачки;

фиг. 4 - схему излучателя;

фиг. 5 - схему преобразователя излучения;

фиг. 6 - схему системы транспортировки лазерного излучения.

Сущность предлагаемого способа лечения деструктивных форм лечения туберкулеза легких заключается в следующем.

Способ включает следующие операции:

1. Пункцию или дренирование полости деструкции каверны в легких.

2. Эвакуацию гнойного содержимого полости деструкции.

3. Воздействие на внутреннюю поверхность каверны в течение 10-12 мин расфокусированным импульсно-периодическим излучением твердотельного лазера с длиной волны от 220 до 290 нм, плотностью энергии 200 мкДж/см² с управляемой частотой следования импульсов в зависимости от величины деструкции в легких, обеспечивающей облучение со средней плотностью мощности 10-15 мВт/см². Манипуляция заканчивается введением в полость деструкции 1,0 стрептомицина или канамицина. Курс лечения составляет 10-12 сеансов лазерного облучения полости деструкции.

Для апробации предлагаемого способа проведены следующие эксперименты.

В Центральном НИИ туберкулеза РАМН проведены исследования, направленные на изучение влияния ультрафиолетового лазерного излучения с = 266 нм на различные штаммы микроорганизмов. При этом изучено влияние лазерного излучения in vitro на культуры различных представителей неспецифической флоры и на микобактерии туберкулеза.

В качестве источника лазерного излучения был использован макетный образец YAG:Nd - лазера с преобразованием основной частоты излучения в 4-ю гармонику. При этом импульсная мощность составила 100 кВт при частоте следования 3 Гц и длительности импульса 10-15 нс, что давало среднюю мощность около 3 мВт.

Для выявления бактериостатической активности ультрафиолетового лазерного излучения с = 266 нм изучали зависимость роста Myc. Tuberculosis от времени облучения. Использовали лабораторный штамм H₃₇RV, полученный из Чехословакии. Взвесь культуры МБТ засевали на среду агар Дюбо с добавкой 5%-ного бычьего сывороточного альбумина фракции V с последующим мгновенным выстаиванием капли в ламинарном потоке стерильного воздуха в боксе и облучением участка посева с экспозицией 10, 20, 30, 60 мин. Проведены 3 опытные и контрольная серии. В течение 3 суток осуществляли инкубирование в термостате при 37^oC с последующей инспекцией микроколоний в инвертированном микроскопе (увеличение х 200).

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1, где показана зависимость роста Myc. Tuberculosis от времени воздействия ультрафиолетового лазерного излучения с = 266 нм в опыте in vitro.

Было отмечено нарастание бактериостатического эффекта в опытных сериях с увеличением времени облучения. На участках лазерного облучения наблюдали уменьшение количества микроколоний по сравнению с необлученной областью засева вплоть до их полного отсутствия при экспозиции 60 мин.

При изучении влияния ультрафиолетового лазерного излучения с = 266 нм проведены исследования 8 культур микроорганизмов, выделенных от больных и полученных из Государственного научно-исследовательского института стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Тарасeвича (Staphylococcus aureus, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus L-haemolyticus, Escherichia coli, Klebsiella pheumonial, Enterobacter aerogenes, Pseudomonas aerugenosa, Alcaligenes faecalis).

При изучении культур микроорганизмов проведено 30 посевов. Из культур микроорганизмов готовили взвесь с содержанием 10^-1 микробных тел от оптического стандарта в 1 мл раствора. По 0,1 мл взвеси засевали в чашки Петри с кровяным агаром. Чашки Петри с культурами микроорганизмов обрабатывали лазерным излучением с экспозицией 5, 10, 15 и 30 мин. Контролем служили интактные посевы. Чашки Петри инкубировали в термостате при 38^oC.

Полученные результаты приведены в таблице 2.

При оценке полученных результатов для всех штаммов микроорганизмов отмечена прямая зависимость бактериостатического эффекта от экспозиции вплоть до подавления роста микроорганизмов при облучении в течение 30 мин. Следует отметить, что в контрольных посевах во всех случаях был получен сплошной рост (более 500 колоний).

Полученные результаты выгодно отличаются от результатов воздействия ультрафиолетового лазерного излучения с = 337 нм и дают основание считать, что лазерная медицинская установка, созданная на принципиальной основе испытанного макетного образца, будет эффективно способствовать подавлению бактериальной популяции у больных деструктивным туберкулезом легких и повышать эффективность лечения.

Установка для лечения деструктивных форм туберкулеза легких методом эндокавитарного облучения ультрафиолетовым лазерным излучением содержит твердотельный лазер 1, включающий низковольтный источник 2 питания, подключенный своим выходом к системе 3 накачки, которая оптически связана с излучателем 4. Лазер 1 содержит также систему 5 термостабилизации, подсоединенную своими выходами соответственно к системе 3 накачки и излучателю 4, который связан с преобразователем 6. Входы источника 2 питания и системы 5 термостабилизации подключены к соответствующим выходам системы 7 управления. Выход преобразователя 6 является выходом лазера и оптически связан с системой 8 транспортировки лазерного излучения.

Система 3 (фиг. 3) накачки выполнена в виде единого блока, состоящего из лазерного полупроводникового диода 9, электрически соединенного с источником 2 питания, микрохолодильника 10 на термоэлектрическом элементе Пельтье, соединенного с системой 5 термостабилизации, и радиатора 11. Излучение лазерного диода 9 фокусируется с помощью оптической системы, состоящей из цилиндрической и двух сферических линз 12, 13, 14 соответственно.

Излучатель 4 (фиг. 4) выполнен в виде лазера-микрочипа, состоящего из активного элемента 15 (LSB, YAG, YVO₄, GdVO₄), пассивного затвора 16 на кристалле YAG: Cr⁴⁺, преобразователя 17 излучения на нелинейном кристалле КТР, которые собраны в единый пакет и впаяны в корпус 18. Корпус 18 соединен с микрохолодильником 19 на термоэлектрическом элементе Пельтье и с радиатором 20. Микрохолодильник 19 электрически соединен с системой 5 термостабилизации. Резонатор лазера 1 образован покрытиями 21 и 22, нанесенными соответственно на переднюю грань активного элемента 15 и заднюю грань преобразователя 17.

Преобразователь 6 (фиг. 5) излучения состоит из соосно расположенных линзы 23 и нелинейного кристалла 24 (BBO или DKDP), размещенного в корпусе 25. На торцы нелинейного кристалла 24 нанесены диэлектрические покрытия 26.

Система 8 (фиг. 6) транспортировки лазерного излучения состоит из установленной в корпусе 27 фокусирующей линзы 28 и волоконного световода 29 со сферическим рассеивателем 30. Волоконный световод 29 соединен с корпусом 27 посредством разъема 31 и, кроме того, он связан с пункционной иглой 32. Каверна отмечена позицией 33.

Источник 2 питания, система 7 управления и система 5 термостабилизации выполнены на базе серийно выпускаемого блока питания лазерных диодов LDD-9 (см. проспект "Непрерывный блок питания лазерных диодов LDD-9", ЗАО "Полупроводниковые приборы", Санкт-Петербург, 1998 г.).

Установка работает следующим образом. Перед проведением пункции каверны 33 (фиг. 6) пункционной иглой 32 производится подготовка лазера 1 (фиг. 1), заключающаяся в достижении необходимой температуры на лазерном полупроводниковом диоде 9 (фиг. 3) и нелинейном кристалле 22 (фиг. 5). Низковольтный источник 2 (фиг. 2) тока запитывает лазерный диод 9 (фиг. 3). Система 5 термостабилизации поддерживает заданную температуру лазерного диода 9 для его подстройки на длину волны излучения, соответствующую длине волны линии поглощения в активном элементе 15 (фиг. 4) (неодимсодержащие кристаллы YVO₄, GdVO₄, LSB, YAG и т.п.). Второй канал системы 5 термостабилизации поддерживает температуру нелинейного кристалла преобразователя 17 (фиг. 4), которая обеспечивает необходимый угол синхронизма для эффективного преобразования частоты излучения лазера 1. Поскольку активный элемент 15 (фиг. 4) и нелинейный кристалл преобразователя 17 смонтированы в одном металлическом корпусе 18, то активный элемент 15 также охлаждается и его эффективность генерации возрастает.

Система 7 (фиг. 2) управления обеспечивает необходимый диапазон экспозиций облучения лазером 1 от 0 до 20 мин. Излучение лазерного диода 9 коллимируется и фокусируется в активный элемент 15 с помощью оптической системы, состоящей из цилиндрической и сферических линз 12, 13, 14. Непрерывное излучение накачки поглощается в активном элементе 15, в результате формируется инверсная населенность. Излучение формируется в резонаторе лазера 1, образованном двумя плоскими зеркалами, нанесенными на переднюю грань активного элемента 15 и заднюю грань нелинейного кристалла преобразователя 17 соответственно. Пассивный затвор 16 на кристалле YAG:Cr⁴⁺ обеспечивает модуляцию излучения лазера 1, что позволяет повысить пиковую мощность излучения лазера 1. Высокая плотность излучения внутри резонатора лазера 1 обеспечивает хорошие условия для нелинейного преобразования излучения во вторую гармонику. Покрытие 22 на задней грани нелинейного кристалла преобразователя 17 полностью отражает излучение на основной гармонике и пропускает излучение на второй гармонике, покрытие на его передней грани просветлено под основную частоту и полностью отражает излучение на второй гармонике. Это позволяет на выходе лазера 1 иметь излучение только на второй гармонике. Далее это излучение с помощью линзы 23 (фиг. 5) фокусируется в нелинейный кристалл 24 (фиг. 5), который преобразует излучение в четвертую гармонику (длина волны = 266 нм). Покрытие 26 на переднем торце нелинейного кристалла 24 отражает излучение на четвертой гармонике и просветлено на вторую гармонику, покрытие 26 на его заднем торце полностью отражает излучение на второй гармонике и пропускает излучение на четвертой гармонике. Такая система покрытий 26 позволяет повысить эффективность преобразования за счет многопроходности излучения, с одной стороны, и является фильтром излучения, с другой стороны.

Ультрафиолетовое излучение после преобразователя 6 фокусируется линзой 28 (фиг. 6) на входной торец волоконного световода 29, транспортируется по нему и рассеивается сферическим рассеивателем 30 в полость каверны 33. Твердотельные лазеры с диодной накачкой обладают большими преимуществами перед газовыми лазерами и твердотельными лазерами с ламповой накачкой. Они могут работать в различных режимах генерации, обеспечивая высокие КПД, обладают высокой стабильностью излучения при малых массогабаритных параметрах, имеют низкое энергопотребление и высокий срок службы. Используется только низковольтное питание, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и пациентов.