20.11.2018
На сегодняшний день Бельгию вполне заслужено называют одним из самых крупных поставщиков продовольственных товаров, а также...


19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


Сварка и родственные технологии в медицине

17.07.2018
Электрическая сварка живых мягких тканей


Применяемое в хирургии высокочастотное электрооборудование до сих пор использовалось только для рассечения мягких тканей и остановки кровотечения. При этом оперируемые органы вынужденно теряют свои функции, которые в дальнейшем не восстанавливаются. Если обратиться к истории, то первые свидетельства применения электрооборудования в медицине насчитывают около 100 лет. Предстояло пройти довольно долгий путь, прежде чем стало возможно методами электрохирургии получать соединения поврежденных мягких тканей и сохранять жизнедеятельность органов человека и животных.

В начале 90-х годов прошлого столетия к решению этой проблемы впервые обратился Борис Евгеньевич Патон. По его инициативе и при его непосредственном участии в ИЭС были начаты работы, посвященные созданию способа соединения с помощью сварки разрезов живых мягких тканей. Б.Е. Патон поставил перед коллективом разработчиков и исследователей задачу создать возможности не только быстрого и бескровного разъединения оперируемого органа с минимальным повреждением его ткани, но также быстрого соединения разреза ткани без применения шовного материала. При этом требовалось обеспечить восстановление физиологических свойств живой ткани и сохранение функций оперированного органа.

В 1993 г. были проведены первые эксперименты в этом направлении, показавшие принципиальную возможность, при определенных условиях, соединить разрез живой ткани.

Для выполнения такой сложной, впервые в мировой практике поставленной задачи, в 1996 г. был создан коллектив специалистов во главе с Б.Е. Патоном и В.К. Лебедевым, который приступил к реализации проекта «Электрическая сварка мягких живых тканей». В состав исполнителей вошли ученые и инженеры ИЭС Е.О. Патона и Международной ассоциации «Сварка», а также профессорский и врачебный персонал ряда разнопрофильных институтов и клиник города Киева (Институт хирургии и трансплантологии им. А.А. Шалимова АМН Украины, клиника «Охматдет», госпиталь СБУ и др.). Исследования сварки живых тканей были проведены на более чем 1000 экспериментальных животных (белых крысах, кроликах, свиньях).

Для проведения экспериментов были разработаны образцы высокочастотного источника питания с микропроцессорной системой управления, биполярные сварочные инструменты типа зажимов и пинцетов, специальные сборочно-сварочные инструменты для выполнения открытых и малотравматичных операций. Были заданы определенные условия образования сварного соединения живой ткани с использованием тока высокой частоты, модулированного особым образом.

Чрезвычайная сложность решаемой задачи была обусловлена тем, что живая ткань неоднородна и у различных органов имеет различную структуру и свойства. Например, стенка кшцечника или сосуда состоит из нескольких слоев ткани, выполняющих различные функции и имеющих различные физические свойства. Возраст ткани также сказывается на ее свойствах.

Продолжились систематические исследования условий образования сварного соединения. Для сварки живой ткани электротермомеханическое воздействие было подобрано таким образом, чтобы сварной шов со временем мог замещаться полноценной живой тканью. В результате было установлено, что основными факторами, способствующими соединению при сварке живых тканей, являются нарушение целостности мембран клеток, денатурация и коагуляция белка. Сделан вывод о том, что в процессе сварки происходит только частичное свертывание белка, эластина и коллагена, которые при механическом сжатии биполярным электрохирургическим инструментом образуют структурное соединение молекул, или «сваривание» живой ткани. Данные гистологических и гистохимических исследований подтвердили, что при дозированном и контролируемом энергетическом воздействии структурные компоненты денатурированного белка в целом сохраняют характерное строение. Это и создает феномен частичного сохранения компонентов живой соединительной ткани. Прочность же соединения, например, кишечника обусловлена прохождением высокочастотного электрического тока и механическим сжатием мышечных волокон стенки кишечника при коагуляции белковых структур. При этом во время сварки происходит образование соединения и не возникает рубец, поскольку морфологическая структура ткани органа через некоторое время восстанавливается почти полностью. Так, обнаружено, что кровеносные сосуды стенки толстой кишки через определенное время прорастают через линию соединения кишечника. Доказано, что прочность такого соединения не уступает природной прочности толстой кишки. Во время операции не происходит ожог свариваемой ткани. Восстановление физиологической функции разрушенного органа протекает быстро и не сопровождается развитием осложнений. Получить такие результаты можно только при соблюдении весьма высоких требований к системе управления процессом сварки живых тканей. В то же время важно, чтобы управление было простым для хирурга и не отвлекало его от выполнения основной задачи.

Комплекс исследований и разработок, выполненных с приоритетом от 1998 г., позволил получить патенты Украины, Европы, США, Канады и Австралии на способ соединения мягких тканей животных и человека, на устройство и систему контроля, обеспечивающие требуемое качество соединения.

Проведение коллективом разработчиков большой серии экспериментальных хирургических операций на животных и удаленных органах человека показало положительные результаты применения сварочной технологии; доказана их воспроизводимость. Это дало основание Министерству здравоохранения Украины выдать Свидетельство о государственной регистрации сварочного оборудования, разработанного Институтом электросварки им. Е.О. Патона и изготовленного Международной ассоциацией «Сварка», и разрешить его применение в клинической медицинской практике в 2001-2004 годах. Такое же Свидетельство было выдано и на 2005-2010 годы. Получены Регистрационное удостоверение и разрешение на применение в медицинской практике указанного оборудования и технологии от Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения Российской Федерации. На основе всесторонних испытаний сварочного оборудования Министерство здравоохранения Республики Беларусь также приняло решение о возможности применения данного оборудования в медицинской практике. Сведения об этой новой работе впервые были представлены в статье Б.Е. Патона в журнале «Автоматическая сварка».

В настоящее время оборудование для сварки живых мягких тканей сертифицировано. Оно состоит из источника питания ЕК-300М1 (с системой управления), предназначенного для клинического использования в хирургии человека, и источника питания ЕК-150, предназначенного для использования в ветеринарии. Для выполнения различных операционных вмешательств разработан набор соответствующих медицинских сварочных инструментов типа пинцет, зажим, лапароскопический зажим, а также сборочно-сварочные приспособления для получения кольцевых соединений полых органов. Указанное оборудование с набором инструментов выполняет четыре основные функции: сварка в автоматическом режиме; заваривание кровеносных сосудов; сварка больших массивов ткани (одномоментная сварка кишечника, удаление части легкого с одновременной заваркой краев, удаление крупных опухолей с одномоментной остановкой кровотечения); резка ткани с одновременным перекрытием мелких сосудов (удаление части органа, например печени, почки, селезенки, с сохранением его жизнедеятельности). Достигнутый уровень работы позволил на сегодняшний день применять в хирургической практике сварочную медицинскую технологию в таких областях, как общая хирургия, травматология, торакальная хирургия, гинекология, проктология, урология, маммология, общие абдоминальные хирургические операции, отоларингология, сосудистая хирургия. Освоено более 70 хирургических методик. Эти разработки стали применять в мировой практике впервые, о чем свидетельствуют патенты Украины, России, США.

Применение сварочной технологии значительно, иногда в несколько раз, сокращает длительность хирургического вмешательства, сокращается время нахождения больного под наркозом. Операции проводятся на «сухом операционном поле», кровопотеря сокращается в 3-6 раз. В послеоперационном периоде сокращается потребность в применении лекарственных препаратов, в том числе наркотических анальгетиков. Ускоряется в 2-5 раз процесс восстановления морфологической структуры разрушенного органа. He зафиксировано возникновение гнойного воспаления тканей, подвергшихся сварке. Это связано с отсутствием в организме после операции инородных тел, омертвевшей ткани. Применение сварочной технологии делает проведение операций более экономичным. Поскольку не используются шовный материал, клипсы, исключается необходимость применения дополнительных хирургических инструментов.

Клиническое применение способа электрической сварки мягких живых тканей непрерывно прогрессирует и находит все больше сторонников среди хирургов, а спектр операций, выполняемых с использованием этого способа, неуклонно расширяется. Новая технология не только облегчает труд хирургов, но и способна облегчить страдания многих миллионов людей, вынужденных подвергаться хирургическим вмешательствам.

Разработчики способа электрической сварки живых мягких тканей стали лауреатами Государственной премии Украины в области науки и техники за 2004 год.

Клиническое освоение способа сварки в различных областях общей и специализированной хирургии проведено в 35 клиниках 12 областей Украины и в двух ведущих клиниках Москвы и Санкт-Петербурга. По состоянию на начало 2008 года в Украине и России с применением сварочной технологии проведено более двадцати тысяч операций на различных органах человека.

Гипертермические методы сварки, резки и обработки живых биологических тканей


Под руководством Б.Е. Патона был разработан плазменный хирургический комплекс «Плазмамед». Тем самым положено начало развитию новой отрасли медицины — гипертермической хирургии. На первом этапе была создана аппаратура, которая с помощью струи низкотемпературной аргоновой плазмы способна осуществлять резку паренхиматозных тканей и остановку внутрираневых кровотечений. Получена положительная медико-техническая оценка этой аппаратуры и разработаны методика плазменной сварки живых тканей кишечника и желудка, а также способ соединения краев ран паренхиматозных органов.

В развитие этих исследований под руководством Б.Е. Патона и Ю.А. Фурманова из специалистов ИЭС и Национального института хирургии и трансплантологии им. А.А. Шалимова был организован коллектив, который разработал термоструйный способ и аппаратуру для сварки живых биологических тканей. Этот способ отличается простотой и доступностью созданной для него аппаратуры, а также использованием окружающего воздуха вместо аргона. Разработаны несколько вариантов лабораторных макетов термоструйных хирургических инструментов и источников питания для них. Данный метод был модифицирован для обработки гнойных хирургических ран, для профилактики развития раневой инфекции при огнестрельных повреждениях тканей, а также для остановки внутрираневых кровотечений. Микробиологические и гистологические исследования образцов тканей лабораторных животных показали высокую эффективность применения данного метода для санации ран, инфицированных стойкими к антибиотикам штаммами микроорганизмов. В настоящее время проводятся предклинические испытания этого метода и макетных образцов аппаратуры.

Новизна разработок подтверждена патентами Украины.

Имплантанты, протезы и хирургический инструмент из металла с эффектом памяти формы


Под руководством Б.Е. Патона успешно проводятся работы, направленные на создание сплавов с памятью формы и использование их в медицине. Для практического использования таких материалов в медицине очень важно, чтобы восстановление формы проходило при температуре человеческого тела, т. е. от 30 до 35 °С. В то же время деформацию перед хирургическим применением, например вытягивание в линию изделия, которое при нагревании должно приобрести форму спирали, желательно производить при охлаждении до температуры проточной воды, т. е. примерно до 10 °С. Таким условиям соответствуют новые сплавы с памятью формы на основе титана и никеля, разработанные совместно коллективом ученых ИМФ и ИЭС HAH Украины. У этих сплавов температурный диапазон фазового превращения отвечает условиям безопасного медицинского применения.

Группой сотрудников ИЭС во главе с Б.Е. Патоном разработана конструкция и изготовлены имплантанты и инструменты из этих сплавов. Некоторые из разработанных имплантантов и инструмент для манипулирования ими прошли клинические испытания.

Экстрактор предназначен для удаления камней или других препятствий из трубчатых органов человека. Использование нитинола с дополнительным нагревом до температуры примерно 40 °C позволяет увеличить жесткость инструмента, что способствует раздвижению стенок трубчатого органа для беспрепятственного прохождения инструментом изгибов и облегчает захват предмета или выбрасывание его из корзинки экстрактора. Эта новая конструкция экстрактора прошла успешное опробование при операциях удаления камней из мочеточника.

Скобки, изготовленные из сплава с памятью формы, применяются для соединения обломков костей при операциях как опорно-двигательного аппарата, так и при черепно-мозговых и стоматологических операциях. Применение сплава с эффектом памяти формы позволяет значительно упростить установку скобок по сравнению с известными образцами из нержавеющей стали.

Пессарий, надеваемый на шейку матки, имеет вид спирали, которая сжимается при температуре тела человека. Разработаны технология химического серебрения этой спирали с бактерицидным эффектом и аппликатор, упрощающий процесс ее надевания.

Эмболы новой формы, изготовленные из нитинола, применяются для лечения онкологических заболеваний различных органов. Они легко проводятся по кровеносным сосудам и закрепляются в необходимом по роду заболевания месте.

Стенты новой конструкции из нитинола имеют повышенную жесткость в радиальном направлении благодаря разработанной трубчатой форме и достаточную осевую гибкость для возможности прохождения по кровеносным сосудам до места установки. Особенностью такого стента является также пористая поверхность, позволяющая сохранять большую порцию фармакологических средств для борьбы с рестенозом.

Разработаны и проходят доклиническую проверку стенты из нитинола для желчных протоков. По сути они являются протезами желчных протоков на участке, где прошло удаление опухоли при хирургическом вмешательстве. Благодаря самоустановке стента по диаметру протока упрощаются хирургические манипуляции. Аналогов в современной медицинской технике такие стенты не имеют. Разрабатывается инструмент для установки и удержания стента до окончания процедуры.

Разработан сплав с эффектом памяти формы, имеющий ферромагнитные свойства. Такой сплав может найти применение в тех случаях, когда требуется термическая обработка пораженного участка тела. Легкое чрезкожное (интраваскулярное) введение инструмента из такого сплава в нужное место и последующий индукционный нагрев позволяют повысить температуру в заданных пределах.

Новизна решений во всех перечисленных работах подтверждена патентами Украины.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: