аппарат для высоковольтной импульсной электроразрядной обработки инфицированных ран

Формула изобретения

1. Аппарат для высоковольтной импульсной электроразрядной обработки инфицированных ран, содержащий генератор высоковольтных электрических импульсов с присоединенным к нему высоковольтным импульсным электроразрядным узлом (ВИЭР-узлом), включающим высоковольтный импульсный электроразрядный преобразователь и в виде коаксиальной электродной системы, состоящей из кольцевого и стержневого электродов, раздельных гидро- и диэлектрическим изолятором и установленных в разрядной камере, размещенной в несущем корпусе ВИЭР-узла, отличающийся тем, что разрядная камера дополнительно снабжена сменными насадками и отражающим экраном вогнутой полусферической формы, сопряженным и электрически связанным с рабочей частью стержневого электрода, причем кольцевой электрод делит разрядную камеру на три секции: верхнюю, среднюю и нижнюю так, что верхняя секция образована отражающим экраном полусферической формы, верхней стороной кольцевого электрода и частью внутренней поверхности цилиндрического корпуса ВИЭР-узла, в котором выполнено одно или несколько отверстий общей площадью S₀ 1/2 S_р.п., где S_р.п. площадь горизонтального сечения разрядного промежутка, средняя образована разрядным промежутком между рабочей частью стержневого электрода и внутренней поверхностью кольцевого электрода, а нижняя секция образована нижней стороной кольцевого электрода и внутренней поверхностью сменных насадок, при этом сменные насадки разрядной камеры дополнительно снабжены магнитной ловушкой в виде кольца из магнитного материала, например, из самарий-кобальта.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что разрядная камера ВИЭР-узла дополнительно снабжена набором сменных насадок, одна из которых снабжена защитным полусферическим сетчатым экраном, другая снабжена соплом, сопряженным с диффузором, а третья снабжена прозрачной кварцевой шайбой о коаксиально расположенным соплом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и касается способов и устройств, используемых для профилактики и лечения ран и раневой инфекции.

Известен ЭГ-аппарат для обработки инфицированных ран, содержащий (ГВЭИ), с присоединенным к нему ЭГ-преобразователем в виде коаксиальной электродной системы, состоящей из кольцевого и стрежневого электродов, разделенных гидро- и диэлектрическим изолятором, установленной в разрядной камере, размещенной в несущем корпусе электрогидравлического узла (ЭГ-узла). При этом разрядная камера образована направляющим экраном, на образующей которого расположен: в центре ЭГ-преобразователь, радиально отверстия каналов для подачи лекарственных или технологических растворов, а напротив сопло, имеющее возможность осевого перемещения относительно корпуса ЭГ-узла для варьирования объемом разрядной камеры [1]

Однако в данном аппарате, коаксиальная электродная система ЭГ-преобразователя также имеет недостаточную механическую и электроэрозионную стойкость, что снижает его надежность при работе, ограничивает время ЭГ-обработки инфицированной раны, что в конечном итоге снижает эффективность ее лечения. Это связано, прежде всего с малым рабочим сечением стержневого и кольцевого электродов ЭГ-преобразователя в зоне разрядного промежутка, вызывающим их быстрое выгорание и разрушение при инициировании ВИЭР в жидкой среде за счет активной электроэрозии, гидро- и термических ударов, кавитации и пр. В связи с тем, что лидер искрового разряда образуется, как правило, не на остриях или окончаниях электродов, а на границе электродов с изолятором конструкции ЭГ-преобразователя предусматривает контакт изолятора-диэлектрика со стержневым и кольцевым электродами в зоне максимально приближенной к разрядному промежутку, то в состав плазменных образований, замыкающих межэлектродный промежуток при электрическом пробое, кроме паров, макро- и мелкодисперсных и коллоидных частиц металла электродов могут входить и продукты термомеханической деструкции материала изолятора, выносимых затем в рану, что не безразлично с точки зрения токсикологии. Продукты деструкции материала электродов и изолятора, например (фотопласт-4) в количествах, превышающих ПДК, могут являться вредными и снижение их количества при попадании в рану является необходимым условием, предъявляемым медицинскими требованиями к использованию ЭГ-аппаратуры в клинике.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для обработки инфицированных ран, содержащий генератор высоковольтных электрических импульсов (ГВЭИ) с присоединенный к нему ЭГ узлом, включающем ЭГ-преобразователь в виде коаксиальной электродной системы, состоящей из кольцевого и стержневого электродов, разделенных гидро- и диэлектрическим изолятором и установленного в разрядной камере, размещенной в несущем корпусе ЭГ-узла. При этом разрядная камера ограничена с одной стороны изолятором, а по образующей внутренней поверхностью кольцевого электрода. На открытом торце разрядной камеры установлена защитная решетка, а по образующей корпуса ЭГ-узла ниже разрядной плоскости выполнены сквозные дренажные каналы сообщающиеся с разрядной камерой [2]

Однако в данном аппарате, несмотря на некоторое повышение износостойкости коаксиальной электродной системы ЭГ-преобразователя, связанное с возможностью увеличения рабочего сечения стержневого и кольцевого электродов, обеспечиваемое конструкцией ЭГ-узла, не решена проблема вывода гидро- и диэлектрического изолятора из зоны разрядного промежутка, расположенного вблизи разрядной плоскости. Это не исключает образования большого количества продуктов термомеханической деструкции материала изолятора в плазме разряда при электрическом пробое межэлектродного промежутка и насыщения ими наряду с продуктами электроэрозии материалов электродов раневой поверхности, что не исключает возникновения осложнений ран. Кроме того, выполнение на открытом торце разрядной камеры защитной решетки из двух перфорированных пластин с возможностью их поворота относительно друг друга, не исключает опасности травмирования биотканей при ЭГ-обработке очага инфекции "вслепую на большой глубине" в объеме раневой полости, заполненной лекарственным раствором, например, при ЭГ-обработке брюшной полости, заполненной промывной жидкостью при лечении перитонитов.

Анализ технических решений, использованных в известных конструкциях ЭГ-аппаратов, реализующих новый перспективный метод профилактики и лечения ран и раневой инфекции показал, что они не позволили: обеспечить надежность работы ЭГ-преобразователя путем увеличения износостойкости его электродной системы; существенно сократить количество образующихся при ЭГ-обработке продуктов электроэрозии и диспергирования материала электродов, а также термомеханической деструкции материала изолятора и вынос их из разрядной камеры в область ЭГ-обработки биотканей; исключить травмирование очага инфекции "вслепую" на большой глубине в объеме раневой полости, заполненной лекарственным раствором; обеспечить вариантность обработки инфицированной раны в едином технологическом процессе ее лечения с учетом фазности протекания раневого процесса, а именно эффективную санацию раны обработкой ее поверхности через объем промежуточного лекарственного раствора (фаза воспаления и гидратации): струйно-аэрозольную обработку и обработку концентрированным электромагнитным полем (фазы пролиферации, грануляции и регенерации, реорганизации и созревания рубцовой ткани). Устранение вышеуказанных недостатков позволит повысить эффективность лечения инфицированных ран.

Цель изобретения повышения эффективности лечения инфицированной раны за счет обеспечения вариантности ее обработки на разных стадиях (фазах) раневого процесса в едином технологическом цикле лечения, а также повышение качества работы ЭГ-преобразователя за счет увеличения надежности электронной системы и сокращения количества продуктов электроэрозии и термомеханической деструкции материалов электродной системы.

Цель достигается тем, что разрядная камера дополнительно снабжена сменными насадками и отражающим экраном вогнутой полусферической формы, сопряженным и электрически связанным с рабочей частью стержневого электрода, причем кольцевой электрод делит разрядную камеру на три секции: верхнюю, среднюю и нижнюю так, что верхняя секция образована отражающим экраном полусферической формы, верхней стороной кольцевого электрода и частью внутренней поверхности цилиндрического корпуса, в котором выполнено одно или несколько отверстий общей площадью S_o 1/2 S_р.п., где: S_р.п. площадь горизонтального сечения разрядного промежутка; средняя секция образована разрядным промежутком между рабочей частью стержневого электрода и внутренней поверхностью кольцевого электрода, а нижняя секция - нижней стороной кольцевого электрода и внутренней поверхностью сменных насадок. При этом сменные насадки разрядной камеры дополнительно снабжены магнитной ловушкой в виде кольца из магнитного материала, например из самарий-кобальта.

Кроме того, для расширения функциональных возможностей аппарата, разрядная камера дополнительного снабжена набором сменных насадок, одна из которых снабжена защитным полусферическим сетчатым экраном, другая снабжена соплом, сопряженным с диффузором, а третья прозрачной кварцевой шайбой с соплом.

К настоящему времени неизвестны технические решения реализующие конструктивные особенности предлагаемого аппарата для обработки инфицированных ран с вышеуказанными отличительными признаками.

На фиг. 1 показана схема разрядной камеры ВИЭР-преобразователя аппарата, на фиг. 2, 3 и 4 показаны схемы ВИЭР-узлов аппарата для обработки инфицированных ран в едином технологическом цикле ее лечения, а именно: на фиг. 2 схема ВИЭР-узла для обработки раны через объем промежуточного лекарственного раствора (например, при санации раны в фазе воспаления и гидратации); на фиг. 3 схема ВИЭГ-узла для обработки раны струйно-аэрозольным факелом лекарственного раствора (например, при санации раны в фазе воспаления и гидратации, а также в фазе пролиферации, грануляции и регенерации); на фиг. 4 схема ВИЭР-узла для ВИЭР-обработки раны концентрированным электромагнитным полем и возникающим озонированным потоком воздуха.

ВИЭР-аппарат для обработки инфицированных ран содержит: генератор высоковольтных электрических импульсов (ГВЭИ) 1, корпус 2 выполненный из диэлектрического материала, электродную разрядную систему, выполненную в виде коаксиальной электродной системы, состоящей из кольцевого электрода 3, фиксируемого прижимной гайкой 4 к диэлектрическому стакану 5 и стержневого электрода 6 с отражающим экраном полусферической формы, связанного резьбовым соединением с электропроводящей втулкой 7, через которую электрод подсоединен высоковольтным кабелем к генератору 1. Кольцевой электрод 3 через прижимную гайку 4 и резьбовой стакан 8 подключен высоковольтным кабелем к другому полюсу генератора 1. Сменная насадка 9 связана с прижимной гайкой 4 через резьбовое соединение, либо составляет с ней единое целое.

Кольцевой электрод 3 делит образующуюся разрядную камеру на три секции: верхнюю 10, среднюю 11 и нижнюю 12. Верхняя секция образована отражающим экраном вогнутой полусферической формы, составляющим часть стержневого электрода 6, верхней стороной кольцевого электрода 3 и частью внутренней поверхности диэлектрического стакана 5, на которой может быть выполнено одно или несколько отверстий общей площадью S_o, средняя секция образована разрядным промежутком между рабочей частью стержневого электрода 6 и внутренней поверхностью кольцевого электрода 3, а нижняя секция 12 образована свободной нижней стороной кольцевого электрода 3 и внутренней поверхностью сменной насадки 9.

Сменная насадка 9 может содержать либо защитный сетчатый экран 13, либо сопло с диффузором 14, либо кварцевую шайбу 15. Магнитная ловушка в виде кольца из самарий-кобальта 16 установлена в каждом варианте сменной насадки 9.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально настраивают ВИЭР-узел на соответствующую технологическую схему обработки инфицированных поверхностей. Для наиболее сложно реализуемой обработки инфицированных поверхностей струйно-аэрозольным факелом лекарственного раствора (фиг. 3) подводят устройство к раневой поверхности на расстояние, определяемое объемом поражения очага инфекции и степенью его инфицирования. Подают лекарственный раствор по капиллярной трубке в одно из отверстий диэлектрического стакана 5 верхней секции разрядной камеры. При возбуждении между электродами 3 и 6 ВИЭР, создается высокое давление в средней секции 11 разрядной камеры, что препятствует быстрому уходу лекарственного препарата через разрядный промежуток. В результате верхняя секция 10 становится областью накопления лекарственного препарата и каждый новый разряд осуществляет дополнительную обработку накопленного в верхней секции объема лекарственного препарата и его активацию, что является одним из существенных отличий и преимуществ предлагаемого аппарата. С другой стороны, вогнутая форма отражающего крана, является частью стержневого электрода 6 и частью верхней секции разрядной камеры и обеспечивает фокусирование и направленную передачу предварительно обработанного лекарственного препарата через разрядный промежуток в нижней секции 12 разрядной камеры, выполняющей роль формирователя струйно-аэрозольного факела. Подача лекарственного раствора в верхнюю секцию разрядной камеры над областью формирования ВИЭР позволяет наиболее полно производить обработку лекарственного препарата, что также является существенным отличием предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

Достигнув очага инфекции, за счет большой кинетической энергии факела распыла, происходит внедрение лекарственного раствора в капиллярно-пористую систему патологически измененной биоткани в очаге инфекции. При этом, меняя параметры разряда, а также расход лекарственного раствора получают требуемую дисперсность факела распыла.

Для обработки инфицированных поверхностей через объем промежуточного лекарственного раствора (фиг. 2), вводят устройство в заполненную лекарственным раствором патологически измененную полость и заглубляют его в раствор, обеспечивая тем самым погружение сменной насадки с защитным сетчатым экраном и разрядной камеры в лекарственный раствор. При возбуждении между электродом 3 и 6 ВИЭР создается комплекс физических факторов, воздействующих на патологический очаг.

За счет трехсекционной разрядной камеры осуществляется последовательное накопление и последующее формирование направленного струйного потока промежуточного лекарственного препарата при одновременной стимуляции физико-химических и биологических процессов в биотканях, стимулирующих, в свою очередь, репаративную регенерацию. При этом инициируются такие факторы, как импульсы высокого давления, знакопеременные ударные волны, гидродинамические потоки, кавитация, световое и УФ-излучение, ионнизации, ионнизация и разложение молекул вещества в плазме разряда и вокруг него, импульсное электромагнитное поле, плазмохимия и образование Me-комплексов, взаимодействующих как с белковыми структурами, так и с токсинами.

Поскольку в стенках той части диэлектрического стакана, которая составляет верхнюю секцию разрядной камеры, выполнены отверстия, через них происходит постоянная подпитка разрядной камеры промежуточным лекарственным раствором из области, окружающей сменную насадку. Поскольку при ВИЭР, как уже отмечалось выше, формируется направленное движение струи от верхней секции к нижней, то при соотношении площадей отверстий в диэлектрическом стакане и горизонтального сечения разрядного промежутка S_o0,5 S_р.п., разрядная камера начинает выполнять роль электрогидравлического насоса, втягивая в верхнюю секцию разрядной камеры окружающий сменную насадку промежуточный лекарственный раствор и выбрасывая его в виде сформированной струи через нижнюю секцию разрядной камеры. Таким образом, благодаря трехсекционному выполнению разрядной камеры с вогнутым полусферическим экраном, что составляет комплекс основных существенных отличий, достигается эффективное перемешивание промежуточного лекарственного раствора в патологической полости, постоянная более глубокая и полная обработка раствора и полости комплексом физических факторов, при одновременной активации лекарственного раствора и дезактивации и разрушения находящихся в нем микроорганизмов и токсинов, осуществляемая в едином технологическом цикле обработки.

Для уменьшения насыщения патологического очага или полости продуктами электроэррозии электродов на выходе сменной насадки установлена магнитная ловушка в виде кольца, например, из самарий-кобальта, обладающего большой коэрцетивной силой, улавливающая возникающие при электроэррозии ферромагнитные дисперсные частицы.

Кроме того, предлагаемая конструкция ВИЭР-узла, за счет выполнения разрядной камеры трехсекционной с полусферическим экраном, составляющим часть стержневого электрода, обеспечивает удаление диэлектрических элементов из области инициирования ВИЭР, что, являясь одним из существенных отличий изобретения, позволяет существенно снизить количество продуктов термомеханической деструкции материала изолятора, попадающего на обрабатываемую раневую поверхность.

Наконец, для обработки инфицированных поверхностей источником концентрированного электромагнитного поля (фиг. 4) ВИЭР-узел располагают над инфицированной поверхностью. При возбуждении между электродами 3 и 6 ВИЭР, на инфицированную поверхность воздействуют вторичные факторы ВИЭР, а именно импульсное электромагнитное излучение, потоки светового и УФ-излучения, а также ионизированные воздушные потоки, которые через отверстие в кварцевой шайбе 15, расположенной в сменной насадке, воздействуют на поверхность раны и способствуют процессу подавления патогенной микрофлоры и стимулированию репаративной регенерации в очаге инфекции.

Использование кварцевой шайбы 15 позволяет существенно повысить интенсивность потока светового и УФ-излучения, а следовательно интенсифицировать процесс подачи озона в очаг инфекции и его насыщение им, улучшая условия оксигенации тканей.

Предлагаемая область применения заявляемого аппарата: гнойная хирургия, общая хирургия, травматология, отолорингология.