Патент на изобретение №2308985

(54) ИГОЛЬЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицинской технике. Терапевтический игольчатый электрод для чрескожной гальванотерапии опухолей, применимый для визуализации с использованием методик формирования изображения, выполнен из титана. Электрод имеет покрытие, состоящее из платины, нанесенное методом конденсации из паровой фазы. За исключением оконечной области иглы электрод покрыт электрически непроводящим изоляционным полимером. Изобретение позволяет снизить финансовые затраты и повысить прочность электрода, а также предотвратить травмирование тканей. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к игольчатому электроду для терапии, в частности, чрескожной гальванотерапии опухолей, применимому для визуализации с использованием методик формирования изображения. Изобретение также относится к способу изготовления игольчатого электрода согласно изобретению.

Известно множество способов терапии первичных опухолей, кожных опухолей или метастазов. В число таких способов входят: хирургическое удаление опухоли, криотерапия, гипертермия, химиотерапия, разрушение под действием спирта, разрушение под действием радиочастоты или электрохимическая терапия.

Электрохимическая терапия опухолей также известна как гальванотерапия. Данный способ главным образом используется для лечения опухолей, неоперабельных по функциональным или эстетическим причинам, опухолей, которые невозможно продолжать лечить методом радиотерапии или у которых развилась устойчивость к химиотерапии. В процессе электрохимической терапии или гальванотерапии электроды помещают на опухолевую ткань, такую как кожные метастазы, метастазы лимфатических узлов или метастазы изолированных органов, и пропускают постоянный ток через опухолевую ткань. В случае воздействия достаточно большим общим количеством электричества происходит разрушение или даже некроз (полное отмирание) опухолевой ткани.

После подачи постоянного тока на электроды под действием электрохимических процессов изменяется величина рН и электрический заряд опухолевой ткани. Электрическое поле, накапливающееся таким образом в области опухоли, вызывает перемещение заряженных частиц внутри электрического поля.

Отрицательно заряженные частицы (анионы) перемещаются в направлении положительно заряженного электрода (анода), а положительно заряженные частицы (катионы) перемещаются в направлении катода (положительно заряженного электрода). В ходе данного процесса, известного как разделение зарядов, или диссоциация, также происходит разделение частиц с большим зарядом, таких как белки, в зависимости от величины заряда. Важной особенностью при разрушении опухолевых клеток является изменение полярности, происходящее в клеточных оболочках и существенно затрагивающее функции метаболизма клеточных оболочек (подача электролита, питательных вещества и т.д.). В результате этого нарушается специфическое равновесие в опухолевых клетках, необходимое для протекания важных жизненных процессов, и клетки отмирают.

Данный способ терапии все чаще применяется в онкологии, поскольку сопротивление опухолевых тканей электрическому току существенно меньше, чем у здоровых тканей. Поток электричества концентрируется преимущественно в области пораженной ткани, что позволяет избирательно разрушать злокачественные (пораженные) ткани. Разрушенная опухолевая ткань расщепляется, удаляется и заменяется рубцовой тканью с использованием естественных процессов, например повышенной поглощающей способностью клеток.

В расширенном варианте электрохимическая терапия применяется в сочетании с химиотерапией. Разрушающее действие постоянного электрического тока на опухолевую ткань может быть усилено за счет дополнительного введения в опухоль препаратов, подавляющих размножение раковых клеток (химиотерапевтических веществ), таких как митомицин, адриблатин, эпирубицин и цисплатин. Такие препараты, подавляющие размножение раковых клеток, по большей части являются катионными веществами, которые перемещаются в электрическом поле через опухолевую ткань от анода в направлении катода. За этот счет препараты, подавляющие размножение опухолевых клеток, вводят в опухолевую ткань, в которой они избирательно и в концентрированной форме распределяются, за счет чего обеспечивается их максимальное действие. В процессе системной химиотерапии или местной перфузии препаратов, подавляющих размножение раковых клеток, без использования электротерапии введение веществ не всегда контролируемо, в результате чего может также произойти разрушение здоровой ткани.

Также известно, что под действием электрического поля происходит изменение потенциала клеточных оболочек. В результате этого клетки открываются, что делает поглощение препаратов, подавляющих размножение раковых клеток, более эффективным, чем в противном случае. Кислотная среда в электрическом поле, создаваемая анодом, повышает активность препаратов, подавляющих размножение раковых клеток. В результате этого многократно повышается коэффициент полезного действия.

По этой причине в электротерапии применяют электроды, имеющие форму тонкой иглы или катетера – в комбинированной электротерапии/химиотерапии. Обычные иглы или катетеры изготовлены из меди или нержавеющей стали с использованием или без использования меди в качестве компонента сплава. Основной недостаток таких игл заключается в том, что сплав на основе меди подвержен электромеханическому разложению (гальванической коррозии). Образующиеся ионы меди в высоких концентрациях являются токсичными для организма. Кроме того, проводимость и сопротивление иглы/катетера уменьшаются. Тем самым, не происходит оптимального накопления электрического поля, что отрицательным образом сказывается на условиях лечения. Отрицательное действие на опухолевую ткань и здоровую ткань, происходящее в результате взаимодействия между препаратами, подавляющими размножение раковых клеток, и ионами меди, не может быть преодолено.

Также представляют интерес иглы, в особенности из медицинской стали, которые применяются в качестве электродов при электрокоррозийном отслоении/осаждении имплантатов в области сосудов. Такие электроды чаще всего применяются в области шеи/поясницы и часто вызывают болезненные и имеющие неприятный внешний вид поверхностные ожоги или шрамы.

Таким образом, при выборе материалов для игольчатых электродов и катетеров, с одной стороны, важно учитывать их физические свойства (проводимость, сопротивление, прочность) и, с другой стороны, риск отторжения и воспаления ткани (совместимость).

С учетом данных требований задачей изобретения является создание игольчатого электрода, обладающего не только электропроводимостью и высоким сопротивлением условиям, создающимся по мере накопления электрического поля, но также хорошей совместимостью (биологической совместимостью) и являющегося инертным по отношению к препаратам, подавляющим размножение раковых клеток. Кроме того, такой игольчатый электрод не должен вызывать каких-либо поверхностных ожогов и/или шрамов в точке его применения. Также желательно создать способ изготовления игольчатых электродов, обладающих названными свойствами.

На основе игольчатого электрода упомянутого в преамбуле типа для решения данной задачи в изобретении предложен электрод, покрытый платиной и/или изоляционным полимерным слоем, в особенности игольчатый электрод, имеющий корпус из титана с покрытием из платины.

Титан применяется в медицине для изготовления штифтов, протезов, игл и т.д. благодаря своей биологической совместимости с организмом человека и его высокой ударопрочности и ударной вязкости. Кроме того, титан является идеальным материалом для игольчатых электродов или катетеров благодаря своим физическим свойствам, т.е. высокой электрической проводимости. Тем не менее с учетом коррозии и потенциального изъязвления титан или его сплавы в настоящее время редко используется/используются в качестве материала электродов.

Для улучшения сопротивления коррозии на корпус/объект из титана может быть нанесено пассивирующее, окислительное покрытие. Тем не менее, такое решение не удовлетворяет требованиям электротерапии.

По этой причине в изобретении предложено использовать платиновое покрытие, которое наносят на титановый корпус. Платина относится к группе благородных металлов, в малой степени подверженных электрохимической коррозии. Известно, что платиновые электроды обладают хорошей электрической проводимостью и высоким сопротивлением. Платиновое покрытие, наносимое на титановый корпус, повышает сопротивление электрода коррозии и изъязвлению, оставляя неизменной его высокую электрическую проводимость. С учетом высокой стоимости платины изготовление игольчатых электродов из 100-процентной платины являлось бы финансово неоправданным ввиду последующих высоких затрат на обработку. Кроме того, использование платины или сплавов на основе платины для корпуса электрода невозможно, поскольку платина является крайне мягким металлом. Прочность является важным требованием к игольчатым электродам, которые вводят в тело человека.

Как показывают исследования, процесс нанесения покрытия из благородных металлов на титановый корпус является крайне сложным. Слой благородного металла редко на длительное время сцепляется с титановым корпусом. Такие покрытия имеют тенденцию в течение очень короткого времени отслаиваться или растворяться. В случае электротерапии титановый корпус должен быть надолго или, по меньшей мере, на период лечения соединен с платиновым слоем. Данному требованию отвечает процесс конденсации из паровой фазы.

По этой причине приемлемым покрытием является платиновое покрытие, наносимое с использованием процесса конденсации из паровой фазы. Существуют три различные технологии. В одном из предпочтительных вариантов осуществления платину подвергают испарению в вакуумной камере, ионизации и осуществляют ускорение образовавшихся ионов, которые затем осаждают на титановый корпус. За счет применения значительного ускорения ионов тонкий слой платины сравнительно прочно сцепляется с титановым корпусом.

Для нанесения платинового покрытия также могут использоваться иные технологии, такие как плазменная технология распыления/использования инертного газа, технология съема ионного пучка или сочетания таких технологий, такие как плазменная металлизация или внедрение ионов [литература: Römpp, Chemie Lexikon, Thieme Verlag, 9, erweiterte und neubearbeitete Auflage].

Для обеспечения сопротивления коррозии и достаточно прочного сцепления платинового покрытия с игольчатым электродом толщина слоя платины составляет от 0,1 до 3,0 микрон, предпочтительно около 1,0 микрона. Диаметр титанового корпуса находится в пределах от 0,1 до 1,0 мм, предпочтительно 0,5-0,8 мм. Было установлено, что сопротивление коррозии игольчатого электрода находится в зависимости от отношения диаметра титанового корпуса к толщине платинового слоя. Данное отношение находится в пределах от 1 к 0,00075 до 1 к 0,0025 (отношение диаметра титанового корпуса к платиновому слою). Чтобы гарантировать сопротивление коррозии, тонкие титановые корпусы предпочтительно имеют относительно более толстый слой покрытия.

Было установлено, что отношение 1 к 0,00125 является особо приемлемым.

Игольчатый электрод согласно изобретению применим для визуализации, осуществляемой системами формирования изображения, в частности резонансной томографии, компьютерной томографии и ультразвуковой томографии. В процессе лечения для визуализации опухоли необходимы игольчатые электроды. Игольчатые электроды вводят в опухоль через кожу и ткани тела. Для предотвращения разрушения здоровых клеток должна быть четко видна граница между опухолевой тканью и неопухолевой тканью, а также необходимо точно видеть положение иглы.

Предпочтительно длина игольчатого электрода составляет от 3 до 20 см, более предпочтительно 6-14 см, что позволяет лечить как кожные метастазы, так и опухоли мягких тканей.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения предложен игольчатый электрод, покрытый непроводящим, изолирующим полимерным слоем, в частности игольчатый электрод из титана с покрытием из платины. При лечении глубоких опухолей, а не кожных метастазов игольчатые электроды вводят чрескожно и направляют вглубь опухоли. Глубина чрескожного введения зависит от положения опухоли. Обычно здоровые клетки расположены вдоль линии введения. При воздействии напряжением происходит раздражение здоровых клеток в данной области.

Изоляционный игольчатый электрод не повреждает здоровую ткань вдоль линии введения. Поскольку напряжение воздействует исключительно на опухоль, электрическое поле, обладающее разрушающим действием, накапливается лишь в опухоли. По этой причине изоляционный слой нанесен таким образом, что он отсутствует на рабочем конце или оконечном участке игольчатого электрода. Длина такого участка зависит от того, насколько глубоко игольчатый электрод проникает в опухоль. Это, в свою очередь, зависит от размера опухоли. Оконечный участок, достигающий рабочего конца игольчатого электрода, в целом именуется оконечной областью. Если электрод должен быть покрыт платиновым слоем и изоляционным слоем, платиновое покрытие может быть ограничено оконечной областью, при этом желательно, чтобы оба слоя частично накладывались друг на друга.

Обычные иглы/катетеры из нержавеющей стали не имеют изоляционного слоя, поэтому они часто оставляют следы ожогов в точке введения.

По этой причине изоляционное покрытие согласно изобретению может также использоваться в других медицинских инструментах, применяемых для электролитического или электрохимического лечения, в особенности для электролитического отслоения бляшек, что используется, например, при внутрисосудистом или эндоваскулярном лечении аневризм сосудов. Предпочтительно для этого применяют электроды из стандартной нержавеющей стали с изоляционным покрытием, но также могут использоваться титановые электроды с платиновым покрытием.

Толщина покрытия зависит от использованного материала и методик и должна обеспечивать соответствующее сцепление и надежную изоляцию области электрода, на которую нанесено покрытие.

В качестве полимера используется парилен N, предпочтительно парилен D, более предпочтительно парилен С. Данные полимеры обладают отличными свойствами диэлектрика и являются идеальными защитными материалами. Мономер подвергают полимеризации и осаждению на иглу с использованием процесса химического осаждения из газовой фазы. В основе данного процесса лежит процесс Горама.

В дополнительном варианте осуществления изобретения используется изоляционное покрытие из ПТФЭ (политетрафторэтилена). Покрытие такого типа предпочтительно наносят методом распыления.

Толщина полимерного слоя составляет от 0,01 до 0,09 мм, предпочтительно от 0,025 до 0,05 мм.

Преимуществами данного изоляционного покрытия являются пониженное трение в сухих условиях, электрическая изоляция и тонкий, прозрачный слой.

Согласно изобретению игольчатый электрод выполнен в виде катетера для электрохимиотерапии. Электрохимиотерапия представляет собой сочетание гальванотерапии и химиотерапии.

Кроме того, изобретение относится к изготовлению игольчатых электродов по изобретению для применения в электротерапии, в особенности чрескожной гальванотерапии опухолей, у которых титановый корпус игольчатого электрода покрыт платиной с использованием процесса конденсации из паровой фазы.

Процесс конденсации из паровой фазы, в частности предусматривает следующие стадии:

испарение и ионизация платины в вакуумной камере,

необязательное добавление химически активных газов,

воздействие электрическим током,

ускорение ионов, образовавшихся на титановом корпусе, и их осаждение на корпусе.

Данный процесс позволяет идеальным образом нанести платиновое покрытие на титановый корпус. Добавление химически активных газов способствует формированию материала слоя, который осаждается на титановом корпусе, отстоящем на определенное расстояние.

В результате применения процесса осаждения, описанного Горамом, на иглу наносят непроводящий полимер. Для нанесения покрытия полимеры из группы париленов осаждают из газовой фазы (процесс Горама). Сначала твердый дипараксилилендимер подвергают испарению при температуре около 150°С. При температуре около 680°С у димера осуществляют разрыв двух метилен-метиленовых связей, в результате чего образуется стабильный мономерный р-ксилилен. Затем в камере осаждения мономер при комнатной температуре подвергают полимеризации на титановом корпусе.

В дополнительном варианте осуществления предусмотрено нанесение изоляционного покрытия из ПТФЭ (политетрафторэтилена). Покрытие данного типа предпочтительно наносят методом распыления.

Ниже изобретение подробно описано со ссылкой на исследования и чертежи.

Пример 1

Испытания игольчатых электродов с различными покрытиями на сопротивление коррозии и изъязвлению

С целью определения сопротивления коррозии и изъязвлению различных титановых игл для электрохимической терапии с покрытиями из золота и платины по две иглы каждого вида ввели в печень свиньи на равных расстояниях друг от друга и воздействовали на них постоянным током. Были проведены испытания различной длительности.

Результат

В результате испытаний было установлено, что в отличие от золотых покрытий платиновые покрытия (2 и 3) почти не подвержены коррозии и изъязвлению. У золотых покрытий уже через короткое время было отмечено изменение структуры поверхности.

У титанового корпуса малого диаметра (0,5 мм) через 20 минут наблюдалось незначительное разложение. Оно было эффективно компенсировано за счет увеличения толщины слоя покрытия.

Формула изобретения

1. Терапевтический игольчатый электрод для чрескожной гальванотерапии опухолей, применимый для визуализации с использованием методик формирования изображения, отличающийся тем, что он выполнен из титана и имеет покрытие, нанесенное методом конденсации из паровой фазы, состоящее из платины, причем игольчатый электрод за исключением оконечной области иглы покрыт электрически непроводящим изоляционным полимером.

2. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что толщина покрытия из платины составляет от 0,1 до 3,0 мкм, предпочтительно около 1,0 мкм.

3. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что диаметр корпуса из титана составляет от 0,1 до 1,0 мм, предпочтительно от 0,5 до 0,8 мм.

4. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что используется полимер, представляющий собой парилен N, парилен D или парилен С.

5. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что изоляционное покрытие состоит из политетрафторэтилена (ПТФЭ).

6. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя полимера составляет от 0,001 до 0,09 мм, предпочтительно от 0,0025 до 0,05 мм.

7. Игольчатый электрод по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде катетера для электрохимиотерапии.

8. Способ изготовления игольчатого электрода для электротерапии, в частности чрескожной гальванотерапии опухолей, отличающийся тем, что игольчатый электрод выполнен из титана и покрыт платиной с использованием процесса конденсации из паровой фазы.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что процесс конденсации из паровой фазы включает испарение и ионизацию платины в вакуумной камере, воздействие электрическим током с целью ускорения ионов, образовавшихся на титановом корпусе, и их осаждение на корпусе.

10. Способ по п.8 и 9, отличающийся тем, что электрод за исключением оконечной области иглы дополнительно покрыт непроводящим полимером.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что используется полимер, представляющий собой парилен N, парилен D или предпочтительно парилен С.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что непроводящий полимер наносят с использованием процесса осаждения Горама.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что изоляционное покрытие наносят методом распыления.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в качества материала покрытия используют политетрафторэтилен (ПТФЭ).