Радиофизики ТГУ улучшают методику лечения обмороженных конечностей с помощью слабого СВЧ-излучения. Они проводят эксперименты на фантомах – моделях отдельных частей человеческого тела. Учёные планируют учесть неоднородность структуры отогреваемой конечности (кожно-жировой слой, мышцы, костные ткани), это поможет уточнить режимы отогрева, улучшить терапию и уменьшить или совсем исключить вероятность ампутации частей тела, пострадавших от обморожения.
Методику и прибор для лечения обмороженных конечностей разрабатывает команда учёных под руководством профессора Григория Дунаевского на кафедре радиоэлектроники РФФ ТГУ и в лаборатории электроники СФТИ. Курирующим врачом является доктор медицинских наук, профессор Евгений Гаврилин.
– Для отработки методики мы проводим численные модельные эксперименты, а также физические эксперименты на фантомах – натурных моделях человеческих конечностей, – рассказал Григорий Дунаевский. – Тонкостенные цилиндры из полипропилена мы наполняем веществом, близким по электрическим и тепловым свойствам мышцам человека, и прогреваем содержимое при помощи слабого СВЧ-поля. Делается это для изучения внутренней структуры теплового поля и чтобы исключить локальный недогрев или перегрев объекта.
По словам учёного, они достаточно долго перебирали материалы для наполнения фантомов, измеряли их свойства.
– Мы начали с физраствора, но у него очень быстрая тепловая конвекция, поэтому теплоперенос происходит настолько быстро, что мы не могли зафиксировать неоднородности температур в отогреваемом объеме, – рассказал Григорий Дунаевский. – Пробовали загустить физраствор желатином, но он при нагревании снова становится жидким, и весь эффект торможения теплопереноса уходит. Перепробовали много вариантов наполнителей, вплоть до манной крупы. Теплоперенос замедлить удалось, но в итоге состав на основе физраствора оказался все же далековат по электрическим свойствам от человеческой ткани.
Учёный добавил, что поиски оптимального наполнителя продолжаются, а пока команда решила для наполнения фантома использовать диспергированное мясо свиньи (фарш). Он и по радиоволновым, и по тепловым параметрам близок к мышечной ткани человека, в нем нет быстрой теплопередачи, и с помощью погружных датчиков можно детально исследовать распределение температуры при различных режимах микроволнового нагрева.
Следующий шаг – учёные выявят, как влияет неоднородная структура конечности человека, состоящей не только из мышечных, но и кожно-жировых и костных тканей, на динамику микроволнового прогрева конечности. Помимо фантома, моделирующего мышцы человека, радиофизикам предстоит создать фантом кости, который близок к ней по электрическим и тепловым свойствам, ведь внутри кости присутствуют сосуды, которые также следует «открыть» микроволновым отогревом. При этом наполнитель фантома, моделирующего кость, должен позволить измерять распределение температуры в его объеме.
Параллельно в группе идет подготовка к проведению экспериментов не с цилиндрическими фантомами, а с использованием конечностей тонкостенных пластиковых манекенов, так как они больше соответствуют реальной конфигурации рук и ног человека. Это поможет более детально исследовать создаваемое микроволновым нагревом распределение теплового поля в их различных участках (голенях, стопах, ладонях, пальцах) и отрабатывать наиболее «мягкие» режимы отогрева.
Учёные получили уже пятый патент в рамках своего проекта. Первые четыре защищали предложенный способ лечения обморожений микроволновыми полями и первые варианты устройств, этот способ реализующих. При последней модернизации радиофизики сделали СВЧ-излучение более равномерным, чтобы переохлажденная конечность одинаково прогревалась по всему объему. Также они предложили одновременно с СВЧ-прогревом принудительно охлаждать верхний слой кожи, чтобы сначала раскрывались глубинные сосуды, а уже затем — поверхностные.
Напомним, что на данный момент это единственное в мире устройство, созданное для лечения глубоких обморожений. Проект поддержан Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева.
В 2018 году радиофизики получили разрешение от комитета по биоэтике ТГУ на работу с добровольцами, чтобы испытать созданную установку и методику лечения. Экспериментов предстоит провести очень много, так как и степени обморожений, и их размеры отличаются существенно от случая к случаю. Сейчас прибор расположен в медсанчасти №2 Томска, нескольким пациентам которой, с их согласия, прошлой зимой уже оказана неотложная помощь с применением новой методики. Результаты были успешными, за исключением тех случаев, когда пациенты самостоятельно пытались отогреть отморожения, а уже потом обратились за помощью: внешний отогрев приводит к преждевременному открыванию внешних сосудов, при закрытых внутренних наступает тромбообразование и некроз, и эти процессы, увы, необратимы. Вот почему при глубоких обморожениях так важна термоизоляция, а внешний нагрев, наоборот, противопоказан.