Urządzenie do tamowania krwawień
Innowacyjne urządzenie optyczne bazujące na technologii LED do tamowania mikrokrwawień
Obecnie w różnych dziedzinach medycyny powszechnie wykorzystuje się promieniowanie elektromagnetyczne (generowane przede wszystkim za pomocą laserów), które niesie ze sobą energię, powodując lokalny wzrost temperatury tkanki. Zwykle wykorzystywane jest promieniowanie z zakresu bliskiej oraz średniej podczerwieni (długość fali światła 700 - 3000 nm). Termiczne działanie skupionej wiązki fali świetlnej o dużej gęstości mocy wykorzystywane jest w: chirurgii, dermatologii, okulistyce, reumatologii czy stomatologii, np. w procesie ablacji (rozpadu tkanek).
Transmisja (przepuszczalność) światła przez kolejne warstwy skóry (naskórek, skóra właściwa, tkanka podskórna) dla różnych długości fali. Liczby w procentach oznaczają ilość przepuszczonej energii
Koncepcja urządzenia do procesu koagulacji tkanki krwi
Przykładowy rozkład temperatury w tkance z przeciętymi naczyniami krwionośnymi, po oświetleniu światłem niebiesko-fioletowym
Prototyp urządzenia wykonany przez firmę SKA Polska
Wprowadzenie do medycyny nowej długości promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym na pograniczu barwy niebieskiej i fioletowej (długość fali 405 - 460 nm) pozwala na zastosowanie terapii polegającej na zapobieganiu mikrokrwawień u ludzi cierpiących na hemofilię czy zażywających leki wpływające na proces krzepliwości krwi (antykoagulanty), jak np. aspiryna. W takim przypadku zachodzi potrzeba ograniczenia skutków drobnych skaleczeń, otarć czy wylewów pod skórą i do stawów (np. do kolan lub łokci), które powstają czasami w skutek uderzenia (stłuczenia).
Celem projektu było stworzenie niedrogiego i łatwego w eksploatacji urządzenie bazującego na diodach LED do przeprowadzania nieinwazyjnej, fototermicznej koagulacji w warunkach domowych lub ambulatoryjnych. Przeznaczone jest ono dla osób z zaburzeniami krzepliwości krwi do skutecznego tamowania krwotoków spowodowanych drobnymi skaleczeniami, otarciami czy prostymi zabiegami medycznymi, bez powodowania uszkodzeń sąsiednich tkanek.
Terapia światłem fioletowym polega na pobudzaniu cząsteczki hemoglobiny, która ma wymiary kilku nanometrów. Hemoglobina dla tego zakresu długości fali świetlnej ma największe właściwości absorpcyjne i pochłania wielokrotnie więcej energii promieniowania w porównaniu z innymi rodzajami światła. Pochłonięta przez cząstki hemoglobiny energia promieniowania elektromagnetycznego zamieniana jest na ciepło, które podgrzewa płynną tkankę krwi i doprowadza do procesu koagulacji. Polega on na niszczeniu struktury białek i całkowitej utracie aktywności biologicznej oraz powstawaniu trwałych strzępków. Ze strzępków zniszczonej struktury białek powstaje struktura o funkcjach mechanicznych, która zamyka obszar krwawienia.
W ramach projektu zrealizowanego przez firmę SKA Polska zostało stworzone urządzenie, które realizuje opisaną koncepcję. Bazuje ono na technologii LED – źródłem światła jest niebiesko-fioletowa dioda. By osiągnąć wymagany poziom gęstości mocy świetlnej, promieniowanie skupiane jest za pomocą specjalnej soczewki. Urządzenie zasilane jest za pomocą baterii lub akumulatorów, co sprawia, że jest ono wygodne w użyciu w warunkach domowych. Dużym wyzwaniem było skonstruowanie sterownika diody, który musi w sposób stabilny utrzymywać moc promieniowania przez określony czas, mając jednocześnie jak najlepszą sprawność. Jest to szczególnie istotne przy zasilaniu bateryjnym.
Urządzenie charakteryzuje się niskim kosztem wytworzenia, co sprawia, że może ono być dostępne dla zainteresowanych grup pacjentów. W Unii Europejskiej mieszka około 40 tys. ludzi chorych na hemofilię oraz około 20 mln ludzi zażywających leki, które mają wpływ na krzepliwość krwi.
Określenie parametrów urządzenia, takich jak gęstość mocy czy czas naświetlania, wymagało przeprowadzania analizy numerycznej procesu konwersji energii świetlnej w cieplną w uszkodzonej skórze. W tym celu przez zespół SKA Polska została opracowana metoda bazująca na Metodzie Elementów Skończonych.
Przeprowadzone analizy numeryczne nagrzewania tkanki krwi i skóry właściwej światłem niebiesko-fioletowym wskazały, że proces wymiany ciepła zachodzi w powierzchniowych warstwach tkanki krwi, a proces koagulacji jest możliwy przy odpowiednich parametrach urządzenia.
Projekt był realizowany przez międzynarodowe konsorcjum złożone z sześciu firm i dwóch instytutów naukowych.