Радиочастота — основные положения: физика, безопасность и применение в эстетической медицине

Diane Irvine Duncan\ Michael Kreindel

Аннотация

В данной главе кратко изложены основы науки о радиочастоте (РЧ) и ее применение в эстетической медицине. Описываются основные параметры РЧ, к которым относятся: частота, форма волны, мощность, длительность импульса и глубина проникновения, а также проводится анализ ее применения в медицине. Подробно описывается различное клиническое применение монополярных и биполярных устройств. Показано, как влияет конфигурация РЧ электрода на нагрев ткани, приведены специфические для ткани электрические параметры. В данной главе обсуждается, какие параметры РЧ необходимы для достижения терапевтических температур и проведения абляции, коагуляции или субнекротического нагрева тканей. Проводится сравнение РЧ параметров, используемых для проведения неинвазивного, минимально инвазивного и фракционного воздействия. И наконец, объясняются основные проблемы безопасности, связанные с РЧ воздействием, а также подробно описываются наиболее распространенные причины возникновения побочных реакций.

Термин радиочастота (РЧ) впервые появился с момента изобретения радио и применялся по отношению к электромагнитному излучению или току в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. С тех пор в медицине во время проведения различных процедур использовалась относительно ограниченная часть этого спектра от 200 кГц до 40 МГц. Основным преимуществом РЧ энергии в медицине является слабая или незначительная реакция нервов на переменный ток высокой частоты по сравнению с более низкими частотами.

William T. Bovie изобрел первое электрохирургическое устройство во время работы в Гарварде. Д-р Harvey Williams Cushing использовал это устройство 1 октября, 1926 года в госпитале Peter Bent Brigham в Бостоне, Массачусетс, с целью удаления разрастания ткани в области головы пациента. С тех пор РЧ электрохирургические устройства стали одними из самых используемых среди хирургических инструментов. В последнее время РЧ переживает возрождение в эстетической медицине в связи с началом ее применения в абляционных и неабляционных методиках. РЧ энергия стала незаменимым средством почти в каждой области медицины, включая дерматологию, пластическую хирургию и эстетическую медицину, основной объект изучения данной книги. В основе воздействия, оказываемого РЧ энергией на ткани и зависящего от применяемой плотности энергии, лежит разнообразный тепловой эффект.

Несколько, обусловленных РЧ воздействием, тепловых изменений в тканях, которые широко используются в медицине: (1) Абляция ткани. Этот эффект, обычно используемый для рассечения или удаления тканей, основан на тепловой эвапорации (испарение) ткани. Для проведения абляции необходима очень высокая плотность энергии, что способствует переходу ткани из твердого состояния в газообразное при минимальном термическом повреждении окружающих тканей. Новое применение РЧ абляции — каутеризация (прижигания) опухолей. (2) Коагуляция. При применении на кровеносных сосудах коагуляция обеспечивает гемостаз с целью контроля кровотечения во время выполнения операций. Такой же механизм обеспечивает эффективность терапии при наличии сосудистых повреждений. Также коагуляцию можно проводить и на мягких тканях для того, чтобы вызвать некроз, когда нет необходимости в срочном удалении ткани или это является нецелесообразным. (3) Сокращение коллагена. Воздействие высоких температур вызывает мгновенные изменения в третичной структуре белков. При воздействии на коллаген нагрев позволяет изменять формы ткани для медицинских и косметических целей. В офтальмологии и ортопедии мгновенное прогнозируемое сокращение коллагена происходит при температуре, находящейся в диапазоне 60-80ºС. Во время проведения неинвазивных косметологических процедур этот эффект вызывается воздействием более низких температур во избежание развития некроза кожи. Однако, за счет воздействия более низких температур результаты процедуры часто менее стабильны, требуется проведение нескольких процедур, а для демонстрации результатов нужно больше времени. (4) Гипертермия тканей. Нагрев ткани до сверх физиологических температур является широко используемым методом лечения кожи, при котором происходит воздействие субнекротических температур для стимуляции естественных физиологических процессов с целью изменения внешнего вида кожи и уменьшения количества подкожно-жировой ткани. Такой нагрев не приводит к мгновенному эффекту коагуляции, но может стимулировать фибробласты вырабатывать коллаген и изменять метаболизм адипоцитов в сторону липолиза.

Характеристики радиочастотной энергии

Клинические эффекты РЧ зависят от сочетания параметров РЧ и способа ее применения.

Частоты

Частота электрического тока показывает, сколько раз за секунду электрический ток меняет свое направление, и измеряется в герцах. Такое изменение направления связано со сменой полярности напряжения. Прямой ток имеет частоту, равную 0 Гц, и обычно используется в устройствах с батарейным питанием. Стандартный переменный ток в диапазоне 50-60 Гц используется в большинстве домашних устройств. Переменный ток оказывает стимулирующее действие на нервную и мышечную ткани и при высоких значениях мощности представляет большую опасность. Он может вызвать острую боль, мышечные спазмы и даже остановку сердца.

На частоте 100 кГц и выше стимулирующий эффект, оказываемый на мышечную и нервную ткань, уменьшается. В этом диапазоне более высокие мощности можно безопасно применять для обработки тканей с целью создания желаемого теплового эффекта (рис.1). Несмотря на то, что на частоте выше 100 Гц реакция нервов на электрический ток значительно снижена, при больших амплитудах можно наблюдать реакцию кожи даже на частоте выше 1 МГц. РЧ энергия распространяется в ткани в форме электрического тока между накладываемыми электродами и в форме излучения при более высоких частотах. Частоты, находящиеся в диапазоне от 200 кГц до 6 МГц, наиболее часто используются в медицине, но есть устройства, работающие на частотах в пределах 40 МГц. Более высокочастотные электрические колебания в основном используются для связи.


Рисунок 1. Частотный спектр электрического тока.

Форма волны

Синусоидальное РЧ напряжение обычно используется в медицинских устройствах. РЧ энергия может быть доставлена в непрерывном режиме, режиме высокочастотных пульсаций и импульсном режиме (рис.2). При поэтапном лечении больших областей наиболее часто используется непрерывный режим, так как он позволяет постепенно увеличивать температуру в больших объемах тканей. Такой подход применяется для борьбы с целлюлитом, удаления нежелательных жировых отложений и для подтяжки кожи. При режиме высокочастотных пульсаций РЧ энергия доставляется посредством повторяющихся импульсов РЧ энергии. Это используется в устройствах, где важна пиковая мощность, при этом среднюю мощность следует ограничивать. Такой подход используется для коагуляции кровеносных сосудов. Импульсный режим оптимально подходит, когда имеется необходимость в нагреве небольших участков ткани, при этом ограничена теплопроводность окружающих тканей, что аналогично принципу применения коротких импульсов при лазерном воздействии. Импульсный режим эффективен при проведении фракционной абляции кожи и характеризуется длительностью импульса, не превышающей времени термической релаксации обрабатываемой области.


Рис. 2. Стандартные формы волн.

Радиочастотная мощность

Самыми важными характеристиками РЧ энергии являются: ее пиковая и средняя мощность. Пиковая мощность важна для оценки производимого теплового эффекта, в то время как средняя мощность влияет на скорость, при которой вызывается нагрев. Для непрерывного режима пиковая и средняя мощности одинаковы. Для импульсного режима или режима высокочастотных пульсаций средняя мощность — это общая передаваемая мощность, деленная на время, во время которого используется устройство, включая нерабочую часть цикла.

Другой важной характеристикой РЧ является плотность мощности. Большая мощность, которая применяется на обширных поверхностях кожи, может вызвать только слабый нагрев, но при использовании через игольчатый электрод та же мощность применяется на маленькой точке контакта, что приводит к высокой плотности мощности. На высоких плотностях мощности РЧ скорее может вызвать интенсивную абляцию ткани, чем нагрев или коагуляцию.

Тепловой эффект радиочастотного тока

Тепловая мощность (Р), выработанная в ткани посредством воздействия электрического тока за отрезок времени (t), описывается законом Джоуля:

Генерируемое тепло измеряется в джоулях/см³. Как описывается в уравнении, мощность увеличивается как квадратичная функция плотности РЧ тока (j) РЧ. И наоборот, тепловая мощность изменяется обратно пропорционально электрической проводимости ткани (σ). Принимая во внимание, что плотность тока, согласно закону Ома, пропорциональна напряженности электрического поля и электропроводности ткани (уравнение 2),

j = σ E

мы можем переписать уравнение (1) как

P = σ E2

Иначе говоря, чем выше электрическая проводимость ткани, тем сильнее нагрев, который будет происходить при наличии постоянного РЧ напряжения между электродами. Кроме того, количество генерируемого тепла увеличивается с увеличением РЧ воздействия; другими словами ткань нагреется больше при большей продолжительности воздействия РЧ тока. По мере нагревания ткани увеличивается ее электрическая проводимость (или, говоря другими словами, снижается импеданс), и, следовательно, эти уравнения значимы только в данный момент времени. Это учитывается при проведении процедур с использованием РЧ энергии: в современных устройствах РЧ мощность автоматически настраивается в зависимости от импеданса ткани.

Глубина проникновения и распределение радиочастотной энергии между электродами

Глубина проникновения — это параметр, широко используемый в лазерной дерматологии, для обозначения расстояния под нагреваемым участком кожи. Более корректно сказать: глубина РЧ эффекта характеризуется ослаблением применяемой энергии с глубиной. Наиболее распространена следующая интерпретация этого параметра — это глубина, на которой применяемая энергия уменьшается по экспоненциальному множителю (е ~ 2.7). В отличие от световой энергии, которая уменьшается по мере прохождения сквозь ткани за счет рассеивания и поглощения, РЧ ток уменьшается с увеличением расстояния от электрода вследствие расхождения линий тока. На глубину проникновения может влиять изменение строения кожи и оптимизация системы электродов. В эстетической медицине наиболее распространенной конфигурацией систем электродов является монополярная, биполярная и мультиполярная, включая фракционную, где эффект достигается наложением (суперпозицией) путей РЧ тока между парными электродами. Глубина проникновения также может зависеть от анатомической структуры обрабатываемой области. Например, глубина проникновения над костью может быть ограничена вследствие низкой электропроводности костной ткани. По этой причине параметры при выполнении процедуры в области с близким расположением костной ткани, например, в области лба и области тазобедренного сустава, часто отличаются от параметров, используемых в соседних областях.

Монополярные радиочастотные системы

В монополярных РЧ устройствах в обрабатываемой области используется активный электрод, а возвратный электрод, обычно в виде пластины для заземления с большой контактной поверхностью, располагается за пределами обрабатываемой области. При такой конфигурации электрода высокая плотность РЧ тока возникает возле активного электрода, а РЧ ток расходится в сторону большого возвратного электрода. Схематическое изображение поведения РЧ тока в организме для монополярной системы представлено на рисунке 3.

  Купить аппарат для игольчатого Rf-лифтинга по доступной цене

Рис. 3. Схематическое изображение распределения РЧ тока между электродами для монополярной системы.

Нагреваемая область для этой конфигурации может быть определена при помощи сферической аналитической модели для уравнения непрерывности, утверждая, что электрический ток постоянно течет от одного электрода к другому:

Учитывая закон Ома в дифференциальной форме (уравнение 2) и определение электрического поля, уравнение 4 может быть переписано следующим образом:

где φ — это потенциал электрического поля. Решение этого уравнения обеспечивает распределение плотности РЧ тока между электродами:

где Ϭ — это электрическая проводимость ткани, V – напряжение между электродами, r – радиус маленького электрода и R – радиус большого электрода.

В отдельных случаях, когда возвратный электрод намного больше активного электрода, уравнение можно упростить следующим образом:

Соответственно, тепловая мощность, согласно закону Джоуля, может быть рассчитана так:

Из этого простого уравнения следует несколько интересных выводов:

(1) Тепло, генерируемое РЧ током возле активного электрода, не зависит от размера, формы или расположения возвратного электрода, когда этот электрод по размеру намного больше активного электрода и находится на расстоянии, превышающем размер активного электрода.

(2) Нагрев значительно уменьшается по мере увеличения расстояния от электрода. При расстоянии, равном размеру электрода, нагрев становится незначительным. Другими словами, большая часть РЧ энергии, используемой в монополярных системах, превращается в тепло возле активного электрода. Следовательно, область нагрева можно установить как радиус или половину размера активного электрода.

(3) РЧ ток концентрируется на РЧ электроде и быстро расходится по направлению к возвратному электроду. На рисунке 4 представлено тепловое изображение поперечного среза ткани (крупного рогатого скота), обработанного с помощью монополярного электрода, и продемонстрировано, что выработка тепла наблюдается только возле активного электрода.

Монополярные устройства чаще всего используются для иссечения тканей. Схематично протекание РЧ тока для монополярных устройств показано на рисунке 5.

Рис.4. Термография поперечного среза ткани во время лечения: применялся монополярный РЧ генератор с частотой 1 МГц и мощностью 50 Ватт с использованием 1-мм электрода на поверхности ткани и большого 100-см² возвратного электрода под тканью. Тепло сконцентрировано возле поверхности маленького электрода, а глубина нагреваемой области соответствует половине размера электрода.

Через организм человека РЧ ток всегда течет в замкнутом контуре. Как показано выше, плотность тока вдали от активного электрода является незначительной. Однако, при нарушениях работы, когда ток низкой частоты убегает от монополярной конфигурации, сохраняется высокий риск, потому что все тело подвергается воздействию электрической энергии. Большинство имеющихся в продаже устройств имеет изолированный выход во избежание любых неожиданных путей РЧ тока к окружающему металлическому оборудованию.

Результаты лечения с применением монополярных устройств зависят от плотности РЧ энергии, которую можно контролировать посредством РЧ мощности и размера активного электрода. Для проведения абляции тканей необходима очень высокая плотность энергии. В режущих инструментах используется электрод игольчатого типа для того, чтобы сосредоточить электрический ток на очень малой площади.

Рис. 5. Электрический ток, протекающий через пациента и электрохирургическое устройство.

Рис. 6. Эффект в зависимости от размера пятна

Площадь поверхности насадок для проведения коагуляции больше, чем у устройств, предназначенных для абляции, и составляет обычно несколько квадратных миллиметров, чтобы вырабатывать тепло на большей площади, вызывая коагуляцию, а не абляцию. Субнекротический нагрев обычно используется в процедурах, связанных с ремоделированием коллагена; в этом случае размер пятна составляет примерно 1 см². Схематическое изображение эффекта в зависимости от размера пятна, оказываемого на обрабатываемую область, представлено на рисунке 6.

Для монополярных устройств глубина проникновения — это функция размера активного электрода, и ее можно определить как половину размера электрода.

Основные характеристики монополярных устройств:

  • возможность прогнозирования теплового эффекта возле активного электрода
  • возможность концентрации энергии на очень маленьких площадях
  • высокая неравномерность распределения тепла с очень высоким нагревом на поверхности активного электрода и его значительным уменьшением на расстоянии, превышающем размер электрода, при этом ограничивается глуби на проникновения.


Рис. 7. Распределение электрического тока для биполярной РЧ системы

Биполярные радиочастотные системы

Биполярная конфигурация характеризуется применением двух электродов, которые контактируют с обрабатываемой областью. Такая конфигурация, по сравнению с монополярной системой, способна лучше обеспечивать однородный нагрев более значительных объемов тканей. Чтобы понять принцип распределения тепла между электродами, следует учитывать три правила:

(1) При любой конфигурации плотность РЧ тока выше по линии кратчайшего расстояния между электродами и уменьшается с увеличением расстояния от электродов.

(2) Нагрев сильнее рядом с поверхностью электрода и уменьшается с увеличением расстояния вследствие расхождения тока.

(3) РЧ ток концентрируется на той части электрода, которая наиболее искривлена, что способствует появлению горячих очагов.

На рисунке 7 представлено схематическое изображение распределения электрического тока в однородной среде при стандартных конфигурациях электродов, используемых для неинвазивных процедур.

В биполярных устройствах оба электрода вызывают одинаковый тепловой эффект возле каждого электрода, а расхождение РЧ тока не сильное вследствие небольшого расстояния между ними. Для биполярных систем, изображенных на рисунке 7, большая часть тепла концентрируется между электродами.

Глубина проникновения РЧ для биполярных устройств — это функция размера электрода и расстояния между ними. По мере увеличения расстояния между электродами электрический ток может пройти глубже, однако при этом расхождение также увеличится. В случае, когда расстояние между электродами намного больше, чем размер электрода, профиль нагрева будет аналогичен двум монополярным электродам.

Схематично, такая ситуация представлена на рисунке 8.

Тепловые изображения среза ткани при небольших и больших расстояниях между электродами представлены на рисунке 9.


Рис. 8. Распределение электрического тока для биполярной системы при большом расстоянии между электродами.

Рис. 9. Тепловые изображения среза ткани, обработанной с помощью биполярного устройства при маленьком (а) и большом (b) расстоянии между электродами.

На рисунке 9а показано, как тепло вырабатывается между электродами, тогда как профили нагрева непосредственно под электродами менее выражены. Такая конфигурация позволяет производить равномерный нагрев в ограниченном объеме. Эта конфигурация подходит для проведения гомогенного нагрева кожи на глубину до нескольких миллиметров. Основное применение такой конфигурации — это субнекротический нагрев кожи с целью денатурации коллагена и стимуляции ремоделирования. На рисунке 9b тепло сконцентрировано под электродом так, как наблюдается в монополярных устройствах. Распределение температуры не является однородным, и на практике становится ясно, что нагрев сопровождается появлением горячих очагов.

Наиболее равномерное распределение РЧ тока получается при плоской конфигурации, когда площадь параллельных электродов больше, чем расстояние между ними. Распределение РЧ тока для плоской конфигурации изображено на рисунке 10.

РЧ нагрев между электродами будет равномерным для большей части объема с расхождением тока на периферии электродов. Такой конфигурации можно достичь посредством формирования складок ткани между электродами. В эстетической медицине это обычно достигается применением отрицательного давления (в виде вакуума) для поднятия и защипывания кожи между двумя параллельными электродами. Такая конфигурация обычно используется в процедурах, предназначенных для коррекции контуров тела, с целью обеспечения равномерного нагрева на глубине. Биполярные устройства обычно применяются для формирования больших тепловых зон в неаблятивных процедурах. Преимуществом биполярных систем является локализация электрического тока в обрабатываемой области.


Рис. 10. Распределение электрического тока для плоской биполярной конфигурации

Ответная реакция ткани на воздействие биполярной РЧ может быть продемонстрирована в тепловых экспериментах, проводимых в исследованиях in vitro на тканях свиньи. В данном случае использовался РЧ генератор с частотой 1 МГц и мощностью 50 ватт. Тепловизионная камера (FLIR A320) использовалась для проведения термографии ткани во время воздействия РЧ. На рисунке 4, ранее в данной главе, представлена тепловая ответная реакция на воздействие монополярной РЧ: на поверхности ткани применялся 1-мм электрод, а большой 100-см² возвратный электрод был размещен под тканью. Тепло концентрируется возле поверхности маленького электрода, а глубина тепловой зоны соответствует примерно половине размера электрода. И напротив, на рисунке 9b показана биполярная конфигурация, при которой оба электрода имеют одинаковый размер, равный 10 мм, и расстояние между ними также составляет 10 мм. Тепловая зона располагается между электродами и имеет равномерное распределение вниз на глубину 5 мм. Для биполярной конфигурации, где расстояние между электродами примерно соответствует размеру электрода или меньше, глубина проникновения приблизительно равно половине расстояния между электродами. По мере увеличения расстояния между этими электродами распределение РЧ энергии становится неравномерным, и большая часть тепла концентрируется возле поверхности электрода (рис. 9b). Образование складок кожи между двумя плоскими электродами способствует равномерному нагреву больших объемов ткани (рис. 11). Глубина проникновения определяется высотой электрода и может составлять даже несколько сантиметров.


Рис. 11. Тепловизионное изображения распределения тепла в коже, зажатой в складку между двумя параллельными электродами.

Электрические свойства ткани

Специфическим признаком РЧ тока в биологической ткани является ионная проводимость. В результате, электрические эффекты, связанные с магнетизмом, незначительны, а поведение ткани, находящейся под действием РЧ тока, достаточно хорошо описан с помощью теории Максвела (Maxwell). Рассматривая ткань как среду, обладающую сопротивлением и некоторыми емкостными свойствами, это дает эффект, который становится более выраженным при более высоких частотах. В диапазоне РЧ от 200 кГц до 1 МГц сопротивление ткани значительно преобладает в ее поведении, и мы можем не учитывать емкостные свойства, которые более значимы для развития РЧ генератора, чем для применения в медицинской практике. Таким образом, в контексте этого обсуждения термины сопротивление и импеданс будут считаться равнозначными. Для ткани с постоянными свойствами сопротивление равно:

где р — это сопротивление ткани, равное сопротивлению проводника площадью 1 м² и длиной 1 м. S – это поперечный срез ткани, на которую воздействует РЧ ток, и L – это расстояние между электродами. Это упрощенное уравнение позволяет понять самые основные принципы поведения РЧ тока: импеданс ткани выше при меньших электродах и большем расстоянии между ними.

Часто в литературе термин электрическая проводимость применяется как антоним термина сопротивление. Электропроводность различных видов тканей может значительно отличаться. Электрические свойства некоторых тканей представлены в таблице 1.

Важно понимать, что измерения in vitro для чистых веществ могут значительно отличаться от измерений, выполненных на живом пациенте, так как на макроуровне присутствует смешение тканей. Например, согласно приведенной ниже таблице, разница между влажной кожей и жировой тканью составляет примерно 8 раз, в то время как многократные измерения, выполненные in vivo, показывают различие примерно в 3 раза. Это можно объяснить наличием в жировом слое сосудистой сети, основного вещества соединительной ткани и межклеточной жидкости. Этим также можно объяснить значительный разброс данных, опубликованных в различных исследованиях. Как правило, ткань с более высоким содержанием воды и крови обладает высокой электрической проводимостью. Тумесцентная анестезия может значительно увеличить электропроводность ткани путем увеличения содержания воды и соли.

  Применение мультимодальной радиочастотной технологии для коррекции возрастных изменений нижней трети лица и шеи

Электрическая проводимость ткани может сильно зависеть от РЧ частоты. На рисунке 12 представлена электропроводность жировой ткани и кожи, вычисленная в соответствии с параметрической моделью. Электрическая проводимость кожи сильно зависит от частоты, находящейся в диапазоне от 100 Кгц до 1 МГц, и слабо меняется на более высоких частотах. Электропроводность жировой ткани представляет собой плато во всем диапазоне частот, используемых в медицине.

Таблица 1. Электрическая проводимость различных видов биологических тканей при 1 МГц

Вид ткани Электропроводность, См
Кровь 0.7
Костная ткань 0.02
Жировая ткань 0.03
Сухая кожа 0.03
Влажная кожа 0.25

 


Рис. 12. Электрическая проводимость ткани в зависимости от РЧ частоты.


Рис. 13. Электропроводность ткани в зависимости от температуры.

Электропроводность ткани зависит от температуры. Качественное поведение импеданса ткани в зависимости от температуры представлено на рисунке 13.

Нагревание ткани уменьшает ее импеданс со скоростью ~ 1.5—2% с каждым градусом Цельсия вплоть до точки коагуляции. Это изменение связано со снижением вязкости ткани, которая уменьшается по мере увеличения температуры. Коагуляция ткани вызывает химические изменения в структуре ткани, и тенденция поведения импеданса меняется. Когда ткань нагревается до 90—100ºС, начинается испарение жидкости, что значительно увеличивает импеданс ткани. Дальнейший нагрев ткани приведет к ее карбонизации. Такая зависимость электропроводности ткани от температуры используется в некоторых медицинских устройствах. Например, в технологии, известной как электрооптическая синергия, для селективного нагрева ткани-мишени применяется свет определенной длины волны; предварительный нагрев ткани-мишени в дальнейшем создает предпочтительный путь для РЧ тока. Для некоторых процедур это может обеспечить преимущество в лечении.

Радиочастотный тепловой эффект, оказываемый на ткани

Тепловой РЧ эффект, оказываемый на ткани, не отличается от такового в лазерной или любой другой методике, в основе которой лежит нагрев. В многочисленных исследованиях обсуждается эффект воздействия температур на ткани. Результат лечения зависит не только от температуры, а еще и от продолжительности ее воздействия. Таким образом, воздействие температуры 70—90ºС в течение нескольких миллисекунд может вызвать коагуляцию, в то время как воздействие в течение нескольких секунд при более низкой температуре, равной 45ºС, приводит к необратимому повреждению.

Стандартная последовательность ответной реакции ткани на повышение температуры является следующей. 37 — 44ºС: ускорение метаболизма и других естественных процессов. 44 — 45ºС: изменения в структуре белков, включая коллаген; гипертермическая гибель клеток. 60 — 70ºС: денатурация белков; коагуляция коллагена, мембран, гемоглобина; сокращение волокон коллагена. 90 — 100ºС: формирование внеклеточных вакуолей; эвапорация жидкости. >100ºС: термическая абляция; карбонизация.

Длительность импульса

Длительность импульса — один из наиболее важных параметров в достижении клинической эффективности при использовании РЧ энергии. Это отражается на результатах лечения, потому что выбор времени оказывает влияние на термохимический процесс в ткани. Другой эффект длительности импульса — это диссипация (рассеяние) энергии в стороны от области, на которую происходит воздействие, за счет наличия теплопроводности от обрабатываемой области до окружающих тканей.

Существуют обширные данные о наличии корреляции между температурой ткани, длительностью импульса и результатом лечения. Moritz и Henriques продемонстрировали, что порог термического повреждения кожи зависит от температуры и времени. Позднее было продемонстрировано, что функция повреждения кожи может быть описана с помощью уравнения Arrhenius (Аррениуса), где время — это предэкспоненциальный множитель, а температура — это экспоненциальный множитель:

Другими словами, степень повреждения (D) является линейной функцией длительности импульса (t) и экспоненциальным множителем температуры ткани (Т). Фактически, впоследствии температура становится более зависимой от степени повреждения, чем от длительности импульса. Тем не менее, длительное незначительное повышение температуры влияет на ткани.

Хорошо известно, что длительно поддерживаемая гипертермия при 42ºС в течение нескольких десятков минут вызывает гибель наиболее чувствительных клеток. После повышения температура ткани может быть снижена только путем рассеяния тепла. Диссипация температуры характеризуется временем термической релаксации ткани-мишени. Когда целью лечения является нагрев структуры без нагрева периферических тканей, то необходимо достичь этой температуры перед началом рассеивания путем переноса тепла. Следовательно, для локализации области воздействия длительность импульса должна быть меньше времени термической релаксации.

Время термической релаксации зависит от термических свойств ткани, а также от формы и размера нагреваемой области. Мягкие ткани имеют тепловые характеристики, схожие с характеристиками воды.

Для плоских объектов время термической релаксации может быть вычислено следующим способом:

где d – это толщина слоя, а а — это диффузионная способность ткани. Диффузионная способность равна электрической проводимости ткани, деленной на теплоемкость, и измеряется в см² s-1.

Для цилиндрических объектов, таких как кровеносные сосуды или волосы, аналогичное уравнение может быть использовано с различными геометрическими факторами:

где d – диаметр объекта. Уравнение показывает, что время охлаждения является квадратичной функцией размера нагреваемой мишени.

Области применения радиочастоты

В эстетической медицине процедуры с применением РЧ можно разделить на три основные группы:

  • неинвазивный РЧ нагрев тканей, который используется в ряде клинических процедур, включая сокращение морщин, уплотнение кожи, уменьшение выраженности целлюлита и уменьшение окружности
  • фракционная коагуляция и абляция в процедурах омоложения кожи
  • минимально инвазивное лечение для объемного сокращения коллагена и расплавления жира

Неинвазивная радиочастота

В основе неинвазивного РЧ воздействия лежит применение РЧ электродов, которые накладываются на поверхность кожи обрабатываемой области. Применяемая РЧ энергия проходит в ткани на расстояние до нескольких миллиметров. Чтобы достичь ткани, содержащей коллаген, в дерме и подкожно-жировой клетчатке, РЧ ток должен пройти сквозь эпидермис. Существует несколько ограничений касаемо количества РЧ энергии, которое можно применять неинвазивно, так как эпидермис должен оставаться интактным. Ограниченный нагрев приводит к довольно умеренному тепловому эффекту, и обычно для достижения видимого улучшения требуется несколько процедур. Можно применять РЧ энергию, используя монополярную конфигурацию электрода или биполярные системы. РЧ энергия может быть доставлена в импульсном режиме, где заранее определенное количество энергии доставляется к каждому участку, или в непрерывном режиме, при котором электроды находятся в постоянном движении вдоль поверхности кожи с целью последовательного, постепенно нарастающего нагрева. Как правило, чтобы избежать повреждения эпидермиса, температура при нагреве ткани не должна превышать 40-43ºС. Повреждение кожи — это экспоненциальная функция температуры, поэтому достижение максимального значения температурного диапазона без риска получения ожога представляет собой сложную задачу. Намного проще — и безопаснее — получить оптимальные результаты путем увеличения длительности процедуры и поддержания безопасных значений температуры в течение более длительного времени. В основе данной методики лежит эффект ремоделирования коллагена и ускорения процессов местного метаболизма. Для достижения эффекта уплотнения кожи, часто ожидаемого от неинвазивных процедур, требуется нагрев сетчатого слоя дермы и структур, расположенных субдермально. В данном случае необходимая глубина нагрева составляет 3-6 мм, диапазон, до которого световая энергия доходит не очень хорошо; следовательно, на данный момент РЧ является основным средством для такого вида процедур. Для получения временного улучшения со стороны внешних признаков целлюлита или уменьшения окружности нагрев должен проводиться глубже. Вакуум можно использовать для собирания кожи в складку между электродами и, следовательно, увеличить глубину проникновения.

Фракционное воздействие

В эстетической медицине фракционные процедуры появились примерно десятилетие назад и стали одним из самых популярных процедур для улучшения качества кожи. В основе данной процедуры лежит нагрев или абляция множественных маленьких очагов с размером пятна 100-400 μм. Это позволяет хорошо переносить данную процедуру при относительно коротком восстановительном периоде.

В отличие от лазеров, где тепловой эффект ограничен границей кратера абляции, РЧ энергия проходит через всю толщу дермы, присоединяя объемный нагрев к фракционному воздействию. Такой объемный нагрев вызывает дополнительный эффект уплотнения кожи. РЧ фракционное воздействие может осуществляться с поверхности кожи посредством использования решетки электродов или внутридермально с помощью решетки микроигл, которая доставляет РЧ энергию внутрь дермы. Поверхностные (накожные) электроды обеспечивают более поверхностный эффект, заключающийся в улучшении текстуры кожи и сокращении морщин, в то время как более длинные иглы проходят глубже, обеспечивая эффект ремоделирования дермы. Эти способы описаны дальше, в других главах.

Минимально инвазивное радиочастотное воздействие

В последнее время минимально инвазивное радиочастотное воздействие набирает популярность, что обусловлено желанием пациента достичь более выраженного результата лечения после проведения одной единственной процедуры. РЧ микроиглы воздействуют на кожу минимально инвазивным способом. Иглы с диэлектрическим покрытием стали популярны благодаря своей способности проводить интенсивный нагрев сетчатой дермы без термического повреждения поверхности кожи. Посредством нагрева коллагена, расположенного в глубоких слоях дермы, при более высоких температурах, чем могли бы безопасно применяться на уровне эпидермиса, можно достичь эффекта намного более сильного сокращения коллагена с целью уменьшения выраженности глубоких морщин и более выраженного уплотнения кожи. Сочетание глубокого дермального воздействия с поверхностным фракционным воздействием имеет высокий потенциал в полноценном омоложении кожи без ее иссечения. Вводя игольчатые электроды большого размера в глубокие слои дермы, например при РЧ липосакции, РЧ может применяться для уплотнения фиброзно-перегородочной сети жирового слоя с последующей аккомодацией вышележащей кожи во время локального удаления жировых отложений. При воздействии под кожей дерма и эпидермис относительно защищены. Во время процедуры может применяться более интенсивный нагрев до 60-70º, что способствует мгновенному и более выраженному сокращению коллагена. В некоторых клинических исследованиях сокращение площади кожи до 42% достигалось после применения РЧ липолиза.

Свойства безопасности радиочастотной технологии

В основе РЧ воздействия лежит тепловой эффект, создаваемый в обрабатываемой области, поэтому типичные побочные эффекты, связанные с воздействием РЧ энергии, носят термический характер. Большинство из них связано с избыточным воздействием и неравномерностью теплового эффекта. Формирование горячих очагов является проблемой, характерной для РЧ методики. Плотность РЧ тока всегда выше на поверхности электрода и расходится в пространстве, расположенном между электродами. Кроме того, сильная кривизна краев электрода может вызвать концентрацию РЧ энергии. Правильное строение электродов может сделать эту проблему незначительной. Также плохой контакт РЧ электродов с тканью может способствовать высокой плотности РЧ тока в точках контакта, что приведет к термическому повреждению кожи.

  Появилась пигментация кожи на лице — как избавиться от напасти?

С целью минимизации риска возникновения побочных эффектов РЧ устройства обладают некоторыми средствами безопасности:

  • мониторинг РЧ энергии
  • контроль за импедансом ткани
  • мониторинг температуры на поверхности кожи

Мониторинг электрических параметров РЧ энергии является несложной задачей, потому что РЧ электроды находятся в контакте с тканью. Можно получать данные о температуре ткани, так как она влияет на импеданс. Следовательно, с помощью мониторинга измеренного выходного напряжения и тока устройство может выявить изменение температуры тканей в режиме реального времени. Большинство устройств определяет и указывает на плохое взаимодействие между электродами и кожей, а также способны регулировать мощность РЧ в соответствии с измерениями. Такой контроль в режиме реального времени не представляется возможным при лазерном воздействии, так как у систем на основе световой энергии отсутствует механизм обратной связи, образующей замкнутый контур.

Поскольку рядом с поверхностью электродов существует самый высокий риск получить избыточный нагрев, для контроля температуры в РЧ электроды встраивается температурный датчик.

Существуют типичные побочные эффекты, связанные с РЧ воздействием, которые являются общими для всех методик, в основе которых лежит нагрев. Существуют различия между побочными эффектами, которые относятся к ожидаемым последствиям, и осложнениями, которые не ожидаемы. Обычно в результате воздействия неинвазивных устройств могут появиться преходящие отеки, гематомы, арочные (дугообразные) повреждения, возникающие вследствие неполного контакта кожи с электродами, или очаговые углубления на коже. Наиболее распространенная жалоба пациентов, которым проводится такая процедура, — это меньшее, нежели ожидаемое, улучшение по сравнению с исходным состоянием вследствие ограниченности применения неинвазивных РЧ устройств. Несмотря на то, что аналогичные проблемы могут возникнуть и при применении минимально инвазивных устройств, и ожидаемые последствия, и осложнения встречаются чаще вследствие того, что для достижения эффекта применяются более высокие температуры, делаются проколы, необходимые для доступа, и проводится сопутствующая липоаспирация. Поствоспалительную гипер- или гипопигментацию можно наблюдать после применения устройств любого типа, когда происходит стимуляция меланоцитов воспалением у пациентов с более темным типом кожи. Многих осложнений можно избежать путем правильного отбора пациентов и оптимизации параметров лечения. Выбор безопасной оптимальной температуры и разделение программы лечения на несколько процедур вместо чрезмерно агрессивного подхода также может способствовать улучшению безопасности. В целом, РЧ процедуры вполне безопасны и предсказуемы, что привело к росту их популярности в эстетической медицине.

Побочные эффекты и безопасность лечения

Побочные эффекты

Так как основным эффектом РЧ считается тепловой, основной побочный эффект, связанный с воздействием РЧ энергии в эстетической медицине, является тепловым по своей природе. Чрезмерный нагрев ткани обычно связан с двумя основными моментами:

  • избыточное количество РЧ энергии
  • горячие очаги, появление которых вызвано неравномерным воздействием РЧ энергии

Ответная реакция кожи на чрезмерный нагрев проявляется следующим образом:

  • эритемой
  • отеками
  • образованием пузырей
  • глубоким ожогом
  • обугливанием со струпом

Эти ответные реакции со стороны кожи отличаются степенью ее термического повреждения. Внешние проявления таких побочных эффектов являются последовательными (следуют друг за другом), и врачи с опытом проведения таких процедур часто могут предотвратить появление более сильных ожогов, уделяя больше внимания ответной реакции со стороны кожи.

Эритема (покраснение) и отек — это кратковременные кожные реакции, и для многих процедур они являются конечными точками лечения, которых человек, выполняющий процедуру, стремится достичь. В идеале, после лечения на коже должны наблюдаться равномерное покраснение и незначительная отечность. Обычно отек и эритема проходят через 30 минут, но они могут сохраняться и дольше, до 24 часов после проведения процедуры.

Может развиться поверхностный ожог, иногда в виде пузыря, также может появиться корочка (струп). Поверхностные ожоги обычно разрешаются в течение недели. Образование пузырей указывает на более высокую степень отечности, которая приводит к отслойке эпидермиса. Образование пузырей практически всегда можно предсказать по развитию сильной эритемы. Развитие ожогов кожи более высокой степени тяжести может привести к появлению более длительно сохраняющихся изменений, включая поствоспалительную гиперпигментацию, гипопигментацию, рубцевание, углубления на коже или неоднородность структуры.

В минимально инвазивных процедурах, где РЧ используется внутри ткани, наблюдение за реакцией кожи представляется более затруднительным, так как температура применяется изнутри, а снаружи видимые изменения могут появиться позже. В этом случае количество энергии, доставляемой в ткани, следует контролировать более тщательно.

Существует несколько причин развития побочных эффектов после воздействия РЧ энергии.

(1) неправильная техника выполнения процедуры, особенно оператором, который только учится работать с данным устройством, может привести к плохому контакту или движению электродов. Плохой контакт может привести к появлению горячих очагов; поэтому оператору во время выполнения процедуры всегда необходимо обеспечивать плотное и правильное взаимодействие насадки с поверхностью кожи. Также для достижения максимальных результатов лечения оператору следует планировать траекторию движения, чтобы равномерно распределять энергию во избежание чрезмерного или недостаточного воздействия.

(2) некорректный выбор параметров также может привести к неправильному применению РЧ. Также, как и в лазерных и в световых методиках, у РЧ нет универсального набора параметров, которые работают для всех пациентов и во всех областях.

Однако, основополагающим принципом является то, что более тонкие ткани следует обрабатывать при более низкой мощности. Также обязательным является применение более низких значений максимальной температуры во время работы с тонкой кожей и мягкими тканями, такими как шея и лицо.

(3) чувствительность пациента значительно варьирует. Некоторые пациенты более чувствительны к лечению, нежели остальные, и мы не всегда можем перед началом лечения определить, как они перенесут процедуру. Применение пробных импульсов и настройка аппарата в зависимости от предпочтений пациентов может помочь в определении оптимальных параметров для данного пациента.

Общий подход к обеспечению безопасности при применении радиочастотной технологии

Существует несколько методов, которые способствуют максимальному сокращению риска возникновения побочных эффектов без снижения эффективности лечения. Ниже приведены основные методы, которые применимы практически ко всем РЧ процедурам.

(1) использовать пробное воздействие в наименее заметных областях для определения реакции на лечение со стороны кожи.

(2) начинать с более низких параметров и постепенно увеличивать энергию до оптимальных/повышенных параметров

(3) использовать более низкие параметры на:

(а) небольших по размеру областях

(b) костных выступах

(с) сильно искривленных областях

(4) всегда следить за мгновенной реакцией кожи

(5) прекратить подачу энергию и процедуру при наличии любых признаков, вызывающих настороженность, и пересмотр целесообразности продолжения лечения

(6) не старайтесь выполнить процедуру быстрее

Применение пробного воздействия для проверки параметров лечения является распространенной практикой и в лазерной, и в РЧ медицине, оно выполняется в наименее заметной области с целью определения оптимальных параметров для всего РЧ воздействия. Важно следить за ответной реакцией со стороны кожи после каждого пробного импульса и, при необходимости корректировать параметры. Побочные реакции могут появиться не сразу; поэтому для получения полноценной заметной реакции со стороны кожи может потребоваться несколько минут или даже день после воздействия. Даже у пациентов, которым процедура первоначально выполнялась на более высоких параметрах, каждую новую процедуру следует начинать с несколько меньших параметров, так как ответная реакция может отличаться из-за сезонной сухости кожи или недавнего воздействия солнечного излучения.

Параметры следует устанавливать в соответствии с обрабатываемой областью. При обработке малых зон насадка проходит по одному и тому же участку чаще, поэтому средняя применяемая РЧ энергия выше. Чтобы компенсировать данный эффект, рекомендуется использование более низких параметров РЧ мощности. При обработке областей с близким расположением костной ткани, такими, как лоб, воздействие РЧ энергии на тонкий слой ткани приводит к более сильному нагреву. Снижение РЧ мощности делает процедуру более комфортной и обеспечивает пациенту более высокую степень безопасности. Также в областях с близким расположением костной ткани и с сильной искривленностью сложнее обеспечить полный контакт электродов с тканями. Плохой контакт приводит к высокой плотности РЧ энергии в местах, где происходит взаимодействие, что способствует появлению горячих очагов и может вызвать дискомфорт у пациента, и ожоги. При обработке таких областей оператору всегда рекомендуется снижать РЧ мощность и использовать больше геля или другого контактного средства. Также следует прекратить подачу РЧ, когда пациент меняет свое положение, во время остановки с целью наблюдения за реакцией кожи и при нанесении дополнительного геля и т. д. Для безопасности важнее знать, как выключать устройство, чем как включать его.

Как отмечалось выше, появлению побочных реакций предшествуют настораживающие признаки, которые могут служить сигналом, пока проблемы еще незначительны. Если не заметить или проигнорировать их, то это может привести к более значительным проблемам. Благодаря более тщательному наблюдению за кожей, а также данным обратной связи, полученным с оборудования, оператор может предсказать ответную реакцию кожи на лечение и предотвратить или уменьшить термическое повреждение.

В общем, все эти рекомендации могут быть сведены к следующему: работа даже самого лучшего устройства в значительной степени зависит от действий оператора. Ничто не является более важным, чем собственный, накопленный благодаря наблюдениям опыт. Рекомендации производителя относительно проведения процедуры отражают стандартные принципы лечения, но каждый пациент уникален. Потребуется некоторое время, чтобы освоить данную методику, поэтому важно не торопиться во время выполнения этой процедуры. Время, потерянное при более медленном выполнении процедуры, никогда не сравнится с временем, потраченным на побочные эффекты после лечения, и неудовлетворенностью пациента.

Выводы

За последние два десятилетия медицинские устройства на основе РЧ воздействия значительно эволюционировали. То что было простым набором относительно примитивных методик, сейчас превратилось в чрезвычайно сложный, а иногда и приводящий в замешательство, набор опций. Не очень важно досконально понимать, каким образом работает РЧ энергия. Материал, изложенный в данной главе, может помочь потенциальному покупателю нового оборудования сделать правильный выбор в зависимости от целей лечения и физики рассматриваемого РЧ устройства. Гораздо важнее осознание врача, что его или ее устройство может максимально улучшить результаты лечения, а также максимально уменьшить нежелательные побочные реакции и осложнения.

Поделиться: