КРИОАППАРАТ Российский патент 2005 года по МПК A61B18/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для криовоздействия на биоткани, и может быть использовано в хирургии и терапии.

В хирургической практике для разрушения патологических образований биологической ткани широко используются криоаппараты, выполненные в виде напорных систем расходного типа [1].

Такие системы позволяют осуществлять управляемую криодеструкцию с регулированием параметров криовоздействия и используют в качестве хладагента криогенные жидкости - азот, аргон.

В последнее время получили развитие такие направления в использовании низких температур в медицине, как терапевтическое воздействие на локальную область пациента низкотемпературной газовой струей - криотерапия, и деструкция непосредственным распылением хладагента на поверхность биоткани - криораспыление. Так, в частности, криотерапия, представляющая собой метод обработки неповреждающими дозами экстремального холода, успешно применяется для лечения ряда ревматических заболеваний, осложнений опорно-двигательного аппарата, постхирургических и посттравматических контрактур, а также в косметологии [2]. Действие метода основано на стрессовом воздействии на систему терморегуляции, вызывающем в результате ответной реакции организма выделение биологически активных веществ, интенсификацию периферийного кровотока и сопровождающемся при этом анальгизирующим и противовоспалительным эффектами.

Известен криоаппарат, в котором теплообменник, соединенный гибкими теплоизолированными шлангами с источником криагента, снабжен криоинструментом, включающим датчик температуры и нагреватель, присоединяемые соответственно к входу и выходу терморегулятора, а между источником криоагента и теплообменником установлен электромагнитный клапан, электрически связанный с контактным устройством, реле времени и размораживающим элементом [3].

Криоаппарат, несмотря на наличие системы регулирования и стабилизации температуры рабочей поверхности криоинструмента с использованием электромагнитного клапана и регулирующего нагревателя, реализует только режим криодеструкции. Ввиду того что теплообменник не приспособлен для проведения воздействий на патобразованиях различной морфологии и локализации, требуется замена всего криоинструмента с датчиком температуры, регулирующим нагревателем и размораживающим элементом. Таким образом, известный криоаппарат имеет ограниченные функциональные возможности.

Известен криоаппарат формирования сухой низкотемпературной газовой струи для терапевтических целей, содержащий криоинструмент с насадками различного диаметра и датчиком температуры газовой струи, источник хладагента, соединенный гидромагистралью с криоинструментом, 3-позиционный испаритель для создания различных напорных характеристик струи. Регулятор температуры, соединенный с датчиком температуры криоинструмента и управляющий работой нагревателя, расположенного в гидромагистрали, образует замкнутый контур регулирования температуры газовой струи [4].

Недостатком известного криоаппарата является то, что он позволяет производить только терапевтическое криовоздействие на поверхность биоткани.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является криоаппарат, содержащий криоинструмент, включающий теплообменник, нагреватель и датчик температуры и соединенный криотрубопроводом с устройством дозированной подачи хладагента от источника хладагента, и блок управления режимами криовоздействия, выполняющий функции устройства управления дозированием хладагента [5]. Известный криоаппарат работает с криоинструментами, использующими различные способы нагрева дистальной поверхности криоинструмента - или прямой, или косвенный (“калориферный”).

Известный криоаппарат предназначен для проведения только криохирургических воздействий, поэтому организация криотракта с непрерывным контуром циркулирования позволяет реализовать только управляемую криодеструкцию контактным и/или пенетрационным методами и исключает возможность осуществления криотерапевтического метода и криораспыления.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, - расширение функциональных возможностей криоаппарата.

Указанная задача решается тем, что криоаппарат, содержащий криоинструмент, соединенный криотрубопроводом, содержащим каналы подачи и отвода хладагента, с устройством дозированной подачи хладагента от источника хладагента и включающий задатчик типа криоинструмента, нагреватель, датчик температуры, и блок управления, входы которого подсоединены к задатчику типа криоинструмента и датчику температуры, а выходы подключены к устройству дозированной подачи хладагента и нагревателю, снабжен клапаном обратного потока хладагента, соединенным с криоинструментом с помощью канала отвода хладагента, подсоединенным к клапану задатчиком типа криовоздействия; при этом криоинструмент снабжен переходным узлом, выполненным с возможностью присоединения к криоинструменту сменных насадок. Датчик температуры и нагреватель размещены в переходном узле; сменная насадка для проведения криодеструкции выполнена в виде замкнутой камеры из высокотеплопроводного материала с развитой поверхностью испарения по ее внутренней поверхности; сменная насадка для осуществления режима криораспыления выполнена в виде форсунки, а сменная насадка для осуществления режима криотерапии выполнена в виде оребренного теплообменника, снабженного соплом.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 схематически изображен криоаппарат, на фиг.2-4 показаны конструкции сменных насадок соответственно для режимов криодеструкции, криотерапии и криораспыления.

Криоаппарат включает источник хладагента (криостат) 1, например сосуд Дьюара, криотрубопровод с каналами подачи жидкого хладагента 2 и отвода газообразного хладагента 3, устройство дозированной подачи хладагента 4, выполненное, например, в виде электромагнитного клапана, криоинструмент 5, содержащий нагреватель 6, переходный узел 7, сменные насадки 8, датчик температуры 9 и задатчик типа криоинструмента 10, блок управления дозированием хладагента 11, клапан обратного потока хладагента 12, задатчик типа криовоздействия 13.

Насадки 8 подсоединяются к криоинструменту 5 при помощи переходного узла 7. Нагреватель 6 и датчик температуры 9 расположены в переходном узле 7.

Первый вход блока управления дозированием хладагента 11 подключен к датчику температуры 9, второй вход - к задатчику типа криоинструмента 10; первый выход блока 11 соединен с устройством дозированной подачи хладагента 4, а второй выход блока 11 связан с нагревателем 6.

Узел, в котором жидкий криоагент в результате фазового перехода отбирает тепло от биоткани, называется теплообменником, связанным с трактами подвода жидкой фазы и отвода газообразной фазы хладагента и являющимся окончанием и началом данных трактов соответственно. Таким образом, прохождение криоагента в криоаппаратах напорного типа для криохирургии представляет собой непрерывный контур, образованный элементами системы: сосуд для хранения криоагента - тракт подачи жидкого криоагента - теплообменник - тракт отвода газообразного криоагента - выброс в атмосферу. Теплообменник с корпусом криоинструмента в подобных системах образует единое целое, а присоединяемые к нему аппликаторы (выбираемые в соответствии с размером и/или формой разрушаемой области - что реализовано в устройстве-прототипе) выполняют роль теплового моста между теплообменником и биотканью.

Осуществление криодеструкции контактным, пенетрационным, чрескожным и эндоскопическим методами криораспыления и криотерапии сухой низкотемпературной газовой струей возможно только при наличии физического разрыва в точке изменения жидким криагентом своего агрегатного состояния и размещения в данном месте соответствующей сменной насадки-теплообменника. Криоинструмент такого многофункционального криоаппарата в упрощенном виде должен представлять собой две трубки, одна из которых соединена соответственно с каналом подачи 2, другая - с каналом отвода 3 хладагента, а выходы с насадкой-теплообменником. Тогда в режиме криодеструкции по каналу подвода жидкий криоагент поступает в теплообменник, где происходит его фазовый переход с отбором тепла биоткани, а образовавшийся газообразный криагент уходит в тракт отвода. В результате сменная насадка-теплообменник выполняет две функции, являясь эффективной испарительной системой, адаптированной под геометрию разрушаемой области теплопроводным мостом.

Два других метода - криотерапия и криораспыление - предполагают непосредственный контакт различных фаз криоагента с биотканью, поэтому контур циркулирования хладагента выглядит иначе, нежели при криодеструкции: сосуд для хранения криоагента - тракт подачи жидкого криоагента - теплообменник - биоткань.

При криораспылении насадка представляет собой форсунку, формирующую мелкодисперсную смесь жидкого криоагента за счет избыточного давления, создаваемого в криостате.

Для получения низкотемпературной газовой струи в насадке-теплообменнике должно происходить полное испарение жидкого криоагента, в результате чего газообразная фаза через выходное сопло поступает на поверхность биоткани.

Гидравлическую связь насадки-теплообменника с трактом отвода газообразного хладагента для получения требуемых температурно-напорных характеристик струи в обоих методах необходимо исключить.

Для осуществления всех трех вышеописанных методов криовоздействия в криоаппарат вводится переходной узел, который, во-первых, конструктивно объединяет каналы подачи 2 и отвода 3 криоагента, а во-вторых, позволяет присоединить необходимые насадки-теплообменники. В общем виде криоинструмент 5 представляет собой теплоизолированную оболочку с каналами подвода 14 и отвода 15 хладагента (фиг.2), оканчивающуюся переходным узлом 7. Насадки 8 герметично крепятся на переходном узле, например, с помощью резьбы.

Криоаппарат работает с инструментом, в котором нагреватель позволяет реализовать любой вид нагрева: прямой или косвенный (калориферный). Тип криоинструмента определяется задатчиком 10, расположенным в каждом криоинструменте. По сигналу с задатчика 10 блок 11 осуществляет включение для системы 2-контурного регулирования требуемых коэффициентов передачи звеньев собственных регуляторов устройства дозированной подачи криоагента 4 и нагревателя 6. Аналогичным образом осуществляется взаимодействие блока управления 11 и задатчика типа криовоздействия 13, по сигналу с которого загружаются коэффициенты для терапевтического режима.

В режиме криодеструкции к криоинструменту присоединяется насадка 8А (фиг.2), представляющая собой теплообменник в виде замкнутой камеры с развитой поверхностью испарения по ее внутренней поверхности для испарения хладагента, соединенный с переходным узлом 7. По сигналу с задатчика типа криовоздействия 13 блок управления 11 открывает клапан обратного потока хладагента 12, обеспечивая тем самым гидравлическую связь канала циркуляции хладагента с атмосферой через канал обратного потока 3. Сигнал с датчика температуры 9, расположенного на переходном узле 7 и находящегося в термическом контакте с насадкой 8А, поступает на вход блока 11 и служит управляющим воздействием для системы 2-контурного регулирования, исполнительными элементами которой являются устройство дозированной подачи хладагента 4 и нагреватель 6.

На блоке управления 11 задается параметр криовоздействия - температура на рабочей поверхности насадки. В соответствии со знаком рассогласования и выбранным законом регулирования происходит формирование сигнала управления на устройство дозированной подачи хладагента 4 и соответственно изменение количества хладагента, подаваемого по тракту подачи 2 и по каналу 14 криоинструмента 5 в насадку 8А, где он испаряется и охлаждает биоткань.

Исполнительный механизм установлен на входе в тракт подачи жидкого хладагента, что позволяет упростить конструкцию криоинструмента, обеспечить возможностью смены как самого криоинструмента, так и насадки-теплообменника для реализации различных видов криовмешательств при работающем (включенном) аппарате, поскольку при этом полностью перекрывается тракт циркуляции хладагента и исключается выброс (утечка) хладагента при разгерметизации данного тракта.

Датчик температуры 9 расположен в присоединительном узле 7. Передача температуры с рабочей поверхности насадки, как при деструкции, так и при терапии (в режиме криораспыления в измерении температуры нет необходимости), осуществляется через термический контакт собственно насадки и присоединительного узла. Данный подход позволяет упростить построение канала измерения температуры и конструкцию самих насадок при выполнении требований по многофункциональности последних ввиду того, что они являются “пассивными элементами” конструкции.

В режиме криотерапии к криоинструменту 5 присоединяется насадка-теплообменник 8Б (фиг.3), в которой происходит интенсивное испарение поступающего жидкого хладагента с формированием газовой струи на выходе сопла за счет естественных теплопритоков к насадке и работы нагревателя криоинструмента. Для этого в ней выполняется сквозной канал с развитой поверхностью испарения, связывающий тракты подачи жидкого хладагента 2 и 14 с атмосферой.

Работа криоаппарата протекает в следующем порядке. По сигналу задатчика 13 перекрывается клапан обратного потока хладагента 12, в результате чего хладагент из канала подачи 14 имеет выход только через сопло 16 насадки в атмосферу. Для улучшения теплообмена внутренняя конструкция насадки 8Б выполнена оребренной (содержит продольные ребра 17, например, прямоугольной, штырьевой, трапециевидной или параболической формы).

Регулирование и стабилизация температуры газовой струи происходит аналогично режиму криодеструкции за счет совместной работы устройства дозированной подачи хладагента 4 и нагревателя криоинструмента 6.

Важным элементом структуры аппарата является расположение нагревателя 6, который находится в непосредственной близости от переходного узла 7. Это обусловлено выполнением тракта подвода жидкой фазы хладагента в виде трубки малого диаметра, сечение которой недостаточно для течения газообразной фазы хладагента ввиду того, что соотношение объемов жидкого и газообразного состояния, например азота, равно 1:186 при температуре -195°С [8].

Для криоинструмента с прямым нагревом переходного узла данное требование легко выполняется, поскольку нагреватель крепится непосредственно на переходной узел.

В криоинструменте с косвенным (калориферным) нагревом тракт подачи жидкого хладагента оканчивается нагревателем. При расположении нагревателя в другом месте в силу конечного значения гидравлического сопротивления тракта подачи хладагента невозможно получить требуемые напорные характеристики газовой струи и возникает вероятность образования газовых пробок, вызванных интенсивным испарением хладагента в нагревателе 6. Увеличение диаметра трактов приведет к росту массогабаритных параметров криоинструмента и криотрубопроводов, ухудшая тем самым эксплуатационные свойства криоаппарата и нарушая функционирование системы регулирования в режиме криодеструкции.

Для реализации режима криораспыления к криоинструменту 5 присоединяется насадка 8В (фиг.4), которая представляет собой форсунку, формирующую направленную мелкодисперсную смесь криоагента 18 за счет избыточного давления в криостате или методом нагнетания в канале подачи.

Криоаппарат в этом режиме работает следующим образом. Задатчик 13 закрывает клапан обратного потока 11 и, как в режиме криотерапии, формирует выход в атмосферу только через форсунку насадки. Геометрия и аэрозольный состав струи определяется конструкцией сопла насадки 8В либо давлением хладагента в тракте подачи. Система регулирования блока 11 по сигналу задатчика 13 отключается.

Технико-медицинский результат, который может быть получен при использовании изобретения, - более широкое использования криометодов в медицинской практике, повышение оперативности криогенных вмешательств за счет сокращения межоперационных потерь времени и снижение материальных затрат на приобретение криоаппаратуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Терновой К.Г., Гассанов Л.Г., Земсков В.С. и др. Низкие температуры в медицине./ Под. ред. Тернового К.Г. - Киев: Наукова Думка, 1988. - 280 с.

2. Григорьева В.Д., Суздальский Д.В. Криотерапия. // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. - 1991. - №4, - с.65-71.

3. А.с. СССР №610524, кл. А 61 F 7/00, 1972 г.

4. Патент США №4693252, кл. 128/400, 1990 г.

5. Патент РФ №2157133, кл. А 61 В 19/02, 1998 г. (прототип).

6. Жарков Я.В., Муськин Ю.Н., Сапсай Ю.М. Криохирургическая установка заливного типа серии “Криоэлектроника”. // Электронная промышленность. - 1984. - вып.10 (138). - с.68-71.

7. А.с. СССР №1053822, кл. А 61 В 17/36, 1993 г.

8. Справочник по физико-техническим основам криогеники. /Под ред. М.П.Малкова. - М.: Машиностроение. - 1985. - 431 с.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для криовоздействия на биоткани, и может быть использовано в хирургии и терапии. Криоаппарат содержит криоинструмент, соединенный криотрубопроводом, содержащим каналы подачи и отвода хладагента, с устройством дозированной подачи хладагента от источника хладагента и включающий задатчик типа криоинструмента, нагреватель, датчик температуры и блок управления, входы которого подсоединены к задатчику типа криоинструмента и датчику температуры, а выходы подключены к устройству дозированной подачи хладагента и нагревателю. Дополнительно криоаппарат снабжен клапаном обратного потока хладагента, соединенным с криоинструментом с помощью канала отвода хладагента, подсоединенным к клапану задатчиком типа криовоздействия, при этом криоинструмент снабжен переходным узлом, выполненным с возможностью присоединения к криоинструменту сменных насадок. Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности криоаппарата за счет наличия физического разрыва в точке изменения агрегатного состояния хладагента. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Криоаппарат, содержащий криоинструмент, соединенный криотрубопроводом, содержащим каналы подачи и отвода хладагента, с устройством дозированной подачи хладагента от источника хладагента и включающий задатчик типа криоинструмента, нагреватель, датчик температуры, и блок управления, входы которого подсоединены к задатчику типа криоинструмента и датчику температуры, а выходы подключены к устройству дозированной подачи хладагента и нагревателю, отличающийся тем, что он снабжен клапаном обратного потока хладагента, соединенным с криоинструментом с помощью канала отвода хладагента, подсоединенным к клапану задатчиком типа криовоздействия, при этом криоинструмент снабжен переходным узлом, выполненным с возможностью присоединения к криоинструменту сменных насадок.2. Криоаппарат по п.1, отличающийся тем, что датчик температуры и нагреватель размещены в переходном узле.3. Криоаппарат по п.1, отличающийся тем, что сменная насадка для осуществления криодеструкции выполнена в виде замкнутой камеры из высокотеплопроводного материала с развитой поверхностью испарения по ее внутренней поверхности.4. Криоаппарат по п.1, отличающийся тем, что сменная насадка для осуществления криораспыления выполнена в виде форсунки.5. Криоаппарат по п.1, отличающийся тем, что сменная насадка для осуществления режима криотерапии выполнена в виде оребренного теплообменника, снабженного соплом.