КРИОГЕННЫЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК A61B18/02 F25B21/02 

Изобретение относится к области медицины, а именно к криогенным аппаратам, благодаря своей универсальности криогенный распылитель может быть использован для проведения криолечения широкого спектра патологий в различных клинических специальностях.

Успешное применение криовоздействия при лечении различных патологических состояний продемонстрировали участники IV Всемирного Конгресса Международного общества криохирургии, который состоялся в октябре 2009 г. в г. Санкт-Петербурге. Там же было обращено внимание на необходимость дальнейшего совершенствования методик криолечения и криоаппаратуры.

Заявляемый криогенный распылитель позволяет более полноценно реализовать криокислородную или криоозонкислородную методики в широкой клинической практике. Данные методики являются перспективной отечественной медицинской технологией, способной значительно расширить возможности криохирургии и криотерапии как по области применения, так и по результатам лечения.

Исходя из вышеизложенного разработка подобной криогенной аппаратуры и апробация связанных с ней высокоэффективных и безопасных медицинских технологий приобрела особо значимую актуальность.

Заявляемый криогенный распылитель позволяет с высоким быстродействием конденсировать кислород или озонкислородную газовую смесь в зоне манипуляционного или операционного поля, за счет его конструктивных особенностей ему не нужна система повышения давления, данный факт значительно упрощает его эксплуатационные возможности и значительно повышает его автономность в полевых условиях.

Исходя из таких конструктивных особенностей, как возможный малый диаметр распыляющих съемных насадок 2,5-4 мм, и высокого быстродействия криогенного распылителя с момента пуска аппарата до начала распыления сжиженного кислорода проходит всего 0,1-0,5 с. Данный аппарат полностью учитывает специфику анатомотопографических и физиологических особенностей носоглотки, ротоглотки и гортаноглотки и позволяет полноценно реализовать криокислородный эффект с максимальным удобством манипуляционного доступа, то есть значительно повысить лечебную эффективность криотерапии верхних дыхательных путей.

Учитывая универсальную совокупность конструктивных особенностей и функциональных возможностей, данный криогенный распылитель может быть использован в самом широком спектре клинических специальностей как хирургического, так и терапевтического направлений.

Известны следующие медицинские портативные криогенные аппараты, которые могут осуществлять распыление хладагента:

- Криораспылитель (патент РФ №46426, опубл. 10.07.2005 г., бюл. №19 авт. Королев Ю.В. Иушин С.М.), содержащий емкость для хладагента с теплоизолирующим экраном и с герметизирующей крышкой, в которой размещена сложная теплообменная камера, связанный с ней Г-образный канал подачи хладагента, к которому, в свою очередь, крепится открытый наконечник.

- Медицинский криораспылитель (патент РФ №85327, опубл. 10.08.2009 г. авт. Межов-Деглин Л.П. Макова М.К. Лохов А.В. Калмыкова З.В.), содержащий емкость для хладагента с теплоизолирующим экраном, связанный с ней канал подачи хладагента и открытый наконечник, переходящий в форсунку.

- Криораспылитель (патент РФ №2293539, опубл. 20.02.2007 г. авт. Королев Ю.В. Иушин С.М.), содержащий емкость для хладагента, связанную каналом подачи хладагента, с открытым наконечником, отличающийся тем, что емкость для хладагента имеет герметизирующую крышку, в полости которой размещена теплообменная камера, выполненная в виде припаянной к стенкам герметизирующей крышки тонкостенной гильзы из теплопроводного материала с расширенным открытым концом, выполненным с возможностью герметичной установки в нем конусообразной пробки с соосно вставленной в нее эластичной трубкой, подведенной к источнику подъема давления.

- Криораспылитель (патент РФ №244323 опубл. 10.03.2012 г. авт. Павлов В.Н. Кунгурцев С.В. Кулаков Д.В.), содержащий теплоизолированную емкость для жидкого азота, соединенную герметично теплоизолированным сифоном, уплотненным на герметичной крышке емкости, через клапан с наконечником для распылительной головки. В герметичную крышку емкости для жидкого азота впаяна дополнительная трубка, опущенная глухим торцом до дна емкости, и в эту трубку вставлен сверху съемный теплоотдающий стержень. Конец теплоизолированного сифона с наконечником и распылительной головкой защищены дополнительно теплоизоляцией.

- Криогенный аппарат (патент РФ №2445040 опубл. 20.03.2012 г. авт. Коченов В.И. Цыбусов С.Н. Григорьев А.Г.), содержащий теплоизолированную емкость для хладагента, герметизирующую крышку, снабженную кожухом, в котором выполнено отверстие, магистраль подачи хладагента из емкости и канал подъема давления в емкости с раструбом для подсоединения герметизирующей пробки. Под кожухом крышки выполнена осушающая полость из теплопроводного материала, соединенная с теплоизолирующей муфтой с раструбом и каналом подъема давления.

Все вышеуказанные криогенные аппараты применяют в качестве распыляемого хладагента, контактирующего с тканью, жидкий азот, поэтому не сопоставимы по производимому лечебному эффекту с заявляемым криогенным распылителем, использующим в качестве распыляемого лечебного хладагента сжиженный кислород или озонкислородную сжиженную газовую смесь.

Поэтому исходя из этой основополагающей отличительной особенности, определяющей клиническую эффективность. В качестве прототипа сравнения был выбран криогенный аппарат (патент РФ №114837 опубл. 20.04.2012 г. бюл. №11 авт. Григорьев А.Г.), также реализующий криокислородный лечебный эффект и соответственно использующий в качестве активного хладагента, контактирующего с тканью, сжиженный кислород или озонкислородную сжиженную газовую смесь.

Известный криогенный аппарат содержит емкость для хладагента, герметизирующую головку, каналы подачи и отвода хладагента, канал повышения давления, канюлю с аппликатором. Канюля представляет собой трубку, внутри которой соосно располагаются трубки канала подачи хладагента и канала подачи газообразного кислорода, поверхности которых не соприкасаются друг с другом, образуя полости, при этом трубка канала подачи рабочего газа является меньшей по диаметру. Длины канюли и трубки канала подачи рабочего газа одинаковы и запаяны соответственно с внутренним и внешним диаметром аппликатора, который представляет собой шайбу, дистальный конец трубки канала подачи хладагента образует зазор с аппликатором, так как длина ее меньше длины канюли, аппарат дополнительно имеет канал подачи рабочего газа (газообразного кислорода или газообразной озонкислородной смеси), состоящий из клапана-коннектора аварийного сброса давления, закрепленного на эластичной трубке-удлинителе, соединенной через штуцерное соединение с металлической трубкой, расположенной внутри рабочей головки, входящей в полость трубки канала подачи хладагента. Канал подъема давления состоит из жестко закрепленного на боковой поверхности рабочей головки штуцера, присоединенной к нему эластичной трубки-удлинителя, противоположный конец которой закреплен на клапане-коннекторе аварийного сброса давления. Дополнительно аппарат включает съемную насадку-конденсор, которая представляет собой трубку, крепится на канюлю посредством прижимного винта, располагаясь с ней соосно, образуя полость с ее внешней поверхностью, имеет длину меньше, чем канюля, и снабжена жестко закрепленным элементом для прикрепления канала подачи газообразного кислорода.

Конструкция прототипа сравнения позволяет начать сжижение (конденсацию) газообразного кислорода или озонкислородной газовой смеси в дистальной части канюли и соответственно его распыление только после подачи в канал повышения давления сжатого воздуха и заполнения внутренних полостей канюли сжиженным азотом, выполняющих функцию конденсора кислорода, этот технологический процесс занимает 2-4 секунды.

Данный временной интервал активации конденсации кислорода в прототипе сравнения не причиняет неудобств в работе при выполнении лечебной манипуляции на неподвижных частях тела, но при выполнении манипуляции в ротоглотке, подверженной разнообразным физиологическим дыхательным глотательным и рефлюксным (рвотным) движениям, делает применение прототипа невозможным.

Также минимально возможный технологически выполнимый диаметр канюли, имеющей сложную конструкцию, включающую в себя коаксиально (соосно - одна в одну) расположенные трубки конденсора и внутренний конденсирующий канал, составляет 7 мм. Данный диаметр канюли прототипа не учитывает анатомотопографические особенности носоглотки.

Таким образом, конструктивные и функциональные особенности аналога не обеспечивают удобства выполнения манипуляции в области ротоглотки, носоглотки и гортаноглотки и делают невозможным выполнение криокислородной терапии верхних дыхательных путей.

Прототипу сравнения также необходима подключаемая система повышения давления, которой может являться ручной или ножной насос или электрический компрессор, данная конструктивная особенность снижает такие параметры, как портативность и автономность, и усложняет сам процесс клинического применения аппарата.

Протяженность криокислородного конденсора весьма ограничена и не может быть значительно увеличена из-за его коаксиальной конструкции, поэтому производительность лечебного хладагента (конденсированного кислорода или конденсированной озонкислородной газовой смеси), производящего непосредственное лечебное воздействие, ограничена, а расход охлаждающего хладагента (жидкого азота) значителен.

Задачами предлагаемого изобретения являются:

1. Повышение быстродействия аппарата для возможности реализации криокислородного и криоозонкислородного лечебного эффектов в областях организма, обладающих физиологической и патологической подвижностью.

2. Повышение КПД (коэффициента полезного действия), то есть увеличение объемов сжижения (конденсации) лечебного хладагента (кислорода или озонкислородной газовой смеси) по отношению к расходу охлаждающего хладагента.

3. Создание аппарата, не зависимого от системы повышения давления.

4. Улучшение удобства доступа в сложных и труднодоступных анатомотопографических зонах с целью полноценной реализации криокислородного и криоозонкислородного лечебного эффекта.

Решение обозначенных задач в заявляемом изобретении возможно благодаря совокупности отличительных конструктивных особенностей, осуществляющих причинно-следственные связи, для реализации поставленных технических и технологических параметров:

1. Повышение быстродействия заявляемого аппарата достигается благодаря наличию оригинальных конструктивных особенностей, а именно наличию погружного конденсора, определяющего принципиально иную технологию сжижения кислорода или озонкислородной газовой смеси. Если в аналоге сравнения, описанном в патентном документе №114837, конденсация кислорода или озонкислородной газовой смеси становится возможной только после подачи в канал повышения давления сжатого воздуха и заполнения внутренних полостей канюли сжиженным азотом, выполняющих функцию конденсора кислорода, этот технологический процесс занимает 2-4 секунды. В заявляемом аппарате время начала конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси зависит только от времени прохождения этих газов по трубке погружного конденсора и составляет 0,1-0,5 секунды.

2. Повышение КПД (коэффициента полезного действия), то есть увеличение объемов сжижения лечебного хладагента по отношению к расходу охлаждающего хладагента, достигается за счет существенного повышения следующих технологических параметров, которые напрямую влияют на эффективность конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси в сравнении аналогом сравнения:

а) Увеличения объема охлаждающего хладагента, участвующего в процессе конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси, чем выше данный параметр, тем эффективней происходит процесс конденсации:

- у заявляемого аппарата объем жидкого азота, участвующего в процессе конденсации, равен объему, находящемуся в аппарате, что составляет при наиболее оптимальной емкости для данного аппарата - 500 см³;

- у аналога, описанного в патентном документе №114837, объем азота, участвующего в процессе конденсации, приблизительно равен объему внутренних полостей коаксиального выносного конденсора, что составляет примерно 35-40 см³, при наиболее оптимальных размерах коаксиального выносного конденсора, равных 8 мм в диаметре и 30 см длины.

б) Увеличения процентного соотношения охлаждающего хладагента, находящегося в аппарате, к участвующему в процессе конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси охлаждающему хладагенту, соответственно чем выше данный параметр, тем эффективнее процесс конденсации:

- у заявляемого аппарата весь объем жидкого азота, находящийся в аппарате, то есть 100%, участвует в процессе конденсации, так как погружной конденсор находится непосредственно в емкости, заполненной жидким азотом;

- в аппарате, описанном в патентном документе №114837, в процессе конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси принимает участие жидкий азот, находящийся только непосредственно в полости коаксиального выносного конденсора, что составляет примерно 5-6% от общего объема жидкого азота, находящегося в аппарате аналога сравнения, и составляет примерно 35-40 см³, при наиболее оптимальном объеме емкости для данного аппарата 700 см³ и наиболее оптимальных размерах коаксиального выносного конденсора, равных 8 мм в диаметре и 30 см длины.

в) На повышение КПД заявляемого аппарата значительное влияние оказывает параметр объема кислорода или озонкислородной газовой смеси, находящегося непосредственно в конденсоре, то есть объем сжижающегося газа, а также соотношение сжижаемого объема кислорода или озонкислородной газовой смеси к объему жидкого азота, контактирующего с конденсором, чем выше объемы охлаждающего хладагента, каким является жидкий азот, к объемам сжижаемого газа, каким является кислород или озонкислородная газовая смесь, тем эффективнее происходит процесс конденсации:

- у заявляемого криогенного распылителя при наиболее оптимально внутреннем диаметре конденсора 4 мм и при его длине 40 см объем находящего в конденсоре кислорода или озонкислородной газовой смеси составляет примерно 20 см³, соотношение с полностью заправленной наиболее оптимальной емкости, для заявляемого аппарата составляющий 500 см³, составляет 1/25;

- у аналога сравнения, описанного в патентном документе №114837, при наиболее оптимальном диаметре выносного конденсора 8 мм, объем внутренней трубки, где происходит конденсация кислорода или озонкислородной газовой смеси, составляет при ее оптимальных внутреннем диаметре 1,8 мм длине 30 см примерно 3 см³, соответственно соотношение с сжижаемого кислорода или озонкислородной газовой смеси составляет примерно 1/13,4.

г) Исходя из представленных расчетов, а также результатов практического применения КПД определяется соотношением израсходованного жидкого азота к полученному объему сжиженного кислорода или сжиженной озонкислородной газовой смеси и соответственно обработанной сжиженным кислородом или сжиженной озонкислородной смесью тканевой поверхности. У заявляемого аппарата данный параметр в 3,5-4 раза выше, чем у аналога сравнения.

Расчеты приведены для заявляемого аппарата емкостью 500 см³ с одной петлей погружного конденсора, однако у данной конструктивной схемы есть значительные резервы для повышения КПД за счет увеличения количества петель и соответственно рабочей (конденсирующей) части погружного конденсора.

3. В отличие от аналога сравнения заявляемый аппарат независим от системы повышения давления, в том числе от подключаемой к электричеству, так как для работы погружного конденсора в заявляемом аппарате не требуется повышения давления.

4. Удобство доступа в сложных и трудных анатомотопографических зонах реализации криокислородного и криоозонкислородного лечебного эффекта достигается благодаря меньшему возможному диаметру распыляющих насадок 2,5-4 мм, так как диаметр распыляющих насадок фактически равен диаметру трубки погружного конденсора.

Для выполнения поставленных задач предлагаемый криогенный распылитель состоит из следующих конструктивных элементов.

Криогенный распылитель изображен на фиг. 1.

Устройство содержит:

1 - сосуд Дьюара (термос) для жидкого азота, емкость которого для удобства использования варьируется в диапазоне 100-1000 мл;

2 - герметизирующую рабочую головку (крышку) с сопряженным винтовым соединением для герметичного соединения с термосом;

в рабочую головку вмонтированы:

- канал погружного конденсора, представляющий собой металлическую трубку (3), наружная часть которой жестко закреплена на наружной поверхности рабочей головки и начинается клапаном контроля подачи кислорода (4) с подсоединенным к нему рычагом (5) подъема давления, к клапану контроля подачи кислорода жестко подсоединен патрубок подачи сжатого кислорода (6) со штуцерным соединением для надежной фиксации эластичной трубки для подачи кислорода или озонкислородной газовой смеси;

- далее трубка канала погружного конденсора Г-образно изгибается в теле рабочей головки (2) из горизонтальной плоскости, вертикально вниз и погружается в полость сосуда Дьюара (1), заполненную жидким азотом;

- нижняя часть погружного конденсора может образовывать от одной до нескольких петель радиатора (7), диаметр которых должен быть меньше диаметра горловой части сосуда Дьюара;

- после радиаторной части трубка погружного конденсора поднимется вертикально вверх и снова заходит в тело рабочей головки (2), где делает Г-образный изгиб и переходит в горизонтальную плоскость и выходит на наружную поверхность рабочей головки, на которой жестко закрепляется;

- на дистальную (конечную) часть трубки герметично надевается съемная распыляющая насадка (8) из полимерного материала, разрешенного к применению в медицине, внутренний диаметр которой соответствует посадочным размерам, обеспечивающим плотное герметичное соединение. Изгибы, длина и диаметр распыляющего отверстия распыляющей насадки (8) могут варьироваться для удобства манипуляционного доступа и поставленных лечебных задач;

- в теле рабочей головки находится канал сброса повышенного давления (9), который начинается в донной части рабочей головки и выходит на боковую часть наружной поверхности рабочей головки (2) в виде жестко закрепленной трубки.

Предлагаемый криогенный распылитель работает следующим образом.

Перед началом работы герметично надевают на дистальный конец трубки канала подачи хладагента, расположенной на боковой поверхности рабочей головки (2), выбранную распыляющую насадку (8), геометрические параметры которой и диаметр распыляющего отверстия соответствуют удобствам манипуляционного доступа и поставленным лечебным задачам.

Термос (1) заполняют на охлаждающим хладагентом (жидким азотом), после окончания его кипения, вызванного охлаждением внутренних стенок термоса, доливают жидкий азот и навинчивают на герметизирующую рабочую головку (2), причем для удобства при закручивании вращают термос (1), рабочая герметизирующая головка остается неподвижной. После достижения герметичности из-за охлаждения внутренних полостей аппарата в нем происходит кратковременное вскипание жидкого азота и связанное с этим повышение внутреннего давления, в связи с этим наблюдается выброс газообразного азота из трубки канала сброса повышенного давления.

Далее, в зависимости от поставленных лечебных целей герметично надетая на штуцерное соединение патрубка (6) эластичная трубка может подсоединяться к баллону со сжатым кислородом или к медицинскому озонатору, на которых устанавливается нужное давление газового кислородного или озонкислородного потока, которое естественно соответствует давлению сжиженного кислорода или сжиженной озонкислородной газовой смеси, выходящей из отверстия распыляющей насадки (8).

Нажатием на рычаг (5) клапана контроля подачи кислорода (4) проводится пробный пуск криогенного распылителя, из отверстия распыляющей съемной насадки (8) происходит распыление сжиженного кислорода или сжиженной озонкислородной газовой смеси. Отпускаем рычаг (5), криогенный распылитель готов к лечебному применению.

В области части трубки погружного конденсора (3), помещенной в жидкий азот, (жидкий азот является более низкотемпературным хладагентом в сравнении с сжижаемым кислородом, так как обладает температурой -196°C) начинается процесс сжижения газообразного кислорода (кислород имеет более высокий физический порог низкотемпературного сжижения -183°C), и под давлением нового поступающего в канал еще газообразного кислорода сжиженный кислород поднимается в восходящую часть погружного конденсора и далее в распыляющую насадку (8).

По такому же принципу происходит сжижение озонкислородной газовой смеси.

От количества петель радиатора погружного конденсора (7) находятся в прямой зависимости такие параметры, как объемы конденсации кислорода или озонкислородной газовой смеси, а также время быстродействия, по принципу, чем больше длина петель радиатора погружного конденсора, тем больше объем конденсируемого кислорода и тем медленнее его быстродействие, то есть то технологическое время, которое нужно затратить криогенному распылителю с момента нажатия рычага (5) до появления распыляемого сжиженного кислорода из дистального отверстия съемной распыляющей насадки (8). Таким образом, представляется конструктивная возможность подбирать технические параметры к требуемым клиническим задачам.

Существенным отличительным признаком заявляемого криогенного распылителя является наличие клапана контроля подачи кислорода или озонкислородной газовой смеси, имеющего пусковой рычаг и конденсор, погружаемый в емкость с жидким азотом, при этом нижняя часть погружного конденсора имеет от одной до нескольких петель радиатора, диаметр которых меньше диаметра горловой части емкости для жидкого азота.

Данная конструктивная схема значительно повышает КПД и быстродействие аппарата, отсутствие надобности источника повышения давления делает заявляемый криогенный распылитель более удобным при лечебном применении.

Предлагаемое изобретение отвечает критериям «новизна» и «изобретательский уровень», так как проведенные патентно-информационные исследования не выявили источников научно-технической и патентной литературы, порочащих новизну предлагаемого устройства.

Заявляемый криогенный распылитель был применен в клинике «Медкриология» для криотерапии верхних дыхательных путей пациентам с инфекционно-воспалительными заболеваниями, аллергическими процессами, в том числе хронического течения, для лечения дерматозов, а также применялся в хирургическом отделении ГБУЗ НО «Городской клинической больнице №12» г. Нижнего Новгорода, для лечения гнойных и гранулирующих долго незаживающих ран. Зарекомендовал себя как надежная и удобная криогенная аппаратура, полноценно реализующая криокислородный или криоозонкислородный лечебные эффекты.

Заявляемый криогенный распылитель прост и удобен в клиническом применении, благодаря своей универсальности применим для криокислородного или криоозонкислородного лечения самого широкого спектра заболеваний и патологических процессов в различных клинических специальностях, также обладая максимальным быстродействием, дозированностью альтерирующего (повреждающего) действия, позволяет полноценно реализовать криокислородные или криоозонкислородные лечебные эффекты, в том числе в труднодоступных, сложных в анатомотопографическом строении областях организма.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к криогенным аппаратам. Криогенный распылитель содержит емкость для жидкого азота с герметизирующей головкой, в которой выполнены канал сброса повышенного давления азота и канал конденсора в виде металлической трубки, начальная часть которого жестко закреплена на наружной поверхности герметизирующей головки и снабжена клапаном контроля подачи и патрубком подачи кислорода или озонкислородной газовой смеси. Конечная часть выведена на наружную поверхность рабочей головки и снабжена съемной распыляющей насадкой. Клапан контроля подачи имеет пусковой рычаг, а конденсор выполнен погружным в емкость для жидкого азота, при этом нижняя часть погружного конденсора имеет от одной до нескольких петель радиатора, диаметр которых меньше диаметра горловой части емкости для жидкого азота. Использование изобретения позволяет повысить КПД и клиническую универсальность. 1 ил.

Криогенный распылитель, содержащий емкость для жидкого азота с герметизирующей головкой, в которой выполнены канал сброса повышенного давления азота и канал конденсора, выполненный в виде металлической трубки, начальная часть которого жестко закреплена на наружной поверхности герметизирующей головки и снабжена клапаном контроля подачи и патрубком подачи кислорода или озонкислородной газовой смеси, а конечная часть выведена на наружную поверхность рабочей головки и снабжена съемной распыляющей насадкой, отличающийся тем, что клапан контроля подачи имеет пусковой рычаг, а конденсор выполнен погружным в емкость для жидкого азота, при этом нижняя часть погружного конденсора имеет от одной до нескольких петель радиатора, диаметр которых меньше диаметра горловой части емкости для жидкого азота.