Криохирургический зонд Советский патент 1981 года по МПК A61B18/02 

(54) КРИОХИРУРГИЧЕСКИЙ ЗОНД

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для локального охлаждения тканей или органов в экспериментальной и практической хирургии.

Наиболее, близким к изобретению является криохирургический зонд, содержащий теплоизолированный корпус, соединенный с ним охлаждаемый наконечник, на внутренней поверхности теплопередающей стенки которого выполнены ребра, и трубку для подвода хладагента, концентрично установленную в корпусе и наконечнике с образованием между их стенками кольцевого зазора для прохода паро-жидкостной смеси 1.

В нем движение хладагента в трубке и зазоре характеризуется турбулентным режимом, при котором наблюдается интенсивное перемешивание частиц хладагента в результате их перемещения в направлении, перпендикулярном к основному направлению движения потока. Несмотря на это, в пограничном слое потока имеется подслой, непосредственно прилегающий к теплопередающей стенке наконечника с лиминарным режимом движения, в котором турбулентная, проводимость и вязкость малы по сравнению с молекулярной проводимостью и вязкостью.

Низкая турбулентная проводимость в пристенном слое хладагента снижает интенсивность тепломассопереноса и увеличивает градиент температуры в потоке по нормали стенки наконечника. Это приводит к образованию паровой пленки на теплопередающей поверхности наконечника зонда при испарении .хладагента, которая ограничивает количество теплоты передаваемой через последнюю потоку жидкости, снижает его теплосодержание и температурный напор. Дос)0 таточно больщие по высоте ребра обеспечивают создание каналов. Уменьшение размеров каналов и увеличение их количества способствует пережиму тракта, увеличению скорости движения хладагента и некоторому уменьщению ламинарного подслоя.

Однако механизм тепломассопереноса

15 в каждом отдельном канале, независимо от его формы и размера, остается аналогичным рассмотреному. При нерациональной форме и размере каналов, особенно при их дроблении поверхность теплообмена увели20чивается, а с ней увеличивается и суммарное тер.мическое сопротивление, которое может превысить первоначальное. Все это снижает замораживающую способность зонда. эффективность использования хладагента и требует повышения его давления. Целью изобретения является повышение замораживающей способности зонда. Эта цель достигается тем, что в криохирургическом зонде, содержащем теплоизолированный корпус, соединенный с ним охлаждаемый наконечник, на внутренней поверхности т«плопередающей стенки которого выполнены ребра, и трубку для подвода хладагента, концентрично установленную в корпусе и наконечнике с образованием между их стенками кольцевого зазора для прохода парожидкостной смеси, отношение высоты ребер к величине зазора между внутренней поверхностью трубки составляет 0,025- 0,05, а отношение шага к величине зазора - На фиг. 1 и 2 - криохирургический зонд, варианты выполнения; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. ; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2. Криохирургический зонд содержит теплоизолированный корпус, состоящий из концентрично расположенных обечаек 1 и 2, плотно соединенных с наконечником 3. В образованной между обечайками 1 и 2 и наконечникомЗ полости 4 создан высокий вакуу.м, что обеспечивает надежную теплоизоляцию окружающей ткани или органа 5 от хладагента. Криохирургический зонд содержит также трубку 6 для подвода хладагента, концентрично установленную в корпусе и наконечнике 3 с образованием между их стенками кольцевого зазора 7 для прохода парожидкостной смеси. Трубка 6 закреплена в корпусе с помощью лепестковых фиксаторов 8. Внутренняя теплопередающая поверхность наконечника 3 имеет ребра 9, выполненные либо в виде концентрических колец, либо в виде одно- или многозаходной спирали. Вместо ребер 9 на указанной поверхности могут быть выполнены канавки 10, обратные ребрам (см. фиг. 2). Ребра 11 или канавки наконечника 3 зонда могут быть выполнены любого сечения: прямоугольного, треугольного, квадратного, полукруглого, трапециедального и т. д., но не очень широкими. Отношение высоты h ребер 11 или канавок 12 к величине S зазора 9 между внутренней поверхностью наконечника 3 и наружной поверхностью трубки 8 0,025-0,05, а отношение шага t к величине S зазора 9 1-5. Зазор S равен Д/2. Трубка 1 в нижней части снабжена соплом 11, выполненным в виде конфузора. При истечении потока хладагента из сопла 1 1 в полость наконечника 3 происходит увеличение его скорости движения, что обуславливает постоянный непосредственный контакт хладагента с поверхностью теплообмена наконечника 3, а также полное разрушение и удаление паровой прослойки с торцовой части наконечника 3. После охлаждения наконечника 3 парожидкостная смесь хладагента отводится на слив через зазор 7. При омывании хладагентом теплопередающей поверхности наконечника 3 за ребрами 9 или канавками 10 образуются зоны завихрений, способствующие более интенсивному турбулентному обмену жидкими массами между пограничным слоем и ядром потока. Градиент продольной составляющей скорости у теплоотводящей поверхности зазора 7 уменьшается, а пульсация турбулентных скоростей усиливается, причем усиление продольных пульсаций скорости значительно опережает усиление поперечных пульсаций в соответствующих точках. Такая резко выраженная неизотропность пульсаций распространяется по всему сечению, не исключая и зоны потока вблизи оси кольцевого зазора 7. Это приводит к значительному увеличению коэффициента теплоотдачи без дополнительных потерь энергии вследствие турбулизации пограничного слоя и разрушения паровой прослойки хладагента. При этом турбулентная проводимость и вязкость (составляющая импульсного обмена) изменяются рационально и целенаправленно в нужном направлении по сечению потока. Уменьщение высоты выступов 9 или впадин 10 ниже указанного предела приводит к тому, что ламинарный подслой потока, толщкна которого в этом случае больше высоты указанных элементов, не разрушается. При увеличении высоты турбулизирующих элементов энергия потока хладагента тратится на турбулизацию и без того уже турбулизированного ядра потока. Наиболее сильная турбулизация пограничного слоя хладагента возникает на границе вихревой зоны непосредственно за выступами 11 или впадинами 12. Расстояние, на которое переносятся возникшие вихри не превыщает пяти гидравлических зазоров зазора 7. Поэтому увеличение отношения шага между выступами к величине зазора 9 сверх 5 снижает тепломассоперенос и замораживающую способность зонда, а уменьшение ниже 1 увеличивает сопротивление зазора 9 и усложняет технологию изготовления зонда. Данное изобретение позволяет интенсифицировать теплообмен в кольцевом зазоре 7, и через теплопередающую стенку наконечника 3, повысить эффективность использования хладагента и замораживающую способность зонда примерно в 2 раза. При отсутствии необходимости повышения замораживающей способности зонда расход хладагента может быть уменьшен на 70-80%. Формула изобретения Криохирургический зонд, содержащий теплоизолированный корпус, соединенный с

ним охлаждаемый наконечник, на внутренней поверхности которого выполнены ребра, и трубку для подвода хладагента, концентрично установленную в корпусе и наконечнике с образованием между их стенками кольцевого зазора для прохода парожидкостной смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения замораживающей способности зонда, отношение высоты ребер к величине зазора между внутренней поверхностью наконечника и наружной поверхностью трубки составляет 0,025-0,05, а отношение шага к величине зазора составляет I-Ь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Патент Англии № 992467, кл. АВ/В 17/00, 1963.