用於腫瘤治療的預冷式製冷方法及其預冷式治療裝置的製作方法
2023-11-30 10:43:31
專利名稱：用於腫瘤治療的預冷式製冷方法及其預冷式治療裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於外科手術用的冷凍治療技術領域，特別涉及一種用於腫瘤治療的預冷式製冷方法及其預冷式治療裝置。
背景技術：
通過冷凍細胞對活性組織結構破壞的外科手術通常被用於摧毀癌細胞或良性腫瘤。相對於外科開刀手術，低溫外科手術具有許多優點快捷、幾乎無痛，無需局部麻醉，無術後感染風險，且幾乎不留疤痕。
通過冷凍手術造成細胞破壞的機理有1.如果組織被緩慢冷卻，水份離開細胞，使細胞中有害電解質濃度提高，導致組織壞死；2.如果組織被快速冷卻，將形成多而微小的冰晶，使得冰晶細化，此時細胞不易損壞。但在融化過程中，如果冰到水的相變太快，所有的冰晶被簡單熔化。如果融化速度降下來，將發生已經融化的冰晶要冷卻其周圍的組織，從而使得一些水再次形成冰，再結晶過程將使得一些冰晶被加長而形成冰鋒，冰鋒刺破細胞壁導致細胞死亡，從而使組織壞死。
3.當新陳代謝繼續的時候，冰阻礙細胞營養的供應和代謝物的處理，細胞死亡就發生。
外科手術可以使用乾冰、液氮等冷凍源直接應用於待處理的組織而完成。最簡單的方法是用棉籤蘸上液體製冷劑，然後用浸透製冷劑的棉球直接接觸處理部位，或者將製冷劑導入一封閉的金屬導管，通過金屬導管噴射製冷劑至應用部位而實施冷凍手術。然而，這種方法有許多不如意的地方(1)用蘸或噴的方法，直接使用製冷劑會造成組織快速冷凍，導致冰晶細化而不是形成大冰晶，細胞不容易脫水，減小了通過高電解濃度來破壞細胞的發生。當製冷劑離開以後，熱量又從身體裡向被凍組織傳遞，導致相對快速融化，不宜形成冰鋒，從而減少了使細胞遭受破壞程度。直接使用製冷劑於局部組織的最大問題是無法控制冷凍面積的大小，無法控制冷凍程度，冷凍時間和升溫時間。
1961年Cooper首先應用液氮作為冷源，採用將液氮通過封閉的金屬管道，在一定壓力下流至管的尖端，藉助液氮的汽化降溫作用可使受凍局部溫度降達-190℃左右。他用此裝置治療了100例帕金森氏綜合症。
使用液氮作為冷源製成的手術器械，已經被廣泛使用。特別是皮膚科中對於痣類、粉刺、雀斑、疣等的治療。然而，液氮冷凍手術器械在許多方面不能令人滿意。液氮在冷凍頭尖端的蒸發會出現嚴重問題由於從尖端返回，四周的排出氮氣使部分液氮加熱，可使供給管內的液氮蒸發。這是因為排出的氮氣比供給管中的液氮溫度要高，形成了逆流熱交換，而使供給管中液氮部分蒸發形成氣體，而形成阻礙液氮流到尖端的氮氣氣泡。加大液氮壓力或降低液氮溫度可使液氮過冷，從而解決這個問題。但是這又使得系統更為複雜；其次，液氮使用不方便，設備操作複雜。
所以，以氣體作為冷媒，依靠焦爾-湯姆遜節流效應製冷的方法受到人們的重視和歡迎。目前，國際上就此原理髮明的氬—氦刀可以認為是當今比較先進的冷凍治療裝置，其冷刀內含有針對氬、氦的兩套管路，原理在於利用節流時氬氣快速製冷而氦氣則急速升溫的技術，從而在刀頭造成間隔急速降溫和升溫的功能，通過對腫瘤組織進行凍、融循環，摧毀腫瘤病灶，以最小限度或不損害腫瘤周邊正常組織的傷害，達到無創傷、無副作用的效果。然而，氬—氦刀所使用的氣源壓力非常高，氬氣入口壓力高於210bar，如此高的壓力，使冷刀的安全性能存在極大的隱患，而且氬—氦刀所用的高壓氣體需要專門製備，氣源獲得十分困難，手術費用因此也十分高昂，每次手術費用超過5千元。另外，由於氬氣的工作壓力太高，也就是，在使用過程中，壓力下降至210bar時，便不可使用，必須及時更換新的氬氣瓶，這樣便造成了一瓶氣體可利用部分的量很小，一瓶氣體甚至不能滿足一次手術的需要，因此在手術過程當中需要更換氣瓶，這給手術造成極大的不便，也容易引起意外。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種新的用於腫瘤治療的預冷式製冷方法；本發明的再一目的是提供一種新型的用於腫瘤治療的預冷式腫瘤治療裝置，該裝置可使用易於獲得、工作壓力大大降低的廉價氣體，而且其安全性、經濟性和穩定性都得到提高。
本發明的技術方案如下本發明提供的用於腫瘤治療的預冷式製冷方法，包括以下步驟1)將一種高溫工質氣體進行節流製冷後而對另一種常溫高壓的低溫工質氣體進行預冷；2)將經預冷的低溫工質氣體送入回熱器進行進一步製冷，得到經進一步冷卻的低溫冷卻氣體；
3)步驟2得到低溫冷卻氣體再進行節流製冷後通至腫瘤治療裝置的探針頭部而用於腫瘤冷凍治療。
發明提供的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，包括一外套1，該外套1包括同心套裝在一起的變徑不鏽鋼管，變徑不鏽鋼管的兩端分別焊接上堵頭11和下堵頭14，兩變徑不鏽鋼管之間抽真空並密封；一連接於下堵頭14下端的探針頭3，該探針頭3為空心腔體，其端頭部為外徑為2-5毫米細圓錐體，圓錐體的錐度為30-90°；一安裝於外套1中的空心圓柱體型芯軸21，其上端蓋有封板211；一上端與低溫工質氣源5相連通的低溫工質輸送管22螺旋排列盤繞在所述芯軸21周壁上，其前段22a螺旋盤繞在芯軸21上部212a上，構成第一級換熱器I，低溫工質輸送管22的後段22b螺旋盤繞在芯軸下部212c上，構成第二級換熱器II，低溫工質輸送管22未端設有一節流小孔221並伸入外套內管的內腔伸至探針頭3內腔的下部；一固定安裝在所述芯軸21上的用於對低溫工質輸送管22中的工質進行預冷的高溫工質輸送管23，該高溫工質輸送管23上端與高溫工質氣源4相連通，其下端設有節流小孔231並伸至第一級換熱器I的下方；還包括一穿過封板211並和芯軸21內腔相連通的回氣管24，該回氣管24上安裝放氣閥8；所述第一級換熱器I的下方設有一工字型連接塊，所述高溫工質輸送管23下端伸至該工字型連接塊的中部；所述高溫工質輸送管23與高溫工質氣源4之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門9；所述低溫工質輸送管22與低溫工質氣源5之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門6；所述低溫工質輸送管22為導熱性能好易彎曲的紫銅管或不鏽鋼管，其在外表面上纏繞細翅片；所述回氣管24通過控制閥門7與連通低溫工質輸送管22和低溫工質氣源5之間的連接管道相連通，或者與連接高溫工質輸送管23和高溫工質氣源4之間的連接管道相連通；所述探針頭3的內腔為螺紋型內腔；所述高溫工質氣源4內裝的高溫工質氣體為CO2、N2O、C2H6或C2H4；所述低溫工質氣源5內裝的低溫工質氣體為Ar、O2或N2；所述探針頭3的頭部安裝有溫度傳感器。
外套1可用兩根變徑不鏽鋼管可分上、下兩段製作，上段外管和內管連接上堵頭11構成探針的操作手柄，下段外管和內管連接下堵頭14共同構成探針杆，不鏽鋼管之間抽真空後密封；這種結構有很好的隔熱效果，具有兩方面的作用一是可以使在冷凍治療過程中除了探針頭3部位為低溫外，探針其它部位都是常溫，這樣有利於醫生操作，並且不會給其他部位造成大的損傷，達到微創效果；二是由於外套有良好的隔熱效果，可以充分利用探針的冷量，提高效率，減小耗氣量。外套上部同時為手術時的操作手柄，外套下部為探針杆，手術時部分伸入體內，將探針頭3刺入需要治療的部位；探針頭3為探針的治療部位，手術時刺入需要治療的部位，探針冷量通過探針頭3釋放到需要治療的部位，對腫瘤進行冷凍。該探針頭3為空心腔體，其外徑為2-5毫米，其端頭部為細圓錐體，不同其錐度為30-90°；可根據需冷凍組織的位置以及腫瘤的大小不同選用不同規格的探針頭。探針頭的材質選用導熱性能好的金屬材料，如銅、不鏽鋼或銀，其內壁可以製成螺紋以加強換熱效果；為了檢測冷凍溫度，可以在探針頭3的腔內設置熱電偶。
本發明的工作原理及其優點為如圖1，冷凍時，常溫高壓的低溫工質在流經I級換熱時被節流降溫後的高溫工質預先冷卻到一定的溫度，進入II級換熱，被節流後回流的低溫工質進一步冷卻，在節流小孔221處節流降壓，由於J-T效應，可獲得所需的低溫；由於有高溫工質的預冷，低溫工質的入口壓力可以大大降低，這樣所需的氣源就可以從市場上直接獲得，同時耗氣量大大減少，這是本發明的優點之一；回溫時，將回氣管道23接通高壓的低溫工質氣源4，這樣，探針頭3的常壓氣體被突然壓縮，溫度驟然上升，釋放出大量的熱量，這樣不必換用別的工質，這是本發明的優點之二；本發明還可通過改變工質的流動方向來實現探針頭快速達到快速回溫的目的，使腫瘤組織進行凍/融循環，達到摧毀腫瘤組織的目的。可選擇不同形狀、規格的探針頭，適用於不同深度、不同大小的腫瘤治療，還可於探針頭部設置熱電偶以監控治療過程中的探針頭部的溫度。
附圖1為本發明(一實施例)的結構示意圖；附圖2為本發明的第二實施例的結構示意圖；附圖3為本發明的第三實施例的結構示意圖；附圖4為本發明的第四實施例的結構示意圖；其中一外套1 上堵頭11下堵頭14探針頭3 芯軸21 封板211低溫工質輸送管22 低溫工質氣源5 節流小孔231、221高溫工質輸送管23 高溫工質氣源4 控制閥門6、7、8、9回氣管24 回溫管25高壓氣源4、5放氣閥8 控制閥門6、7、9 連接塊212b
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例進一步描述本發明由圖1-4可知，本發明的用於腫瘤治療的預冷式製冷方法，其步驟為1、高溫工質氣源4中的高溫工質氣體通過高溫工質輸送管23末端的節流孔231節流製冷後，對來自常溫高壓的低溫工質氣源5的低溫工質氣體進行預冷；2、將經預冷的低溫工質氣體送入回熱器II進行進一步製冷，得到經進一步冷卻的低溫工質氣體；3、得到經進一步冷卻的低溫工質氣體再通過位於低溫工質輸送管22末端的節流小孔221進行在一次節流製冷後通至腫瘤治療裝置的探針頭部而用於腫瘤冷凍治療。
由圖1-4所示，本發明提供的預冷式腫瘤治療裝置，包括外套1，該外套1包括同心套裝在一起的變徑不鏽鋼管，變徑不鏽鋼管的兩端分別焊接上堵頭11和下堵頭14，兩變徑不鏽鋼管之間抽真空並密封；外套1可分上、下兩段製作，上段外管和內管連接上堵頭11構成探針的操作手柄，下段外管和內管連接下堵頭14共同構成探針杆，不鏽鋼管之間抽真空後密封；這種結構有很好的隔熱效果，具有兩方面的作用一是可以使在冷凍治療過程中除了探針頭3部位為低溫外，探針其它部位都是常溫，這樣有利於醫生操作，並且不會給其他部位造成大的損傷，達到微創效果；二是由於外套有良好的隔熱效果，可以充分利用探針的冷量，提高效率，減小耗氣量。外套上部同時為手術時的操作手柄，外套下部為探針杆，手術時部分伸入體內，將探針頭3刺入需要治療的部位；探針頭3為探針的治療部位，連接於下堵頭14下端，該探針頭3為空心腔體，其端頭部為外徑為2-5毫米細圓錐體，圓錐體的錐度為30-90°；手術時刺入需要治療的部位，冷量通過探針頭3釋放到需要治療的部位，對腫瘤進行冷凍。該探針頭3為空心腔體，其外徑為2-5毫米，其端頭部為細圓錐體，不同其錐度為30-90°；可根據需冷凍組織的位置以及腫瘤的大小不同選用不同規格的探針頭。探針頭的材質選用導熱性能好的金屬材料，如銅、不鏽鋼或銀，其內壁可以製成螺紋以加強換熱效果；為了檢測冷凍溫度，可以在探針頭3的腔內設置熱電偶。
安裝於外套1中的空心圓柱體型芯軸21，其上端蓋有封板211；一上端與低溫工質氣源5相連通的低溫工質輸送管22螺旋排列盤繞在所述芯軸21周壁上，其前段螺旋盤繞在芯軸21上部上，構成第一級換熱器I，低溫工質輸送管22的後段螺旋盤繞在芯軸下部上，構成第二級換熱器II，低溫工質輸送管22未端設有一節流小孔221並伸入外套內管的內腔伸至探針頭(3)內腔的下部；
一固定安裝在所述芯軸21上的用於對低溫工質輸送管22中的工質進行預冷的高溫工質輸送管23，該高溫工質輸送管23上端與高溫工質氣源4相連通，其下端設有節流小孔231並伸至第一級換熱器I的下方；穿過封板211並和芯軸21內腔相連通的回氣管24上安裝放氣閥8；可在第一級換熱器I的下方設有一工字型連接塊212b，高溫工質輸送管23下端伸至該工字型連接塊的中部；高溫工質輸送管23與高溫工質氣源4之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門9；所述低溫工質輸送管22與低溫工質氣源5之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門6；所述低溫工質輸送管22為導熱性能好易彎曲的紫銅管或不鏽鋼管，其在外表面上可纏繞細翅片；回氣管24通過控制閥門7與連通低溫工質輸送管22和低溫工質氣源5之間的連接管道相連通，或者與連接高溫工質輸送管23和高溫工質氣源4之間的連接管道相連通；所述高溫工質氣源4內裝的高溫工質氣體為CO2、N2O、C2H6或C2H4；所述低溫工質氣源5內裝的低溫工質氣體為Ar、O2或N2。
實施例1如圖1，冷凍時，開啟控制閥6、8和9，高壓的低溫工質從氣瓶5通過控制閥6流入低溫工質輸送管22，首先通過其前段，在此與來自連接塊中部的高溫工質進行熱交換，被預先冷卻到一定的溫度，進入低溫工質輸送管後段，被節流後回流的低溫工質進一步冷卻，在節流小孔221處節流降壓，由於J-T效應，可獲得所需的低溫；高溫工質通過控制閥9進入高溫工質輸送管23，並通過節流孔231後節流降溫，然後從由芯軸上段外壁、外套內層變徑管的上段內壁和低溫工質輸送管前段構成回氣通道回流，吸收流經低溫工質輸送管22的低溫工質的熱量。由於有高溫工質的預冷，低溫工質的入口壓力可以大大降低，這樣所需的氣源就可以從市場上直接獲得，同時耗氣量大大減少，這是本發明的優點之一；回溫時，將回氣管道24接通高壓的低溫工質氣源5，同樣也可以接通高壓的高溫工質氣源4這樣，探針頭3內腔的低壓氣體被突然壓縮，溫度驟然上升，釋放出大量的熱量，達到回溫目的，這樣不必換用新的工質就可實現回溫，這是本發明的優點之二；本發明還可通過改變工質的流動方向來實現探針頭快速達到快速回溫的目的，使腫瘤組織進行凍/融循環，達到摧毀腫瘤組織的目的。根據治療需要，可選擇不同形狀、規格的探針頭，以適用於不同深度、不同大小的腫瘤治療，還可於探針頭部設置熱電偶以監控治療過程中的探針頭部的溫度；本實施例中的高溫工質氣源4中使用的高溫工質氣體為CO2，低溫工質氣源5中使用的低溫工質氣體為Ar。
實施例2如附圖2所示，這是本發明的另一種實施方式，該實施方式與附圖1的實施例原理基本相同，低溫工質經過兩次預冷後通過輸送管道22到達探針頭3內腔的下部，在此節流降溫，達到所需要的治療溫度。所不同的是，回氣管24通過控制閥門8後直接排空，另設回溫管25伸至芯軸21的下端。在冷凍過程時關閉控制閥7，開啟控制閥6、8和高溫工質控制閥9，低溫工質在流經其輸送管道22時依次被節流後的高溫工質和從探針頭3回流的低溫工質預冷，最後在探針頭3的內腔處通過接流孔221節流降溫，實現冷凍。回溫時關閉控制閥8和控制閥9，高壓氣源直接經回溫管25通入，對探針內的低壓氣體進行壓縮，產生熱量，實現回溫。這樣的目的是避免在回溫時高壓氣體在通過回氣通道時被溫度較低的芯軸冷卻，影響回溫效果。回溫管25也可以與高溫工質氣源4相通，回溫時用高溫工質的高壓來壓縮探針內的低壓氣體，達到回溫效果。實施例中的高溫工質氣源4中使用的高溫工質氣體為N2O，低溫工質氣源5中使用的低溫工質氣體為O2。
實施例3如附圖3所示，這是本發明的第三種實施方式，在該實施例中，芯軸21分為上、下兩部分，其下部通過內腔伸入探針頭3內腔的上部，低溫工質輸送管的前段螺旋盤繞在芯軸上段，低溫工質輸送管的後段螺旋盤繞在芯軸下段。實施例中的高溫工質氣源4中使用的高溫工質氣體為C2H6，低溫工質氣源5中使用的低溫工質氣體為N。
實施例4如附圖4所示，這是本發明的第四種實施方式，在該實施例中，芯軸21為一空心圓柱體。回氣管24通過控制閥8後直接排空，回溫管25穿過芯軸內腔和外管內腔並伸至探針頭3內腔的上部。低溫工質輸送管道的前段螺旋盤繞在芯軸21的外壁並緊貼外管的內壁構成第一級換熱器；低溫工質輸送管道的後段螺旋盤繞在回溫管25的外壁並緊貼外管內壁構成第二級換熱器。高溫工質輸送管23穿過封板211進入芯軸21的內腔並穿出其末端。這樣回溫時，高壓氣源直接通過回溫管25直接通入探針頭部，壓縮其原有低壓氣體，產生大量熱量，實現回溫。這樣就避免了回溫時高壓氣源流經回氣通道時被溫度較低的芯軸及其它部位冷卻，影響回溫效果。實施例中的高溫工質氣源4中使用的高溫工質氣體為C2H4，低溫工質氣源5中使用的低溫工質氣體為N。
權利要求
1.一種用於腫瘤治療的預冷式製冷方法，包括以下步驟1)將一種高溫工質氣體進行節流製冷後而對另一種常溫高壓的低溫工質氣體進行預冷；2)將經預冷的低溫工質氣體送入回熱器進行進一步製冷，得到經進一步冷卻的低溫冷卻氣體；3)將步驟2)得到的經進一步冷卻後的低溫冷卻氣體再進行節流製冷後通至腫瘤治療裝置的探針頭部而用於腫瘤冷凍治療。
2.一種預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，包括一外套(1)，該外套(1)包括同心套裝在一起的變徑不鏽鋼管，變徑不鏽鋼管的兩端分別焊接上堵頭(11)和下堵頭(14)，兩變徑不鏽鋼管之間抽真空並密封；一連接於下堵頭(14)下端的探針頭(3)，該探針頭(3)為空心腔體，其端頭部為外徑為2-5毫米細圓錐體，圓錐體的錐度為30-90°；一安裝於外套(1)中的空心圓柱體型芯軸(21)，其上端蓋有封板(211)；一上端與低溫工質氣源(5)相連通的低溫工質輸送管(22)螺旋排列盤繞在所述芯軸(21)周壁上，其前段(22a)螺旋盤繞在芯軸(21)上部(212a)上，構成第一級換熱器(I)，低溫工質輸送管(22)的後段(22b)螺旋盤繞在芯軸下部(212c)上，構成第二級換熱器(II)，低溫工質輸送管(22)未端設有一節流小孔(221)並伸入外套內管的內腔伸至探針頭(3)內腔的下部；一固定安裝在所述芯軸(21)上的用於對低溫工質輸送管(22)中的工質進行預冷的高溫工質輸送管(23)，該高溫工質輸送管(23)上端與高溫工質氣源(4)相連通，其下端設有節流小孔(231)並伸至第一級換熱器(I)的下方；還包括一穿過封板(211)並和芯軸(21)內腔相連通的回氣管(24)，該回氣管(24)上安裝放氣閥(8)。
3.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述第一級換熱器(I)的下方設有一工字型連接塊，所述高溫工質輸送管(23)下端伸至該工字型連接塊的中部。
4.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述高溫工質輸送管(23)與高溫工質氣源(4)之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門(9)；所述低溫工質輸送管(22)與低溫工質氣源(5)之間相連通的連接管道上安裝有控制閥門(6)。
5.按權利要求1或3所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述低溫工質輸送管22為導熱性能好易彎曲的紫銅管或不鏽鋼管，其在外表面上纏繞細翅片。
6.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述回氣管(24)通過控制閥門(7)與連通低溫工質輸送管(22)和低溫工質氣源(5)之間的連接管道相連通，或者與連接高溫工質輸送管(23)和高溫工質氣源(4)之間的連接管道相連通。
7.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述探針頭(3)的內腔為螺紋型內腔。
8.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述高溫工質氣源(4)內裝的高溫工質氣體為CO2、N2O、C2H6或C2H4。
9.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述低溫工質氣源(5)內裝的低溫工質氣體為Ar、O2或N2。
10.按權利要求1所述的預冷式腫瘤治療裝置，其特徵在於，所述探針頭(3)的頭部安裝有溫度傳感器。
全文摘要
一種用於腫瘤治療的預冷式製冷方法及裝置，包括真空外套、探針頭、裝於外套中的芯軸，芯軸周壁上繞有螺旋排列的與低溫工質氣源相通的低溫工質輸送管，其前段構成第一級換熱器，後段構成第二級換熱器，下端設節流小孔並伸至探針頭下部；與高溫工質氣源相通的高溫工質輸送管末端設有節流小孔，其內的高溫工質氣經節流製冷後預冷低溫工質輸送管中的低溫工質，該低溫工質再通過其輸送管道末端節流小孔的再一次節流製冷，達到預定溫度後輸送至探針頭部而用於腫瘤治療。本裝置工作壓力低、易得，而且安全性、經濟性和穩定性高。
文檔編號A61B18/00GK1626047SQ200410000799
公開日2005年6月15日 申請日期2004年1月20日 優先權日2003年12月12日
發明者吳偉平, 趙行, 李浩明, 柯鋼 申請人:北京庫藍醫療設備有限公司