CN102488550B - 一种肿瘤低温治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤低温治疗仪。它包括低温手术刀、低温控制装置，低温手术刀包括顺次相连的低温探针、热电模块、手柄、进气管、气源接口，进气管外有传输保护管道，低温控制装置包括高压气瓶、高压电磁阀、过滤器、高压调压阀、压力传感器、可编程控制器、触摸屏、热电模块、可控直流电源、温度传感器；低温探针内部采用金属泡沫，热电模块在冷冻和复温阶段都能起到充分利用回气能量的作用。通过调节热电模块可有效减少高压气体的消耗，使低温探针在进气压力较低时也能够工作，并在在一定程度上帮助克服小直径探针冷量不足的缺点。本发明可适用于癌变组织的冷冻消融手术。

Description

一种肿瘤低温治疗仪

技术领域

本发明涉及治疗仪，尤其涉及一种肿瘤低温治疗仪。

背景技术

低温微创消融治疗，为许多无法利用传统方法治疗的肿瘤病人，提供了强有力的治疗手段。低温手术刀在监控设备的帮助下直接插入病灶，通过冷热循环治疗达到杀死肿瘤细胞的目的。冷冻消融创伤小，疗效好，有效率可达90％以上，已成为多种肿瘤临床治疗不可或缺的手段。对于不能用常规手术根治性切除的肿瘤治疗，冷冻消融可以快速减轻肿瘤负荷，减轻了病人痛苦，提高他们的生存质量，具有放化疗所不能替代的作用。经国内多中心临床协作统计资料显示，低温治疗联合介入化疗治疗肝癌、肺癌；低温治疗联合放疗治疗肺癌；联合中医药治疗肺癌、肝癌；与单纯放疗、化疗、介入栓塞相比较，病人1年、2年期存活率均有显著提高。这表明低温治疗已成为临床实体肿瘤治疗的重要手段，尤其是治疗前列腺癌、肝癌、肺癌。

低温医疗设备的发展与低温医疗的要求是一致的，软件上面要求有大量的临床治疗数据作为依托，对组织冻结过程进行精确模拟，以期获得冻结过程的实时温度分布，冻结状态特征，并可以根据需要实时调控冻结状态。硬件方面的发展，要求具有完善的制冷系统和制冷控制系统，同时要求有高质量的实时监控设备和实时图像显示设备。完善的制冷系统发展要求具有更大的制冷量，同时具有更高的复温温度，以期达到兼顾热疗的效果。完善的制冷控制系统是指可以根据医生的需求全面快速调节各个冷刀的温度或各区域组织的温度。肿瘤低温治疗仪设备总的发展趋势是，治疗之前可以通过测量肿瘤的状态特征，模拟其冻结过程，设计出治疗方案；治疗过程中通过实时监控和计算，显示组织各区域的温度分布和冻结状态，预测出个各冷刀所需温度，实时调整治疗方案，进而通过制冷控制系统实施精确控制，直至治疗结束。这些需求的实现，有赖于冷刀温度的可调性。

目前市场上的液氮低温治疗仪和氩氦刀均难以达到上述要求。液氮低温治疗仪的液氮传输管道需要良好绝热保护，设备笨重，操作不便。另外，液氮在到达探针顶端发生相变制冷时，会产生大量的气体，气膜的存在造成探针的制冷量难以输出，对治疗不利。氩氦刀具有快速降温和复温的功能，但不具备调温功能，复温所达到的温度距离热疗要求仍有差距，冷量输出受进气压力的影响较大。小直径冷刀能够提供的冷量十分有限。

传统的氩氦刀低温探头内部采用螺旋翅片管换热器，使进气与回气换热从而达到预冷进气的目的。螺旋翅片毛细管的翅片厚度、高度、间距均在0.1mm的数量级，绕制难度非常大。多孔泡沫金属(porous foam metal)是近几年发展起来的一种功能材料，是一种含有一定数量、一定尺寸孔径、具有一定孔隙率的金属材料。由于其具有很高的比表面积，能大幅度地强化流体传热，具有质量轻、体积小、吸音降噪、机械性能好等优点。近年来，以多孔泡沫金属微孔作为流体通道的各种换热设备的相关研究得到迅速发展。目前通孔泡沫可以通过渗流铸造、沉积、粉末松装烧结、添加造孔剂等工艺获得。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种肿瘤低温治疗仪。

肿瘤低温治疗仪包括低温手术刀、低温控制装置，低温手术刀包括低温探针、热电模块、手柄、进气管、传输保护管道、气源接口，低温探针、热电模块、手柄、进气管、传输保护管道、气源接口顺次相连，进气管外有传输保护管道，低温探针包括外管、金属泡沫、毛细管、芯管，芯管外设有毛细管，毛细管与外管之间设有金属泡沫，热电模块包括散热片、热电堆、铜质导热块、回气孔道、进气孔道，铜质导热块内设有进气孔道，进气孔道两侧分别有热电堆，热电堆外侧有散热片，散热片上设有翅片，低温控制装置包括第一高压气瓶、第二高压气瓶、高压电磁阀、过滤器、高压调压阀、压力传感器、可编程控制器、触摸屏、第一测温热电偶、第二测温热电偶、可控直流电源，第一高压气瓶、高压电磁阀、过滤器、高压调压阀、压力传感器、气源接口顺次相连，第二高压气瓶、高压电磁阀、过滤器顺次相连，触摸屏与可编程控制器相连，可编程控制器分别与第二测温热电偶、第一测温热电偶、可控直流电源、高压调压阀、高压电磁阀相连，可控直流电源与热电模块相连。

所述的金属泡沫的金属泡沫为通孔泡沫，通孔泡沫的孔径为10μm～300μm。所述的低温探针的直径为1mm～8mm。所述的低温探针内毛细管为单根或多根。所述的低温探针内毛细管为螺旋盘绕或直管。所述的热电模块进气孔为蛇形孔或直孔。

本发明中所涉及的医用低温探头采用微孔金属泡沫进行强化换热，使进入介质与回流介质充分换热。金属泡沫材料具有更大的换热比表面积，同时制作过程相对与螺旋翅片管简易。低温控制装置具有以下优点：热电模块不论是在冷冻还是复温阶段，均可以充分的利用回气的能量，结构简单易行；在复温过程中热电模块预热进气，可以提高低温探针的复温温度，起到一定的热疗作用；在进气压力较低的时候，通过热电模块强化进回气之间的换热，从而减小进气压力降低对治疗效果的影响；在获取相同的制冷量的情况下，使用热电模块可以减少高压气体的消耗，节省治疗成本；通过降低进气温度，增大制冷量，可以在一定程度上克服小直径探针冷量输出不足的缺点。

附图说明

图1是肿瘤低温治疗仪结构示意图；

图2是本发明的低温手术刀结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图：

图4是图2的B-B剖视图

图5是本发明的低温控制装置软件流程图。

具体实施方式

如图1-4所示，肿瘤低温治疗仪包括低温手术刀、低温控制装置，低温手术刀包括低温探针1、热电模块2、手柄3、进气管4、传输保护管道5、气源接口6，低温探针1、热电模块2、手柄3、进气管4、传输保护管道5、气源接口6顺次相连，进气管4外有传输保护管道5，低温探针1包括外管12、金属泡沫13、毛细管14、芯管15，芯管15外设有毛细管14，毛细管14与外管12之间设有金属泡沫13，热电模块2包括散热片7、热电堆8、铜质导热块9、回气孔道10、进气孔道11，铜质导热块9内设有进气孔道11，进气孔道11两侧分别有热电堆8，热电堆8外侧有散热片7，散热片7上设有翅片10，低温控制装置包括第一高压气瓶16、第二高压气瓶17、高压电磁阀18、高压电磁阀19、过滤器20、高压调压阀21、压力传感器22、可编程控制器23、触摸屏24、第一测温热电偶25、第二测温热电偶26、可控直流电源27，第一高压气瓶16、高压电磁阀18、过滤器20、高压调压阀21、压力传感器22、气源接口6顺次相连，第二高压气瓶17、高压电磁阀19、过滤器20顺次相连，触摸屏24与可编程控制器23相连，可编程控制器23分别与第一测温热电偶25、第二测温热电偶26、可控直流电源27、高压调压阀21、高压电磁阀18和高压电磁阀19相连，可控直流电源27与热电模块2相连。

所述的金属泡沫13的金属泡沫为通孔泡沫，通孔泡沫的孔径为10μm～300μm。所述的低温探针1的直径为1mm～8mm。所述的低温探针1内毛细管14为单根或多根。所述的低温探针1内毛细管14为螺旋盘绕或直管。所述的热电模块2进气孔11为蛇形孔或直孔。

金属泡沫13采用高孔率，小孔径，作为回气的换热通道，能够达到高效的换热目的。可以采用两种材料共密实或共铸造而其中一种材料可滤除的方法。将各自体积分数均不低于25%的两种粉末混合，密积，形成两相各自连续且相互联结的双联结构。混合体压实后，在合适的溶剂中滤出其中一种粉末（如盐），制得具有大面积均匀截面结构的泡沫产品，泡沫孔径可达10μm-10mm的范围。

在毛细管14外部烧结通孔金属泡沫13制成微通道换热器，烧结好修正外形之后套外管12封装。 所涉及的控温系统中带触摸屏的可编程控制器在市场上很容易买到，高压调压阀可以自动控制也可以人工控制，自动时可以通过附图5的调节程序进行调节。

 探针做冷冻治疗的过程中，在热电堆的作用下，热量从进气泵送到回气，在探针复温的过程中，通过改变电流方向在热电堆的作用下，热量从回气泵送到进气，起到调节进气温度的作用，根据电流的大小可以在一定范围内控制进入低温探针内的气体温度。如果进气是氩气可以提高节流之后的制冷量，如果进气是氦气可以提高节流之后的制热量。由氩气节流的性质可知，氩气进气温度越低，等焓节流之后可以获得的制冷量越大。通过估算，进气温度冷却到0℃左右再进入冷刀，相对于进气温度27℃的情况下，液化率可以提升26%左右，也就是说制冷量可以提升26%，这对于由于低温探针直径细小而使制冷量受到限制的氩氦刀来说，是十分有意义的。热电模块的冷热端最大温差可以达到68K，冷却进气时可以使进气在300K-250K的范围内变化，这个进气温度不会对穿刺路径上的组织造成伤害。

本发明的工作过程如下，冷冻治疗时，供气系统高压气体从高压气瓶16中流出，经过高压电磁阀18之后流经过滤器20，通过高压调压阀21调节压力之后进入热电模块2，达到设定温度之后进入冷刀，完成制冷过程后再通过电模块2与进气进行换热，之后排入大气，第一测温热电偶25测量热电模块2高压进气出口处介质温度，第二测温热电偶26测量探针1端部温度。热电模块如图3所示，通过控制可控电源27的输出电流来控制泵热功率，控制高压进气出口处介质温度，从而调节低温探针1的制冷量，控制低温探针在治疗过程中所需要的温度和冰球大小；控制系统由可编程控制器23、触摸屏24、第一测温热电偶25、第二测温热电偶26和压力传感传感器22、可控直流电源27等组成，通过实时监控低温探针1的温度和冰球大小及发展趋势，由治疗人员通过观察判断下一步需要提高探针温度或降低探针温度，然后治疗人员通过触摸屏24交互设定下一步的探针温度，系统根据第二测温热电偶26测量低温探针1温度的反馈值，通过可编程控制器23调节热电模块2的输入电流和高压调压阀21从而达到设定要求。具体的控制流程可如附图6所示，首先开机初始化，选择冷冻或者复温，如选择冷冻，冷冻介质电磁阀18打开，高压调压阀21和热电模块2启动并根据初始化低温探针温度确定初始值，判断低温探针1温度与设定值Tc之间的关系，如果T=Tc则继续运行，如果T≠Tc则开始进入调节程序，当差值大于设定温差ΔT时调节高压调压阀，当差值小于设定温差ΔT时调节热电制冷模块输入电流，当低温探针1温度大于设定温度值时阀门开大，热电制冷输入电流增大；当低温探针1温度小于设定温度值时阀门关小，热电制冷输入电流减小。选择复温时，复温介质电磁阀19打开，调压阀21和热电模块2启动并根据初始化低温探针温度确定初始值，判断低温探针1温度与设定值Tc之间的关系，如果T=Tc则继续运行，如果T≠Tc则开始进入调节程序，当差值大于设定温差ΔT时调节高压调压阀，当差值小于设定温差ΔT时调节热电模块输入电流，当低温探针1温度大于设定温度值时阀门关小，热电制冷输入电流减小；当低温探针1温度小于设定温度值时阀门开大，热电制冷输入电流增大。

Claims (6)

1.一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于包括低温手术刀、低温控制装置，低温手术刀包括低温探针（1）、热电模块（2）、手柄（3）、进气管（4）、传输保护管道（5）、气源接口（6），低温探针（1）、热电模块（2）、手柄（3）、进气管（4）、传输保护管道（5）、气源接口（6）顺次相连，进气管（4）外有传输保护管道（5），低温探针（1）包括外管（12）、金属泡沫（13）、毛细管（14）、芯管（15），芯管（15）外设有毛细管（14），毛细管（14）与外管（12）之间设有金属泡沫（13），热电模块（2）包括散热片（7）、热电堆（8）、铜质导热块（9）、回气孔道（10）、进气孔道（11），铜质导热块（9）内设有进气孔道（11），进气孔道（11）两侧分别有热电堆（8），热电堆（8）外侧有散热片（7），散热片（7）上设有翅片（10），低温控制装置包括第一高压气瓶（16）、第二高压气瓶（17）、第一高压电磁阀（18）、第二高压电磁阀（19）、过滤器（20）、高压调压阀（21）、压力传感器(22)、可编程控制器(23)、触摸屏(24)、第一测温热电偶(25)、第二测温热电偶(26)、可控直流电源（27），第一高压气瓶(16)、第一高压电磁阀(18)、过滤器(20)、高压调压阀(21)、压力传感器(22)、气源接口(6)顺次相连，第二高压气瓶(17)、第二高压电磁阀(19)、过滤器(20)顺次相连，触摸屏(24)与可编程控制器（23）相连，可编程控制器（23）分别与第一测温热电偶（25）、第二测温热电偶（26）、可控直流电源（27）、高压调压阀（21）、第一高压电磁阀（18）和第二高压电磁阀（19）相连，可控直流电源（27）与热电模块（2）相连。

2.根据权利要求1所述的一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于所述的金属泡沫（13）的金属泡沫为通孔泡沫，通孔泡沫的孔径为10μm～300μm。

3.根据权利要求1所述的一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于所述的低温探针（1）的直径为1mm～8mm。

4.根据权利要求1所述的一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于所述的毛细管（14）为单根或多根。

5.根据权利要求1所述的一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于所述的毛细管（14）为螺旋盘绕或直管。

6.根据权利要求1所述的一种肿瘤低温治疗仪，其特征在于所述的进气孔道（11）为蛇形孔或直孔。

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