CN104427949A - 用在冷冻手术设备中的探头用外筒及治疗装置单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用在冷冻手术设备中的探头用外筒及治疗装置单元，它们能够保护靠近患部的正常细胞，对于冷冻和解冻来说提供更高的热效率，并且简化结构。提供用在冷冻手术设备中的探头用外筒和治疗装置单元，该治疗装置单元包括用在冷冻手术设备中的探头用外筒。外筒包括：给定区域，在所述给定区域中，冷冻气体使得冰球形成在包括顶端部的外周上；以及绝热装置，布置在除了所述给定区域以外的区域，以防止内部空间与外部之间的热交换。

Description

用在冷冻手术设备中的探头用外筒及治疗装置单元
技术领域
本发明涉及一种用于冷冻治疗的冷冻手术设备中配备的探头用外筒和包括所述冷冻手术设备中配备的探头用外筒的治疗装置单元。
背景技术
已知能够通过冷冻细胞使生物体的细胞坏死，并且在冷冻手术设备中使用了细胞的这种特征。在这种冷冻手术设备中，仅患部的细胞被冷冻，然后解冻，解冻步骤期间引起盐浓度的差异，从而破坏细胞的内部使细胞死亡。当定义一个循环由冷冻步骤和解冻步骤组成时，执行上述冷冻和解冻步骤的两个至三个循环可以使诸如肿瘤的患部的细胞坏死(例如，参照非专利文献1)。
当执行冷冻和解冻时，上述冷冻手术设备使用两种高压气体。在高压气体中，而根据气体分子的类型，对应于它们的体积迅速膨胀，有温度急剧升高的气体和温度急剧降低的气体(称为焦耳-汤姆孙效应)。例如，为了降低温度，使用高压氩气(其温度为大约-160度)，而为了升高温度，使用氦气(其温度为大约+40度)。
上述冷冻手术设备使用直径为大约2mm的中空不锈钢管作为外筒。从其顶端的细孔喷射高压气体的探头插入穿过该外筒，以被装填在其中。在这种情况下，由于使得外筒的顶端先穿刺患部，因此能够以适当的方式冷冻作为对象的患部的细胞以使其坏死。
另外，通过探头的顶端重复由冷冻程序和解冻程序组成的这两个程序。为了使能量有效利用，设置有热交换器(例如，参照专利文献1)。因此，在探头中布置有向外通路和返回通路，通过向外通路高压气体经由热交换器向细孔输送，通过返回通路从细孔喷射的一部分气体经由形成在探头壁与热交换器之间的空间向探头的基端返回。
在顶端，通过上述热交换机构重复冷冻和解冻程序，其中，在冷冻程序期间顶端暴露在极低的温度下。因此，必须不造成对患部周围的正常细胞的损坏。以往，已知这样一种技术，为筒提供根据患部的位置来施加集中的热能所需的热分布特性，其中，所述集中的施加通过将强度变化应用于具有方向性的热的方向特性而实现。为了这个目的，在桶顶端的周缘的一部分上布置突起(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4607813号公报
专利文献2：日本专利第4744284号公报
非专利文献
非专利文献1：Seishi Nakatsuka,Kansei Iwata等人“On freeze-thawsequence of vital organ of assuming the cryoablation for malignant lung tumors byusing cryoprobe as heat source”,CRYOBIOLOGY 61(2010)317-326
发明内容
技术问题
然而，在外筒中执行的探头的热交换过程导致外筒被冷却。因为这个原因，导致在外筒的外表面上向其基端结霜或结冰，这会损坏患部周围靠近外筒的正常细胞。
另外，在上述探头的情况下，热交换器被布置在探头的狭小空间内，这导致探头内部结构复杂化并且提高制造成本的问题。
而且，由于使探头的内部结构复杂化的事实，气体的排放通路变得狭小，从而上述冷冻和解冻的热效率减低。因此，这会导致焦耳-汤姆孙效应利用不充分的情况。
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种用于冷冻治疗的冷冻手术设备中配备的探头用外筒和治疗装置单元，其可以保护靠近患部的正常细胞，对于冷冻和解冻来说提供更高的热效率并且简化结构。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明提供一种用在冷冻手术设备中的探头用外筒，使得外筒包括中空的内部空间，内部空间中装载有用于冷冻手术设备的探头，探头包括能够穿刺位于对象内部的患部的顶端部，探头使冷冻气体与解冻气体彼此交替地喷射，其本质特征在于，外筒包括：给定区域，在所述给定区域中，冷冻气体使得冰球形成在包括所述顶端部的外周上；以及绝热装置，布置在除了所述给定区域以外的区域，以防止内部空间与外部之间的热交换。
根据上述构造，在用在冷冻手术设备中的探头用外筒中，设置有冰球形成的区域以外的部分。当在对患部治疗的过程中冷冻气体被射到患部时，因为绝热装置提供的绝热效果，所以能够避免该部分的外表面温度降低。
此外，绝热装置可以具有沿着外筒的整个内周所内设的封闭空间和形成为完全覆盖外筒的外周表面的封闭空间中的至少一种。另外，封闭空间可以是真空层，并且可通过对由封闭空间所提供的表面施用镜面加工而设置反射装置。可选择地，真空层可形成在除了给定区域以外的区域的外表面与内部空间之间的整个圆周中，并且反射装置布置在真空层中，反射装置由阻隔构件构成。仍然是可选择地，封闭空间中可装有绝热材料。
有益效果
用在冷冻手术设备中的探头用外筒的优点在于，外筒的结构简化，对于冷冻和解冻来说具有更高的效率，并且可以保护存在于患部附近的正常细胞。
附图说明
【图1】图1是示出冷冻手术设备的基本构造的图。
【图2】图2是示出使导针插通根据本发明的设在冷冻手术设备中的外筒的状态的侧剖图。
【图3】图3是示出使探头插通根据本发明的设在冷冻手术设备中的外筒的状态的侧剖图。
【图4】图4是示出对冷冻手术设备用探头外筒的内侧表面进行镜面加工的部分透视图。
【图5】图5是示出冷冻手术设备用探头外筒中、布置在真空层中的阻隔构件的部分透视图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明的使用治疗装置单元的冷冻手术设备的基本构造的图。附图标记1示出根据本发明的治疗装置单元，如后所述，治疗装置单元具有将患部穿刺的顶端，以由此穿透，在该状态下，预定种类的高压气体被供给到该单元。治疗装置单元1通过气体压力调节器R和控制器C与气体供给源G1和气体供给源G2连接，气体压力调节器R调节预定类型的高压气体的压力，控制器C控制气体压力调节器R并控制供给的气体的量并切换供给的气体。
气体供给源G1是充有冷冻气体(在本实施例中，是氦气)的液化气桶，该气体将被提供至治疗装置单元1，而气体供给源G2是装载有解冻气体(在本实施例中，是氩气)的液化气桶，该气体将被提供至治疗装置单元1。
冷冻气体和解冻气体从气体供给源G1和气体供给源G2被交替地供给至治疗装置单元1。同时，控制器C控制用于被供给的气体的切换阀(未示出)以及气体供给源G1和G2的开闭阀(未示出)。供给到切换阀的气体的压力被未示出的压力检测部检测，并且作为数据发送到控制器C。此外，从切换阀送出的气体的供给量和返回至切换阀的气体的返回量被未示出的流量检测部检测，并且作为数据发送到控制器C。控制器C控制切换阀、开闭阀和气体压力调节器R，以保持所检测的数据为预先设定或提供的值。诸如医学领域的从业者的操作人员可以对这些构件的控制做出指示，该操作人员对包括诸如触摸面板的屏幕的人机界面做出指示。
图2示出使导针插通根据本发明的外筒的状态，图3示出使探头插通根据本发明的外筒的状态。
治疗装置单元1至少设有被供给气体的探头12和探头12插入的外筒11。外筒11由例如没有底部的不锈钢筒形管构成。外筒11具有长度方向和位于其长度方向上的顶端侧的开口端11a。开口端11a形成为锥形的端部，该端部的外径逐渐减小并且该端部的形状为尖锐状，使得尖端能够穿刺患部。开口端11a具有收紧的内径，使得开口端外接于将在后面描述的探头12和导针13的尖锐状顶端部12b和13b的中间位置。因此，顶端部由开口端支撑，使得不允许探头和导针的直径大于顶端部12b和13b的主体部12a和13a穿过开口端11a。同时，外筒11具有另一开口端11b，所述另一开口端11b形成在其长度方向上的基端侧，并且开口端11b的外径可以使开口端11b被将要在后面描述的探头12的栓体构件12g封闭。外筒11的尺寸将不限于特定的值，只要这些尺寸不超出本发明的要旨即可，并且，作为大致的示例，可以将这些尺寸设定为全长150mm、外径φ3mm，管壁厚度为0.3mm。
在外筒11中形成有绝热段11c，该绝热段11c沿长度方向从基端侧延伸至给定的位置并且沿着整个内周延伸。在本实施例中，绝热段11c由真空层11d形成，真空层11d产生于内侧部并且位于外筒11的内侧部与外侧部之间的封闭空间中。封闭的空间可装有绝热材料，该绝热材料只要是可提供绝热功能的材料即可。可选择地，除了在外筒11的内侧部形成封闭的空间之外，还可以通过在整个圆周上覆盖外筒11的外侧部来产生封闭的空间(未示出)。因此，在外筒11中，设置有不形成绝热段11c并且在长度方向上接近顶端的剩余的端侧段。如后面将要描述的，冰球形成在端侧段的外表面上。实际上，外筒11被设置为沿长度方向包括冰球形成区域A1和绝热区域A2。另外，冰球形成区域A1和绝热区域A2这两者的尺寸能够根据应用适当地确定。例如，当完全在从外筒11的尖端起大约40mm的范围内形成冰球时，绝热区域A2的长度可以是大约110mm。此外，绝热段11c的厚度根据与后面描述的探头12的外径的尺寸关系来设定。例如，在真空层形成为大约0.1mm的宽度的情况下，绝热壁的厚度可以是大约0.1mm。
导针13是用于在利用治疗装置单元1执行治疗之前将外筒11引导至患部的穿刺器件。如上所述，导针13具有柱体部13a、顶端部13b和凸缘部13b，顶端部13b通过使一端变得尖锐而形成，凸缘部13b在另一端形成以使其直径大于基侧开口端11b的外径。
探头12具有作为中空柱形工件的主体部12a和通过使主体部12a的顶端变得尖锐而形成的顶端部12b。在主体部12a内部，插有向外(往路)管12c，向外管12c的插设方式为向外管与主体部12a大致同轴，使得主体部与向外通路之间没有接触。向外管12c向顶端部12b供给高压气体(冷冻气体和解冻气体)。向外管12c的顶端具有喷射孔12d，使得被供给的高压气体从探头12的顶端喷射。探头12具有设置在向外管12c的内部空间内的向外通路12e和设置在主体部12a与向外管12c之间的返回通路12f。构成探头12的材料的类型不限于具体一种，但通过示例的方式，探头可以是以与外筒11相同的方式形成的不锈钢管。此外，由于探头插入并充填外筒11，因此作为示例，外径φ可以是大约2.4mm。
现在将解释利用治疗装置单元1进行治疗的程序。导针13从外筒11的基侧开口端11b插入到外筒11中，使得导针13的顶端部13b从外筒11的尖侧开口端11a暴露。导针13的被暴露的顶端部13b经由皮肤向作为被治疗对象的患部插入。随着导针13穿刺患部，被设置为与导针13同轴的外筒11沿着穿刺方向被传送。重复导针13和外筒11这两者穿刺的过程直到它们到达患部。
在已知的CT监控条件下，导针13从外筒11退出并且确认外筒11已经达到患部。在确认外筒已经达到患部之后，探头12从外筒11的基侧开口端11b插入到外筒11中。在插入之前将蒸馏水或生理盐水注射到外筒11中。因此，这种注射从外筒11的内部排出空气并且在外筒11与探头12之间产生水帘。这种产物使得可以减少在其之间引起的摩擦，因此可以使探头12以更加顺滑的方式插入。
在探头12穿刺患部的状态下，当命令参照图1描述的控制器C在冷冻治疗模式下工作时，从气体供给源G1将氦气供给至探头12的向外管12c。向氦气施加预定的压力，该压力使得氦气通过向外通路12e以到达喷射孔12d并且喷射到顶端部12b的内部。喷射的氦气在其中迅速膨胀，引起焦耳-汤姆孙效应，使探头12的顶端部12b和靠近外筒11的顶端的部位(冰球形成区域A1)冷却至超低的温度，从而冷冻患部。
被冷冻的患部组织在外筒11的冰球形成区域A1产生冰球I，但绝热区域A2不会受到影响形成冰球和结霜或者结冰。因此，接近绝热区域A2存在的正常的细胞和组织将不被极低的温度损伤。
连续地供给氦气并且使其从喷射孔12喷射到顶端部12b中，由此喷射的气体被迫向着返回通路12f传输，而传输的气体被送至返回通路中。经过返回通路12f的氦气通过绝热段11c被保温，导致经过向外通路12e的氦气冷却，促进了热交换作用，因此能量得到有效地利用。已经经过返回通路12f的氦气从形成在栓体构件12g处的排放孔12h经由未示出的排放装置被排放至大气中。
控制器C被构造为：对应于预先设置的供给氦气的时间段的结束，使控制器进入解冻治疗模式。解冻治疗模式对切换阀进行切换，由此当前的气体供给源被转换为供给氩气的气体供给源G2，然后通过探头12的向外管12c来供给氩气。该氩气也被施加给定的气压，使得氩气在经过向外通路12e之后到达喷射孔12d。氩气喷射到探头12的顶端部12d，在该处气体迅速膨胀，导致焦耳-汤姆孙效应使探头12的顶端部12b和外筒11的顶端区域能够被加热。因此，冷冻的患部被解冻。另外，经过返回通路12e传输的氩气与氦气的方式一样促进了热交换作用。与氦气的方式一样，氩气也通过排放孔12h被排放。
以固定周期重复上述气体供给程序，使得仅患部的细胞因焦耳-汤姆孙效应变得坏死。
正如所描述的，在传统的治疗装置单元中，在被设置在向外管中的热交换器中执行热交换。在这种情况下，被迫在狭小的空间内设置热交换器，因此使结构复杂并因此提高了制造成本。在这方面，本发明克服了以往的困难，使得在外筒11处布置结构简单的绝热段11c，这可以具有与传统的热交换作用相同的作用，这样抑制了制造成本。另外，由于外筒11具有设置有绝热段11c的外表面，因此这种区域受限的外表面不受筒内部引起的热交换作用的影响，这样防止形成和/或累积霜和/或冰，这实现更高精确度的治疗。而且，正如所描述的，该结构能够被简化，其结果在于能够增大返回通路12f的内部体积，降低排放压力，使得与传统的情况相比，焦耳-汤姆孙效应更加强烈地执行。
参照图4和图5，现在将描述根据本发明的外筒11的实际的实施例。在本描述中，为了省略多余的解释，对于与图1、图2和图3中共同的组件给出相同的参考标记。图4示出了外筒11的部分透视图，其中，绝热段11c具有通过(隔着)真空层11d布置在外筒11的壁中的表面11e并且对表面11e施用镜面加工。图5示出了部分透视图，其中，真空层11d充有阻隔构件11f，该阻隔构件11f由例如铜箔材料构成。在图4和图5中示出的结构中，反射探头12中的上述热交换作用产生的辐射热，以将热能更加有效地限制在探头12内，这样防止热轻易地发散至外筒11的外部。
符号说明
1         治疗装置单元
11        外筒
11c       绝热段
11d       真空层
12        探头
13        导针
C         控制器
R         气体压力调节器
G1、G2    气体供给源
A1       冰球形成区域
A2       绝热区域

Claims (6)

1.一种用在冷冻手术设备中的探头用外筒，其中，外筒包括中空的内部空间，所述内部空间中装载有用于冷冻手术设备的探头，所述探头包括能够穿刺位于对象内部的患部的顶端部，所述探头使冷冻气体与解冻气体彼此交替地喷射，其特征在于，
外筒包括：
给定区域，在所述给定区域中，冷冻气体使得冰球形成在包括所述顶端部的外周上；以及
绝热装置，布置在除了所述给定区域以外的区域，以防止所述内部空间与外部之间的热交换。
2.根据权利要求1所述的用在冷冻手术设备中的探头用外筒，其特征在于，
绝热装置包括沿着外筒的整个内周所内设的封闭空间和形成为完全覆盖外筒的外周表面的封闭空间中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的用在冷冻手术设备中的探头用外筒，其特征在于，
绝热装置是设置为所述封闭空间两者中的任一者的真空层，
绝热装置包括通过对由所述封闭空间所提供的表面施用镜面加工而形成的反射装置。
4.根据权利要求2所述的用在冷冻手术设备中的探头用外筒，其特征在于，
绝热装置是设置为所述封闭空间两者中的任一者的真空层，
绝热装置包括布置在所述封闭空间中的反射装置，所述反射装置由阻隔构件构成。
5.根据权利要求2所述的用在冷冻手术设备中的探头用外筒，其特征在于，绝热装置由所述封闭空间两者中的任一者构成，在该封闭空间中装有绝热材料。
6.一种治疗装置单元，其特征在于，所述治疗装置单元至少包括根据权利要求1至3中的任一项所述的用在冷冻手术设备中的探头和用在冷冻手术设备中的探头用外筒。
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