CN104605925A - 一种具有泡沫金属换热器的低温探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温外科手术治疗的医疗器械，特别是一种具有泡沫金属换热器的低温探针。针对现有氩氦刀低温探针采用螺旋状的进流管和翅片带来的加工复杂难度大、成品率低、制造成本高等技术缺陷，本发明提供一种具有泡沫金属换热器的低温探针，探针本体从原本的双层结构改成了只有外壳，螺旋状的进流管改成直管，加工难度大大简化，成品率高；导电长杆直接设置在进流用的直管中，热电偶依旧作为测温用的传感器；螺旋状的换热翅片也改成了带孔隙的金属换热器，所述金属换热器带有孔隙，节流后的氩气经过这些孔隙回流排入大气中，而且回流氩气的冷量可以通过金属材质的换热器进行换热，进一步对进流管中的高压氩气在节流之前进行预冷，节流后探针温度更低。

Description

一种具有泡沫金属换热器的低温探针

技术领域

本发明涉及低温外科手术治疗的医疗器械，特别是一种具有泡沫金属换热器的低温探针。

背景技术

氩氦刀是一种通过微创方式超低温冷冻消融肿瘤的手术器械，通过冷冻+热疗的方式治疗肿瘤，氩氦刀的工作原理是利用氩气节流制冷，使治疗探针迅速降温，在短时间内达到治疗温度（低于-120C°），所述节流制冷是利用高压气体流经管道中的小孔扩散后，压力发生显著降低的过程进行迅速降温。探针是氩氦刀的主要工作构件，现有探针结构如图1所示，探针本体为内管2和外管1组成的双层结构，对应探针前端工作部的内管前端开口与外管内腔连通，内管中设有导电的长杆3，长杆前端从内管端部开口处伸出，长杆前端设有一热电偶作为测温传感器4，内管和外管的夹层中设有沿螺旋状盘绕的进流管5和翅片6，所述翅片设于进流管的外壁上，进流管的前端开口形成一个小孔喷嘴与外管内腔连通。工作时，高压氩气通过进流管进入探针，从小孔喷嘴喷出，高压氩气在外管前端处的内腔中急剧膨胀，氩气压力急剧下降至常压，从而产生急速降温的绝热节流效应，降至常压的氩气再经过缠绕在进流管外的翅片，沿探针本体的夹层往后排出释放于大气中，翅片的作用是对节流后氩气的低温进行热交换，进一步冷却降低进流管内的高压氩气温度，使进流管内的氩气温度比初始温度更低，如此连续进行，使进流管中的氩气温度越来越低，直至达到平衡，从而大大缩短探针冷冻治疗时的降温时间，一般在数秒钟内氩气节流可使探针针头温度下降至-160°C，并在十几秒内冷冻病变组织至-120～-165℃。这种低温探针的进流管和翅片均呈螺旋状盘绕，螺旋状的进流管和翅片的加工复杂，而且因为两者设于探针夹层的狭小空间内，导致两者的尺寸非常微小，加工难度大，成品率低，进流管和翅片的制作成本大大提高。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题和提出的主要技术任务是克服现有氩氦刀低温探针采用螺旋状的进流管和翅片带来的加工复杂难度大、成品率低、制造成本高等技术缺陷，提供一种具有泡沫金属换热器的低温探针，所述低温探针的结构大大简化，部件加工难度明显降低，成品率高，制造成本有效降低。

本发明采用如下的技术方案：一种具有泡沫金属换热器的低温探针，包括探针本体外壳和设于其内的进流管和换热器以及端部带热电偶的导电长杆，所述换热器位于进流管外壁和探针本体外壳内壁之间，其特征是所述的进流管为一个和探针本体外壳同轴心且前端开口的直管，导电长杆设于直管中并从开口伸出，所述换热器为带孔隙的金属换热器。本发明改变了现有低温探针结构，探针本体从原本的双层结构改成了只有外壳，螺旋状的进流管改成直管，加工难度大大简化，成品率高；导电长杆直接设置在进流用的直管中，热电偶依旧作为测温用的传感器；螺旋状的换热翅片也改成了带孔隙的金属换热器，所述金属换热器带有孔隙，节流后的氩气经过这些孔隙回流排入大气中，而且回流氩气的冷量可以通过金属材质的换热器进行换热，进一步对进流管中的高压氩气在节流之前进行预冷，节流后探针温度更低。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述的金属换热器为沿探针本体外壳长度方向延伸连续的泡沫金属，泡沫金属的延伸长度为12～15cm。通过沿探针本体外壳长度方向延伸连续的泡沫金属作换热器，对进流管内的氩气进行换热降温，泡沫金属是一种典型的低密度新材料，属于多孔介质，其具有通孔率高、比表面积大、孔隙结构均匀及较好的力学性能，单位体积的泡沫金属能提供很大的导热面积及对流具有很高的渗透率，兼有结构材料和功能材料的双重性能。探针工作时，高压氩气在膨胀节流后，气体压力急剧下降，气体温度也随之急速下降，然后低温氩气流经泡沫金属后相对直管中的高压进气流逆向回流排出，从而使换泡沫金属的温度不断下降，泡沫金属通过传导换热使进流的直管中的氩气温度比初始温度降低，如此连续不断进行下去，使进流气体温度越来越低，直至达到平衡，低温探针可以获得更低的工作温度，并大大缩短探针的降温时间，以利于手术治疗；泡沫金属的长度设置决定了换热面积，影响回流气体的阻力，长度太短则回流氩气的冷量还来不及与泡沫金属进行充分的热交换就被排出，不利于对进流管内氩气做冷却；常规的探针长度在20cm左右，将泡沫金属延伸长度设为12～15cm是合适的，如果长度太长，阻力大，氩气回流的时间长，相同时间内回流氩气的质量也会相应减少，所提供的冷量也减少，影响对进流管内氩气的预冷。此外，泡沫金属作为换热器特别适合于小空间、紧凑式设备中使用。

所述的泡沫金属孔隙率在50～55PPI。泡沫金属的孔隙数密度PPI表示每英寸上的孔隙个数，孔隙率越大表示孔隙所占的份额越大，PPI值越大表明孔隙越多，孔隙单元尺寸越小。由于泡沫金属的导热系数随孔隙率增大而减小，而孔隙率增大则气体回流通过性越好，本发明将泡沫金属的孔隙率设在50～55PPI，可以在不影响氩气气流回流效果的同时达到最佳的换热效果，降低进流管内的氩气温度。

所述的泡沫金属为泡沫铜。泡沫铜具有更好的导热性能和延展性，延展性好便于弯折进行组装，导热性好利于提高换热效率。

所述的探针本体外壳的前端部形成一个工作尖端。探针本体外壳的前端部形成的工作尖端在手术时可以刺破要切除的病变组织，进一步提高冷冻治疗的效果。

本发明改变了现有低温探针的内部结构，将原本的双层结构改成了只有外壳、螺旋状的进流管改成直管，加工难度大大简化，成品率高；螺旋状的换热翅片也改成了带孔隙的泡沫金属，低温气体流经泡沫金属的换热器后与高压进气流逆向回流排出，进一步降低进流管内的进流气体温度，直至达到平衡，从而对进流管中的高压氩气在节流之前进行预冷，节流后探针温度更低。

附图说明

图1：现有氩氦刀低温探针的结构示意图。

图2：本发明的结构示意图。

图中：1.外管、2.内管、3.长杆、4.测温传感器、5.进流管、6.翅片、7.探针本体外壳、8.直管、9.金属换热器、10.孔隙、11.热电偶、12.导电长杆、13.膨胀腔。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图2所示，一种具有泡沫金属换热器的低温探针，包括探针本体外壳7和设于其内的进流管和换热器以及端部带热电偶11的导电长杆12，所述探针本体外壳7的前端部形成一个工作尖端，换热器位于进流管外壁和探针本体外壳7内壁之间，进流管为一个和探针本体外壳7同轴心且前端开口的直管8，导电长杆设于直管8中并从开口伸出，导电长杆12端部的热电偶11位于探针本体外壳7前端一侧的内腔中，所述内腔也是气体节流的膨胀腔13，换热器为带孔隙10的金属换热器9，所述金属换热器9为沿探针本体外壳长度方向延伸连续的泡沫铜，泡沫铜的连续延伸长度为15cm,孔隙率为50PPI。

使用时，直管内的高压氩气从前端开口喷出膨胀节流，膨胀后的氩气压力急剧下降，氩气温度也随之急速下降，低温的氩气流经泡沫铜相对高压进气流逆向回流排出，从而使换泡沫铜的温度不断下降，泡沫铜通过传导换热使直管中的氩气温度降低，如此连续不断进行下去，使进流的氩气温度越来越低，直至达到平衡，低温探针前端的工作部位可以获得更低的温度，并大大缩短探针的降温时间，更有利于手术治疗。

Claims (5)

1.一种具有泡沫金属换热器的低温探针，包括探针本体外壳（7）和设于其内的进流管和换热器以及端部带热电偶（11）的导电长杆（12），所述换热器位于进流管外壁和探针本体外壳（7）内壁之间，其特征是所述的进流管为一个和探针本体外壳（7）同轴心且前端开口的直管（8），导电长杆（12）设于直管（8）中并从开口伸出，所述换热器为带孔隙（10）的金属换热器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种具有泡沫金属换热器的低温探针，其特征是所述的金属换热器（9）为沿探针本体外壳（7）长度方向延伸连续的泡沫金属，泡沫金属的延伸长度为12～15cm。

3.根据权利要求2所述的一种具有泡沫金属换热器的低温探针，其特征是所述的泡沫金属孔隙率为50～55PPI。

4.根据权利要求2或3所述的一种具有泡沫金属换热器的低温探针，其特征是所述的泡沫金属为泡沫铜。

5.根据权利要求1所述的一种具有泡沫金属换热器的低温探针，其特征是所述的探针本体外壳（7）的前端部形成一个工作尖端。