CN109044523B - 冷冻消融系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷冻消融系统，属于冷冻消融技术领域，解决了现有技术中一套冷冻消融系统只能进行单一深度的冷冻消融，不能同时实现深层和浅层的冷冻消融，无法对冷量的输出进行调节，温度调节不够精准、且调节范围和使用范围有限，系统体积庞大、结构复杂，不易操作和控制等技术问题。该冷冻消融系统包括气源、热交换装置、制冷剂容器和液位监测器；液位监测器用于监测制冷剂容器中的液位；热交换装置包括热交换器和连接管；热交换器设置在制冷剂容器内，连接管用于热交换器的气体输入和输出。本发明实现了冷冻消融技术在医疗领域的广泛应用。

Description

冷冻消融系统

技术领域

本发明涉及冷冻消融技术领域，尤其涉及一种冷冻消融系统。

背景技术

经过多年的发展，冷冻消融技术在肿瘤治疗上已经得到广泛的应用。

目前已经问世的冷冻消融系统主要分为两大类：一类是液氮系统冷刀，利用物质由液体变成气体时需要吸收大量的汽化潜热的原理使组织快速降温。液态氮具有近似-200℃的期望低温，它被引入到冷冻探针并与周围的暖生物组织热接触，其温度增加到沸腾温度(-196℃)以上，并从冷冻探针的远端迅速吸收热量；另一类是气体节流系统冷冻探针，利用高压气体流经小孔绝热节流时温度的变化，完成冷冻消融的降复温治疗过程，代表产品为氩氦刀。

上述冷冻消融系统不能同时满足对于要求冷冻范围小，冷冻深度浅和冷冻范围大，冷冻深度深的病变的需求，不能对冷量的输出进行控制；并且只能实现预先设定好的冷冻深度，无法实现在冷冻过程中改变冷冻深度。除此之外，现有的冷冻消融系统体积庞大，结构复杂，温度调节不够精准，且调节范围和应用范围有限。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种冷冻消融系统至少能够解决下列技术问题之一：(1)一套冷冻消融系统只能进行单一深度的冷冻消融，不能同时实现深层和浅层的冷冻消融；(2)只能实现预先设定好的冷冻深度，无法实现在冷冻过程中改变冷冻深度；(3)温度调节不够精准、且调节范围和使用范围有限；(4)无法对冷量的输出进行调节；(5)现有的冷冻消融系统体积庞大、结构复杂，不易操作和控制。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种冷冻消融系统，包括气源、热交换装置、制冷剂容器和液位监测器；

液位监测器用于监测制冷剂容器中制冷剂的液位；

热交换装置包括热交换器和连接管；热交换器设置在制冷剂容器内，连接管用于热交换器的气体输入和输出。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，该冷冻消融系统还包括液位调节装置，液位调节装置用于调节制冷剂液位的高低。

进一步，液位调节装置包括制冷剂器皿、连通部件和控制器；

制冷剂器皿用于储存制冷剂，连通部件用于制冷剂器皿与制冷剂容器的连通或断开；控制器与连通部件电连接。

进一步，连通部件为阀体或液泵。

进一步，阀体在开启状态时，设置有不同的开口大小，开口越大，制冷剂流速越快。

进一步，制冷剂器皿为自增压装置，制冷剂器皿上设有压力表和压力调节部。

进一步，液位监测器为温度传感器。

进一步，温度传感器的数量为多个且间隔设置在制冷剂容器的内壁或热交换器上。

进一步，液位监测器为超声波液位监测器，超声波液位监测器设置于制冷剂容器的制冷剂液面之上。

进一步，液位监测器为重力传感器，重力传感器设置于制冷剂容器的底部。

本发明有益效果如下：

(1)本发明的冷冻消融系统通过设置液位监测器来监测制冷剂的液位高度，通过液位高度来反映液体制冷剂与热交换装置的接触面积，进而通过改变制冷剂的液位高度，达到改变液体制冷剂与热交换装置的接触面积的目的，从而实现不同冷量的输出；

(2)本发明的冷冻消融系统通过设置液位调节装置，使得制冷剂的液面高度可以实现无级调整，热交换区域面积实时调整，适应各种冷冻温度需求，应用范围广、适应性强；

(3)由于液位调节装置为自增压装置，并且制冷剂器皿与制冷剂容器之间设置有阀体，所以，制冷剂器皿的内部可以一直处于高压，阀体开通时，制冷剂及时流通，并且阀体具有不同开口大小，实现不同速度调整制冷剂容器中的液位高度，增加了控制速度与控制精度；

(4)通过设置液泵，可以将制冷剂器皿中的制冷剂转移至制冷剂容器中，同时，也可以将制冷剂容器中的制冷剂转移至制冷剂器皿中，不仅能够实现预先设定好的冷冻深度，而且能够满足在冷冻过程中根据实际情况临时改变冷冻深度的需求；

(5)通过调整液位的方式来实现不同冷量输出，控制方式简单且精确度高；

(6)该系统设备少、体积小，成本低，结构简单，易于操作和实现。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的冷冻消融系统实施例的结构示意图；

图2为本发明的冷冻消融系统实施例制冷剂器皿为自增压装置的结构示意图；

图3为本发明的冷冻消融系统实施例制冷剂器皿与制冷剂容器之间设置液泵的结构示意图；

图4为本发明的冷冻消融系统实施例液位监测器设置于热交换器上的结构示意图；

图5为本发明的冷冻消融系统实施例液位监测器设置于制冷剂容器的制冷剂液面之上的结构示意图；

图6为本发明的冷冻消融系统实施例液位监测器设置于制冷剂容器底部的结构示意图；

图7为本发明的冷冻消融系统实施例热交换器为折叠弯曲状的结构示意图。

附图标记：

1-气源；2-热交换装置；21-热交换器；22-连接管；3-制冷剂容器；4-温度传感器；5-液位调节装置；51-制冷剂器皿；52-阀体；53-控制器；54-液泵；6-导管；61-管体；62-有效冷冻区域；611-进气管；612-回气管；7-超声波液位监测器；8-重力传感器。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本实施例公开了一种冷冻消融系统，如图1所示，该系统包括气源1、热交换装置2、制冷剂容器3和液位监测器。

液位监测器用于监测制冷剂容器3中的液位；

热交换装置2包括热交换器21和连接管22；热交换器21设置在制冷剂容器3内，连接管22用于热交换器21的气体输入和输出，如图1和图2所示。

实施时，气源1输出的压力恒定，制冷剂容器3中盛有液体制冷剂，气体经过连接管22后进入热交换器21，热交换后的气体成为低温工作气体，经过导管6，导管6包括管体61和有效冷冻区域62，管体61内设有进气管611和回气管612；进气管611将经过制冷剂容器3的气体输送至有效冷冻区域62，有效冷冻区域62贴合病变组织进行冷冻，回气管612作为制冷剂的回路。

气源1输出的压力恒定，以气源为氮气、制冷剂为液氮为例，气源1恒定压力在3.0MPa至3.8MPa范围内，这个压力范围可以使有效冷冻区域62快速降温，同时也可以有效减少“气塞”现象。

制冷剂容器3中的液体制冷剂与热交换器21接触部位形成热交换区域，不同的液位高度与热交换器21接触形成的热交换区域面积不同，工作气体经过不同的热交换区域后生成温度不同的工作制冷剂，同等条件下，表面积大的热交换器生成的工作制冷剂温度低。

冷冻开始前，根据病变所需要的冷冻深度、冷冻温度，确定热交换区域大小，即制冷剂液位高度。通过加入制冷剂将制冷剂容器3中的液位高度上升至设定高度，并在冷冻消融过程中，根据设定不断补充制冷剂容器3中消耗的制冷剂，保持制冷剂容器3中制冷剂的液位不变(保持热交换区域的面积不变)。

与现有技术相比，本实施例提供的冷冻消融系统的有益效果如下：

(1)本发明的冷冻消融系统通过设置液位监测器来监测制冷剂的液位高度，通过液位高度来反映液体制冷剂与热交换装置的接触面积，进而通过改变制冷剂的液位高度，达到改变液体制冷剂与热交换装置的接触面积的目的，从而实现控制冷冻系统输出的温度；

(2)既能实现对于要求冷冻范围广，冷冻深度深的病变的冷冻消融，又能够实现对于要求冷冻范围小，冷冻深度浅的病变的冷冻消融；

(3)温度调节范围宽，使用范围广；

(4)控制方式简单且精确度高；

(5)该系统设备少、体积小，成本低，结构简单，易于操作和实现。

实施例二

为了更加方便地调节制冷剂容器3中的液位高度，本实施例的冷冻消融系统还包括液位调节装置5，液位调节装置5包括制冷剂器皿51、连通部件和用于控制连通部件的控制器53；制冷剂器皿51用于暂时储存液体制冷剂，连通部件用于实现制冷剂器皿51与制冷剂容器3的连通或断开；控制器53与连通部件电连接。通过设置液位调节装置，可以实现对于制冷剂液面高度的无级调整，使得热交换区域面积实时调整，适应各种冷冻温度需求，应用范围广、适应性强。

示例性地，连通部件可以为阀体52。阀体52设置在制冷剂容器3与制冷剂器皿51的连接处。控制器53与阀体52电连接，用于控制阀体52的开、关状态及开口大小。

当阀体52处于打开状态时，制冷剂容器3与制冷剂器皿51处于连通状态；当阀体52处于关闭状态时，制冷剂容器3与制冷剂器皿51处于断开状态，通过阀体的开、关来实现液位调节，操作简单、实用、方便。

另外，阀体在打开状态时设置有不同的开口大小，当阀体的开口大时，制冷剂器皿中的制冷剂流向制冷剂容器的流速增大；当阀体的开口小时，制冷剂器皿中的制冷剂流向制冷剂容器的流速减小。阀体的不同开口大小，可以实现不同速度调整制冷剂容器3中的液位高度，适应性更广。

值得注意的是，连通部件也可以为液泵。液泵54与控制器53电连接，如图3所示，控制器53控制液泵54的开关及转移方向。液泵54可以将制冷剂器皿51中的制冷剂转移至制冷剂容器3中，同时，也可以将制冷剂容器3中的制冷剂转移至制冷剂器皿51中，同时，液泵设置有不同的抽吸功率，功率越大，抽吸的速度越快，根据实际使用过程中的需求，可以设定不同的抽吸功率，使用范围更广，使用更方便。利用液泵的抽吸能力移动制冷剂，具有下列有益效果：(1)制冷剂容器3与制冷剂器皿51的排放位置不受限制，自由度变大；(2)液泵54可以双向移动制冷剂，使用过程中，如果需要减少冷量的输出，则将制冷剂容器3中的制冷剂转移至制冷剂器皿51中；如果需要增加冷量的输出，则将制冷剂器皿51中的制冷剂转移至制冷剂容器3中，即不仅能够实现预先设定好的冷冻深度，而且能够满足在冷冻过程中根据实际情况临时改变冷冻深度的需求，使得本实施例的冷冻消融系统适应性更广。

实施例三

为了使得制冷剂器皿的摆放位置更加灵活，液位调节装置5中的制冷剂器皿51设计为自增压装置，并在制冷剂器皿上设有压力表和压力调节部，如图2所示。制冷剂器皿内部的高压力状态使其内部的制冷剂流向制冷剂容器3中，达到调整制冷剂容器3中液位的目的。压力表可以指示制冷剂器皿内部的压力，随着制冷剂的气化，制冷剂器皿内部的压力会逐渐增加，当压力即将达到制冷剂器皿所能承受的最大压力时，通过压力调节部来降低制冷剂器皿内部的压力，保证使用的安全性。

示例性地，压力调节部可以为压力调节阀或能够使制冷剂器皿与外界连通或断开的扳手。

为了能够更加智能的控制制冷剂器皿内部的压力，将压力调节部与控制器53电连接，控制器用来控制压力调节部的开启或关闭。当制冷剂器皿内部的压力达到预先设定的压力时，控制器使控制压力调节部处于开启状态；当制冷剂器皿内部的压力降低到能够满足向制冷剂容器中移动制冷剂时，控制器使控制压力调节部处于关闭状态。

由于设置有阀体52的阻隔，制冷剂器皿51的内部可以一直处于高压，阀体52打开时，制冷剂及时流通，增加了控制速度与精度。如果未设置阀体52，制冷剂器皿51中液位需要始终低于制冷剂容器3中的液位，且从制冷剂器皿51中流向制冷剂容器3中时，需要等待制冷剂器皿51内部加压时间，会出现控制延迟，且控制精度差。利用增压方式移动制冷剂，调节制冷剂容器3中液位，使得制冷剂容器3与制冷剂器皿51的摆放位置不受限制，自由度更大。

示例性地，制冷剂器皿可以位于制冷剂容器的上方，也可以与制冷剂容器位于相同的高度，或者位于制冷剂容器的下方。

当制冷剂器皿位于制冷剂容器上方时，制冷剂器皿可以不使用自增压装置，利用制冷剂容器和制冷剂器皿内制冷剂的液位差以及制冷剂器皿内制冷剂的重力作用向制冷剂容器内移动制冷剂。同时，制冷剂器皿位于制冷剂容器上方也可以使液位调节装置整体结构紧凑简单。

实施例四

考虑到制冷剂液面以上的温度和制冷剂液面以下的温度差别显著，所以，通过温度的改变最能反映制冷剂的液面高度，因此本实施的液位监测器为多个温度传感器，并且多个温度传感器按照设定的间隔排列，设置在制冷剂容器3的内壁上，如图3所示，利用温度的变化来监测液位的变化。

示例性地，多个温度传感器也可以设置在热交换器21上，如图4所示，安装更方便，结构更简单。

具体来说，本实施例的液位监测器也可以为超声波液位监测器或重力传感器。当选用超声波液位监测器时，将超声波液位监测器设置于制冷剂容器的液面上方，如图5所示。使用非接触式的超声波液位监测器，使得液位反馈更准确。当选用重力传感器时，需要制冷剂容器和制冷剂器皿分开设置，并且重力传感器设置在制冷剂容器的下方，根据制冷剂容器3的重力的变化来反馈液位的变化，如图6所示。使用重力传感器作为液位监测器，使得液位监测准确，安装简单、方便。

值得注意的是，热交换器可以设计成不同的形状，从而可以适用于不同的制冷剂液面高度。具体来说，热交换器可以设定成特定形状的管线，如螺旋状或折叠弯曲状，如图1和图7所示。螺旋状的热交换器可以使结构更紧凑、装配方便，折叠弯曲状的热交换器实现更方便、简单。

实施例五

为了能够更准确、更直观地反应冷冻消融系统的输出温度，本实施例在有效冷冻区域上设有温度传感器，可以根据温度传感器的实时反馈来实时调整液面高度，从而使整个系统处在可控的状态。

为了能够实时地获知冷冻消融系统的输出温度，也可以在进气管和/或回气管上设置温度传感器，从而可以更及时地根据温度传感器的实时反馈来实时调整液面高度，控制更加精确。

值得注意的是，上述两个位置的温度传感器的实际具体数值不同，但有对应的逻辑关系，均能反映冷冻消融系统的状态。

由于进气管温度低于回气管，为了减少回气管相对较高的温度对进气管的影响，在进气管外套设隔热部件，减少其与回气管及环境的热交换，使进气管的冷量损失降到最低，从而提高冷量的利用率。

为了进一步降低管内工作气体与外界的冷热交换，在回气管外也套设隔热部件。

示例性地，隔热部件可以为真空绝热管或保温层。

除此之外，为了减少管内温度相对较低的工作气体与外界环境的冷热交换，除了在管外套设隔热部件以外，也可以将连接管、进气管和回气管设计为双层管的结构(热交换器处的管线除外)，即包括内管和外管，气体在内管内流动，内管和外管之间为真空腔，充分利用真空的隔热保温性能。也可以在内管和外管之间填充隔热材料。

值得注意的是，本实施例中的热交换器与连接管可以一体成型，也可以为热交换器单独成型后与连接管连接。为了保证热交换器具有良好的换热效果，将热交换器处的管线选择为金属材质，同时，为了减少其余处的管线与外界环境的冷热交换，而将除热交换器处管线以外的管线选择为导热效果不好的材质，如塑料。

为了减少制冷剂与外界环境的冷热交换，本实施例的制冷剂容器具有保温功能，可以在制冷剂容器外设置一层或多层保温层，也可以将制冷剂容器设计成保温桶的结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种冷冻消融系统，其特征在于，包括气源、热交换装置、制冷剂容器和液位监测器；

所述液位监测器用于监测所述制冷剂容器中制冷剂的液位；

所述热交换装置包括热交换器和连接管；所述热交换器设置在所述制冷剂容器内，所述连接管用于所述热交换器的气体输入和输出；

制冷剂容器中的液体制冷剂与热交换器接触部位形成热交换区域，不同的液位高度与热交换器接触形成的热交换区域面积不同；

所述液位监测器为温度传感器；所述温度传感器的数量为多个且间隔设置在所述制冷剂容器的内壁或所述热交换器上；

所述热交换器具有适用于不同的制冷剂液面高度的形状；

还包括液位调节装置，所述液位调节装置用于调节制冷剂液位的高低；

所述液位调节装置包括制冷剂器皿、连通部件和控制器；

所述制冷剂器皿用于储存制冷剂，所述连通部件用于所述制冷剂器皿与所述制冷剂容器的连通或断开；所述控制器与所述连通部件电连接。

2.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述连通部件为阀体或液泵。

3.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述阀体在开启状态时，设置有不同的开口大小，开口越大，制冷剂流速越快。

4.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述制冷剂器皿为自增压装置，所述制冷剂器皿上设有压力表和压力调节部。

5.根据权利要求1至4任一项所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述液位监测器为超声波液位监测器，所述超声波液位监测器设置于所述制冷剂容器的制冷剂液面之上。

6.根据权利要求1至4任一项所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述液位监测器为重力传感器，所述重力传感器设置于所述制冷剂容器的底部。

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