CN109223166A - 冷冻治疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷冻治疗系统，属于冷冻消融技术领域，解决了现有技术中一套冷冻治疗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，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。冷冻治疗系统包括气源、制冷剂容器、热交换装置和导管；热交换装置包括连接管和热交换器；热交换器的数量为多个且并联设置，热交换器设置在制冷剂容器内且通过连接管与气源连接；导管包括管体和有效冷冻区域，管体内设有进气管和回气管；进气管将低温工作气体输送至有效冷冻区域。本发明实现了冷冻消融技术在医疗领域的广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及冷冻消融技术领域，尤其涉及一种冷冻治疗系统。
背景技术
经过多年的发展，越来越多的组织消融技术在临床上使用。其中，冷冻消融是其中一种具有代表意义的技术，其通过低温器械，有控制地使病灶组织经历降温、冻结、复温过程，从而造成细胞的不可逆损伤甚至坏死。
冷冻消融在肿瘤治疗上已经广泛的应用，利用冷冻杀死肿瘤细胞，达到消融治疗组织的目的。冷冻消融对细胞的杀伤机制是：细胞脱水和皱缩；细胞内冰晶形成的机械损伤；细胞电解质毒性浓缩和pH值改变；细胞膜蛋白质成分变性；血流淤积和微血栓形成；以及免疫效应等。冷冻消融不仅手术创伤小，而且具有定位精确、止血镇痛、术后并发症少、安全性高等优点。现有的冷冻消融治疗系统大多没有温度调节功能，少数具有温度调节功能的冷冻消融治疗系统大多采用不同冷冻介质或不同冷冻介质按不同比例混合(气体介质)来控制冷量输出(调节温度)。
目前的冷冻消融治疗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治疗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)温度调节不够精准、且调节范围和使用范围有限；(3)现有的冷冻治疗系统体积庞大、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：
一种冷冻治疗系统，包括气源、制冷剂容器、热交换装置和导管；
热交换装置包括连接管和热交换器；热交换器的数量为多个且并联设置，热交换器设置在制冷剂容器内且通过连接管与气源连接；
导管包括管体和有效冷冻区域，管体内设有进气管和回气管；进气管将经过制冷剂容器的气体输送至有效冷冻区域。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，上述冷冻治疗系统还包括控制器和调节阀，调节阀的数量为多个，控制器用于控制调节阀的开闭，调节阀与热交换器一一对应。
进一步，热交换器具有不同的表面积。
进一步，热交换器为具有特定形状的管线，特定形状为螺旋状或折叠弯曲状。
进一步，有效冷冻区域设有温度传感器。
进一步，进气管设有温度传感器。
进一步，冷冻治疗系统还包括与控制器电连接的压力控制器，压力控制器用于调节气源输出的气体压力。
进一步，热交换器与连接管一体成型。
进一步，连接管和/或进气管外套设隔热部件。
进一步，隔热部件为真空绝热管或隔热层。
本发明有益效果如下：
(1)本发明的冷冻治疗系统设置有多个热交换器，并且多个热交换器并联设置。在气源的输出压力恒定的情况下，如果要实现深度冷冻，则使多个热交换器处于工作状态，从而使得经过热交换器后的工作气体温度低；如果要实现浅冷冻，则使一个或少数几个热交换器处于工作状态，从而使得经过热交换器后的工作气体温度高。本发明的冷冻治疗系统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；
(2)通过对不同表面积的热交换器的控制，来实现对冷量输出的控制，控制方式简单且精确度高；
(3)能够适应各种冷冻温度需求，温度调节范围宽，使用范围广，适应性强；
(4)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为本发明的冷冻治疗系统实施例的结构示意图；
图2为本发明的冷冻治疗系统实施例热交换器为折叠弯曲形状的结构示意图；
图3为本发明的冷冻治疗系统实施例热交换器为螺旋状的结构示意图；
图4为本发明的冷冻治疗系统实施例在位于热交换器以上的连接管外套设隔热部件的结构示意图；
图5为本发明的冷冻治疗系统实施例在进气管外套设隔热部件的结构示意图；
图6为本发明的冷冻治疗系统实施例在有效冷冻区域上设有温度传感器的结构示意图；
图7为本发明的冷冻治疗系统实施例在进气管上设置温度传感器的结构示意图；
图8为本发明的冷冻治疗系统实施例在回气管上设置温度传感器的结构示意图；
图9为本发明的冷冻治疗系统实施例设有压力控制器的结构示意图。
附图标记：
1-气源；2-制冷剂容器；3-热交换装置；31-连接管；32-阀；33-热交换器；4-控制器；5-导管；51-管体；52-有效冷冻区域；511-进气管；512-回气管；6-压力控制器；7-隔热部件；8-真空绝热管；9-温度传感器。
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治疗系统，如图1所示，该系统包括气源1、制冷剂容器2、热交换装置3和导管5。
热交换装置3包括连接管31和热交换器33；热交换器33的数量为多个且并联设置，热交换器33设置在制冷剂容器2内且通过连接管31与气源1连接。
导管5包括管体51和有效冷冻区域52，管体51内设有进气管511和回气管512；进气管511将经过制冷剂容器2的气体输送至有效冷冻区域52。
实施时，气源1输出的压力恒定，在室温下提供工作气体，制冷剂容器2中盛有液体制冷剂，气体经过连接管31后进入热交换器33，通过冷热交换后的气体成为低温工作气体，经过导管5的进气管路511到达有效冷冻区域52，有效冷冻区域52贴合病变组织进行冷冻，然后气体沿着回气管512排出。
与现有技术相比，本实施例提供的冷冻治疗系统的有益效果如下：
(1)本实施例设置有多个热交换器，并且多个热交换器并联设置。在气源的输出压力恒定的情况下，如果要实现深度冷冻，则使多个热交换器处于工作状态，从而使得经过热交换器后的工作气体温度低；如果要实现浅冷冻，则使一个或少数几个热交换器处于工作状态，从而使得经过热交换器后的工作气体温度高。本实施例提供的冷冻治疗系统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；
(2)能够适应各种冷冻温度需求，温度调节范围宽，使用范围广，适应性强；
(3)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哪个热交换器处于工作状态，该冷冻治疗系统还包括控制器4和多个调节阀32，多个调节阀32与多个热交换器33一一对应，通过控制器4来控制多个调节阀32的开启或关闭，从而使得热交换器33可以一个或多个同时处于工作状态，从而获得不同温度的工作制冷剂温度。如果在使用过程中发现工作制冷剂的温度需要调整，那么，通过调节各个热交换器对应的调节阀的开启或关闭，就能达到升高或降低工作制冷剂温度的目的。具体来说，本实施例设有三个热交换器，相应地，在每个热交换器对应的分支通路上均设有调节阀。
示例性地，为了更加准确地控制工作制冷剂的温度，并且为了获得温度范围更宽的工作气体，本实施例的三个热交换器的表面积各不相同。冷冻开始前，根据病变所需要的冷冻深度、冷冻温度，确定哪些热交换器33处于工作状态。如果需要对工作制冷剂的温度进行粗调，那么通过控制器4开启或关闭表面积较大的热交换器的分支通路上所对应的调节阀即可；如果需要对工作制冷剂的温度进行微调，那么通过控制器4开启或关闭表面积较小的热交换器的分支通路上所对应的调节阀即可。通过上述设计，可以准确控制工作制冷剂的温度，并且可以获得温度范围更宽的工作气体，从而满足不同冷冻深度的需要。
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2和图3。折叠弯曲状热交换器实现方便、简单。同等表面积此种结构热交换器的高度低，对液体制冷剂的液面要求不高，使用方便。而圆柱状热交换器结构紧凑，装配方便。
实施例三
为了能够更准确、更直观地反应冷冻治疗系统的输出温度，本实施例在有效冷冻区域上设有温度传感器9，可以根据温度传感器9的实时反馈来实时调整热交换器数量、气压大小，从而使整个系统处在可控的状态。
为了能够更及时地获知冷冻治疗系统的输出温度，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调整热交换器数量、气压大小，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，均能反映冷冻治疗系统的状态。
实施例四
为了降低热交换器对冷冻治疗系统输出温度的影响，本实施例增加了压力控制器6，压力控制器6与控制器4电连接，控制器4根据预定设置自动控制压力控制器6。一方面，因为气压可以很精确地控制，利用气压控制与热交换器控制相结合，在一定温度区间内可以更精确地控制冷量的输出，从而更精准地控制温度；另一方面，使压力控制和热交换面积控制结合起来，可以减少对热交换器的依赖，以及减少热交换器的数量，使冷量输出控制更方便，更易于实现，同时调节自由度更大，范围区间更广。
本实施例的冷冻治疗系统中，工作气体初始压力设定为第一工作压力，经过压力控制器6调节后的压力设定为第二工作压力。本实施例中，有工作压力和热交换面积两个可控调节变量，工作压力和热交换面积在一定温度区间内协同作用来达到控制冷量输出的功能。
如果需要冷冻消融浅层病变时，一般选择较小的热交换面积，因为较小的热交换面积使得工作气体与制冷剂热交换不够充分，冷冻系统输出的温度都较高，此时适合冷冻消融浅层的病变。当选择较小的热交换面积时，此时第二工作压力需要高于第一工作压力，此时较高的工作压力快速通过热交换区域，工作气体与制冷剂热交换少，高压力工作气体携带冷量少，输出的温度高。
如果需要冷冻消融深层病变时，一般选择较大的热交换面积进行冷冻消融。因为较大的热交换面积使得工作气体与制冷剂的热交换较充分，输出的温度较低，适合冷冻消融深层病变。当选择较大的热交换面积时，工作气体与制冷剂热交换较充分，输出的冷量多，较小压力的工作气体可以实现深层病变冷冻消融，此时的第二工作压力需要低于第一工作压力，同时，可以节省工作气体，减少工作气体消耗。
以气源为氮气、制冷剂为液氮为例，当热交换面积小于或等于55cm2时，有效冷冻区域的温度最低只能为-100℃，因此，若冷冻温度必须低于-100℃(深层冷冻消融)时，需要选择热交换面积大于55cm2的热交换器；当热交换面积小于或等于55cm2时，若要提高冷冻输出的温度，则需要第二工作压力大于第一工作压力，第二工作压力具体为4.5～7.0MPa；当热交换面积为55～500cm2时，工作气体在热交换器内与制冷剂热交换较充分，输出冷量多，较小压力的工作气体可以实现深层病变冷冻消融，同时节省气体的用量，则需要第二工作压力小于第一工作压力，第二工作压力具体为小于等于2.0MPa。当热交换面积大于500cm2时，本实施例的冷冻治疗系统输出温度不变。本实施例仅以气源为氮气、制冷剂为液氮为例，给出参考数值。如果应用中调整气源或制冷剂，可以通过实验来调整参考数值。
实施例五
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7，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。
同时，考虑到位于热交换器与制冷剂上液面之间的制冷剂会在工作气体进入热交换器之前就与工作气体进行冷热交换，即冷热交换不仅发生在热交换器与制冷剂的接触面积处，而且在热交换器与制冷剂的接触之外也有冷热交换，对热交换器与制冷剂的冷热交换带来干扰，使得对热交换器表面积的控制不够精确，进而影响对温度输出的控制。因此，本实施例在位于热交换器以上的连接管外也套设隔热部件7，一方面，可以有效减少制冷剂对分支通路温度的影响，使冷热交换只在热交换器处发生；另一方面，对制冷剂液面高度的要求降低，使得热交换器的安装位置更加自由，使用更方便。
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8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。
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。
同时，为了进一步减少制冷剂与外界环境的冷热交换，降低冷量的损失，在连接管和制冷剂容器的连接处设置密封部件，可以为密封条或密封圈。
考虑到随着冷热交换的进行，制冷剂容器内的制冷剂会逐渐减少，影响控制效果，所以，本实施例的制冷剂容器设有补液口，从而在制冷剂低于要求的情况下可以从补液口补入制冷剂。
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 (10)
1.一种冷冻治疗系统，其特征在于，所述冷冻治疗系统包括气源、制冷剂容器、热交换装置和导管；
所述热交换装置包括连接管和热交换器；所述热交换器的数量为多个且并联设置，所述热交换器设置在所述制冷剂容器内且通过所述连接管与所述气源连接；
所述导管包括管体和有效冷冻区域，所述管体内设有进气管和回气管；所述进气管将经过所述制冷剂容器的气体输送至所述有效冷冻区域。
2.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，还包括控制器和调节阀，所述调节阀的数量为多个，所述控制器用于控制所述调节阀的开闭，所述调节阀与所述热交换器一一对应。
3.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述热交换器具有不同的表面积。
4.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述热交换器为具有特定形状的管线，所述特定形状为螺旋状或折叠弯曲状。
5.根据权利要求1至4所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述有效冷冻区域设有温度传感器。
6.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述进气管设有温度传感器。
7.根据权利要求2至4任一项所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述冷冻治疗系统还包括与所述控制器电连接的压力控制器，所述压力控制器用于调节气源输出的气体压力。
8.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述热交换器与所述连接管一体成型。
9.根据权利要求1所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述连接管和/或所述进气管外套设隔热部件。
10.根据权利要求9所述的冷冻治疗系统，其特征在于，所述隔热部件为真空绝热管或隔热层。
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