CN111493998A - 一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，包括：压缩机、冷凝部件、控制组件、压力传感器、旁通换热器、温度传感器、旁通电磁阀、节流毛细管、膨胀装置、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器、蒸发器和制冷组件。通过上述方式，本发明提供的通过程序控制的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，采用带有旁通支路的三级制冷循环系统，完成相对应的制冷循环，实现快速降温；且在旁通支路中引入旁通热交换器有效防止电磁阀结霜断路等问题，通过控制膨胀阀开度以及在膨胀阀与压缩机之间引入节流装置解决压缩机进气口压力过高的问题。

Description

一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统

技术领域

本发明涉及一种疾病的诊断与治疗方法辅助医疗器械领域，特别涉及一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统。

背景技术

癌症通常的治疗手段还是一些传统的外科手术切除术、放射性治疗以及化疗，给病人带来了极大的压力和痛苦。除此以外，医学界慢慢探索出了一些新型的癌症治疗方法，如超声热治疗、激光疗法、冷冻手术疗法等，而就在这些治疗方法中冷冻手术疗法的发展最为迅猛。

冷冻外科手术的治疗方法主要是把探针插入病患部，采用特定的技术手段来控制探针尖端部位的降升温过程，并反复持续几次冻融过程，继而产生一系列的不可逆损伤，进一步杀死病变组织细胞。在临床上经过长期的实践，低温手术潜在的应用空间和领域被逐渐的发现，现如今已被用在美容、妇科、皮肤、直肠、肿瘤、口腔等方面的治疗，其疗效大多都是被人们所接受和认可的。

冷冻外科手术系统演变发展史大体上可分为四个阶段：第一代液氮冷冻系统（60年代）制冷原理为汽化潜热，存在刀头大、容易“气堵”、不易控制造成间接组织受损等血线。第二代氩气制冷系统（80年代）制冷原理为焦耳-汤姆逊效应，存在刀头大、解冻能力差、不能精确控制冷冻区域的缺陷。第三代氩氦制冷系统（90年代）制冷原理为焦耳-汤姆逊效应，存在工作压力高、风险大、复温采用氦气，复温不可控、冷冻范围有限的缺陷。

第四代氮气制冷系统（2010年代）制冷原理为焦耳-汤姆逊效应，存在设备功能单一化、预冷温度不可控、无法实现术前规划以及无法降低医患辐射量的缺陷。近年来，通过冷冻外科手术具有激活患者自身免疫系统的效果。在杀死细胞后产生抗原，使生物体产生特异性抗体，大大地提高了该手段对肿瘤细胞的杀伤性，提升了癌症病人的生活质量和远期生存率的。所以冷冻外科治疗的优先级别在肿瘤医治方面不断提高，已逐渐得到医护人员和患者的高度关注。

冷冻外科治疗手段相比其他治疗方法有以下的优势：①无痛。低温对人体的神经细胞有麻痹作用，可减轻病人的痛苦；②止血。因为低温冷冻的作用，血液很快得到凝结，血流滞止，实现止血的同时也防止了肿瘤细胞通过血流进行扩散，大大降低了癌症的复发率；③超低温冷冻手段可杀死细菌，并可避免存在感染的可能性；④低温冷冻方法可以与传统手术疗法相结合来取得最优异的疗效；⑤冷冻治疗手术的成本及费用低廉；⑥术后致死的癌变细胞会产生一定的免疫作用，进而杀死此类癌症细胞；⑦低温冷冻手段使用的是微创疗法，手术创口小，有利于患者快速恢复健康；⑧低温冷冻手术可以和超声影像技术相结合来进行手术过程的监测和控制，极大提高了手术的成功率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种采用带有旁通支路的三级制冷循环系统，完成相对应的制冷循环，实现快速降温；且在旁通支路中引入旁通热交换器有效防止电磁阀结霜断路等问题，通过控制膨胀阀开度以及在膨胀阀与压缩机之间引入节流装置解决压缩机进气口压力过高的问题，使广大患者受益的同时获得最佳的诊治体验的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统包括：压缩机、冷凝部件、控制组件、压力传感器、旁通换热器、温度传感器、旁通电磁阀、节流毛细管、膨胀装置、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器、蒸发器和制冷组件。

其中，所述的压缩机、冷凝部件、旁通换热器之间依次串联，温度传感器与控制组件、压力传感器之间串联后接入压缩机、冷凝部件之间；所述的温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三度传感器，所述的第一温度传感器、第二温度传感器和第三度传感器之间相互并联，所述的旁通电磁阀与节流毛细管之间串联后连接至冷凝蒸发器顶部。

所述的冷凝部件与旁通换热器串联后通过气液分离器连接至凝蒸发器底部，所述节流膨胀阀位于气液分离器、凝蒸发器之间，且节流膨胀阀与蒸发器之间连接，所述蒸发器与制冷组件之间电性连接。

在一个具体实施例中，所述的旁通电磁阀、节流毛细管、旁通换热器、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器3之间组成三级制冷循环，根据不同级别制冷循环输出的制冷温度不同，令温度逐级降低，并与制冷组件温度相匹配，实现从-20℃到-120℃温度区间的制冷。

在一个具体实施例中，所述的旁通电磁阀包含有第一旁通电磁阀、第二旁通电磁阀、第三旁通电磁阀和第四旁通电磁阀。

所述的第一旁通电磁阀、第二旁通电磁阀和第三旁通电磁阀之间并联，第四旁通电磁阀与控制组件之间电性连接，所述的膨胀装置与第一旁通电磁阀之间串联；所述的第二旁通电磁阀与控制组件之间串联，所述的控制组件与膨胀装置之间并联。

在一个具体实施例中，所述的节流毛细管包含有第一节流毛细管、第二节流毛细管、第三节流毛细管和第四节流毛细管。

在一个具体实施例中，所述的冷凝蒸发器包含有第一冷凝蒸发器、第二冷凝蒸发器、第三冷凝蒸发器。

所述的第一节流毛细管与第四旁通电磁阀之间电性连接，所述的第二节流毛细管与第一旁通电磁阀、第三冷凝蒸发器之间按照第一旁通电磁阀、第二节流毛细管、第三冷凝蒸发器的顺序串联。

第三节流毛细管与第二旁通电磁阀、第二冷凝蒸发器之间按照第二旁通电磁阀、第三节流毛细管、第二冷凝蒸发器的顺序串联。

第四节流毛细管与第三旁通电磁阀、第一冷凝蒸发器之间按照第三旁通电磁阀、第四节流毛细管、第一冷凝蒸发器的顺序串联。

在一个具体实施例中，气液分离器包含有第一气液分离器、第二气液分离器和第三气液分离器。

所述的第一气液分离器分别与旁通换热器、第一温度传感器、第四节流毛细管、第一冷凝蒸发器之间电性连接；第二气液分离器分别与第一冷凝蒸发器、第二温度传感器、第二冷凝蒸发器之间电性连接。第三气液分离器分别与第二冷凝蒸发器、第三度传感器、第三冷凝蒸发器之间电性连接。

在一个具体实施例中，节流膨胀阀包含有第一节流膨胀阀、第二节流膨胀阀、第三节流膨胀阀和第四节流膨胀阀。

第一节流膨胀阀位于第一气液分离器、第一冷凝蒸发器之间，所述的第二节流膨胀阀位于第二气液分离器、第二冷凝蒸发器之间，所述的第三节流膨胀阀位于第三气液分离器、第三冷凝蒸发器之间，第四节流膨胀阀位于第三冷凝蒸发器、蒸发器之间。

在一个具体实施例中，所述的制冷组件包括冷冻工质。

在一个具体实施例中，单级压缩自复叠制冷系统还包含有风扇，所述的风扇位于冷凝部件的外部，且风扇与冷凝部件在位置上相对应。

本发明的有益效果是：采用带有旁通支路的三级制冷循环系统，完成相对应的制冷循环，实现快速降温；且在旁通支路中引入旁通热交换器有效防止电磁阀结霜断路等问题，通过控制膨胀阀开度以及在膨胀阀与压缩机之间引入节流装置解决压缩机进气口压力过高的问题，使广大患者受益的同时获得最佳的诊治体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中一具体实施例的结构示意图；

图2是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中肿瘤组织二为传热模型图一具体实施例的示意图；

图3是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中算法流程图；

图4是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中VS2015环境下Fortran算法实现截图；

图5是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中冷冻600S时的冷冻冰球边界一具体实施例的示意图；

图6是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中复温50S的冰球状态图；

图7是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中实验与算法的对比图；

图8是本发明冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统中J-T效应计算流程一具体实施例的示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图，在本发明的一个具体实施例中提供一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统包括：压缩机1、冷凝部件2、控制组件4、压力传感器5、旁通换热器6、温度传感器、旁通电磁阀、节流毛细管、膨胀装置10、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器、蒸发器14和制冷组件15。

其中，所述的压缩机1、冷凝部件2、旁通换热器6之间依次串联，温度传感器与控制组件4、压力传感器5之间串联后接入压缩机1、冷凝部件2之间。所述的温度传感器包括第一温度传感器7-1、第二温度传感器7-2和第三度传感器7-3，所述的第一温度传感器7-1、第二温度传感器7-2和第三度传感器7-3之间相互并联。

所述的旁通电磁阀与节流毛细管之间串联后连接至冷凝蒸发器顶部，所述的冷凝部件2与旁通换热器6串联后通过气液分离器连接至凝蒸发器底部，所述节流膨胀阀位于气液分离器、凝蒸发器之间，且节流膨胀阀与蒸发器14之间连接，所述蒸发器14与制冷组件15之间电性连接。

所述的旁通电磁阀、节流毛细管、旁通换热器6、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器3之间组成三级制冷循环，根据不同级别制冷循环输出的制冷温度不同，令温度逐级降低，并与制冷组件15温度相匹配，实现从-20℃到-120℃温度区间的制冷。

在一个实施例中，所述的旁通电磁阀包含有第一旁通电磁阀8-1、第二旁通电磁阀8-2、第三旁通电磁阀8-3和第四旁通电磁阀8-4，所述的第一旁通电磁阀8-1、第二旁通电磁阀8-2和第三旁通电磁阀8-3之间并联，第四旁通电磁阀8-4与控制组件4之间电性连接，所述的膨胀装置10与第一旁通电磁阀8-1之间串联；所述的第二旁通电磁阀8-2与控制组件4之间串联，所述的控制组件4与膨胀装置10之间并联。

所述的节流毛细管包含有第一节流毛细管9-1、第二节流毛细管9-2、第三节流毛细管9-3和第四节流毛细管9-4。

在一个实施例中，所述的冷凝蒸发器包含有第一冷凝蒸发器13-1、第二冷凝蒸发器13-2、第三冷凝蒸发器13-3；所述的第一节流毛细管9-1与第四旁通电磁阀8-4之间电性连接，所述的第二节流毛细管9-2与第一旁通电磁阀8-1、第三冷凝蒸发器13-3之间按照第一旁通电磁阀8-1、第二节流毛细管9-2、第三冷凝蒸发器13-3的顺序串联；

第三节流毛细管9-3与第二旁通电磁阀8-2、第二冷凝蒸发器13-2之间按照第二旁通电磁阀8-2、第三节流毛细管9-3、第二冷凝蒸发器13-2的顺序串联；

第四节流毛细管9-4与第三旁通电磁阀8-3、第一冷凝蒸发器13-1之间按照第三旁通电磁阀8-3、第四节流毛细管9-4、第一冷凝蒸发器13-1的顺序串联。

在一个实施例中，气液分离器包含有第一气液分离器11-1、第二气液分离器11-2、第三气液分离器11-3，所述的第一气液分离器11-1分别与旁通换热器6、第一温度传感器7-1、第四节流毛细管9-4、第一冷凝蒸发器13-1之间电性连接；第二气液分离器11-2分别与第一冷凝蒸发器13-1、第二温度传感器7-2、第二冷凝蒸发器13-2之间电性连接；第三气液分离器11-3分别与第二冷凝蒸发器13-2、第三度传感器7-3、第三冷凝蒸发器13-3之间电性连接。

节流膨胀阀包含有第一节流膨胀阀12-1、第二节流膨胀阀12-2、第三节流膨胀阀12-3和第四节流膨胀阀12-4，第一节流膨胀阀12-1位于第一气液分离器11-1、第一冷凝蒸发器13-1之间，所述的第二节流膨胀阀12-2位于第二气液分离器11-2、第二冷凝蒸发器13-2之间，所述的第三节流膨胀阀12-3位于第三气液分离器11-3、第三冷凝蒸发器13-3之间，第四节流膨胀阀12-4位于第三冷凝蒸发器13-3、蒸发器14之间。

在一个实施例中，所述的制冷组件15包括冷冻工质。

在一个实施例中，单级压缩自复叠制冷系统还包含有风扇3，所述的风扇3位于冷凝部件2的外部，且风扇3与冷凝部件2在位置上相对应。

在现实的应用过程中，冷冻外科手术系统具有以下特点：

（1）、兼容冷冻活检与冷冻消融：产品依据自复叠制冷技术，使系统能够兼容冷冻活检与冷冻消融，相对于只能进行冷冻活检如爱尔博ERBOKRYO CA，国械注进20163580795或只能进行冷冻消融如Galil Medical Inc产品Visual-ICE 冷冻消融系统，国械注进20153581505的冷冻外科手术系统，应用更广泛、实用性更强，并且降低了医院运营与维护成本。故该特点能够实现产品目标中一源多用的设计理念。

（2）、支持各类冷冻工质的预冷需求：产品进一步的利用自复叠技术，能够满足常见正焦耳-汤姆逊系数的各类冷冻工质对预冷温度的需求。如：能够分别满足CO2/ N2O /Ar / N2的预冷温度-20℃/-40℃/-80℃/-120℃。从已获得注册证的国内、外相关产品性能中可知：爱尔博ERBOKRYO CA只能满足CO2的预冷温度：-20℃，Galil Medical Inc产品Visual-ICE 冷冻消融系统只能满足Ar的预冷温度：-80℃，Medtronic CryoCath LP产品CryoAblation Console只能满足N2O的预冷温度：-40℃，上海导向医疗系统有限公司的低温冷冻治疗系统只能满足N2的预冷温度：-120℃。冷冻工质不同，适用的科室及适应症存在差异，故该特点能够实现产品目标中构建综合性诊疗与治疗平台的设计理念。

（3）、智能匹配冷冻工质的工作压力：前述中提到已获得注册证的国内、外相关产品性能中，各公司系统只能满足单一的冷冻工质，故系统只能维持在适用于该工质的工作压力范围内，故气路系统中不含有能够大幅度调整工作压力的阀组，为了匹配上述2中的设计，产品气路中包含比例控压阀组，可通过算法智能匹配各冷冻工质的工作压力，这也是产品智能化目标实现过程中不可缺少的一环。

（4）、实现术前规划，预估冷冻消融范围：产品基于Pennes生物传热方程构建了生物传热算法，其目的在于量化冷量在人体内的传递过程，是实现术前规划、预估冷冻消融范围的设计基础。前述已初步验证了算法的准确性，为实现该特点打下了扎实基础。纵观ERBOKRYO CA/ Galil Medical Inc Visual-ICE/Medtronic CryoCath LP CryoAblationConsole/上海导向医疗系统有限公司的低温冷冻治疗系统系统均不能实现该特点相关注册证号：国械注进20163580795/国械注进20153581505/国械注进20163251347/国械注准20143581983。

（5）、辅助判断消融状况，避免靶区盲冻，有效降低医生与患者手术过程中的辐射量。产品进一步的依据生物传热算法与J-T算法上述25已验证准确性，可以在术中辅助医生判断当前冷冻消融的范围，解决了冷冻消融范围只能通过CT图像判断的缺陷，因此，该特点有效减少或避免了多次进行CT图像采集，从而降低了医生与患者手术过程的辐射量。

（6）、实时、精确的控温：产品通过模糊自整定PID控制算法实现复温温度的实时、精确控制；J-T算法配合预冷功率与工况压力控制实现冷冻温度的实时、精确控制。

（7）、患者可视化，提高设备友善度：产品依据生物传热算法及三维重建算法，可在术前通过患者CT数据，模拟出冷冻消融肿瘤或组织的过程，同时方便医患沟通，提高患者依从性。

（8）、真空绝热技术，避免患者正常组织受损：采用高真空将热传导造成的冷量外泄降到极致，避免非消融区正常组织被外泄的冷量冻伤。

本发明所研发的冷冻外科手术系统实现了一体化、智能化及可视化的冷冻外科手术设备，布局于多科室多用途的各类经皮穿刺侵入型与自然腔道介入型冷冻探针，构建一源多用的综合性诊疗与治疗平台，治疗体现为冷冻消融，诊疗体现为冷冻活检，引入患者可视化概念，以提高设备友善度和降低手术过程中辐射量为导向，使广大患者受益的同时获得最佳的诊治体验。

本发明运用焦耳-汤姆逊原理J-T效应、热交换器原理、低温氮气物性及热传导特性、自复叠制冷系统、真空绝热技术、Pennes生物传热方程、有限容积算法FVM、三维重建算法、模糊自整定PID控制算法、基于嵌入式的软硬件开发以及相关传感器实现了一体化、智能化及可视化的冷冻手术设备以及经皮穿刺侵入型与自然腔道介入型冷冻探针的设计。

该发明基于焦耳-汤姆逊原理J-T效应、低温氮气物性解决了液氮冷冻系统容易“气堵”以及冷头探针尺寸过大的问题；基于模糊自整定PID控制算法、相关传感器解决了氩气冷冻系统复温无法复温或复温不可控的问题；基于低温氮气物性、模糊自整定PID控制算法以及自复叠制冷系统解决了氩氦刀系统工质工作压力过高、复温不可控以及无法实现冷冻消融与活检兼容的问题；基于热传导特性、Pennes生物传热方程、有限容积算法FVM以及三维重建算法解决了无法进行术前规划、使患者可视化以及降低手术过程中医患辐射量的问题。

目前，公司已经完成了焦耳-汤姆逊原理J-T效应、热交换器原理、低温氮气物性及热传导特性、Pennes生物传热方程、有限容积算法FVM、模糊自整定PID以及控制算法等设计工作。并在此基础上搭建了系统实验原型，取得了较理想的实验结果。同时公司围绕设备与技术在申请专利中。

本发明致力于为客户提供一体化、智能化及可视化的冷冻外科手术设备，布局于多科室多用途的各类经皮穿刺侵入型与自然腔道介入型冷冻探针，一源多用的综合性诊疗与治疗平台。本发明目前主要针对肿瘤科、介入科、肝胆外科、胸外科、呼吸科、普通外科、骨科、肛肠科、泌尿科、皮肤科及耳鼻喉科等科室的外科主治医师。

肿瘤消融及组织活检产品市场在2020年将超百亿美金；作为冷冻外科手术系统，兼容消融与活检，本产品的市场容量将达到十亿美金以上，主要面向各类三甲等医院，符合肿瘤消融技术管理规范的医院与科室或具备组织活检技术/经冷冻活检培训后的医院与科室。

在实施过程中，采用以下具体技术路线来实现本发明。

自复叠制冷系统：本发明的自复叠制冷系统采用一台压缩机，工质为三元非公沸混合工质（R600a/R23/R14）的单级压缩自复叠制冷系统，包括三级制冷循环，不同制冷循环输出的制冷温度不同，温度逐级降低，并与常见的正J-T系数的冷冻工质预冷温度相匹配，实现从-20℃到-120℃温度区间的制冷。为了解决排气压力高，降温速度慢，电磁阀结霜短路等问题，采用带有旁通支路的三级制冷循环，其中三级旁通支路的依次开闭，完成相对应的制冷循环，实现快速降温；在旁通支路中引入旁通热交换器有效防止电磁阀结霜断路等问题；通过控制膨胀阀开度以及在膨胀阀与压缩机之间引入节流装置解决压缩机进气口压力过高的问题。

基于Pennes生物传热算法：基于Pennes生物传热方程及有限容积算法（FVM）推导冷量在人体内的传热过程。图2为肿瘤组织二为传热模型，图3为算法流程，图4为VS2015环境下采用有限容积算法数值求解二维肿瘤传热模型的Pennes生物传热方程的算法（共计680行代码）截图。对VS2015环境下Fortran输出数据在Matlab下处理并分析。

图5为冷冻600S即10min中时的冷冻冰球边界，T=6005时，数据差值扩大后数据(最不利条件下)：

0℃冰球横向长度最大值(单边600s)：8.5mm(缩减6.2mm)；

-20°C冰球横向长度最大值(单边600s)：7mm(缩减5.5mm)；

-40°C冰球横向长度最大值(单边6005)：6mm(缩4.6mm)。

图6 为复温50S的冰球状态，当T=5505(复温50s)时，复温速度是相当快，对于环型同温带可认为是探针向外热传递，组织向肿瘤热传递而形成的效果。同时可以看出环型同温较接近于探针，开来复温过程中组织向肿瘤的热传导占的比重较大，原因仍然是：当T>0℃时,代谢值与血液灌注率就达到极大值，没有在数值上出现的渐变。节点增多后，计算量增大，耗时较长，故分析T=4005冷冻消融范围进入稳态，故而修改了算法,使T=5005时，开始复温。

为了验证该算法的准确程度，在上述实验原型中，将上述探针组件在常温蛋清（19.6℃）里进行冷冻消融，通过实验结果来看，目前开发的算法与实验结果匹配性良好，意义在于能够满足系统智能化与可视化的设计理念，通过术前、术中对冷量在人体内传热的估计，最大程度的满足智能化与可视化的要求，同时能有效实现降低整个手术过程中医生和患者辐射量的目标。

图7为实验与算法的对比图，J-T算法：基于焦耳-汤姆逊原理，节流前后温差变化的理论推导。

图8 为计算流程框图， J-T算法的准确性对术前规划以及冷冻消融范围控制有重要意义，且从实验来看目前J-T算法得到了较好的验证。

总的来说，自复叠制冷系统的设计，实现了兼容冷冻活检与冷冻消融。为了解决当前冷冻外科手术系统功能单一化（ERBOKRYO CA，国械注进20163580795只能冷冻活检；Galil Medical Inc产品Visual-ICE，国械注进20153581505只能冷冻消融），无法同时实现冷冻活检与冷冻消融的问题。本发明实现了不同级的制冷循环输出的预冷温度，使不同的预冷温度与常见的正焦耳-汤姆逊系数的不同冷冻工质相匹配。例如第一级制冷循环输出的预冷温度可为-20℃，匹配工质CO2；第二级制冷循环输出的预冷温度为-40℃，匹配工质N2O；第三级制冷循环输出的预冷温度可为-80℃，匹配工质Ar；第四级制冷循环输出的预冷温度为-120℃，匹配工质N2。不同的冷冻工质适用于不同的科室和适应症，故本产品可以实现兼容冷冻活检与冷冻消融，使产品应用更广泛、实用性更强，并且降低了医院运营与维护成本。

生物传热算法及J-T算法的设计，实现了术前规划和术中辅助诊疗。本发明通过基于Pennes生物传热方程构建的生物传热算法量化冷量在人体内的传递过程；结合J-T算法确定消融探针在不同工况下的温度变化；在系统结构参数确定后配以漏热计算，即可量化一定工况下系统传输至冷冻消融探针远端的冷冻功率在人体内的热传导过程。可理解为：在冷冻消融、活检术前或术中，系统可依据算法量化后的数据，为医生提供术前规划，辅助医生术中诊疗。解决了冷冻消融范围只能通过CT图像判断的缺陷，因此，有效减少或避免了多次进行CT图像采集，从而降低了医生与患者手术过程的辐射量。纵观ERBOKRYO CA/Galil Medical Inc Visual-ICE/Medtronic CryoCath LP CryoAblation Console/上海导向医疗系统有限公司的低温冷冻治疗系统系统均不能实现该特点（相关注册证号：国械注进20163580795/国械注进20153581505/国械注进20163251347/国械注准20143581983）。

生物传热算法及三维重建算法的设计，实现了患者可视化，提高设备友善度。本发明依据生物传热算法及三维重建算法，可在术前通过患者CT数据，模拟出冷冻消融肿瘤或组织的过程，方便医患沟通，提高患者依从性。

在本发明中所没有明确的系统与装置，均为现有设计中的系统与装置，在本发明中不加以限制，均以能够实现所描述的功能为主。

因此，本发明具有以下优点：一体化、智能化及可视化的冷冻外科手术设备，布局于多科室多用途的各类经皮穿刺侵入型与自然腔道介入型冷冻探针，构建一源多用的综合性诊疗与治疗平台，治疗体现为冷冻消融，诊疗体现为冷冻活检，引入患者可视化概念，以提高设备友善度和降低手术过程中辐射量为导向，使广大患者受益的同时获得最佳的诊治体验。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，包括：压缩机（1）、冷凝部件（2）、控制组件（4）、压力传感器（5）、旁通换热器（6）、温度传感器、旁通电磁阀、节流毛细管、膨胀装置（10）、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器、蒸发器（14）和制冷组件（15）；

其中，所述的压缩机（1）、冷凝部件（2）、旁通换热器（6）之间依次串联，温度传感器与控制组件（4）、压力传感器（5）之间串联后接入压缩机（1）、冷凝部件（2）之间；所述的温度传感器包括第一温度传感器（7-1）、第二温度传感器（7-2）和第三度传感器（7-3），所述的第一温度传感器（7-1）、第二温度传感器（7-2）和第三度传感器（7-3）之间相互并联；

所述的旁通电磁阀与节流毛细管之间串联后连接至冷凝蒸发器顶部，所述的冷凝部件（2）与旁通换热器（6）串联后通过气液分离器连接至凝蒸发器底部，所述节流膨胀阀位于气液分离器、凝蒸发器之间，且节流膨胀阀与蒸发器（14）之间连接，所述蒸发器（14）与制冷组件（15）之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，所述的旁通电磁阀、节流毛细管、旁通换热器（6）、气液分离器、节流膨胀阀、冷凝蒸发器3之间组成三级制冷循环，根据不同级别制冷循环输出的制冷温度不同，令温度逐级降低，并与制冷组件（15）温度相匹配，实现从-20℃到-120℃温度区间的制冷。

3.根据权利要求1所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，所述的旁通电磁阀包含有第一旁通电磁阀（8-1）、第二旁通电磁阀（8-2）、第三旁通电磁阀（8-3）和第四旁通电磁阀（8-4）；

所述的第一旁通电磁阀（8-1）、第二旁通电磁阀（8-2）和第三旁通电磁阀（8-3）之间并联，第四旁通电磁阀（8-4）与控制组件（4）之间电性连接，所述的膨胀装置（10）与第一旁通电磁阀（8-1）之间串联；

所述的第二旁通电磁阀（8-2）与控制组件（4）之间串联，所述的控制组件（4）与膨胀装置（10）之间并联。

4.根据权利要求3所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，所述的节流毛细管包含有第一节流毛细管（9-1）、第二节流毛细管（9-2）、第三节流毛细管（9-3）和第四节流毛细管（9-4）。

5.根据权利要求4所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，所述的冷凝蒸发器包含有第一冷凝蒸发器（13-1）、第二冷凝蒸发器（13-2）和第三冷凝蒸发器（13-3）；

所述的第一节流毛细管（9-1）与第四旁通电磁阀（8-4）之间电性连接，所述的第二节流毛细管（9-2）与第一旁通电磁阀（8-1）、第三冷凝蒸发器（13-3）之间按照第一旁通电磁阀（8-1）、第二节流毛细管（9-2）、第三冷凝蒸发器（13-3）的顺序串联；

第三节流毛细管（9-3）与第二旁通电磁阀（8-2）、第二冷凝蒸发器（13-2）之间按照第二旁通电磁阀（8-2）、第三节流毛细管（9-3）、第二冷凝蒸发器（13-2）的顺序串联；

第四节流毛细管（9-4）与第三旁通电磁阀（8-3）、第一冷凝蒸发器（13-1）之间按照第三旁通电磁阀（8-3）、第四节流毛细管（9-4）、第一冷凝蒸发器（13-1）的顺序串联。

6.根据权利要求5所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，气液分离器包含有第一气液分离器（11-1）、第二气液分离器（11-2）和第三气液分离器（11-3）；

所述的第一气液分离器（11-1）分别与旁通换热器（6）、第一温度传感器（7-1）、第四节流毛细管（9-4）、第一冷凝蒸发器（13-1）之间电性连接；

第二气液分离器（11-2）分别与第一冷凝蒸发器（13-1）、第二温度传感器（7-2）、第二冷凝蒸发器（13-2）之间电性连接；

第三气液分离器（11-3）分别与第二冷凝蒸发器（13-2）、第三度传感器（7-3）、第三冷凝蒸发器（13-3）之间电性连接。

7.根据权利要求6所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，节流膨胀阀包含有第一节流膨胀阀（12-1）、第二节流膨胀阀（12-2）、第三节流膨胀阀（12-3）和第四节流膨胀阀（12-4）；

第一节流膨胀阀（12-1）位于第一气液分离器（11-1）、第一冷凝蒸发器（13-1）之间，所述的第二节流膨胀阀（12-2）位于第二气液分离器（11-2）、第二冷凝蒸发器（13-2）之间，所述的第三节流膨胀阀（12-3）位于第三气液分离器（11-3）、第三冷凝蒸发器（13-3）之间，第四节流膨胀阀（12-4）位于第三冷凝蒸发器（13-3）、蒸发器（14）之间。

8.根据权利要求1所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，所述的制冷组件（15）包括冷冻工质。

9.根据权利要求1所述的冷冻外科诊断与治疗单级压缩自复叠制冷系统，其特征在于，单级压缩自复叠制冷系统还包含有风扇（3），所述的风扇（3）位于冷凝部件（2）的外部，且风扇（3）与冷凝部件（2）在位置上相对应。

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