CN114886539A - 用于消融的控制装置与消融组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于消融的控制装置与消融组件，所述控制装置直接或间接与温度检测部通信，所述温度检测部用于检测消融针的针内温度信息；所述控制装置用于：在所述消融针完成冷冻消融并复温后，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围。

Description

用于消融的控制装置与消融组件
技术领域
本发明涉及医疗领域，尤其涉及一种用于消融的控制装置与消融组件。
背景技术
冻消融治疗，指利用低温器械，有控制的使病灶组织经历降温、冻结及复温从而造成肿瘤细胞不可逆损伤以致坏死的一门临床医学。目前应用于冷冻治疗的主要有两种系统：液氮系统和气体节流系统。
冷冻消融术是利用冷的原理，实际上它是冷热循环的，它利用氩气和氮气这两个气体进行循环，氮气在瞬间使组织的温度下降到消融温度(例如零下一百四十多摄氏度)，氮气又在很短的时间内使组织迅速复温到复温温度(例如五十摄氏度)，利用热胀冷缩的原理，快速膨胀、快速冷缩，通过两、三个循环，使肿瘤细胞爆裂。
使用实现以上冷冻消融术的消融组件时，如果直接取出消融针会造成病者血液从针道中流出，不利于病人。
发明内容
本发明提供一种用于消融的控制装置与消融组件，以解决针道出血的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于消融的控制装置，所述控制装置直接或间接与温度检测部通信，所述温度检测部用于检测消融针的针内温度信息；
所述控制装置用于：
在所述消融针完成冷冻消融并复温后，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，所述止血温度范围的下限值不低于60摄氏度。
可选的，所述止血温度范围为80摄氏度至100摄氏度的区间范围。
可选的，在所述消融针被加热至所述止血温度范围的情况下，所述消融针能够在被拔出的过程中令所述消融针所经过的组织发生粘连。
可选的，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，包括：
控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，以使所述针内温度信息到达预设的第一温度；所述第一温度能够令所述外壁温度升温至进入所述止血温度范围；
通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，所述第二温度能够令所述外壁温度在指定时长内保持处于所述止血温度范围内。
可选的，控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，包括：控制所述加热部以全功率对所述消融针进行加热。
可选的，通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，包括：通过预设的PID算法对所述加热部进行控控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持。
可选的，所述控制装置还用于控制供气部向所述消融针内供气，所述加热部处于所述消融针内，所述加热部的热量能够经所述供气部供至所述消融针内的气体导热至所述消融针的针壁。
可选的，所述控制装置包括MCU、检测反馈电路、温度调节电路；
所述MCU通过所述检测反馈电路获取所述温度检测部检测到的信号，所述MCU通过所述温度调节电路对所述加热部进行控制。
根据本发明的第二方面，提供了一种消融组件，包括第一方面及其可选方案涉及的控制装置，所述加热部、所述温度检测部、所述消融针，以及用于向所述消融针内供气的供气部。
可选的，所述加热部包括电加热丝，所述温度检测部包括T型热电偶，所述控制装置直接或间接电连接所述加热丝与所述T型热电偶。
本发明提供的用于消融的控制装置与消融组件中，控制装置可以在所述消融针完成冷冻消融并复温后，将消融针的外壁温度加热到止血温度范围，所述止血温度范围的下限值不低于60摄氏度，进而，可有助于在组织内壁发生一定程度的粘连，实现一定的止血作用，减少或避免了针道出血的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中消融组件的构造示意图；
图2是本发明另一实施例中消融组件的构造示意图；
图3是本发明又一实施例中消融组件的构造示意图。
附图标记说明：
11-控制装置；
110-控制电路板；
111-MCU；
112-检测反馈电路；
113-温度调节电路；
12-消融针；
13-温度检测部；
14-加热部；
15-供气部；
151-气瓶；
152-气压调节装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
请参考图1至图3，本发明实施例提供了一种用于消融的控制装置11，还提供了一种包含所述控制装置的消融组件。
所述控制装置11直接或间接与温度检测部13通信，所述温度检测部用于检测消融针的针内温度信息；进而，温度检测部13所检测到的针内温度信息可以被反馈至控制装置11；
其中的针内温度信息，可以为能够对消融针的针内的温度进行描述的任意信息，其可以是温度值、温度范围，温度等级等至少之一。温度检测部13可设于消融针14内，从而实现对温度的检测，部分举例中，温度检测部也可部分或全部设于消融针外。一种举例中，针内温度信息可以是消融针针内壁的温度。
一种举例中，所述温度检测部13包括利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器，具体可以为T型热电偶，所述控制装置11直接或间接电连接所述T型热电偶。
所述控制装置11还可直接或间接与加热部14通信，进而，加热部14可在控制装置11的控制下实现针对消融针的加热，该加热可针对消融针内的空间加热，进而使热量传导至消融针的针壁，其他部分举例中，也不排除利用加热部14对消融针的针壁等进行直接加热的方式。
一种举例中，加热部可以为设于消融针内的电加热丝，所述控制装置直接或间接电连接所述加热丝。
其中的电加热丝为电流通过导体都产生热量的部件，产生热量的多少和电流、电压和导体本身的电阻成正比。具体举例中，电加热丝的最高使用温度240度，保持4小时。具体公式Q＝I^2RT，(Q(热量)I(电流)R(电阻)T(时间))。
其中的消融针，可以为任意可实现消融的针部件，本领域的任意消融针均可作为一种可选方案。
使用消融针的一种举例中，可在B超或CT引导下，把消融针穿刺到肿瘤部位，组织内的肿瘤，经过低温气体使肿瘤快速凝固，再经过高温使冷冻凝固的肿瘤快速复温，经过几个循环后导致肿瘤细胞不可逆的坏死。该过程可理解为所述消融针完成冷冻消融并复温的过程，该方式对其他组织的影响非常小，提高患者机体的免疫力，抑制肿瘤细胞的扩散。
本发明实施例中，所述控制装置11用于：
在所述消融针完成冷冻消融并复温后，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，所述止血温度范围的下限值不低于60摄氏度。
具体举例中，所述止血温度范围为80摄氏度至100摄氏度的区间范围。其他举例中，止血温度范围的下限值也可以为以下任意之一：65摄氏度、70摄氏度、75摄氏度、80摄氏度、85摄氏度等；止血温度范围的上限值也可以为以下任意之一：85摄氏度、90摄氏度、95摄氏度、100摄氏度、105摄氏度等。
只要能够令消融针所接触的组织发生一定程度的粘连，就不脱离本发明实施例的范围。
具体举例中，在所述消融针被加热至所述止血温度范围的情况下，所述消融针能够在被拔出的过程中令所述消融针所经过的组织发生粘连。
以上方案中，控制装置可以在所述消融针完成冷冻消融并复温后，将消融针的外壁温度加热到止血温度范围，所述止血温度范围的下限值不低于60摄氏度，进而，可有助于在组织内壁发生一定程度的粘连，实现一定的止血作用，减少或避免了针道出血的现象。
其中一种实施方式中，请参考图2，消融组件还包括供气部15，所述控制装置还用于控制供气部15向所述消融针12内供气，所述加热部(例如电加热丝)处于所述消融针内的情况下，所述加热部的热量能够经所述供气部15供至所述消融针内的气体导热至所述消融针的针壁。
其中的供气部15可以包括气源151(例如气瓶)，部分方案中，还可包括气压调节装置152，气源151、气压调节装置152与消融针可一次连通。
该气压调节装置152可理解为能够对消融针内气压进行调节的任意装置，例如可以包括气阀，通过气阀的启闭，可改变消融针内的气压，部分举例中，气压调节装置还可改变所供应气体的速度等，从而实现调压。
其中，供气部15所供应的气体可例如为氩气、氮气等。
其中一种实施方式中，请参考图2，所述控制装置11包括控制电路板110，以图3为例，该控制电路板110可设有MCU111、检测反馈电路112、温度调节电路113；
所述MCU111通过所述检测反馈电路112获取所述温度检测部13检测到的信号(可理解为能表征出针内温度信息的信号)，所述MCU111通过所述温度调节电路13对所述加热部进行控制。其中的检测反馈电路112可理解为温度检测部(即温度传感器)信号获取电路，进而，可获取温度传感器的状态，令控制电路板获取针内温度信息。同时，由于加热部的加热控制可通过加热时功率、电压的控制实现，进而，其中的温度调节电路13可理解为功率电压调节电路。
此外，MCU111可以为控制用单片机控制电路板110还可设有消融针连接电路、拨码开关、RS485通信模块、电源等，其中，电源可为控制电路板110内的其他器件供电，拨码开关、RS485通信模块等可连接MCU，从而向MCU反馈拨码开关的开关档位、RS485线路传输而来的信号等。同时，检测反馈电路112、温度调节电路113等可通过消融针连接电路连接消融针内的温度检测部13、加热部14等。
控制装置所实现的控制过程也可理解为MCU111控制下所实现的过程。
其中一种实施方式中，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，包括：
控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，以使所述针内温度信息到达预设的第一温度；所述第一温度能够令所述外壁温度升温至进入所述止血温度范围；
通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，所述第二温度能够令所述外壁温度在指定时长内保持处于所述止血温度范围内。
其中，控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，包括：控制所述加热部以全功率对所述消融针进行加热。进而，可有利于实现消融针的快速加热，尽快到达第一温度，提高止血处理过程中加热的处理效率。
其中，通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，包括：通过预设的PID算法对所述加热部进行控控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持。进而，通过PID算法的精确控制，可保障外壁温度可准确满足止血处理的要求。
可见，以上控制过程中，可在止血处理过程中有效兼顾处理效率与温度准确性要求。
其中的PID算法，用于控制加热部(例如电加热丝)的温度，PID算法的控制下，控制相对精确，更有利于消融和止血。针道高温止血对温度和时间的精度要求较高，只有在合理的温度和时间内的操作才可以有效保证止血效果，PID算法的使用恰能满足该需求。
在使用消融组件的过程可例如：
用户连接好装置，完成预冷后，将消融针插入患者肿瘤位置，然后即可开始冷冻流程，冷冻完成后开启复温流程，根据患者肿瘤情况反复循环数次，即可破坏肿瘤细胞，拔出消融针前将消融针的针头快速加热到80～100摄氏度的温度(即止血温度范围)，然后缓慢的从患者身上拔出消融针，高温的消融针在拔出时，针道经过的组织会发生粘连，血液无法流出，达到止血的效果。
其中，止血流程可例如：
PID算法是消融针外壁的温度快速达到80～100摄氏度(即止血温度范围)，因为外壁的温度是有内部加热丝发热引起的，所以外壁温度上升的速度会比消融针内的温度慢，这时要用PID控制使内部温度快速拉高再缓慢回到止血的目标温度(即止血温度范围)，此时外壁温度保持稳定的温度区间。其中，低温冷冻复温循环后，即可开始止血功能。开启止血，前期为了让消融针外壁的温度快速达到80摄氏度，针头内部温度将全功率快速到达温度A(即第一温度)，这时针外壁也会跟着快速到达80摄氏度(例如止血温度范围的下限值)，为了让消融针外壁保持再80～100摄氏度之间(例如止血温度范围)，针内温度通过PID算法调节也会缓慢从温度A(即第一温度)降到温度B(即第二温度)并保持，因为针的内部通着气，所以再消融针内部温度达到温度B后，针的外壁温度也会在几分钟内保持在80～100摄氏度，这样缓慢拔出针后就可以对针孔内的组织起到止血的效果，然后关闭止血功能。
止血功能是在复温后拔出消融针之前完成的，复温功能完成后，消融针温度处在患者体温的温度范围。止血功能开启，根据电路板上电加热丝两端的最大工作电压，止血功能开始将对加热丝进行满电压全功率加热，温度到一个较高温度A(即第一温度)后由PID算法调控，缓慢返回温度B(即第二温度)。全功率对加热丝加热，是因为前期全功率对加热丝加热温度升温快，数秒的时间消融针的内壁温度即可达到温度A(即第一温度)，同时会使消融针外壁的温度快速上升至80摄氏度左右，减少前期升温时间，使消融针快速达到止血温度范围。
PID参数设置可例如：
温度调节周期为100ms，目标温度值B，比例系数P＝10，积分系数I＝0.1，微分系数D＝1.0，因为PID开始调节是高温度调节到低温度，为了让温度平缓下降，所以PID的积累量也设置一个初始值为100000。PID调节后温度会缓慢上升，但几分钟内消融针外壁温度不会超过100摄氏度，温度会保持在80～100摄氏度之间，该温度可以达到理想的止血效果，止血功能结束后停止对电加热丝加热。消融针内部通过的气体会带走部分热量，气源选择氮气，气体压力选择370psi。
对于不同的气源或气体压力选择，所对应的温度A和温度B的数值都是不同的，可根据具体实验数据设置。PID算法的表达公式为：Pout(t)＝
Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))，比例系数Kp，积分系数Ki，微分系数Kd，Pout(t)为输出功率或能表征出输出功率的信号，e(t)为t时刻的误差，e(t-1)为t-1时刻的误差；其中，可根据需求来改变数值，以便能达到理想的止血效果。
消融针的内部有通气孔、测温线和复温线，复温线即电加热丝，电加热丝发热是电流通过发热，发热源在消融针的内部，而止血的温度是靠消融针的外壁来实现的，所以要根据消融针的本身的特性，通过实验数据来确定要达到的温度，时间，和PID的参数设置，才能达到好的止血效果。
止血的温度和时间等参数都是可以调节的，可以根据不同患者的不同位置进行实验数据获得，方能对各种部位达到好的治疗效果。
综上可见，本发明具体方案可具备以下积极效果：
(1)操作便捷，只需再拔针时高温止血即可。
(2)微创治疗，减少患者的痛苦，有助于术后快速恢复。
(3)操作简单，手术时间短，止血效果明显。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于消融的控制装置，其特征在于，所述控制装置直接或间接与温度检测部通信，所述温度检测部用于检测消融针的针内温度信息；
所述控制装置用于：
在所述消融针完成冷冻消融并复温后，基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，所述止血温度范围的下限值不低于60摄氏度。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述止血温度范围为80摄氏度至100摄氏度的区间范围。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在所述消融针被加热至所述止血温度范围的情况下，所述消融针能够在被拔出的过程中令所述消融针所经过的组织发生粘连。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
基于所述针内温度信息，控制加热部对所述消融针加热，并使所述消融针的外壁温度加热到止血温度范围，包括：
控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，以使所述针内温度信息到达预设的第一温度；所述第一温度能够令所述外壁温度升温至进入所述止血温度范围；
通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，所述第二温度能够令所述外壁温度在指定时长内保持处于所述止血温度范围内。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
控制所述加热部以第一功率对所述消融针进行加热，包括：控制所述加热部以全功率对所述消融针进行加热。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
通过对所述加热部的控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持，包括：通过预设的PID算法对所述加热部进行控控制，令所述针内温度信息降温至第二温度并保持。
7.根据权利要求1至6任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还用于控制供气部向所述消融针内供气，所述加热部处于所述消融针内，所述加热部的热量能够经所述供气部供至所述消融针内的气体导热至所述消融针的针壁。
8.根据权利要求1至6任一项所述的控制装置，其特征在于，可选的，所述控制装置包括MCU、检测反馈电路、温度调节电路；
所述MCU通过所述检测反馈电路获取所述温度检测部检测到的信号，所述MCU通过所述温度调节电路对所述加热部进行控制。
9.一种消融组件，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的控制装置，所述加热部、所述温度检测部、所述消融针，以及用于向所述消融针内供气的供气部。
10.根据权利要求9所述的消融组件，其特征在于，所述加热部包括电加热丝，所述温度检测部包括T型热电偶，所述控制装置直接或间接电连接所述加热丝与所述T型热电偶。
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CN117338398A (zh) * 2023-11-17 2024-01-05 南京康友医疗科技有限公司 一种具有高效复温和热疗功能的冷冻消融针及其工作方法

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