CN115005964B - 一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统及控制方法，其中治疗系统包括气源、控制系统和与所述控制系统连接的设备，所述设备包括主管路、若干压力控制管路、若干冷冻管路、若干复温管路、若干排气管路，主管路上设有气源接入口、气源压力测量装置和总电磁阀，气源接入口与所述气源连接。若干压力控制管路包括第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路，第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路的进气口均与所述主管路的出气口连接。若干冷冻管路分别与若干消融针对应连接；若干所述复温管路的进气口均与所述第三压力控制管路的出气口连接，若干所述复温管路的出气口分别与若干所述消融针的进气口连接。

Description

一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统及控制方法

技术领域

本发明属于医疗技术领域，特别是涉及一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统及控制方法。

背景技术

冷冻治疗是利用对局部组织的冷冻，可控地破坏或切除活组织的治疗方法。冷冻消融术作为微创靶向手术以创伤小、毒副作用小、疗效确切的特点，而且还具有消融冰球边界清楚、参与激活机体肿瘤免疫功能、不损伤大血管、没有明显疼痛等优势，使肿瘤的超低温靶向冷冻和热疗成为现实。近年来，冷冻手术已广泛应用于对转移性肝癌、前列腺癌、肾癌等的治疗。

现有的低温冷冻消融技术主要采用高压气体节流，如氩氦刀，其使用原理为利用高压氩气节流，缺点是使用5000psi(35MPa)的高压氩气，工作压力为3000Psi(20Mpa)，利用率约为43％。上还导向医疗系统有限公司采用的是预冷型氮气节流，使用15Mpa的常规工业氮气，工作压力为10Mpa，最低可利用至8MPa，气源利用率约为33％。因此，虽然采用工业氮气的方式可以利用低压力的工业气体，但是气体利用率偏低，因此需要一种既可以使用常规工业氮气又可以提高气体利用率的技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，包括气源、控制系统和与所述控制系统连接的设备，所述设备包括：

主管路，所述主管路上设有气源接入口、气源压力测量装置和总电磁阀，所述气源接入口与所述气源连接，所述气源压力测量装置用于获取所述气源的气体压力，所述总电磁阀能够实现所述主管路的气体通断；

若干压力控制管路，包括第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路，所述第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路的进气口均与所述主管路的出气口连接；所述第一压力控制管路上设有第一压力调节装置、第一电磁阀和第一压力测量装置；所述第二压力控制管路上设有第二压力调节装置、第二电磁阀和第二压力测量装置；所述第三压力控制管路上设有第三压力调节装置、第三电磁阀和第三压力测量装置；

若干冷冻管路，若干冷冻管路分别与若干消融针对应连接；所述冷冻管路包括低温进气管路和回气管路，所述低温进气管路的进气口分别与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连接，所述低温进气管路的出气口分别与所述消融针的进气口连接；所述回气管路的进气口与所述消融针的回气口连接，所述回气管路的排气口通入外界大气；所述低温进气管路的进气端设有第四电磁阀和第四压力测量装置，所述低温进气管路上设有至少一耦合器和至少一低温制冷机，所述耦合器和低温制冷机设置在所述回气管路上，每一所述低温进气管路中的气体可通过其上的所述耦合器先与所述回气管路中的气体进行热交换，再通过所述低温制冷机预冷的冷沉进行低温冷却；

若干复温管路，若干所述复温管路的进气口均与所述第三压力控制管路的出气口连接，若干所述复温管路的出气口分别与若干所述消融针的进气口连接；所述复温管路上设有第五电磁阀；

若干排气管路，所述低温进气管路与对应的一所述排气管路连接，所述排气管路的进气口位于所述第四电磁阀的出气侧，所述排气管路的排气口与外界大气相通；所述排气管路上设有第六电磁阀。

较佳地，所述低温制冷机的电机驱动器上设有加速度传感器，所述控制系统根据所述加速度传感器监测到的所述低温制冷机的振动情况，调节所述低温制冷机的工作电压；

若所述低温制冷机的工作电压降到一定程度，而所述低温制冷机的振动并没有衰减时，则停止所述低温制冷机工作。

较佳地，所述回气管路上还设有泄压阀和第五压力测量装置，所述第五压力测量装置用于检测所述回气管路的压力，当所述回气管路压力高于设定值时，通过所述泄压阀泄压。

较佳地，若干所述冷冻管路共用低温制冷机，所述低温制冷机上设置若干第一进气管道，若干所述第一进气管道分别与若干所述低温进气管路连通。

较佳地，所述设备还包括至少一能量增强管路和至少一能量增强器，至少一所述能量增强器和至少一所述低温制冷机设置在所述能量增强管路上，所述能量增强管路的进气口与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连通，所述能量增强管路的出气口与外界大气相通；

所述气源中残余的余气可经过所述能量增强器和所述低温制冷机预冷后，再预冷所述低温制冷机中的蓄冷介质。

较佳地，所述能量增强管路包括相连通的能量增强进气管路和能量增强回气管路，所述能量增强器和所述低温制冷机均包括连通在所述能量增强进气管路上的进气管道和连通在所述能量增强回气管路上的回气管道，所述能量增强进气管路的出气口和所述能量增强回气管路的回气口之间设有节流装置，所述能量增强进气管路的进气口与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连通，所述能量增强回气管路的排气口与外界大气连通；

所述能量增强进气管路上还设有第七电磁阀和第六压力测量装置，所述第七电磁阀和第六压力测量装置位于所述能量增强进气管路的进气侧；

所述能量增强进气管路上还设有所述排气管路，所述排气管路的进气口位于所述第七电磁阀的出气侧。

较佳地，所述消融针上还设有电气接口，所述电气接口包括与所述控制系统连接的温度测量装置线、复温热电阻线、识别接口线；

所述控制系统包括压力测量模块、温度测量模块、开关模块、消融针锁紧模块、消融针识别模块，所述控制系统通过所述压力测量模块获取全部压力测量数据，通过所述温度测量模块获取全部的温度测量数据，通过所述开关模块控制所有的电磁阀和消融针复温电源的开关，所述开关模块还可检测所述复温热电阻线的通断，通过所述消融针锁紧模块来锁紧所述消融针与各管路的气体接口，通过所述消融针识别模块来识别消融针。

本发明还提供一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，能够在上述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统内实施，包括：

消融针准备：在控制系统中将每个消融针被标记为已准备或异常，标记消融针已准备需满足消融针锁紧机构已锁紧、消融针温度可被采集到、复温电源可通、ID识别可用，以上任一条件不满足，则相应消融针被标记为异常；其中，消融针锁紧接口是锁紧消融针与设备的气体接口，通过锁紧机构将此接口锁紧；温度测量接口是消融针内温度传感器与控制系统内测温模块的接口；复温电源接口是消融针内复温线与复温电源输出线的接口，控制系统通过此接口控制复温电源是否接通；控制系统通过消融针识别接口可读取消融针的ID信息；

冷冻模式：若消融针的个数小于等于3，则先进行快速降温，再进行稳定工作；若消融针的个数大于3，则进行快速降温；其中，快速降温时，开启总电磁阀、第一电磁阀、第四电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第一压力控制管路，再经低温进气管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；稳定工作时，开启总电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第二压力控制管路，再经低温进气管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；

复温模式：开启总电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第三压力控制管路，再经复温管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；

排气模式：开启第六电磁阀，低温进气管路内的气体通过排气管路排出。

较佳地，还包括：当气源压力测量装置检测到气源压力值低于预设的下限压力值时，提示气源压力低不能手术的信号。

较佳地，同时使用的消融针数量越多，下限压力值越高。

较佳地，快速降温时使用第一压力调节装置调节低温进气管路输出的气体压力为预设的第一下限压力值；稳定工作时使用第二压力调节装置调节低温进气管路输出的气体压力为预设的第二下限压力值，第一下限压力值大于第二下限压力值，且小于气源压力值；

复温时使用第三压力调节装置调节复温管路输出的气体压力为预设的第三下限压力值，第三下限压力值远低于第二下限压力值，气源压力能满足冷冻要求就可满足复温要求。

较佳地，在进行消融针气体接口的解锁操作前，进行排气。

较佳地，在冷冻或复温完成后，执行一个排气操作。

较佳地，第一压力测量装置、第二压力测量装置、第三压力测量装置分别用于检测第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的输出压力值，手动调节第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置，控制系统根据压力值判断第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的输出压力是否在预定范围，进而判断第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的故障情况。

较佳地，控制系统根据各路低温进气管路上的第四压力测量装置测得的压力值判断气体是否到达该处，当执行排气时，当压力值接近0时，则判断低温进气管路内的气体已排尽。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

1、本发明提供一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，气源通过多个通道分别与多个消融针连接，每个通道独立控制，可以实现独立的冷冻、复温、吹扫、排气等功能，实现多个部位肿瘤同时冷冻的功能，提高了气源的利用率。

2、通道有独立的进气管路、回气管路、复温管路，可以根据需要调整消融针的数量以及消融针的冷冻时间，实现肿瘤的多发以及适形治疗。

3、在本发明中，气源可以是常规工业气源，也可以是高压氩气气源，常规工业气源利用率提高至67％，提高了100％；高压氩气气源利用率提高至85.7％，提高了100％。

4、本发明可以将冷却温度冷却至-160℃以下，同时可以将气源压力利用至5MPa，将气源利用率提高50％～100％，大大高于原有技术方案，以及传统的氩氦刀。

5、本发明优选制冷机为对置式制冷机，可以避免单头式低温制冷机带来的震动问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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他的附图。附图中：

图1为本发明的优选实施例提供的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例提供的消融针准备阶段的控制流程图；

图3为本发明的优选实施例提供的消融针冷冻阶段的控制流程图；

图4为本发明的优选实施例提供的消融针的个数小于等于3时的控制流程图；

图5为本发明的优选实施例提供的消融针的个数大于3时的控制流程图。

具体实施方式

在使用较多通道和较少通道完成手术，所需的气源可用压力范围不同，为了解决氮气气源的使用问题，本发明提供的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，气源通过多个通道分别与多个消融针连接，每个通道独立控制，可以实现独立的冷冻、复温、吹扫、排气等功能，实现多个部位肿瘤同时冷冻的功能，提高了气源的利用率。在本发明中，气源可以是常规工业气源，也可以是高压氩气气源，常规工业气源利用率提高至67％，提高了100％；高压氩气气源利用率提高至85.7％，提高了100％。

本发明可以将冷却温度冷却至-160℃以下，同时可以将气源压力利用至5MPa，将气源利用率提高50％～100％，大大高于原有技术方案，以及传统的氩氦刀。

每个通道均有冷冻、复温、排气等功能，各通道有独享的装置，也有共用的装置，因此，需要解决通道间隔离和对单一资源的互斥性访问问题。多个通道，每个通道均可插入消融针，需要解决多个通道的消融针识别和状态判断。

在本发明中，每个通道都是独立控制的，均可实现独立的冷冻、复温、吹扫、排气等功能，进而实现多个部位肿瘤同时冷冻的功能。每个通道均有独立的进气管路、回气管路、复温管路，可以根据需要调整消融针的数量以及消融针的冷冻时间，实现肿瘤的多发以及适形治疗。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明对低温制冷系统具有几个通道不做限制，图1中具有6个通道，但只画出了两个通道，即通道1和通道6，但本发明并不局限于此，每个通道对应一个消融针。

请参考图1至图5，一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，包括气源1、控制系统和与所述控制系统连接的设备，所述设备包括主管路2、若干压力控制管路、若干冷冻管路、若干复温管路20和若干排气管路30：

所述主管路2上设有气源接入口、气源压力测量装置3、总电磁阀4和干燥过滤器5，所述气源接入口与所述气源1连接，所述气源压力测量装置3用于获取所述气源1的气体压力，所述总电磁阀4能够实现所述主管路2的气体通断，干燥过滤器5用于过滤气源1中的杂质水分，并且存储部分气体用于保持气体管路处于正压状态。

若干压力控制管路包括第一压力控制管路10、第二压力控制管路6和第三压力控制管路14，所述第一压力控制管路10、第二压力控制管路6和第三压力控制管路14的进气口均与所述主管路2的出气口连接；所述第一压力控制管路10上设有第一压力调节装置11、第一电磁阀13和第一压力测量装置12；所述第二压力控制管路6上设有第二压力调节装置7、第二电磁阀9和第二压力测量装置8；所述第三压力控制管路14上设有第三压力调节装置15、第三电磁阀17和第三压力测量装置16。

若干冷冻管路分别与若干消融针38对应连接，冷冻管路和消融针38是一一对应的关系，若干冷冻管路的结构相同，因此，以某一个冷冻管路为例，此冷冻管路包括低温进气管路23和回气管路28，低温进气管路23与一消融针38的进气口连接，回气管路28与此消融针38的回气口连接，具体的，所述低温进气管路23的进气口分别与所述第一压力控制管路10和第二压力控制管路6的出气口连接，所述低温进气管路23的出气口分别与该消融针38的进气口连接。位于低温进气管路23的出气侧，低温进气管路23上还设有第一单向阀37(防止气体的反向流动)，此第一单向阀37位于消融针38的进气侧。所述回气管路28的进气口与该消融针38的回气口连接，所述回气管路28的排气口通入外界大气。所述低温进气管路23的进气端设有第四电磁阀21和第四压力测量装置22，所述低温进气管路23上设有至少一耦合器和至少一低温制冷机，所述耦合器和低温制冷机设置在所述回气管路28上，每一所述低温进气管路23中的气体可通过其上的所述耦合器先与所述回气管路28中的气体进行热交换，再通过所述低温制冷机预冷的冷沉进行低温冷却。

本发明对同一个低温进气管路23上的耦合器和低温制冷机的个数不做限制，可根据实际使用需求设定，同一低温进气管路23上的所有的耦合器和低温制冷机均串联设置。

在本发明中，一个低温制冷机可以设置在一个或多个低温进气管路23上，当一个低温制冷机设置在一个低温进气管路23上时，即一个低温制冷机上设置一第一进气管道，此第一进气管道与一个低温进气管路23相连通；当一个低温制冷机被多个低温进气管路23共用时，即一个低温制冷机上设置若干第一进气管道，若干第一进气管道分别与若干低温进气管路23相连通。

同理，一个耦合器可以与一个或多个低温进气管路23相连通，当一个耦合器设置在一个低温进气管路23上时，即一个耦合器上设置一第二进气管道和第一回气管道，此第二进气管道与一个低温进气管路23相连通，此第一回气管道与对应的回气管路28相连通；或者，一个耦合器上设置若干第一进气管道和若干回气管道，若干第一进气管道分别与若干低温进气管路23相连通，若干回气管道分别与若干回气管路28相连通。

一个低温进气管路23可以采用单级低温制冷机，也可以采用双级或多级低温制冷机，本发明对此不做具体限制。为了增强制冷效果，优选两级低温制冷机，前级低温制冷机25和后级低温制冷机27串联设置在所有的低温进气管路23上，即前级低温制冷机25和后级低温制冷机27均包括若干第一进气管道，若干第一进气管道分别与所有的低温进气管路23相连通。

一个低温进气管路23可以采用一个耦合器，也可以采用两个耦合器，当采用一个耦合器时，这个耦合器设置在前级低温制冷机25的进气侧；当采用两个耦合器时，这两个耦合器分别为前级耦合器24和后级耦合器26，前级耦合器24设置在前级低温制冷机25的进气侧，后级耦合器26设置在前级低温制冷机25的出气侧，且在后级低温制冷机27的进气侧。为了增强制冷效果，本实施例优选两个耦合器，每个低温进气管路23上分别设置一个前级耦合器24，若干低温进气管路23共用一个后级耦合器26。

所述回气管路28上还设有泄压阀和第五压力测量装置，所述第五压力测量装置用于检测所述回气管路28的压力，当所述回气管路28压力高于设定值时，通过所述泄压阀泄压。

若干所述复温管路20的进气口均与所述第三压力控制管路14的出气口连接，若干所述复温管路20的出气口分别与若干所述消融针38的进气口连接；所述复温管路20上设有第五电磁阀18和第二单向阀19(防止气体的反向流动)。

消融针38进出口增加单向阀且带有一定的启动压力15psi，防止空气从消融针38进出口进入，另外利用手术结束后管路中的余气，通过控制系统调节电磁阀的通断，在相关管路中通入一定量的气体，使管路处于正压状态，避免管路中因低温造成的负压吸入空气，从而造成空气中水蒸气的凝聚成液体，从而在低温下凝固堵塞管路或者涨破管路造成冰堵以及气体泄漏的风险。

每一所述低温进气管路23与对应的一所述排气管路30连接，所述排气管路30的进气口位于所述第四电磁阀21的出气侧，所述排气管路30的排气口与外界大气相通；所述排气管路30上设有第六电磁阀29。

压力调节装置和压力测量装置均属于本领域的成熟技术，因此，本发明对上述所有的压力调节装置和压力测量装置均不作限制，如压力调节装置为减压阀，压力测量装置为压力变送器、压力传感器等。在本实施例中，减压阀是手动调节预先设定完成的，通过斯特林驱动控制系统实时监测低温制冷机的运行参数。

所述设备还包括能量增强系统，能量增强系统包括至少一能量增强管路和至少一能量增强器，至少一所述能量增强器和至少一所述低温制冷机设置在所述能量增强管路上，所述能量增强管路的进气口与所述第一压力控制管路10和第二压力控制管路6的出气口连通，所述能量增强管路的出气口与外界大气相通；

所述气源1中残余的余气可经过所述能量增强器和所述制冷机预冷后，再预冷所述制冷机中的蓄冷介质。

本实施例以一个能量增强管路为例，此能量增强系统包括能量增强管路和设于能量增强管路上的至少一能量增强器和低温制冷机，由于能量增强器为耦合器，因此，能量增强器可以是另设的耦合器，也可以采用前级能量增强耦合器34(在前级能量增强耦合器34上开设与能量增强管路相通的气体通道，前级能量增强耦合器34可以和前级耦合器24共用，与可以独自使用，本实施例以前级能量增强耦合器34独自使用为例)和后级能量增强耦合器(后级能量增强耦合器可以和后级耦合器26共用，与可以独自使用，本实施例以后级能量增强耦合器和后级耦合器26共用为例，即在后级耦合器26上开设与能量增强管路相通的气体通道)，本实施例以所述能量增强通道包括能量增强管路和依次设于能量增强管路上的前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27为例。

在本实施例中，前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27按顺序依次设置在能量增强管路上。具体的，能量增强管路包括相连通的能量增强进气管路33和能量增强回气管路36，前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27均包括连通在所述能量增强进气管路33上的进气管道和连通在所述能量增强回气管路36上的回气管道(前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27的进气管道依次设置在所述能量增强进气管路33上，前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27的回气管道依次设置在所述能量增强回气管路36上，在本实施例中，前级低温制冷机25、后级耦合器26和后级低温制冷机27均设有若干第三进气管道和若干第二回气管道，目的是为了分别与若干能量增强通道的能量增强进气管路33和能量增强回气管路36相连通)，所述能量增强进气管路33的出气口和所述能量增强回气管路36的回气口之间设有节流装置35，所述能量增强进气管路33的进气口与所述第一压力控制管路10和第二压力控制管路6的出气口连通，所述能量增强回气管路36的排气口与外界大气连通。

所述能量增强进气管路33上还设有第七电磁阀31和第六压力测量装置32，所述第七电磁阀31和第六压力测量装置32位于所述能量增强进气管路33的进气侧。

所述能量增强进气管路33上还设有一所述排气管路30，所述排气管路30的进气口位于所述第七电磁阀31的出气侧。

低于工作压力的剩余气体压力在8～10MPa左右，高压气源1的剩余气体压力更高在20MPa左右，由于气体从高压状态节流到低压状态时蕴含着较大的能量，再经过不同温度的转变可以实现气体能量的更高级利用。能量增强系统的利用主要在低温制冷机开机启动阶段和蓄冷阶段：

在低温制冷机启动阶段，可以实现预冷系统的快速降温，缩短低温制冷机的降温时间，将低温制冷机快速的进入稳定的工作状态，极大的缩短手术准备时间。在连台手术间隙，低温冷冻系统待机蓄冷阶段，可以利用剩余气体为低温冷沉带来更低的温度实现消融针38更快速的降温以及更低的消融温度，更大的消融范围。工作原理为，气体经过第二压力调节装置7调节到相应的工作压力，通过第二电磁阀9控制工作气体进入能量增强管路，同时能量增强管路的第七电磁阀31控制气体进入能量增强进气管路33，进入能量增强进气管路33后先进入前级能量增强耦合器34、前级低温制冷机25预冷后进行初级预冷，再进入后级耦合器26、后级低温制冷机27进行低温预冷，低温预冷完成后，先通过一级节流利用高品位的冷量实现后级低级冷沉的预冷，后级低温冷沉预冷完成后进入后级耦合器26，对后级耦合器26的进气进一步预冷减少对低温冷沉冷量的消耗，后级耦合器26预冷完成后再通过二级节流利用低品位的冷量实现前级低温冷沉的预冷，前级低温冷成完成后通过前级能量增强耦合器34将剩余的冷量再冷却前级能量增强耦合器34变成常温常压的气体进入到空气中，实现高压气体到低压气体能量的完整利用。

通过测算将1200PSI压力的60SLM气体预冷到-70℃以后，经过能量增强耦合器、后级低温冷沉后节流后，在-110℃的低温冷沉中可以产生45W左右的冷量，1min产生的冷量可以单根延长消融针使用0.5min；将725PSI压力的60SLM气体预冷到-70℃以后，经过能量增强器耦合器、后级低温冷沉后节流后，在-110℃的低温冷沉中可以产生22W左右的冷量；将40L钢瓶中的气体从1200PSI压力的气体利用至725psi，可以平均产生约41.6kJ的热量，换算成预冷时间可以缩短15％左右，单瓶1200PSI的余气可以延长单根消融针工作时长7min左右。采用常规15MPa常规工业气源，利用至725psi的利用率可以达到67％，提高了100％，采用35MPa超高压氩气气源，利用至725psi利用率可以达到85.7％。

低温制冷机为斯特林制冷机、脉管制冷机或热声制冷机，本实施例优选为对置式低温斯特林制冷机，可以避免单头式低温制冷机带来的震动问题。

在本实施例中，所述低温制冷机的电机驱动器上设有加速度传感器，所述控制系统根据所述加速度传感器监测低温制冷机的振动情况，根据振动的幅度通过PID调节降低工作电压实现降低振动目的，如果电压降到一定程度振动没有衰减将采取停机保护的措施来保护低温制冷机因振动过大造成的异常。

控制系统根据需要使用的消融针38数量进行低温制冷机功率的PID调节，在保证消融针38需要冷量的基础维持冷沉温度的稳定，同时降低设备的功率有助于降低设备的振动及噪音，为患者带来更舒适的体验。

系统安全监测系统，为了保证系统的安全运行，系统同时实时监测每个管路中的温度和压力，根据每个管路处于不同状态(吹扫、冷冻、复温、排气等)时的温度和压力，判断管路是否处于正常工作状态。

系统同时根据管路的压力与安全阀的泄压值做对比，如果压力高于泄压值，启动安全警告并同时关闭进气总阀，开启快速排气。

控制系统通过斯特林电机驱动器上的加速度传感器监测制冷机的振动情况，根据振动的幅度通过PID调节降低工作电压实现降低振动目的，如果电压降到一定程度振动没有衰减将采取停机保护的措施来保护制冷机因振动过大造成的异常。

控制系统消融针38数量适配，控制系统根据需要使用消融针38的数量进行制冷机功率的PID调节，在保证消融针38需要冷量的基础维持冷沉温度的稳定，同时降低设备的功率有助于降低设备的振动及噪音，为患者带来更舒适的体验。

在本实施例中，所述消融针38上还设有电气接口，所述电气接口包括与所述控制系统连接的温度测量装置线、复温热电阻线、识别接口线；

所述控制系统包括压力测量模块、温度测量模块、开关模块、消融针锁紧模块、消融针识别模块，所述控制系统通过所述压力测量模块获取全部压力测量数据，通过所述温度测量模块获取全部的温度测量数据，通过所述开关模块控制所有的电磁阀和消融针复温电源的开关，所述开关模块还可检测所述复温热电阻线的通断，通过所述消融针锁紧模块来锁紧所述消融针与各管路的气体接口，通过所述消融针识别模块来识别消融针。

以下举例说明一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，能够在上述的基于低温制冷机预冷的低温治疗系统内实施，包括：

消融针准备

在完成冷冻消融功能之前，需准备好消融针，消融针被设备识别为可用。首先需根据肿瘤组织的体积确定需要使用的消融针数量。

每个消融针是独立的，多个通道对应的消融针不会相互干扰。以三个消融针为例，需要3个独立的消融针识别接口，3个独立的消融针锁紧接口，3个独立的消融针复温电源接口，3个独立的温度测量接口。

消融针识别接口，即通过此接口可读取消融针的ID等信息，控制系统可利用ID信息识别并记录消融针的信息。

消融针锁紧接口，此接口是消融针与设备的气体接口，由于流过消融针的气体压力高，设备需要使用锁紧机构将接口锁紧，防止通气时消融针被冲出。

复温电源接口是消融针内复温线与设备内复温电源输出线的接口。

温度测量接口是消融针内温度传感器与设备内测温模块的接口。

请参考图2，每个消融针在控制系统内被标记为已准备或异常。标记消融针已准备需满足锁紧机构已锁紧，消融针温度可被采集到，复温电源可通，ID识别可用，以上任一条件不满足，则此消融针被标记为异常，同时提示未准备完成原因。

在消融针准备时，其温度应能被采集到。若消融针内的温度传感器故障，则温度采集不到或其值异常，消融针准备完成后进行消融针的试针工作，根据消融针冷冻和复温的速率完成控制，消融针使用热电阻线加热复温，完成此功能前提是热电阻丝完好未断线。在消融针准备时，开关模块可检测消融针的热电阻线的通断。在消融针准备时，其温度应能被采集到。若消融针内的温度传感器故障，则温度采集不到或其值异常。

在手术阶段，控制系统需根据消融针温度完成冷冻复温控制。

在复温阶段，控制系统开启消融针的复温电源，消融针复温。

气源1气压对于低温治疗系统非常重要。以氮气气源为例，理想状况下，氮气气源的压力越大越好，但受限于管路的承受能力，受限于通常能购买到的工业氮气压力，实际使用的气源压力应在一定范围。以15MPa(约2200psi)的工业氮气为例，在氮气气瓶接入设备进气口后，气源压力测量装置3(压力传感器)能检测到气瓶压力。随着手术对氮气的使用，气瓶压力会逐渐降低，当低于预设的下限压力值时，消融针不能达到手术温度，手术不可继续，应提示气瓶压力低不可手术。

同时使用不同数量的消融针时，下限压力值是不同的。同时使用的消融针数量越多，下限压力值越高。快速降温时使用第一压力调节装置11控制其管路内的气体压力，调节第一压力调节装置11使其输出气体压力为第一下限压力值；稳定工作管路使用第二压力调节装置7控制其管路内的气体压力，调节第二压力调节装置7使其输出气体压力为第二下限压力值。由前述可知，第二下限压力值<第一下限压力值<气瓶压力。

复温管路20使用第三压力调节装置15控制其管路内的气体压力，调节第三压力调节装置15使其输出气体压力为第三下限压力值，第三下限压力值远低于第二下限压力值，通常在手术阶段不存在复温气体压力不足的情况，亦可认为气瓶压力能满足冷冻要求就可满足复温要求。

请参考图3，同时使用消融针的个数小于等于3时，应执行流程1，即先快速降温再稳定工作；同时使用消融针的个数大于3时，应执行流程2，即快速降温。由此可见，在手术前应已知使用的消融针数量，控制系统可通过消融针准备阶段已准备的消融针数量判断。以下针对3个消融针同时使用和4个消融针同时使用的具体实施例进行详细说明。

3个消融针同时使用

请参考图4，3个消融针同时使用其控制的复杂度覆盖了1个消融针单独使用，故以此为例。3个消融针同时使用，但每个消融针对应通道的功能是独立的，每个通道均有冷冻、复温、排气。如前所述，先使用快速降温管路再使用稳定工作管路。

下面以消融针通道1为例，说明冷冻、复温、排气。

消融针通道1冷冻方法：快速降温时，开启总电磁阀4、第一电磁阀13、第四电磁阀21(其它的电磁阀都是关闭的)，气体从气源1出发，流经主管路2到第一压力控制管路10，再经低温进气管路23到达消融针38；然后再通过回气管路28到达耦合器换热后排出；稳定工作时，开启总电磁阀4、第二电磁阀9、第四电磁阀21，气体从气源1出发，流经主管路2到第二压力控制管路6，再经低温进气管路23到达消融针38；然后再通过回气管路28到达耦合器换热后排出。

消融针通道1复温方法：开启总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18(其它的电磁阀都是关闭的)，气体从气源1出发，流经主管路2到第三压力控制管路14，再经复温管路20到达消融针38；然后再通过回气管路28到达耦合器换热后排出。

消融针通道1排气方法：排气即排出通道管路内的残余高压气体，冷冻复温时气体经消融针38回气管排出，但并不能排尽通道管路内的气体，这里通道管路是指由第四电磁阀21、第六电磁阀29以及消融针通道1内低温进气管所截取的管路，此段管路装有管路排气孔、第四压力测量装置22，排气管路30连接在排气孔上。排气时，关闭第四电磁阀21，开启第六电磁阀29(其它的电磁阀都是关闭的)，通道管路内的气体即可通过排气管路30排出。

由上可知，对于3个通道的不同功能，气瓶、总电磁阀4、第一电磁阀13、第二电磁阀9、第三电磁阀17是共用的，对于同一通道，冷冻、复温、排气功能不能同时使用。以上限制，增加了控制复杂度，控制方法需保证设备能完成预期功能而又方便快捷。

停止通道1的冷冻，不能直接将总电磁阀4、第一电磁阀13或第二电磁阀9、第四电磁阀21关闭，首先需确认其余通道是否正在冷冻，如果其余通道正在冷冻，说明其也开启了总电磁阀4、第一电磁阀13或第二电磁阀9，此时停止通道1的冷冻只能关闭第四电磁阀21；如果其余通道没有冷冻，还需确认其余通道是否正在复温，若其余通道正在复温，说明其也开启了总电磁阀4，此时停止通道1的冷冻只能关闭总电磁阀4、第一电磁阀13或第二电磁阀9；如果其余通道既无冷冻又无复温，则停止通道1的冷冻关闭总电磁阀4、第一电磁阀13或第二电磁阀9、第四电磁阀21。

停止通道1的复温，不能直接将总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18关闭，首先需确认其余通道是否正在复温，如果其余通道正在复温，说明其也开启了总电磁阀4、第三电磁阀17，此时停止通道1的复温只能关闭第五电磁阀18；如果其余通道没有复温，还需确认其余通道是否正在冷冻，若其余通道正在冷冻，说明其也开启了总电磁阀4，此时停止通道1的复温只能关闭第三电磁阀17、第五电磁阀18；如果其余通道既无冷冻又无复温，则停止通道1的复温关闭总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18。

4个及以上消融针同时使用

请参考图5，4个及以上消融针同时使用其控制的复杂度基本一致，故以4个消融针为例。4个消融针同时使用，但每个消融针对应通道的功能是独立的，每个通道均有冷冻、复温、排气。

下面以消融针通道1为例，说明冷冻、复温、排气。

消融针通道1冷冻方法：快速降温时，开启总电磁阀4、第一电磁阀13、第四电磁阀21(其它的电磁阀都是关闭的)，气体从气源1出发，流经主管路2到第一压力控制管路10，再经低温进气管路23到达消融针38；然后再通过回气管路28到达耦合器换热后排出。

消融针通道1复温方法：开启总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18(其它的电磁阀都是关闭的)，气体从气源1出发，流经主管路2到第三压力控制管路14，再经复温管路20到达消融针38；然后再通过回气管路28到达耦合器换热后排出。

消融针通道1排气方法：排气即排出通道管路内的残余高压气体，冷冻复温时气体经消融针38回气管排出，但并不能排尽通道管路内的气体，这里通道管路是指由第四电磁阀21、第六电磁阀29以及消融针通道1内低温进气管所截取的管路，此段管路装有管路排气孔、第四压力测量装置22，排气管路30连接在排气孔上。排气时，关闭第四电磁阀21，开启第六电磁阀29(其它的电磁阀都是关闭的)，通道管路内的气体即可通过排气管路30排出。

由上可知，对于4个通道的不同功能，气瓶、总电磁阀4、第一电磁阀13、第二电磁阀9、第三电磁阀17是共用的，对于同一通道，冷冻、复温、排气功能不能同时使用。以上限制，增加了控制复杂度，控制方法需保证设备能完成预期功能而又方便快捷。

停止通道1的冷冻，不能直接将总电磁阀4、第一电磁阀13、第四电磁阀21关闭，首先需确认其余通道是否正在冷冻，如果其余通道正在冷冻，说明其也开启了总电磁阀4、第一电磁阀13，此时停止通道1的冷冻只能关闭第四电磁阀21；如果其余通道没有冷冻，还需确认其余通道是否正在复温，若其余通道正在复温，说明其也开启了总电磁阀4，此时停止通道1的冷冻只能关闭总电磁阀4、第一电磁阀13；如果其余通道既无冷冻又无复温，则停止通道1的冷冻关闭总电磁阀4、第一电磁阀13、第四电磁阀21。

停止通道1的复温，不能直接将总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18关闭，首先需确认其余通道是否正在复温，如果其余通道正在复温，说明其也开启了电磁阀总电磁阀4、第三电磁阀17，此时停止通道1的复温只能关闭第五电磁阀18；如果其余通道没有复温，还需确认其余通道是否正在冷冻，若其余通道正在冷冻，说明其也开启了总电磁阀4，此时停止通道1的复温只能关闭第三电磁阀17、第五电磁阀18；如果其余通道既无冷冻又无复温，则停止通道1的复温关闭总电磁阀4、第三电磁阀17、第五电磁阀18。

排气功能需要排尽气体的通道管路是3通，连接着通道1的冷冻管路、复温管路20。当通道管路内存有残余高压气体时，消融针38与设备的气体接口不能被解锁，解锁后消融针可能被冲出。因此，在进行消融针气体接口的解锁操作前，应进行排气。

冷冻功能和复温功能，对应压力调节装置的下限压力值不同，意味着通道管路的残余气体压力不同。冷冻功能结束后的残余气体压力高于复温结束后的残余气体压力。如果在冷冻功能结束后立即开启复温功能，会产生一个故障，即第一压力调节装置11输出口的压力会短暂高于其实际输出压力，这是由于通道管路内的残余气体造成的。基于以上，可在冷冻功能或复温功能完成后，立即执行一个排气操作。

气源压力测量装置3用于检测气瓶压力，当气瓶压力值低于第一下限压力值或第一下限压力值时，应提示手术不可继续。

第一压力测量装置12、第二压力测量装置8、第三压力测量装置16分别用于检测第一压力调节装置11、第二压力调节装置7、第三压力调节装置15的输出压力值，当手动调节压力调节装置的输出压力时，此压力值可反馈给调节者，方便调节对应压力调节装置的输出压力。同时，当压力调节装置调节完成后，可根据此压力值判断压力调节装置的输出压力是否在预定范围，判断减压阀的故障。

通道管路上设有若干用于检测此通道管路压力的压力传感器，当执行冷冻、复温功能时，此压力值可判断气体是否到达此处。如管路发生堵塞，则气体可能达到不了此处。当执行排气功能时，当此压力值接近0时，可知排气管路30内的气体已排尽。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (13)

1.一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，其特征在于，包括气源、控制系统和与所述控制系统连接的设备，所述设备包括：

主管路，所述主管路上设有气源接入口、气源压力测量装置和总电磁阀，所述气源接入口与所述气源连接，所述气源压力测量装置用于获取所述气源的气体压力，所述总电磁阀能够实现所述主管路的气体通断；

若干压力控制管路，包括第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路，所述第一压力控制管路、第二压力控制管路和第三压力控制管路的进气口均与所述主管路的出气口连接；所述第一压力控制管路上设有第一压力调节装置、第一电磁阀和第一压力测量装置；所述第二压力控制管路上设有第二压力调节装置、第二电磁阀和第二压力测量装置；所述第三压力控制管路上设有第三压力调节装置、第三电磁阀和第三压力测量装置；

若干冷冻管路，若干冷冻管路分别与若干消融针对应连接；所述冷冻管路包括低温进气管路和回气管路，所述低温进气管路的进气口分别与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连接，所述低温进气管路的出气口分别与所述消融针的进气口连接；所述回气管路的进气口与所述消融针的回气口连接，所述回气管路的排气口通入外界大气；所述低温进气管路的进气端设有第四电磁阀和第四压力测量装置，所述低温进气管路上设有至少一耦合器和至少一低温制冷机，所述耦合器和低温制冷机设置在所述回气管路上，每一所述低温进气管路中的气体可通过其上的所述耦合器先与所述回气管路中的气体进行热交换，再通过所述低温制冷机预冷的冷沉进行低温冷却；

若干复温管路，若干所述复温管路的进气口均与所述第三压力控制管路的出气口连接，若干所述复温管路的出气口分别与若干所述消融针的进气口连接；所述复温管路上设有第五电磁阀；

若干排气管路，所述低温进气管路与对应的一所述排气管路连接，所述排气管路的进气口位于所述第四电磁阀的出气侧，所述排气管路的排气口与外界大气相通；所述排气管路上设有第六电磁阀；

所述设备还包括至少一能量增强管路和至少一能量增强器，至少一所述能量增强器和至少一所述低温制冷机设置在所述能量增强管路上，所述能量增强管路的进气口与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连通，所述能量增强管路的出气口与外界大气相通；

所述气源中残余的余气可经过所述能量增强器和所述低温制冷机预冷后，再预冷所述低温制冷机中的蓄冷介质；

所述能量增强管路包括相连通的能量增强进气管路和能量增强回气管路，所述能量增强器和所述低温制冷机均包括连通在所述能量增强进气管路上的进气管道和连通在所述能量增强回气管路上的回气管道，所述能量增强进气管路的出气口和所述能量增强回气管路的回气口之间设有节流装置，所述能量增强进气管路的进气口与所述第一压力控制管路和第二压力控制管路的出气口连通，所述能量增强回气管路的排气口与外界大气连通；

所述能量增强进气管路上还设有第七电磁阀和第六压力测量装置，所述第七电磁阀和第六压力测量装置位于所述能量增强进气管路的进气侧；

所述能量增强进气管路上还设有所述排气管路，所述排气管路的进气口位于所述第七电磁阀的出气侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，其特征在于，所述低温制冷机的电机驱动器上设有加速度传感器，所述控制系统根据所述加速度传感器监测到的所述低温制冷机的振动情况，调节所述低温制冷机的工作电压；

若所述低温制冷机的工作电压降到一定程度，而所述低温制冷机的振动并没有衰减时，则停止所述低温制冷机工作。

3.根据权利要求1所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，其特征在于，所述回气管路上还设有泄压阀和第五压力测量装置，所述第五压力测量装置用于检测所述回气管路的压力，当所述回气管路压力高于设定值时，通过所述泄压阀泄压。

4.根据权利要求1所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，其特征在于，若干所述冷冻管路共用低温制冷机，所述低温制冷机上设置若干第一进气管道，若干所述第一进气管道分别与若干所述低温进气管路连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统，其特征在于，所述消融针上还设有电气接口，所述电气接口包括与所述控制系统连接的温度测量装置线、复温热电阻线、识别接口线；

所述控制系统包括压力测量模块、温度测量模块、开关模块、消融针锁紧模块、消融针识别模块，所述控制系统通过所述压力测量模块获取全部压力测量数据，通过所述温度测量模块获取全部的温度测量数据，通过所述开关模块控制所有的电磁阀和消融针复温电源的开关，所述开关模块还可检测所述复温热电阻线的通断，通过所述消融针锁紧模块来锁紧所述消融针与各管路的气体接口，通过所述消融针识别模块来识别消融针。

6.一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，能够在权利要求1-5中任一所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗系统内实施，其特征在于，包括：

消融针准备：在控制系统中将每个消融针被标记为已准备或异常，标记消融针已准备需满足消融针锁紧机构已锁紧、消融针温度可被采集到、复温电源可通、ID识别可用，以上任一条件不满足，则相应消融针被标记为异常；其中，消融针锁紧接口是锁紧消融针与设备的气体接口，通过锁紧机构将此接口锁紧；温度测量接口是消融针内温度传感器与控制系统内测温模块的接口；复温电源接口是消融针内复温线与复温电源输出线的接口，控制系统通过此接口控制复温电源是否接通；控制系统通过消融针识别接口可读取消融针的ID信息；

冷冻模式：若消融针的个数小于等于3，则先进行快速降温，再进行稳定工作；若消融针的个数大于3，则进行快速降温；其中，快速降温时，开启总电磁阀、第一电磁阀、第四电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第一压力控制管路，再经低温进气管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；稳定工作时，开启总电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第二压力控制管路，再经低温进气管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；

复温模式：开启总电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀，气体从气源出发，流经主管路到第三压力控制管路，再经复温管路到达消融针；然后再通过回气管路到达耦合器换热后排出；

排气模式：开启第六电磁阀，低温进气管路内的气体通过排气管路排出。

7.根据权利要求6所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，还包括：当气源压力测量装置检测到气源压力值低于预设的下限压力值时，提示气源压力低不能手术的信号。

8.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，同时使用的消融针数量越多，下限压力值越高。

9.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，快速降温时使用第一压力调节装置调节低温进气管路输出的气体压力为预设的第一下限压力值；稳定工作时使用第二压力调节装置调节低温进气管路输出的气体压力为预设的第二下限压力值，第一下限压力值大于第二下限压力值，且小于气源压力值；

复温时使用第三压力调节装置调节复温管路输出的气体压力为预设的第三下限压力值，第三下限压力值远低于第二下限压力值，气源压力能满足冷冻要求就可满足复温要求。

10.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，在进行消融针气体接口的解锁操作前，进行排气。

11.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，在冷冻或复温完成后，执行一个排气操作。

12.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，第一压力测量装置、第二压力测量装置、第三压力测量装置分别用于检测第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的输出压力值，手动调节第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置，控制系统根据压力值判断第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的输出压力是否在预定范围，进而判断第一压力调节装置、第二压力调节装置、第三压力调节装置的故障情况。

13.根据权利要求7所述的一种基于低温制冷机预冷的低温治疗控制方法，其特征在于，控制系统根据各路低温进气管路上的第四压力测量装置测得的压力值判断气体是否到达该处，当执行排气时，当压力值接近0时，则判断低温进气管路内的气体已排尽。