CN206044717U - 一种冷冻探针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷冻探针，属于医疗器械技术领域。所述冷冻探针包括：保温外壳与探针本体连接；微型热交换器设置于保温外壳内；微型热交换器的入口端与气体进气通路连通；微型热交换器的出口端与送气管的入口端连接；送气管的出口端伸入至探针本体的尖端，并且与气体回流通路连通；送气管的出口端设置有节流孔；探针本体内壁设置有真空隔热层；微型热交换器内部设置有气体限流芯；微型热交换器为外表面设置有螺旋翅片的管式换热器。本实用新型的冷冻探针容易加工制造，并且成本低、成品率高，可进行大规模产业化实施。

Description

一种冷冻探针

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种冷冻探针。

背景技术

氩氦刀低温手术系统是一种微创超低温冷冻消融肿瘤的医疗设备，主要由主机、冷冻探针(冷冻器)、高压气源及相应的附属结构组成，兼具超低温冷冻、介入热疗、免疫增强等多重治疗效果。它强调微创、靶向和彻底摧毁肿瘤，可精确定位和准确摧毁癌组织而又最大限度保护正常组织，为迅速杀灭肿瘤和消除肿瘤负荷提供有效治疗方法。其中，冷冻探针是一根中空的不锈钢针，探针内部可循环高压常温氩气(用于制冷)或高压常温氦气(用于制热)。高压氩气在刀尖内部急速膨胀可获得制冷(焦耳-汤姆逊效应)，在几十秒内冷冻病变组织至-100℃以下。高压氦气在刀尖内部急速膨胀可制热，快速加热处于结冰状态的病变组织，使其细胞破裂，达到迅速灭活的目的。

美国ENDOCARE公司生产的CRYOCARE系统公开了一种冷冻探针，该冷冻探针的主要结构包括冷冻探针1、焦耳-汤姆逊节流孔2、真空隔热层3、气体回流通路4、微型双螺旋热交换器5、保温外壳6、气体阻流棒7和气体进气通路8，如图1所示。微型热交换器是冷冻探针的关键部件，它的换热效率直接影响冷冻能力，同时由于使用条件的限定，要求它的体积要小。美国ENDOCARE公司的冷冻探针采用的微型热交换器为双螺旋翅片管热交换器，它的优点是体积小、热交换效率高。由图1可见，氩气经由气体进气通路8流入双螺旋翅片管热交换器5，从焦耳-汤姆逊节流孔2喷射出，喷射出的低温氩气经由气体回流通路4，从双螺旋翅片管热交换器5的外部翅片流过，对新进入双螺旋翅片管热交换器5的氩气预冷，然后排出。真空隔热层3为回流的低温氩气保温，同时也防止冷冻探针杆部分结冰，冻坏正常组织。保温外壳6和气体阻流棒7之间是双螺旋翅片管热交换器5，使得回流低温氩气全部经由双螺旋翅片管热交换器5流过，提高热交换效率。由于冷冻探针的体积有限，因此双螺旋翅片管热交换器的长度在50-80mm、直径5mm以内。但是，由于双螺旋翅片管热交换器结构的特殊性(如图2所示)，使得此种结构的生产工艺非常复杂，产量低、次品率高，直接导致制造成本的增加，极大地制约了医用冷冻探针的产业化实施。

实用新型内容

为了解决现有医用冷冻探针的微型热交换器的生产工艺复杂，导致的医用冷冻探针产业化实施困难等问题，本实用新型提供了一种冷冻探针，包括保温外壳、探针本体、微型热交换器、送气管、气体限流芯、气体进气通路和气体回流通路；所述保温外壳与所述探针本体连接；所述微型热交换器设置于所述保温外壳内；所述微型热交换器的入口端与所述气体进气通路连通；所述微型热交换器的出口端与所述送气管的入口端连接；所述送气管的出口端伸入至所述探针本体的尖端，并且与所述气体回流通路连通；所述送气管的出口端设置有节流孔；所述探针本体内壁设置有真空隔热层；所述微型热交换器内部设置有所述气体限流芯；所述微型热交换器为外表面设置有螺旋翅片的管式换热器。

所述气体限流芯的两端为圆锥形或斜面。

所述气体限流芯的外表面设置有螺旋式凹槽。

所述微型热交换器与保温外壳内壁之间形成螺旋式通路。

本实用新型提供的冷冻探针，通过使用易于加工的微型热交换器(螺旋翅片的管式换热器)，使得冷冻探针容易加工制造，并且成本低、成品率高，可进行大规模产业化实施。

附图说明

图1是现有技术冷冻探针的剖视结构原理示意图；

图2是图1所示冷冻探针使用的微型双螺旋热交换器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例冷冻探针的剖视结构原理示意图；

图4是本实用新型实施例冷冻探针使用的微型热交换器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例冷冻探针的保温外壳与微型热交换器的安装示意图；

图6是本实用新型实施例冷冻探针的气体限流芯的平面结构示意图；

图7是本实用新型实施例冷冻探针的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。

参见图3，本实用新型实施例提供了一种冷冻探针，包括保温外壳26、探针本体21、微型热交换器25、送气管29、气体限流芯27、气体进气通路28和气体回流通路24。其中，保温外壳26与探针本体21连接；微型热交换器25设置于保温外壳26内；微型热交换器25的入口端与气体进气通路28连通；微型热交换器25的出口端与送气管29的入口端连接；送气管29的出口端伸入至探针本体21的尖端，并且与气体回流通路24连通；送气管29的出口端设置有节流孔22(焦耳-汤姆逊孔)；探针本体21内壁设置有真空隔热层23，真空隔热层23用于对回流的低温氩气进行保温，同时还保证探针本体非冷冻区域不产生低温，阻止冻坏非目标区域的正常人体组织；微型热交换器25内部设置有气体限流芯27。

参见图4，本实用新型实施例冷冻探针使用的微型热交换器25为外表面设置有螺旋翅片的管式换热器。这种结构形式的微型热交换器，可以使用车床或铣床在厚壁紫铜管上加工出螺旋翅片来获得。相比于美国ENDOCARE公司的冷冻探针使用的双螺旋翅片管热交换器，本实用新型实施例的螺旋翅片的管式换热器的制造工艺比较简单，并且成本低、成品率高，更易于微型热交换器的加工制造，使得冷冻探针的制造得以大规模产业化实施。进一步地，由紫铜制造而成的微型热交换器具有良好的导热率，能够有效地提高热交换效率。

参见图5，本实用新型实施例的微型热交换器25插入保温外壳26内，保温外壳26的内径与微型热交换器25外部翅片的直径相同，在微型热交换器25与保温外壳26内壁之间形成螺旋式通路。在具体应用中，保温外壳26的保温材料可选用陶瓷纤维、铝箔，这样不仅可以防止冷量传导到外部而产生意外冻伤，而且还可以对回流的低温氩气进行有效保温，降低冷量浪费。

参见图3和图6，气体限流芯27可由紫铜或其他金属加工而成，用于使进入的气体从气体限流芯27与微型热交换器25内壁之间的间隙经过，目的是保证流入微型热交换器25内部的气体尽可能地从微型热交换器25的内壁流过，以达到充分热交换的目标。如果没有气体限流芯27，那么一部分气体会因未与微型热交换器内壁接触或接触不充分，导致热交换效率下降，从而影响探针本体的尖端形成的低温冷冻区域的温度。气体限流芯27是保证热交换效率的关键组件，其两端可为圆锥型或斜面，以便减少气体流过的阻力。进一步地，还可以在气体限流芯27的外表面用机床加工出螺旋式凹槽271，这样一部分气体会沿气体限流芯27的外表面以螺旋方式流过，增加热交换时间，提高热交换效率。在具体应用中，气体限流芯27的外径比微型热交换器25的内径略小，以保证气体限流芯27与微型热交换器25之间有足够的间隙保证气体的流量。

本实用新型实施例提供的冷冻探针的工作原理为：高压常温氩气通过气体进气通路进入微型热交换器进行热交换，经过热交换后的高压常温氩气通过送气管的出口端的节流孔向探针本体的尖端喷射出低温低压氩气，使探针本体的尖端形成低温冷冻区域；低温低压氩气通过气体回流通路与微型热交换器内的氩气进行热交换，经过热交换后的低温低压氩气释放到大气。

参见图3和图7，在具体应用过程中，高压常温氩气通过气体进气通路28进入微型热交换器25内部，在气体限流芯27的作用下，高压常温氩气经过气体限流芯27与微型热交换器25内壁之间的间隙进行热交换，经过热交换后的高压常温氩气通过送气管29的出口端的节流孔22(焦耳-汤姆逊孔)向探针本体21的尖端喷射出低温低压氩气，使探针本体21的尖端形成低温冷冻区域，使冷冻区域的温度降低。氩气节流后由高压氩气变为低压氩气，同时温度会下降30-50℃左右，节流孔22喷射出的低温低压氩气由气体回流通路24回流。回流的低温低压氩气在微型热交换器25外部螺旋翅片与保温外壳26内壁形成的螺旋式通路中流过，对新进入微型热交换器25内部的氩气冷却，热交换后的低温低压氩气释放到大气。

本实用新型实施例的热交换过程是个正反馈过程：常温20℃的氩气经过节流后，温度下降几十度，回流的低温氩气将新进入的高压氩气进行热交换冷却，这样新流入的经过热交换冷却过的高压氩气从节流孔喷射出，进而喷射出的氩气温度进一步降低几十度，更低温度的低压氩气回流再对后续进入的高压氩气通过热交换继续降温。在这样的正反馈过程中，冷冻区域的温度会快速下降至-150℃左右达到极限平衡状态。

本实用新型实施例提供的冷冻探针，通过使用易于加工的微型热交换器(螺旋翅片的管式换热器)，使得冷冻探针容易加工制造，并且成本低、成品率高，可进行大规模产业化实施。本实用新型实施例的微型热交换器由紫铜制造而成，具有良好的导热率，能够有效地提高热交换效率。本实用新型实施例的气体限流芯外表面具有螺旋式凹槽，使得气体以螺旋方式流过，增加热交换时间，提高热交换效率。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种冷冻探针，其特征在于，包括保温外壳、探针本体、微型热交换器、送气管、气体限流芯、气体进气通路和气体回流通路；所述保温外壳与所述探针本体连接；所述微型热交换器设置于所述保温外壳内；所述微型热交换器的入口端与所述气体进气通路连通；所述微型热交换器的出口端与所述送气管的入口端连接；所述送气管的出口端伸入至所述探针本体的尖端，并且与所述气体回流通路连通；所述送气管的出口端设置有节流孔；所述探针本体内壁设置有真空隔热层；所述微型热交换器内部设置有所述气体限流芯；所述微型热交换器为外表面设置有螺旋翅片的管式换热器。

2.如权利要求1所述的冷冻探针，其特征在于，所述气体限流芯的两端为圆锥形或斜面。

3.如权利要求1所述的冷冻探针，其特征在于，所述气体限流芯的外表面设置有螺旋式凹槽。

4.如权利要求1所述的冷冻探针，其特征在于，所述微型热交换器与保温外壳内壁之间形成螺旋式通路。