CN209332253U - 一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，包括气源单元、输送单元、控制单元、连接单元和冷冻单元，其中：输送单元包括制冷剂容纳罐、制冷剂、第一控制阀、第二控制阀、流量控制阀、输送管、进气管、回气管，输送管包括冷冻管路、复温管路和冷冻盘管；流量控制阀被设置在输送管的输入端上，其一端通过输送管与气源单元的输出口密封连通，另一端分别与冷冻管路和复温管路的输入口密封连通；连接单元包括进气接头和回气接头；冷冻单元包括消融单元和管体，消融单元包括球囊和热电偶；控制单元分别与第一控制阀、第二控制阀、流量控制阀和热电偶电连接；通过控制流量控制阀来自动调控输出的流量，从而保证对冷冻温度的有效控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及冷冻消融领域，具体涉及一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统。
背景技术
冷冻消融(Cryoablation)是通过低温使得细胞内外形成冰晶从而杀伤或破坏细胞。冷冻消融术是基于导管介入治疗中一种被广泛使用的治疗方式。例如，冷冻消融可用于消融肺静脉前庭，导致肺静脉电隔离，从而治疗心房颤动；冷冻消融可用于消融肾动脉交感神经，从而治疗顽固性高血压；冷冻消融术还可用于消融肿瘤、治疗动脉血管狭窄等领域。在这些冷冻治疗过程中，冷冻消融术可经人体管腔推送可扩张的囊体至靶组织来传递冷冻介质。
现有的冷冻消融导管多是将导管远端的冷冻单元输送至治疗位置，通过低温传导实施冷冻消融。例如：美敦力公司的Arctic Front及后续改进型号是通过被充盈的球囊贴靠肺静脉口，当液态制冷剂(N2O)在球囊中喷射气化时，大量吸收周围热量，使得目标消融组织温度降低形成永久性的电传导阻断，破坏心肌细胞从而实现消融目的。肺静脉电隔离术是治疗房颤常见的手术方式，冷冻消融导管的诞生使得肺静脉电隔离术更加简单便捷，但由于左心房空间有限，且冷冻消融位置仅限于肺静脉前庭，而冷冻能量可以向周围区域扩张，除了消融目标位置(肺静脉前庭)外，也影响周边的组织，如膈神经、迷走神经、食道、支气管等。现有的冷冻消融过程中冷量传递很难加以调控，这就会造成冷冻过深或冷冻消融不足等问题。若冷冻过深，会导致有相关的并发症或后遗症；若冷冻温度过高，则冷冻消融不彻底，容易复发。因此，冷冻消融的温度需要严格控制。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型设计了一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统。在手术过程中，如果冷冻性能出现稍许波动，该系统可通过流量控制阀自动调控，从而保证冷冻消融单元的冷量及温度，控制被消融组织的区域或冷冻深度，提高产品的安全性及有效性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，包括气源单元、输送单元、控制单元、连接单元和冷冻单元，其中：
所述输送单元包括制冷剂容纳罐、容纳在所述制冷剂容纳罐内的制冷剂、第一控制阀、第二控制阀、流量控制阀、输送管、进气管、回气管，所述输送管包括冷冻管路、复温管路和冷冻盘管；所述冷冻盘管被设置在制冷剂容纳罐内的制冷剂中；所述冷冻盘管的两端分别与所述冷冻管路密封连通；所述第二控制阀被设置在所述冷冻管路的出口端上；所述第一控制阀被设置在所述复温管路的入口端上；所述流量控制阀被设置在所述输送管的输入端上，所述流量控制阀的一端通过输送管与所述气源单元的输出口密封连通，所述流量控制阀的另一端分别与所述冷冻管路和所述复温管路的输入口密封连通，所述冷冻管路与所述复温管路并联设置；
所述控制单元分别与第一控制阀、第二控制阀和流量控制阀电连接；
所述连接单元包括进气接头和回气接头，所述输送单元通过所述连接单元与所述冷冻单元连通；
所述冷冻单元包括消融单元和管体；所述消融单元包括球囊和固定在所述球囊上的热电偶，所述热电偶与所述控制单元电连接。
本发明的目的还可以通过以下技术方案来进一步实现：
在一个实施方式中，所述热电偶被设置在所述球囊的内表面。
在一个优选的实施方式中，所述热电偶为多组，被分别设置在所述球囊的近端和/或远端位置。
在一个实施方式中，在所述冷冻管路的入口端上设置第三控制阀。
在一个实施方式中，在所述气源单元的输出口设置有压力控制阀，所述压力控制阀的输入端与所述气源单元的输出口密封连通，所述压力控制阀的输出端与所述流量控制阀的输入端密封连通，所述控制单元与所述压力控制阀电连接。
在一个实施方式中，所述进气管的一端分别与所述冷冻管路及所述复温管路的输出口密封连通，所述进气管的另一端与进气接头密封连通；所述回气管的一端与回气接头密封连通，所述回气管的另一端与大气连通或伸入所述制冷剂容纳罐内。
在一个实施方式中，所述进气接头的一端与进气管密封连通，所述进气接头的另一端与设置在所述管体内的输入管连通；所述回气接头的一端与所述回气管密封连通，所述回气接头的另一端与设置在所述管体的输出管连通。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：
1、本实用新型的冷冻消融系统在输送管的输入端上设置有流量控制阀，可通过改变流量控制阀的开度来自动调控输出的流量，从而控制冷冻单元的冷量输出，保证对冷冻温度的有效控制，并使冷冻温度保持均衡，进而控制被消融组织的区域或冷冻深度，提高产品的安全性及有效性。
2、本实用新型的冷冻消融系统在球囊上设置有热电偶，热电偶可以为多组且分布在球囊的近端和/或远端位置，用于开启冷冻功能时测试球囊的表面温度，使医生或操作者实时掌握冷冻信息，并可做出相应的调整。
3、本实用新型的冷冻消融系统在气源单元的输出口设置有压力控制阀，压力控制阀可调节及限制输入输送管内的压力值，压力控制阀与流量控制阀的配合作用能够更有效、可更精准和更安全地实现流量的调节，满足所需的消融温度及降温速率等功能。
附图说明
图1是本实用新型的冷冻消融系统的整体结构示意图。
图2是在本实用新型的冷冻消融系统中设置第三控制阀的结构示意图。
图3是在本实用新型的冷冻消融系统中设置压力控制阀的结构示意图。
图4a-4b是本实用新型的冷冻消融系统的不同流量条件下的降温曲线及目标温度的定量关系曲线图，其中4a为不同流量下降温曲线；图4b为流量与目标温度的定量关系曲线。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例一
一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，如图1所示，包括气源单元1，输送单元2，控制单元3，连接单元4和冷冻单元5，所述输送单元2通过所述连接单元4与所述冷冻单元 5连通，其中：
所述输送单元2包括制冷剂容纳罐21、容纳在所述制冷剂容纳罐内的制冷剂22、第一控制阀231、第二控制阀232、流量控制阀24、输送管25、进气管26、回气管27，所述输送管25包括冷冻管路251、复温管路252和冷冻盘管253；所述冷冻盘管253被设置在制冷剂容纳罐21内的制冷剂22中，制冷剂22淹没冷冻盘管253顶部；所述冷冻盘管253的两端分别与所述冷冻管路251密封连通；所述第二控制阀232被设置在所述冷冻管路251的出口端上，两端分别与冷冻管路251密封连通；所述第一控制阀231被设置在所述复温管路252的入口端上，其两端分别与复温管路252密封连通；所述流量控制阀24被设置在所述输送管25的输入端上，其两端分别与输送管25密封连通；所述流量控制阀24的一端通过输送管25与所述气源单元1的输出口密封连通，所述流量控制阀24的另一端分别与所述冷冻管路251和所述复温管路252的输入口密封连通，所述冷冻管路251与所述复温管路252并联设置；所述连接单元4包括进气接头41和回气接头42，所述进气管26的一端分别与所述冷冻管路251 及所述复温管路252的输出口密封连通，另一端与进气接头41密封连通；所述回气管27的一端与回气接头42密封连通，所述回气管27的另一端与大气连通；所述冷冻单元5包括消融单元51和管体52；所述消融单元51包括球囊511和固定在所述球囊511上的热电偶512，热电偶512通过胶粘被固定在球囊511的内表面，热电偶512与控制单元3电连接，并通过控制单元3实时监测，以测试冷冻或复温功能时球囊511的表面温度，在一个优选的实施方式中，所述热电偶512为多组，被分别设置在所述球囊511的近端和/或远端位置，所述球囊 511的远端密封，所述球囊511的近端与所述管体52的远端密封连接，所述管体52的内腔与所述球囊511流体连通。所述控制单元3分别与第一控制阀231、第二控制阀232、流量控制阀24和热电偶512电连接，控制单元3通过反馈信息实施对各部件的调节与控制，从而实现冷量及温度的有效控制。气体由气源单元1输出，经流量控制阀24、输送管25、进气管 26以及进气接头41输入至球囊511，再由球囊511输出经回气接头42与回气管27排入空气中或进入制冷剂容纳罐21内，完成冷冻或复温循环。
启动冷冻功能时，本实用新型的冷冻消融系统由控制单元3发出指令使第二控制阀232 开启，流量控制阀24启动监测；冷冻管路251和冷冻盘管253与进气管26相通，同时第一控制阀231关闭，复温管路252关闭。气体从气源单元1输出，通过流量控制阀24经输送管25的冷冻管路251的输入侧到达冷冻盘管253，在制冷剂22的作用下，冷冻盘管253内的常温气体被预冷后以液态的形式输出，低温介质经冷冻管路251的输出侧输入第二控制阀232及进气管26，通过连接单元4的进气接头41经设置在冷冻单元5的管体52的管腔内的输入管到达消融单元51，实现冷冻功能后由消融单元51输出，经设置在管体52的管腔内的输出管以及回气接头42输入回气管27排放于空气中，完成冷冻循环。关闭冷冻功能时，系统由控制单元3发出指令使第二控制阀232关闭，同时流量控制阀24的数据自动清零。
启动复温功能时，本实用新型的冷冻消融系统由控制单元3发出指令使第一控制阀231 开启，同时第二控制阀232关闭，冷冻通路251关闭，流量控制阀24启动监测；气体从气源单元1输出，经流量控制阀24和第一控制阀231由输送管25的复温通路252输入进气管26，然后通过连接单元4的进气接头41经设置在冷冻单元5的管体52的管腔内的输入管到达消融单元51，实现复温功能后由消融单元51输出，经设置在管体52的管腔内的输出管以及回气接头42输入回气管27排放于空气中，完成复温循环。关闭复温功能时，流量控制阀24的数据自动清零；同时关闭第一控制阀231。
由于消融单元51在进行冷冻消融时需要贴壁封堵被消融的组织，为了减少所需的冷冻时间及降低风险，消融单元51应尽可能快速冷冻，而通常冷冻单元5为常温器械，在初始冷冻过程中，低温介质输入时存在较大阻力，需要先预冷使冷冻单元5缓慢降温，冷却到一定温度时，管体52内循环输入的低温介质才逐渐通畅。低温介质由于在球囊511内喷射释放时产生相变，大量吸收周围的热量，使得目标消融组织温度降低从而实现冷冻消融的目的。为防止冷冻区域过大、冷冻过深或冷冻消融不彻底而造成的一系列后遗症或并发症等情况，则需要对冷冻消融的温度严格控制。此外，由于球囊511为高分子材料，其硬度及耐压值都不及金属，球囊511内无法承受较大负载，而低温介质在球囊511内喷射气化时体积会瞬间膨胀数百倍，若输入的流量较大则容易使球囊511爆破，造成事故；若输入的流量较小则低温介质达不到气化临界点，无法实现冷冻消融。因此，合理控制流量的输入是至关重要。经研究表明，冷冻降温速率与输入的流量值密不可分，通过调节输入流量的大小可有效控制冷冻降温的速率，实现快速、安全的冷冻。基于此，本实用新型的冷冻消融系统在输送管的输入侧设置流量控制阀24，利用其改变节流口液阻的大小来控制输出的流量值，从而控制消融单元 51的冷量以实现对冷冻温度的有效控制。冷冻消融时，通过控制单元3的反馈信息实时监测球囊511的表面温度，若测试值高于额定温度可通过控制单元3增大流量控制阀24的输入流量，使冷冻温度下降；若测试温度值低于额定温度可通过控制单元3减小流量控制阀24的输入流量，使冷冻温度上升，并通过反馈的信息持续调整，使其测试的温度控制在安全范围且波动幅度小，保证冷量及温度的均衡，控制冷冻消融的区域及深度，提高产品性能。图4a和图4b是不同流量情况下的降温曲线及目标温度的定量关系曲线图，其中，图4a为不同流量下降温曲线，流量越大，降温越快，温度越低。图4b为流量与目标温度的定量关系曲线，随着流量的增加，冷冻消融目标温度明显降低。因此，利用图4a和图4b中流量与温度间的定量关系，就可以通过流量调节改变冷冻消融的温度及降温速率。通过流量调节改变冷冻消融温度及降温速率可以避免消融温度过低或过高，实现针对特定冷冻消融靶点所需消融温度条件，在不对周边正常组织产生不可逆损伤的前提下进行有效冷冻消融。提高了产品安全性及有效性。在初始冷冻时通过控制单元3设置流量控制阀24输出为较大流量，使冷冻单元5迅速降温，促使低温介质在球囊511内喷射释放时即刻产生相变，快速气化，减少冷冻所需时间；低温介质在球囊511内气化之前流量值会明显增大，控制单元3根据反馈信息及时发出指令使流量控制阀24实施自动调节，限制流量控制阀24的开度大小，使输出的流量值控制在目标范围，且低温介质输入至球囊511内即刻产生相变，从而既加速了冷冻单元51的气化时间又保证球囊511不超压，提高了产品的安全性及有效性，结构简单，操作方便，成本较低，可控性好。
此外，本实用新型的冷冻消融系统在球囊511的内表面设置有热电偶，用于冷冻功能时测试球囊511的表面温度，使医生或操作者实时掌握冷冻信息，并可做出相应的调整。由于冷冻消融过程中需要冷冻性能保持均衡，而热电偶512测试的温度可侧面反映出冷冻性能的优劣。冷冻循环时，受内在或外在因素的影响，冷冻性能通常有一定的波动，而波动的幅度反映出球囊511表面温度及冷量的变化，消融单元51的冷冻温度则决定了手术的成功或失败。经研究表明，冷冻温度过低会引发一系列后遗症或并发症，使患者造成额外的伤害，不利于产品的推广及普及，而通过控制单元3根据监测及反馈的温度信息来自动调整流量控制阀24 输出的流量，可有效预防冷冻过深或消融不彻底的情况，医生或操作者也可适当的调整消融单元51的冷冻消融时间及冷冻循环次数，确保手术的功效。
实施例2
本实施例与实施例一的不同之处在于：如图2所示，在冷冻管路251的输入侧设置有第三控制阀233，第三控制阀233的两端分别与冷冻管路251密封连通；以及所述回气管27的一端与回气接头42密封连通，所述回气管27的另一端伸入所述制冷剂容纳罐21内。
启动冷冻功能时，由控制单元3发出指令使第二控制阀232和第三控制阀233开启，流量控制阀24启动监测，同时第一控制阀231关闭，气体从气源单元1输出，通过流量控制阀24经设置在冷冻管路251的输入侧的第三控制阀233到达冷冻盘管253，在制冷剂22的作用下，冷冻盘管253内的常温气体被预冷后以液态的形式输出，低温介质经冷冻管路251的输出侧输入第二控制阀232及进气管26，通过连接单元4的进气接头41经设置在冷冻单元5 的管体52的管腔内的输入管到达消融单元51，实现冷冻功能后由消融单元51输出，经设置在管体52的管腔内的输出管以及回气接头42输入制冷剂容纳罐21中，完成冷冻循环。关闭冷冻功能时，系统由控制单元3发出指令使第二控制阀232和第三控制阀233关闭，同时流量控制阀24的数据自动清零。
启动复温功能时，本实用新型的冷冻消融系统由控制单元3发出指令使第一控制阀231 开启，同时第二控制阀232和第三控制阀233关闭，使得复温气体不会经过冷冻管路251。由于复温管路252与冷冻管路251并联设置，而第二控制阀232被设置在冷冻管路251的出口端上，如果不设置第三控制阀233，复温时，气源单元1输出的气体有部分经冷冻管路251 输入冷冻盘管253，而复温气体的分散，不仅会影响复温的效果还可能使冷冻盘管251造成堵塞。开启复温功能，流量控制阀24启动监测；气体从气源单元1输出，经流量控制阀24和第一控制阀231由输送管25的复温通路252输入进气管26，然后通过连接单元4的进气接头41经设置在冷冻单元5的管体52的管腔内的输入管到达消融单元51，实现复温功能后由消融单元51输出，经设置在管体52的管腔内的输出管以及回气接头42通过回气管27输入制冷剂容纳罐21中，完成复温循环。关闭复温功能时，流量控制阀24的数据自动清零；同时关闭第一控制阀231。
实施例3
本实施例与实施例二的不同之处在于：如图3所示，在所述气源单元1的输出口设置有压力控制阀28，用于调节及限制输送管25的输出压力值，辅助流量控制阀24实现更安全、更精确的流量调节及控制，从而有效控制消融单元51的冷量及表面温度。所述压力控制阀 28的输入端与所述气源单元1的输出口密封连通，所述压力控制阀28的输出端与所述流量控制阀24的输入端密封连通。所述控制单元3与所述压力控制阀28电连接。由于冷冻性能存在波动较大的情况，若单独使用流量控制阀24实施调节会使其承受较大的负载，长时间工作会造成流量控制阀24或设备(系统)损坏，严重的还可能使患者受到损伤，造成意外事故，通过设置压力控制阀28，使其首先实施自动调节，限制大部分超出安全范围的压力值，再通过流量控制阀24进行微调，精确控制输出的流量值，使用两个控制阀相互配合调节，更有效、可更精准和更安全地完成流量的控制，保证输入至球囊511内流量的均衡，使得球囊511表面温度控制在较佳的范围，促使冷冻性能良好。
以上所述仅为本新型的较佳的实施例而已，并不用于限制本新型，凡在本新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，包括气源单元(1)、输送单元(2)、控制单元(3)、连接单元(4)和冷冻单元(5)，其特征在于：
所述输送单元(2)包括制冷剂容纳罐(21)、容纳在所述制冷剂容纳罐(21)内的制冷剂(22)、第一控制阀(231)、第二控制阀(232)、流量控制阀(24)、输送管(25)、进气管(26)、回气管(27)，所述输送管(25)包括冷冻管路(251)、复温管路(252)和冷冻盘管(253)；所述冷冻盘管(253)被设置在制冷剂容纳罐(21)内的制冷剂(22)中；所述冷冻盘管(253)的两端分别与所述冷冻管路(251)密封连通；所述第二控制阀(232)被设置在所述冷冻管路(251)的出口端上；所述第一控制阀(231)被设置在所述复温管路(252)的入口端上；所述流量控制阀(24)被设置在所述输送管(25)的输入端上，所述流量控制阀(24)的一端通过输送管(25)与所述气源单元(1)的输出口密封连通，所述流量控制阀(24)的另一端分别与所述冷冻管路(251)和所述复温管路(252)的输入口密封连通，所述冷冻管路(251)与所述复温管路(252)并联设置；
所述控制单元(3)分别与第一控制阀(231)、第二控制阀(232)和流量控制阀(24)电连接；
所述连接单元(4)包括进气接头(41)和回气接头(42)，所述输送单元(2)通过所述连接单元(4)与所述冷冻单元(5)连通；
所述冷冻单元(5)包括消融单元(51)和管体(52)，所述消融单元(51)包括球囊(511)和固定在所述球囊(511)上的热电偶(512)，所述热电偶(512)与所述控制单元(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，所述热电偶(512)被设置在所述球囊(511)的内表面。
3.根据权利要求2所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，所述热电偶(512)为多组，被分别设置在所述球囊(511)的近端和/或远端位置。
4.根据权利要求1所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，在所述冷冻管路(251)的入口端上设置第三控制阀(233)。
5.根据权利要求1所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，在所述气源单元(1)的输出口设置有压力控制阀(28)，所述压力控制阀(28)的输入端与所述气源单元(1)的输出口密封连通，所述压力控制阀(28)的输出端与所述流量控制阀(24)的输入端密封连通，所述控制单元(3)与所述压力控制阀(28)电连接。
6.根据权利要求1所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，所述进气管(26)的一端分别与所述冷冻管路(251)及所述复温管路(252)的输出端密封连通，所述进气管(26)的另一端与进气接头(41)密封连通；所述回气管(27)的一端与回气接头(42)密封连通，所述回气管(27)的另一端与大气连通，或者所述回气管(27)的另一端伸入所述制冷剂容纳罐(21)内。
7.根据权利要求1所述的利用流量控制冷冻温度的冷冻消融系统，其特征在于，所述进气接头(41)的一端与进气管(26)密封连通，所述进气接头(41)的另一端与设置在所述管体(52)内的输入管连通；所述回气接头(42)的一端与所述回气管(27)密封连通，所述回气接头(42)的另一端与设置在所述管体(52)的输出管连通。
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