FR2484244A1 - Cryosonde thermo-electrique - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS UTILISANT L'EFFET THERMO-ELECTRIQUE. LA CRYOSONDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE COMPORTANT UN THERMO-ELEMENT FRIGORIFIQUE A SEMI-CONDUCTEURS ET UNE MANETTE 2 COMPOSEE DE DEUX MOITIES 3, 4 ELECTRIQUEMENT ISOLEES, ET EST CARACTERISEE EN CE QUE L'UNE DES EXTREMITES DE LA MANETTE VA EN SE RETRECISSANT ET QUE SUR LA FACE EN BOUT EST MONTE UN THERMO-ELEMENT FRIGORIFIQUE 1 A SEMI-CONDUCTEURS, DONT LA HAUTEUR NE DEPASSE PAS LE RAYON ET QUI EST RELIE A UNE LAME DE COMMUTATION 10 DONT LA SURFACE CONSTITUE LA SURFACE DE TRAVAIL DE LA CRYOSONDE THERMO-ELECTRIQUE, LES MOITIES PRECITEES DE LADITE MANETTE ETANT FABRIQUEES EN UN MATERIAU POSSEDANT UNE HAUTE CONDUCTIBILITE THERMIQUE. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT POUR LA MISE AU POINT DE CRYOSONDES MINIATURISEES DESTINEES A ETRE UTILISEES EN MEDECINE, EN PARTICULIER AU COURS DES INTERVENTIONS OPHTALMOLOGIQUES.

Description

La présente invention a trait aux dispositifs frigorifiques thermo-
électriques et a notamment pour
objet une cryosonde thermo-électrique.
L'invention pourra être utilisée notamment pour la mise au point de cryosondes miniaturisées, destinées à être utilisées en médecine, en particulier au cours
des interventions ophtalmologiques.
A l'heure actuelle, les cryosondes médicales lesplus largement employées sont celles utilisant un agent frigorifique gazeux ou fluide (acide carbonique, fréons,
azote liquide et autres), ces cryosondes pouvant être clas-
sées en deux grands types, plus précisément, celles à alimentation discrète en agent frigorifique, et celles à
alimentation continue.
Les appareils du premier type mentionné ci-dessus se présentent sous forme d'un réservoir préalablement rempli' d'agent frigorifique liquide qui refroidit une
tige métallique. Cette dernière constitue justement l'or-
gane de travail de la cryosonde. Ainsi, au cours de son utilisation directe dans une intervention chirurgicale, la température de l'organe de travail n'est pas commandée et est, en général assez basse (en-dessous
de -40oc).
Le réchauffement de l'appareil en cas d'apparition d'une complication dangereuse au cours de l'intervention (congélation profonde, congélation des tissus voisins,etc) est réalisé dans la majorité des cas au moyen d'un liquide
stérile chaud, amené directement dan Sa zone de congélation.
Le processus de réchauffement est assez long (des dizaines de secondes), et pour être utilisée à nouveau dans cette intervention la cryosonde doit être
chargée d'agent frigorifique.
L'apparition fréquente des complications mentionnées est favorisée par le fait que l'on introduit dans le champ opératoire ladite cryosonde préalablement refroidie, ainsi que par le fait que l'organe de travail a des
faces latérales refroidies.
Les cryosondes à alimentation continue en agent frigorifique sont nettement plus perfectionnées, mais
sont également deconception beaucoup plus compliquées.
Dans ce cas on utilise des appareils à gaz complexes,
l'entretien technique de ladite cryosonde et sa prépara-
tion pour l'intervention chirugicale deviennent plus compliqués, et on a besoin de façon permanente d'une
réserve importante d'agent frigorifique.
Dans les années 60 on a proposé une cryosonde mé -
dicale utilisant le procédé thermo-électrique de refroi-
dissementbasé sur l'effet de Pelt (voir, par exemple la publicaton de I.K. Poltinnikov, E.A. Kolenko: "Extraction intracapsulaire de la cataracte au moyen d'un appareil semi-conducteur" "Ophtalmologuitchesky
Journal, No 8, 1964, pp. 563-566).
Cette cryosonde thermo-électrique médicale comport un thermo-élément à semi-conducteurs et une manette composée de deux moitiés, sur lesquelles sont montées
les branches p et n du thermo-élément.
La puissance frigorifique du thermo-élément se concentre sur la surface de travail de la cryosonde, celle-ci consistant en un embout métallique concentrateur fixé sur la plaque de commutation du thermo-élément. De la sorte on obtient à la surface de travail de la cryosonde le rendement frigorifique spécifique nécessaire à la congélation. Dans les cryosondes mentionnées, on réalise l'évacuation de la chaleur des soudures chaudes du thermo-élément en utilisant de l'eau courante circulant dans les cavités de la manette. Dans ce cas aussill'embout métallique concentrateur massif est à l'origine de la grande inertie thermique de la cryosonde. Ainsilpour être refroidie ladite cryosonde doit être branchée 3 minutes avant la congélation des tissus. Pour cette raison} il est nécessaire d'introduite dans le champ opératoire la cryosonde préalablement refroidiejet possédant outre la surface de travail1d'importantes surfaces latérales refroidies. Comme mentionné plus haut, toutes ces circonstances créent un risque d'apparition de complications opératoires, particulièrement quand il s'agit d'une intervention ophtalmologique, dans des conditions de champ opératoire
de très petites dimensions.
Dans les conditions ci-dessus décrites, les tuyaux flexibles de refroidissement par eau, amenant l'eau dans la manette de la cryosonde, compliquent sensiblement
les manipulations de l'appareil.
Le but de la présente invention est d'éliminer
les inconvénients mentionnés ci-dessus.
On s'est donc proposé de mettre au point unes cryosonde thermo-électrique miniaturisée à faible inertie et à système de refroidissement électronique, réalisé grâce à l'élaboration d'un nouveau circuit
thermique de la cryosonde.
La solution consiste en ce que,dans une cryosonde thermo-électrique du type comportant un thermo-élément, frigorifique à semi-conducteurs et une manette composée de deux moitiés électriquement isolées l'une de l'autre, selon l'invention l'une des extrémités de la manette va en se rétrécissant et sur sa face en bout est monté un thermo-élément frigorifique à semi-conducteurs dont la hauteur ne dépasse pas le rayon et dans lequel la surface de la plaque de commutation constitue la surface de travail de la cryosonde, lesdites moitiés de la manette étant constituées par un matériau à haute conductibilité thermique. La cryosonde thermo-électrique, objet de l'invention,
possède les particularités suivantes.
Faible inertie thermique. La température minimale de la surface de travail est atteinte au bout de 1 à 3 secondes après le branchement de la cryosonde. La cryosonde peut être introduite dans le champ opératoire à l'état chaud et passer pratiquement instantannément au régime de travail après avoir été appliquée à
l'endroit le plus commode pour la congélation.
Le refroidissement est localise sur la surface de travail de la cryosonde, et que les surfaces latérales refroidies pouvant congeler les tissus avoisinants, sont absentes. La congélation et la séparation de la cryosonde d'avec les tissus s'effectue en 1 à 2 secondes après on débranchement, après quoi ladite cryosonde est de nouveau prête à être utilisée pour un nouveau cycle
de cryothérapie.
La cryosonde n'est reliée aux dispositifs extérieur que par le moyen d'un câble électrique flexible fin ne gênant aucunement les manipulation de la cryosonde
par le chirurgien.
Tous ces avantages réduisent fortement le taux des accidents opératoires, et permettent d'utiliser au cours des interventions les procédés modernes avec
application à plusieurs reprises de la cryosonde.
Un autre avantage réside dans l'extrême simplicité de l'entretien de la cryosonde thermoélectrique, objet
de l'invention, ainsi que de la préparation de ladite cryo-
sonde pour l'intervention chirurgicale.
L'invention sera mieux comprise-et d'autre buts caractéristique et avantage apparaîtront mieux à la
lumière de la description qui va suivre d'un mode de
réalisation donné uniquement à titre d'exemple non li-
mitatif avec référence au dessin unique annexé dans lequel:
- la figure 1 représente une vue générale de la cryo-
sonde thermo-électriqueselon l'invention; - la figure 2 représente une partie de la manette ib]âcryosonde thermoélectrique avec le thermoélément, à plus grande échelle (partie encerclée A de la figure 1), - la figure 3 représente la coupe III-III de
la figure 1.
La cryosonde thermo-électrique comporte, selon l'invention,le thermoélément à semi-conducteurs 1 (figure 1)monté sur la face en bout de celle des extrémités
de la manette 2 qui va en se rétrécissant.
La menette 2 comporte deux moitiés 3 et 4 (figure 2) se préseni sous forme de demi-cylindre métallique assemblés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un joint diélectrique 5. Sur la face en bout opposée à celle munie du thermo-élément 1 (figure 1) est disposé un connecteur ou analogue électrique 6 reliant les moitiés 3 et 4 de la menette 2 aux fils conducteurs d'un câble électrique 7 à deux fils. Selon l'invention, les moitiés 3 et 4 de la menette 2 sont constituées par un matériau
à haute conductibilité thermique, par exemple en cuivre.
Le thermo-élément à semi-onducteurs 1 se compose de deux demi-rondelles 8 et 9 (figure 2) fabriquées à partir de matériaux thermo-électriques connus, composés
de tellurures de bismuth et d'antimoine.
Les demi-rondelles 8 et 9 sont réunies par une lame de commutation 10, notamment, dont lépaisseur ne dépasse pas 0,1 mm. La lame de commutation 10 formé la "soudure froide" du thermo-élément à semi-conducteurs 1, sa surface constituant la surface de travail de la cryosonde. Les faces en bout"chaudes"des demi-rondelles 8 et 9 du thermo-élément à semiconducteurs 1 sont directement soudées aux faces en bout des moitiés 3 et 4 de la manette 2, en se trouvant ainsi en bon contact électrique et thermique avec lesdites moitiés et en formant les
"soudures chaudes"du thermo-élément à semi-conducteursl.
Dans le but de préserver les surfaces de la menette 2 de l'action des solutions stérilisantes, on métallise au chrome, et on recouvre les surfaces latérales du thermo-élément à semi-conducteurs I d'une
pellicule de résine époxyde.
Une cryosonde thermo-électrique médicale destinée
par exemple à la cryoextraction de la lentille cristal-
line, est munie d'un thermo-élément à semi-conducteurs, dont le diamètre ne dépasse pas 2 mm. Dans ce cas, la hauteur duditthermo-élément à semiconducteurs 1 ne
dépasse par 1 mm.
La cryosonde thermo-électrique faisant l'objet de l'invention fonctionne comme suit. L'alimentation en courant électrique s'effectue à partir d'un redresseur ou d'une autre source de courant continu (non représentée) par l'intErmédiaire du câble 7 (figure 1), du connecteur 6, puis le courant passe par les moitiés 3 et 4 (figure 2) de la manette 2, les demirondelles 8 et 9 et la lame de commutation 10 du thermo- élément à semiconducteurs 1. A ce moment la lame de commutation 10 se refroidit. La tension alimentant les moitiés 3 et 4 de la manette 2 est environ égale à 0,1 V, l'intensité du courant, à 10 A. Comme on le sait,-la capacité frigorifique spécifique du thermo-élément à semi-conducteurs 1(le rendement frigorifique par unité de surface de la "soudure froide") augmente avec la réduction de la hauteur dudit thermo-élément, et avec la limitation,prescrite par la présente invention, de la hauteur du thermoélément à semi-conducteur 1, il s'avère suffismment, pour obtenir la congélation du cristallin, d'appliquer directement la lame de commutation 10, sans avoir
à utiliser un embout-concentrateur.
La combinaison obtenue des fonctions de la lame de commutation 10 et de l'organe de travail de la cryosonde a pour conséquence que l'inertie thermique de la cryosonde thermo-électrique n'est déterminée que par l'inertie thermique du thermo-élément 1; autrement dit, le temps nécessaire pour que la cryosonde thermo-électrique
coïncide avec le temps nécessaire pour que le thermo-
0o élément à semi-conducteurs n'atteigne le régime thermique stationnaire. Cette dernière grandeur est, comme on le sait,inversement proportionnelle au carré de la hauteur du thermo-élément à semi- conducteurs. Avec la limitation, prescrite par l'invention, de la hauteur du thermo-élément à semi-conducteurs 1, le régime thermique stationnaire dudit thermo-élément est atteint au bout de 1 à 2 secondes après le branchement (débranchement), ce qui assure une faible inertiethermique de la cryosonde thermo-électrique.
La chaleur dégagée aux soudures chaudes du thermo-
élément à semi-conducteurs 1 est évacuéepar l'intermédiaire
de la partie rétrécie de la manette 2 et, par la suite,-
s'accumule partiellement dans ladite manette et se diffuse
partiellement de sa surface dans le milieu ambiant.
L'évacuation fiable de la chaleur dégagée aux "soudures chaudes" est favorisée par le faitque les moitiés 3 et 4 de la manette 2 sont fabriquées à partir -D d'un matériau possédant une haute conductibilité thermique, en particulier en cuivre,ce dernier étant,comme on le sait, l'un des métaux présentant l'une des plus hautes
valeurs de conductibilité thermique.
L'accumulation dans la manette 2 d'une partie de la chaleur dégagée par le thermo-élément à semi-conducteurs 1 ne se produit, en réalité,qu'en régime quasi stationnaire avec fluctuations de la température des "soudures
chaudes". Ces fluctuations, cependant, s'avèrent insi-
gnifiantes et n'apportent pas de modification sensible de la température de la lame de commutation 10 en contact avec le tissu à congeler, pendant un laps de temps de quelques dizaines de fois supérieur à la durée de l'effort
cryogène nécessaire à l'extraction du cristallin.
Le réchauffement, la décongélation et la séparation de la cryosonde thermoélectrique d'avec les tissus s'effectuent en la mettant hors circuit. L'afflux de chaleur au tissu congelé à partir de la manette 2 et par l'intermédiaire du thermo-élément 1, dont la hauteur est limitée, s'avère si intense, que la libération des tissus se produit 1 à 2 secondes après la coupure
du courant.
Les nombreuses expériences cliniques et interventions réalisées à l'aide'de la cryosonde thermo-électrique
conforme à l'invention ont montr que l'utilisation de celle-
ci est très efficace lors des interventions visant à à extraire le cataracte (cristalin troublé), lors de certaines interventions sur le cerveau et dans nombre
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d'autres cas nécessitant une congélation locale pas très profonde (jusqu'à -201C) des tissus, avec une
congélation superficielle fiable.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents
techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinai-
sons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.
R E V E N D I C AT I ON
Cryosonde thermoélectrique comportant un thermo-
ëlément frigorifique à semi-conducteurs et une manette composée de deux moitiés électriquement Lsolées, Caractérisée en ce que l'une des extrémités de la manette va en se rétrécissant et que sur sa face en
bout est monté un thermo-élément frigorifique à semi-
conducteurs, dont la hauteur ne dépasse pas le rayon et qui est relié à une lame de commutation dont la surface constitue la surface de travail de la cryosonde thermoélectrique, les moitiés précitées de ladite manette étant fabriquées en un matériau possédant
une haute conductibilité thermique.
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