RU149061U1

RU149061U1 - CRYOSURGICAL INSTRUMENT

Info

Publication number: RU149061U1
Application number: RU2014134819/14U
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Сергеев; Григорий Александрович Ефтеев; Владимир Иванович Альбах; Алла Борисовна Педина; София Владимировна Бабчук
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "НИКОР"
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-20

Abstract

1. Криохирургический инструмент, содержащий закрепленный в корпусе наконечник, внутри которого коаксиально с ним установлена капиллярная трубка, соединенная с системой подвода газа и устройство отогрева наконечника, отличающийся тем, что устройство отогрева наконечника включает источник электрического питания, который подключен к участку электропроводящей капиллярной трубки, расположенному у выходного отверстия.2. Криохирургический инструмент по п. 1, отличающийся тем, что для более быстрого отогрева наконечников увеличенной длины участок капиллярной трубки, находящийся после участка подключения источника электрического питания, выполнен в виде спирали, витки которой касаются внутренней поверхности наконечника.3. Криохирургический инструмент по п. 1, отличающийся тем, что длину участка, к которому подключен источник электрического питания выбирают в зависимости от мощности источника питания, параметров капиллярной трубки и требуемой скорости отогрева.1. A cryosurgical instrument containing a tip fixed in the housing, inside which a capillary tube is installed coaxially with it, connected to a gas supply system and a tip heating device, characterized in that the tip heating device includes an electric power source that is connected to a portion of the electrically conductive capillary tube, located at the outlet. 2. A cryosurgical instrument according to claim 1, characterized in that for faster heating of the tips of an increased length, the section of the capillary tube located after the section for connecting the electric power source is made in the form of a spiral, the turns of which touch the inner surface of the tip. 3. A cryosurgical instrument according to claim 1, characterized in that the length of the section to which the electric power source is connected is selected depending on the power of the power source, the parameters of the capillary tube and the required heating rate.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к хирургическим инструментам, работающим по принципу прямого эффекта Джоуля-Томсона, для осуществления криодеструкции ограниченного объема патологической ткани.The utility model relates to medical equipment, namely to surgical instruments operating on the principle of the direct Joule-Thomson effect for cryodestruction of a limited volume of pathological tissue.

Криохирургия как отрасль криомедицины, предусматривает использование криогенных («замораживающих») температур для воздействия на живые биоткани путем отведения от них тепла с целью их разрушения газообразными, жидкими и твердыми хладоносителями (криоагентами) для достижения хирургических или терапевтических результатов или решения иных задач, стоящих перед лечащим врачом.Cryosurgery as a branch of cryomedicine involves the use of cryogenic ("freezing") temperatures to affect living biological tissues by removing heat from them in order to destroy them with gaseous, liquid and solid coolants (cryoagents) to achieve surgical or therapeutic results or to solve other problems facing the attending physician.

Предлагаемый криохирургический инструмент служит для разрушения патологически измененных тканей за счет их локального замораживания с последующим форсированным отогревом.The proposed cryosurgical instrument serves to destroy pathologically altered tissues due to their local freezing followed by forced heating.

Известен ряд криохирургических инструментов, обеспечивающих подобные функции, например, криохирургический аппарат [патент РФ №2483691, опубл. 10.06.2013], задачей которого является - форсирование режима отогрева рабочего наконечника. Аппарат включает в себя: резервуар с жидким азотом, теплоизолированные трубки подвода и отвода хладагента, соединенные с рабочим наконечником; систему откачки, установленную на выходе трубки отвода хладагента, выполненную в виде форвакуумного насоса, и внешнюю систему газообеспечения. На входе теплоизолированной трубки подвода хладагента установлен обратный клапан, а на входе форвакуумного насоса установлен электромагнитный двухходовой клапан с дросселем, при этом рабочий наконечник выполнен съемным. Электронагреватель закрепляется на трубке подвода газа от внешней системы газообеспечения. Отличительными признаками такого криохирургического аппарата являются: введенные в его принципиальную схему обратный клапан, электромагнитный двухходовой клапан и дроссель. При запуске режима «Отогрев» компьютер открывает электромагнитный клапан и одновременно включает электронагреватель, при этом газ сухого азота при избыточном давлении в 1-3 атмосферы, двигаясь по системе, нагревается в электронагревателе до температуры не выше 100°C. Горячий газ по трубке подвода хладогента устремляется к наконечнику и приводит к его отогреву. Отогревая наконечник, остывающий газ сбрасывается в атмосферу по паропроводу и вакуум-проводу через дроссель. Вместо электронагревателя в патенте также предлагается применять термостат или водяную баню.A number of cryosurgical instruments are known that provide similar functions, for example, a cryosurgical apparatus [RF patent No. 2483691, publ. 06/10/2013], the task of which is to force the heating of the working tip. The apparatus includes: a tank with liquid nitrogen, thermally insulated coolant inlet and outlet pipes connected to a working tip; a pumping system installed at the outlet of the refrigerant pipe, made in the form of a foreline pump, and an external gas supply system. A check valve is installed at the inlet of the heat-insulated refrigerant supply pipe, and an electromagnetic two-way valve with a throttle is installed at the input of the fore-vacuum pump, while the working tip is removable. The electric heater is fixed to the gas supply pipe from an external gas supply system. Distinctive features of such a cryosurgical apparatus are: a non-return valve, an electromagnetic two-way valve and a throttle introduced into its circuit diagram. When you start the "Heating" mode, the computer opens the electromagnetic valve and simultaneously turns on the electric heater, while dry nitrogen gas at an excess pressure of 1-3 atmospheres, moving through the system, heats up in the electric heater to a temperature of no higher than 100 ° C. Hot gas rises to the tip through the coolant supply pipe and leads to its heating. By heating the tip, the cooling gas is discharged into the atmosphere through a steam line and a vacuum wire through a choke. Instead of an electric heater, the patent also proposes the use of a thermostat or a water bath.

Недостатками известного технического решения являются высокие теплопотери при прохождении газа по системе за счет значительной удаленности источника нагрева от нагреваемого наконечника, что также влияет и на инерционность процесса. Кроме того, отсутствует возможность использования более высокой температуры газа, так как это приведет к перегреву компонентов магистрали и к еще большим потерям тепла.The disadvantages of the known technical solutions are high heat loss during the passage of gas through the system due to the significant distance of the heating source from the heated tip, which also affects the inertia of the process. In addition, there is no possibility of using a higher gas temperature, as this will lead to overheating of the components of the line and to even greater heat loss.

Так же известен криогенный аппарат [SU №1214981 A, опубл. 28.02.1986], в который подают газообразный теплоноситель, с целью упрощения и повышения экономичности, в качестве теплоносителя применяется газ, оставшийся в аппарате после его использования, и осуществляется принудительная циркуляция этого газа по замкнутому контуру с нагревом его теплом, сообразовывающимся за счет вихревых токов от нагнетателей.A cryogenic apparatus is also known [SU No. 1214981 A, publ. 02/28/1986], to which a gaseous coolant is supplied, in order to simplify and increase efficiency, the gas remaining in the apparatus after its use is used as the coolant, and this gas is forcedly circulated in a closed circuit with its heat being generated due to eddy currents from superchargers.

Недостатками являются необходимость применения дополнительного оборудования для осуществления циркуляции газа в системе и низкая эффективность передачи тепла за счет потерь на нагрев подводящих коммуникаций при циркуляции газа.The disadvantages are the need to use additional equipment for the circulation of gas in the system and the low efficiency of heat transfer due to losses due to heating of the supply lines during gas circulation.

Наиболее близким к предложенному инструменту является устройство отогрева наконечника криохирургического инструмента [SU №1217377 A, опубл. 15.03.1986], работающего на основе джоуль-томсонского эффекта. Криохирургический аппарат содержит источник газообразного хладогента под давлением - баллон с отсечным вентилем, который через редуктор, манометр и трубопровод подачи хладогента соединен с инструментом, в корпусе которого закреплен наконечник, внутри него коаксиально расположена капиллярная трубка, имеющая на конце дроссельное отверстие. В трубопроводе установлен трехходовый клапан, обеспечивающий попеременное соединение трубопровода подачи хладогента со вторым источником газа, предназначенным для отогрева охлаждаемого наконечника. Отогрев осуществляется путем подачи в полость наконечника газа, давление которого выше атмосферного при температуре окружающей среды. С целью ускорения отогрева, используют газ с температурой инверсии ниже температуры окружающей среды, при этом в процессе подачи газ дросселируют. Это устройство выбрано за прототип.Closest to the proposed tool is a device for heating the tip of a cryosurgical instrument [SU No. 1217377 A, publ. 03/15/1986], based on the Joule-Thomson effect. The cryosurgical unit contains a source of gaseous refrigerant under pressure - a cylinder with a shut-off valve, which is connected to a tool through a reducer, pressure gauge, and coolant supply pipe, in which the tip is fixed, and a capillary tube with a throttle aperture is coaxially located inside it. A three-way valve is installed in the pipeline, which provides alternating connection of the refrigerant supply pipe with a second gas source intended for heating the cooled tip. Heating is carried out by supplying a gas tip into the cavity, the pressure of which is higher than atmospheric at ambient temperature. In order to accelerate heating, use gas with an inversion temperature below ambient temperature, while in the process of supplying gas throttled. This device is selected as a prototype.

Недостатком устройства прототипа является необходимость использования дополнительного оборудование в виде баллона с другим газом и подводящих коммуникаций, что делает конструкцию громоздкой и приводит к снижению надежности. Кроме того, максимальная температура отогревающего газа в данном методе ограничена барьером в десятки градусов Цельсия, что влияет на предел скорости отогрева.The disadvantage of the prototype device is the need to use additional equipment in the form of a cylinder with another gas and supply communications, which makes the design cumbersome and reduces reliability. In addition, the maximum temperature of the heating gas in this method is limited by a barrier of tens of degrees Celsius, which affects the limit of the heating rate.

Задачей полезной модели является создание надежного, простого в эксплуатации криохирургического инструмента, обеспечивающего минимальное время отогрева наконечника.The objective of the utility model is to create a reliable, easy-to-operate cryosurgical instrument that provides a minimum tip warm-up time.

Технический результат заключается в повышении скорости и эффективности отогрева, так как рабочий газ способен прогреваться до нескольких сотен градусов за счет тепла, выделяемого непосредственно в стенках капиллярной трубки; а также в упрощении конструкции устройства, так как не требуется использовать дополнительное оборудование в виде баллона с другим газом.The technical result consists in increasing the speed and efficiency of heating, since the working gas is able to warm up to several hundred degrees due to the heat released directly in the walls of the capillary tube; as well as to simplify the design of the device, since it is not required to use additional equipment in the form of a cylinder with another gas.

Указанный технический результат достигается тем, что в криохирургическом инструменте, содержащем, как и прототип, закрепленный в корпусе наконечник, внутри которого коаксиально с ним установлена капиллярная трубка, соединенная с системой подвода газа и устройство отогрева наконечника, в отличие от прототипа, устройство отогрева наконечника включает источник электрического питания, который подключен к участку капиллярной трубки расположенному у выходного отверстия.The specified technical result is achieved by the fact that in the cryosurgical instrument containing a prototype, a tip fixed in the housing, inside which a capillary tube is installed coaxially with it, connected to a gas supply system and a tip heating device, in contrast to the prototype, the tip heating device includes an electric power source that is connected to a portion of the capillary tube located at the outlet.

Для более быстрого отогрева наконечников увеличенной длины, целесообразно, чтобы участок капиллярной трубки, находящийся после участка подключения источника электрического питания, был выполнен в виде спирали, витки которой касаются внутренней поверхности наконечника.For faster heating of the tips of increased length, it is advisable that the portion of the capillary tube, located after the connection section of the electric power source, was made in the form of a spiral, the turns of which touch the inner surface of the tip.

Длину участка, к которому подключен источник электрического питания целесообразно выбирать в зависимости от мощности источника питания, параметров капиллярной трубки и требуемой скорости отогрева.It is advisable to choose the length of the section to which the electric power source is connected depending on the power of the power source, the parameters of the capillary tube and the required heating rate.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в конструкции, обеспечивающей быстрый отогрев и отрыв рабочей части инструмента криодеструктора, работающего по принципу прямого эффекта Джоуля-Томсона (охлаждение при адиабатическом расширение сжатого газа), после промораживания биологических тканей. Метод заключается в быстром и эффективном разогреве газа, используемого для заморозки наконечника инструмента, за счет теплопередачи от стенок капиллярной трубки, с помощью которой подводится данный газ. Разогрев трубки, в свою очередь, осуществляется за счет пропускания через нее постоянного тока и выделения на ней мощности в виде тепла. Разогретый газ под большим давлением (порядка 60 бар), выходя из трубки мощной струей, омывает внутреннюю поверхность наконечника и приводит к быстрому отогреву.The essence of the proposed utility model lies in the design that provides quick heating and detachment of the working part of the cryodestructor tool, operating on the principle of the direct Joule-Thomson effect (cooling with adiabatic expansion of compressed gas), after freezing biological tissues. The method consists in quick and efficient heating of the gas used to freeze the tip of the instrument, due to heat transfer from the walls of the capillary tube, with which this gas is supplied. The tube is heated, in turn, by passing a direct current through it and releasing power on it in the form of heat. Heated gas under high pressure (about 60 bar), leaving the tube with a powerful jet, washes the inner surface of the tip and leads to rapid heating.

На фиг. 1 приведена схема рабочей части криохирургического инструмента; на фиг. 2 - криохирургический инструмент с выполненным в виде спирали участком капиллярной трубки.In FIG. 1 shows a diagram of the working part of a cryosurgical instrument; in FIG. 2 - cryosurgical instrument with a spiral section of the capillary tube.

Рабочая часть инструмента (фиг. 1, 2) состоит из коаксиально расположенных магистрали подвода газа, представляющей собой стальную капиллярную трубку 1, и наконечника 2 (теплообменника), закрепленного на корпусе 3 рабочей части инструмента. На капиллярной трубке 1, ближе к выходному концу, выделяется участок, который будет использоваться в качестве нагревателя. К концам участка с помощью проводников подключается источник электрического питания 4, который коммутируется при помощи ключа 5 системы управления 6. Длина участка выбирается исходя из требуемой мощности нагрева (удельного сопротивления материала, напряжения питания), которая подбирается опытным путем. Система управления 6 осуществляет контроль за температурой наконечника 2, временем воздействия и управление режимом отогрева. Для обеспечения большей эффективности отогрева, участок подводящей магистрали в области наконечника 2 увеличенной длины может быть выполнен в виде спирали 7 таким образом, чтобы витки прилегали к внутренней поверхности наконечника 2.The working part of the tool (Fig. 1, 2) consists of a coaxially located gas supply line, which is a steel capillary tube 1, and a tip 2 (heat exchanger), mounted on the housing 3 of the working part of the tool. On the capillary tube 1, closer to the outlet end, a portion is allocated that will be used as a heater. An electric power source 4 is connected to the ends of the section using conductors, which is switched using a key 5 of the control system 6. The length of the section is selected based on the required heating power (specific resistance of the material, supply voltage), which is selected experimentally. The control system 6 monitors the temperature of the tip 2, the exposure time and control the heating mode. To ensure greater heating efficiency, the section of the supply line in the area of the tip 2 of increased length can be made in the form of a spiral 7 so that the coils lie on the inner surface of the tip 2.

Устройство работает следующим образом. Рабочий газ, проходя по магистрали, дросселируется выходным отверстием и приводит к резкому охлаждению наконечника 2. Осуществляется криовоздействие в соответствии с выбранным режимом (температура охлаждения наконечника 2, время воздействия), после промораживания биологических тканей, система управления 6 автоматически при помощи ключа 5 коммутирует источник электрического питания 4, что приводит к разогреву капиллярной трубки 1. Газ, проходя через капиллярную трубку 1, забирает тепло от стенок нагретого участка и переносит его к наконечнику 2. Происходит отогрев наконечника 2 и его легкий отрыв от биологических тканей.The device operates as follows. The working gas, passing through the line, is throttled by the outlet and leads to a sharp cooling of tip 2. Cryotherapy is carried out in accordance with the selected mode (tip cooling temperature 2, exposure time), after freezing biological tissues, control system 6 automatically switches the source using key 5 using key 5 electrical power 4, which leads to heating of the capillary tube 1. Gas passing through the capillary tube 1, takes heat from the walls of the heated section and transfers it to the tip ICU 2. There thawing tip 2 and its easy separation from the biological tissues.

Пример конкретного выполнения. В качестве рабочего газа был использован сжатый углекислый газ под давлением 55 атмосфер. В качестве магистрали подвода газа использовали стальную (12х18н10т) капиллярную трубку 0,8×0,15 (ГОСТ 14162-79). Наконечник 2 представлял собой тонкостенную медную трубку 5×0,25 мм с запаянным концом, температура наконечника 2 в рабочем состоянии достигала -60°C. После заморозки длительностью 1 мин, обеспечивался быстрый (порядка 5-ти секунд) отогрев и отъем наконечника 2 от замороженной и прилипшей к нему ткани. В качестве источника питания 4 был использован аккумулятор с номинальным напряжением 12 В. В ходе эксперимента было выяснено, что для быстрого отогрева наконечника данной конфигурации криоинструмента при отсутствии перегрева магистрали, необходимо обеспечить мощность порядка 100 Вт. Это соответствует сопротивлению нагрузки 1,4 Ом или длине капиллярной трубки 350 мм.An example of a specific implementation. Compressed carbon dioxide under a pressure of 55 atmospheres was used as the working gas. A steel (12x18n10t) 0.8 × 0.15 capillary tube (GOST 14162-79) was used as a gas supply line. The tip 2 was a thin-walled copper tube 5 × 0.25 mm with a sealed end, the temperature of the tip 2 in working condition reached -60 ° C. After freezing for 1 min, fast (about 5 seconds) heating and weaning of tip 2 from frozen and adhered tissue was provided. As a power source 4, a battery with a nominal voltage of 12 V was used. During the experiment, it was found that to quickly warm the tip of this configuration of a cryotool in the absence of overheating of the main, it was necessary to provide a power of about 100 watts. This corresponds to a load resistance of 1.4 ohms or a capillary tube length of 350 mm.

Таким образом, предложенный криохирургический инструмент имеет сравнительно низкие массогабаритные параметры, удобен в эксплуатации и, как показали многочисленные испытания опытных образцов в реальных условиях, обеспечивает сокращение времени при проведении операций и снижает риск развития послеоперационных осложнений.Thus, the proposed cryosurgical instrument has relatively low weight and size parameters, is convenient in operation and, as shown by numerous tests of prototypes in real conditions, provides a reduction in time during operations and reduces the risk of postoperative complications.

Claims

1. A cryosurgical instrument containing a tip fixed in the housing, inside which a capillary tube is installed coaxially with it, connected to a gas supply system and a tip heating device, characterized in that the tip heating device includes an electric power source that is connected to a portion of the electrically conductive capillary tube, located at the outlet.

2. A cryosurgical instrument according to claim 1, characterized in that for faster heating of the tips of an increased length, the portion of the capillary tube located after the connection section of the electric power source is made in the form of a spiral, the turns of which touch the inner surface of the tip.

3. A cryosurgical instrument according to claim 1, characterized in that the length of the section to which the electric power source is connected is selected depending on the power of the power source, the parameters of the capillary tube and the required heating rate.