[發明專利]一種節流冷凍型冷凍外科裝置的控制方法

在審

• 申請號: 201610225816.3
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105708541A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 趙國江;李萍;董元勃
• 申請（專利權）人: 趙國江
• 主分類號: A61B18/02
• 分類號: A61B18/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及冷凍外科治療的醫療器械，其特征是通過高壓氣體節流效應實現冷凍和通過排空裝置內氣體實現復溫和加熱功能。

背景技術

冷凍外科治療是利用超低溫毀損和消融病變組織的方法，也是人類歷史上最早使用的病變組織消融技術。自1960年美國神經外科醫生IrvingCooper和工程師ArnoldLee發明了探針狀液氮冷凍器并用于冷凍腦組織后，使用液氮作為低溫工質(冷媒)、加熱氮氣作為高溫工質(熱媒)的液氮冷凍外科設備被應用于治療各種腫瘤。但液氮冷凍設備復雜笨重、操作困難和療效欠佳曾使冷凍外科治療陷于長期停頓和衰落。自1990年代起，基于焦耳-湯姆遜原理的氣體節流型低溫冷凍外科系統的發明和廣泛應用，使冷凍外科重新獲得醫學界的認可，復活了低溫冷凍外科治療技術。比如使用高壓氬氣冷凍和普壓氦氣復溫的氬氦刀已被腫瘤科、介入科、泌尿外科、胸外科、肝膽外科、呼吸科、消化科等臨床科室采用，用于肝癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、腎腫瘤、骨腫瘤、軟組織腫瘤等各種良惡性實體腫瘤冷凍消融治療。

本發明將低溫工質輸送到靶組織對其進行冷凍的裝置命名為冷凍器。在冷凍外科研究與實踐中，冷凍器也稱為冷凍探針、冷凍探桿、冷凍探頭、冷刀、冷凍球囊、冷凍電極、超冷手術器、cryoprobe、cryotip或cryoneedle等。發明中將利用氣體的焦耳-湯姆遜節流效應產生低溫的裝置，稱為氣體節流致冷型冷凍器，簡稱氣體節流型冷凍器或冷凍器。

冷凍外科治療技術需要快速冷凍和復溫解凍這兩個方面。按照其工作原理和使用的低溫工質(冷媒)，主要的冷凍方式有：

(1)液體氣化型：使用低溫液體(如液氮等)作為低溫工質氣化吸熱的冷凍方式，如液氮冷凍設備。此種冷凍方式的優點是常見的低溫液體很方便取得，且成本低廉。缺點是運輸和貯存不方便，設備體積龐大和笨重；低溫液體由設備連接管輸出至冷凍器過程中，均須絕熱層保護，造成管路和冷凍器粗大僵硬；并因冷凍器常有“氣堵”需要術中停止和重置設備的問題。同時，其冷凍起始緩慢和冷凍速率低，造成細胞脫水而影響冷凍效果及局部復發率高的問題。

(2)氣體節流型：利用高壓氣體的焦耳-湯姆遜節流效應產生低溫的冷凍方式，如氬氦刀和其他使用壓縮氣體作為低溫工質的設備。其優點是使用常溫氣體，氣體輸送管和冷凍器桿不需絕熱保護，避免低溫冷凍液的噴濺、泄漏和凍傷；可控性佳、操作方便、冷凍速度快、冷凍器直徑細。其缺點是冷凍氣體工作壓力高，并因壓力下降導致低溫工質浪費巨大。如氬氦刀通常使用滿瓶壓力35MPa的40升氬氣瓶，冷凍時氬氣最低工作壓力為20MPa，每瓶只能使用1～1.5小時，而低于20MPa的氬氣節流效果急劇降低，幾無冷凍效果?？紤]設備本身分壓，氣瓶輸出壓力低于21MPa時，設備輸出至冷凍器的壓力將低于20MPa，無法使用。也即整瓶氣體中只有約40％可以利用，60％必須廢棄。這帶來極大的生產、運輸和使用浪費。

冷凍設備的復溫或加熱功能是實現現代冷凍外科公認的“冷凍-復溫-再冷凍-再復溫”雙循環治療方式和從冷凍組織中退出冷凍器所必需的功能。按照高溫工質(熱媒)的種類和方法，主要的復溫方式有：

(1)加熱的低壓氣體通入冷凍器，利用熱傳導，直接加熱冷凍器內部，如液氮冷凍設備的復溫。此種復溫方式的優點是成本低廉、技術成熟。缺點是液氮設備需要配備額外的氣體回收、壓縮、貯存和加熱裝置，體積較大、結構復雜且復溫速度較慢。

(2)利用置于冷凍器內的電熱、射頻、微波、激光等產熱裝置加熱復溫。其優點是不需使用或較少使用氣體。其缺點是復溫速度較慢；且需要將電流等輸入直接接觸人體組織、溫度極低的冷凍器內部，產生特殊電擊和電磁干擾等風險。

(3)利用常溫下節流效應產熱的氣體在冷凍器內直接產熱，如氬氦刀使用氦氣復溫(氦氣反轉溫度為40K，常溫下節流膨脹放熱)。此種復溫方式帶來極快的復溫和響應速度，可控性好，且結構簡單，不需要額外裝置。但缺點是復溫用的氦氣屬昂貴的稀有氣體，依賴進口，價格約為同量同級氬氣的8～10倍，成本很高；同時氦氣升溫能力有限，最高只能達到320K左右。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種節流冷凍型冷凍外科裝置的控制方法，解決了氣體節流型冷凍外科設備的低溫工質巨大浪費，及冷凍和復溫使用兩種不同節流性質氣體的問題，糾正了節流致冷型氣體(如氬氣)只能用于致冷這一技術偏見，利用排空積存于裝置內氣體熱交換復溫，由繁變簡、節約成本、避免浪費。