專利名稱：用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針的制作方法
技術領域：
發(fā)明領域本實用新型屬于外科手術中用于冷卻人體局部組織，以達到摧毀癌細胞或良性腫瘤細胞、神經暫時阻斷的外科手術器械，特別涉及一種外科手術中用于摧毀癌細胞或良性腫瘤細胞的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針。
通過冷凍手術造成細胞破壞的機理為1、如果組織被緩慢冷卻，細胞會大量失去水份，使細胞中有害電解質濃度提高，導致組織壞死；2、果組織被快速冷卻，將形成多而微小的冰晶，使得冰晶細化，此時細胞不易損壞。但在融化過程中，如果冰到水的相變太快，所有的冰晶被簡單熔化。如果融化速度降下來，將發(fā)生已經融化的冰晶要冷卻其周圍的組織，從而使得一些水再次形成冰，再結晶過程將使得一些冰晶被加長而形成冰鋒，冰鋒刺破細胞壁導致細胞死亡，從而使組織壞死。
3、新陳代謝繼續(xù)的時候，冰阻礙細胞營養(yǎng)的供應和代謝物的處理，細胞死亡就發(fā)生。
外科手術可以使用干冰、液氮等冷凍源直接應用于待處理的組織。最簡單的方法是用棉簽蘸上液體制冷劑，然后用浸透制冷劑的棉球直接接觸處理部位，或者將制冷劑導入一封閉的金屬導管，通過金屬導管噴射制冷劑至應用部位而實施冷凍手術。然而，這種方法有許多不如意的地方(1)用蘸或噴的方法，直接使用制冷劑會造成組織快速冷凍，導致冰晶細化而不是形成大冰晶，細胞不容易脫水，減小了通過高電解濃度來破壞細胞的發(fā)生。當制冷劑離開以后，熱量又從身體里向被凍組織傳遞，導致相對快速融化，不宜形成冰鋒，從而減少了使細胞遭受破壞程度。直接使用制冷劑于局部組織的最大問題是無法控制冷凍面積的大小，無法控制冷凍程度，冷凍時間和升溫時間。
1961年Cooper首先應用液氮作為冷源，采用將液氮通過封閉的金屬管道，在一定壓力下流至管的尖端，借助液氮的汽化降溫作用可使受凍局部溫度降達-190℃左右。他用此裝置治療了100例帕金森氏綜合癥。
使用液氮作為冷源制成的手術器械，已經被廣泛使用。特別是皮膚科中對于痣類、粉刺、雀斑、疣等的治療。然而，液氮冷凍手術器械在許多方面不能令人滿意。首先，由于液氮冷凍探頭由三根同心管構成，中心為液氮輸進管，中間為返流氣體同心管環(huán)形夾層，最外部為真空保溫同心管環(huán)形夾層。這樣，液氮僅適用于大冷凍探頭，而對于較小的冷凍頭而言，液氮在冷凍頭尖端的蒸發(fā)會出現嚴重問題由于從尖端返回，四周的排出氮氣使部分液氮加熱，可使供給管內的液氮蒸發(fā)。這是因為排出的氮氣比供給管中的液氮溫度要高，形成了逆流熱交換，而使供給管中液氮部分蒸發(fā)形成氣體，而形成阻礙液氮流到尖端的氮氣氣泡。加大液氮壓力或降低液氮溫度可使液氮過冷，從而解決這個問題。但是這又使得系統(tǒng)更為復雜；其次，液氮使用不方便，設備操作復雜。
以氣體作為冷媒，依靠焦爾-湯姆遜節(jié)流效應制冷的方法受到人們的重視和歡迎。常溫下的高壓氧氣、氮氣和二氧化碳等氣體流經一節(jié)流小孔，氣體膨脹以后會產生制冷效應稱為焦爾-湯姆遜節(jié)流效應。專利GB-2,337,000利用這個原理而發(fā)明的冷凍治療機，其結構為高壓氣體從最里層的小管中流過，在探針的頭部有一節(jié)流小孔，氣體通過節(jié)流溫度降低，然而這種冷凍探針的針桿全部都是在低溫狀態(tài)，不能滿足有些手術的要求，特別是對于經皮冷凍治療，除了冷凍探針的針尖以外，探針的其他部分必須保持常溫，否則，將會造成手術應用部位之外的正常組織凍傷。Longsworth于1994年在冷凍探針里設計了一個螺旋管回熱式換熱器，專利US-5,452,582，其結構為如圖6所示，在探針內有一螺旋管，高壓氣體從螺旋管的管內走過，在探針頭部氣體經小孔節(jié)流以后成為低壓低溫氣體。低溫低壓氣體從螺旋管的外部掠過，從而螺旋管成為一回熱式換熱器，使得回流氣體不斷升溫，而進氣氣流又可以得到有效地預冷，從而，使得探針的溫度沿針桿方向形成溫度梯度，探針的針尖溫度最低，而探針靠近手柄的位置幾乎為常溫。Mikus等進一步發(fā)展了這項發(fā)明，專利US-58000487，其結構為如圖7所示，他們不僅采用帶翅片的螺旋管以增加換熱效率，而且，還在換熱器的外部設計了絕熱材料的保溫層，從而使得探針針桿外部接近常溫，但該帶翅片的螺旋管式探針，由于內置螺旋管換熱器，探針直徑不可能做得很小，滿足不了冷凍微創(chuàng)傷手術的需求(冷凍微創(chuàng)傷手術需要直徑為2mm或更小的探針)。
本實用新型的技術方案如下本實用新型提供的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，包括連接接頭111、連接導管222、手柄333和探針444，連通高壓氣源的連接接頭111從冷凍手術治療機的主機上引出，通過連接導管222進入手柄333內的內腔，并與和手柄333相連通的探針444相連通，其特征在于，所述探針444包括探針桿777、位于探針桿777之內并由探針桿777的軸心處向外依次同心放置的回流管999和絕熱套管888，絕熱套管888的長度短于回流管999的長度，在絕熱套管888與回流管999之間形成起到高壓氣體節(jié)流和氣體回熱的雙重作用的環(huán)形狹縫771，回流管999前端部與探針桿777之間形成使氣流在其中快速流動以增強換熱效果的換熱環(huán)形狹縫772，在探針444頭部內與回流管999前端部之間形成汽缸II；還可進一步包括安裝在回流管999前端側壁上的電偶式溫度傳感器122，電偶式溫度傳感器122的導線123穿過回流管999的內腔并依次經過手柄333、連接導管222及一三通124與溫度儀表125相連；所述的汽缸II的前端裝有翅片式回熱器121，其翅片形狀為螺紋形或齒形；所述探針444頭部形狀為錐形針尖狀、斜切形針尖狀或園頭形針尖狀；所述探針444的探針桿777為柔性的加強聚酰胺軟管，其直徑在1.2-5mm之間，長度在100-1500mm之間；所述絕熱套管888的材質為導熱率低的非金屬材料，如導熱率低的塑料或玻璃鋼；所述換熱環(huán)形狹縫772的長度在3～30mm之間，間隙在0.05-0.3mm之間；所述環(huán)形狹縫771的長度為100～1450mm之間，間隙在0.01-0.02mm之間；所述回流管999的材質為導熱率高的金屬材料，如紫銅或不銹鋼。
使用時，高壓氣源由連接接頭111從冷凍手術治療機的主機上引出。然后經過連接導管222進入手柄333內，在手柄333內進行氣源分配以后，氣源流向探針444；在手柄333內進行分配以后的氣源，流向由絕熱套管888和回流管999形成的環(huán)形狹縫771；由于氣體存在粘性，氣體在狹縫的進口和出口之間流動時將形成壓力差，從而，在狹縫前后氣體的比容將突然增大，實現焦耳-湯姆遜節(jié)流效應，達到使氣體制冷降溫的目的。經膨脹以后的低溫氣體在由探針桿777、探針桿頭部110和回流管999之間所圍成的空間即汽缸II內將冷量傳遞給探針桿頭部，最后從回流管999返回手柄333，經氣流分配以后沿連接導管222，通過連接接頭111返回冷凍手術治療機的主機。
狹縫回熱式換熱器的傳熱是通過回流管的管壁熱導來實現的。高溫側狹縫中的來流氣體通過氣體對流的方式將熱量傳遞給回流管的管壁；低溫測管壁將由高溫側傳遞過來的熱量又通過對流的方式傳遞給管內的回流氣體。這樣高溫側的溫度降低，低溫側的溫度提高，從而實現了回熱；回熱的作用主要有三點其一是降低來流氣體的溫度，從而使得膨脹以后的溫度更低；其二是提高制冷能力，減少耗氣量；其三是沿針桿的軸向方向形成溫度梯度離針尖越遠，針桿的溫度越高，這將非常有利于經皮冷凍手術的實施；本實用新型的絕熱套管888可更進一步降低探針桿的溫度，隔絕探針桿內氣流的低溫；回流管采用導熱良好的金屬材料制成，可增加徑向傳熱，減小軸向傳熱；回熱式換熱器的作用是可回收冷頭沒有被利用(傳熱給冷凍組織)的冷量，使得進氣氣流的溫度被回流逐步降低，從而使得冷凍探針的溫度沿針桿方向形成溫度梯度。本實用新型的冷凍探針的絕熱套管888和回流管999之間形成的環(huán)形狹縫771既是回熱式換熱器又是氣體節(jié)流器，起到了雙重的作用。
所以，本實用新型提供的冷凍探針具有結構簡單，易于制作，探針的直徑可以做的更小而且僅探針頭部處于0℃以下的低溫狀態(tài)，針桿的其他部位均高于0℃，從而真正實現探針小，手術微創(chuàng)傷。
第二溫度傳感器36附圖
7中各部件的標號如下高壓進氣管14 引流管19 熱交換器20冷卻流體出口端21 焦耳-湯姆遜噴嘴22 膨脹腔23端堵頭24 心軸25間隙26間隙27 翅片28殼30熱電偶29
如圖5-1、圖5-2、圖5-3所示，探針頭部110的形狀可以根據用途不同設計成錐形針尖狀、斜切形針尖狀或園頭形針尖狀。
如圖4所示，為增加換熱效果，在汽缸II內可以安裝一翅片式換熱器121，以增大換熱面積和增加擾度，以增強換熱。
如圖4所示，可以在回流管中預制一熱電偶溫度傳感器122，熱電偶溫度傳感器122的引線123從回流管999的內腔穿出并依次經過手柄333、連接導管222及一個三通124與冷凍治療機上的溫度儀表125相連。以測量探針頭部110內氣體的溫度。
如圖2所示，冷凍探針桿777可以做成柔性的，例如采用加強聚酰胺軟管作為探針針桿材料。
在一個探針桿直徑為2mm或5mm的實施例中，探針長度400mm(可根據需要，可做得較長《可長至1500mm》，也可做得較短《可短至100mm)，探針桿選用1Cr18Ni9Ti材料；絕熱套管選用絕熱性能良好的聚四氟乙烯材料，壁厚0.3mm。冷凍探針的探針桿頭部110做成斜切針頭的形狀。
在另一實施例中，探針桿直徑為1.2mm，探針長度260mm。探針桿選用1Cr18Ni9Ti材料；絕熱套管選用聚四氟乙烯材料，壁厚0.2mm；冷凍探針的探針桿頭部做成錐形針頭的形狀。
在一個實施例中，冷凍手術治療機采用高壓氬氣作為冷煤，通過焦耳-湯姆遜節(jié)流制冷，通過本實用新型的狹縫回熱換熱的方式，在冷凍探針的頭部上可獲得-120℃的低溫，而探針桿上的溫度高于0℃。
在另一個實施例中，冷凍手術治療機采用飽和二氧化碳作為冷煤，通過焦耳-湯姆遜節(jié)流制冷，在冷凍探針的頭部上可獲得-75℃的低溫，而探針桿上的溫度高于0℃。
權利要求1.一種用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，包括連接接頭(111)、連接導管(222)、手柄(333)和探針(444)，連通高壓氣源的連接接頭(111)從冷凍手術治療機的主機上引出，通過連接導管(222)進入手柄(333)內的內腔，并與和手柄(333)相連通的探針(444)相連通，其特征在于，所述探針(444)包括探針桿(777)、位于探針桿(777)之內并由探針桿(777)的軸心處向外依次同心放置的回流管(999)和絕熱套管(888)，絕熱套管(888)的長度短于回流管(999)的長度，在絕熱套管(888)與回流管(999)之間形成起到高壓氣體節(jié)流和氣體回熱的雙重作用的環(huán)形狹縫(771)，回流管(999)前端部與探針桿(777)之間形成使氣流在其中快速流動以增強換熱效果的換熱環(huán)形狹縫(772)，在探針(444)頭部內與回流管(999)前端部之間形成汽缸(II)。
2.按權利要求1所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，還包括安裝在回流管(999)前端側壁上的電偶式溫度傳感器(122)，其導線(123)穿過回流管(999)的內腔并依次經過手柄(333)、連接導管(222)及一三通(124)與溫度儀表(125)相連。
3.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述的汽缸(II)的前端裝有翅片式回熱器(121)，其翅片形狀為螺紋形或齒形。
4.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述探針(444)頭部形狀為錐形針尖狀、斜切形針尖狀或園頭形針尖狀。
5.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述探針(444)的探針桿(777)為柔性的加強聚酰胺軟管，其直徑在1.2-5mm之間，長度在100-1500mm之間。
6.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述絕熱套管(888)的材質為導熱率低的非金屬材料。
7.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述絕熱套管(888)的材質為導熱率低的塑料或玻璃鋼。
8.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述換熱環(huán)形狹縫(772)的長度為3～30mm之間，間隙在0.05-0.3mm之間。
9.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述回流管(999)的材質為導熱率高的金屬材料。
10.按權利要求1或2所述的用于冷卻人體局部組織的環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針，其特征在于，所述環(huán)形狹縫(771)的長度為100～1450mm之間，間隙在0.01-0.2mm之間。
專利摘要本環(huán)縫節(jié)流式冷凍探針連通高壓氣源的連接接頭從冷凍手術治療機的主機上引出，通過連接導管進入手柄內腔，并與和手柄相通的探針相連通，探針包括探針桿、位于探針桿內并由其軸心處向外依次同心放置的回流管和絕熱套管，絕熱套管的長度短于回流管，二者之間形成起高壓氣體節(jié)流和氣體回熱雙重作用的環(huán)形狹縫，回流管前端部與探針桿間形成使氣流在其中快速流動以增強換熱效果的換熱環(huán)形狹縫，在探針頭部內與回流管前端部之間形成汽缸II；還可在回流管前端裝一與溫度儀表相連的電偶式溫度傳感器，汽缸II前端裝有翅片式回熱器；探針頭部形狀為錐形針尖狀、斜切形針尖狀或圓頭形針尖狀；具有直徑和創(chuàng)傷更小，結構簡單、易制作、價格低廉等優(yōu)點。
文檔編號A61B18/02GK2579359SQ0228540
公開日2003年10月15日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權日2002年9月3日
發(fā)明者柯鋼 申請人:柯鋼