Криохирургический аппарат

 

Использование: в медицине, а именно в криохирургических инструментах для локального замораживания в оториноларингологии и других облостях криохирургии. Сущность: криохирургический аппарат содержит резервуар с жидким азотом 1, трубки подвода и отвода хладагента 2, 3, соединенные с рабочим наконечником открытого типа с расширительной камерой 4 и форвакуумный насос 9, при этом резервуар снабжен предохранительным обратным клапаном 10, трубка подачи хладагента теплоизолирована и снабжена дросселем на входе, на выходе канала отвода установлены электромагнитный затвор 7, соединенный с реле времени 9, а на наконечнике дополнительно утановлена сменная насадка 5 в форме тубуса, дистальный конец которой перекрыт мелкоячеистой сеткой 6. Технический результат: снижение тепловой инерционности криоинструмента. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к криохирургическим инструментам и может быть использовано для локального замораживания новообразований на биологических тканях в оториноларингологии, гинекологии и прочих областях криохирургии.

Известен ряд криохирургических инструментов и аппаратов для локального замораживания тканей. Одним из аналогов может быть усовершенствованная модель хирургического криоаппликатора с парожидкостной циркуляцией азота, предназначенного для замораживания небных миндалин.

Аналог состоит из сосуда для жидкого азота, трубки подачи хладагента и трубки возврата парожидкостной смеси в сосуд с азотом, размещенных в канюле из фторопласта, на нижней части которой закрепляется шарнирно съемный полый наконечник-аппликатор. Жидкий азот, залитый в сосуд, поступает самотеком по узкой трубке вдоль канюли в полость наконечника, в котором интенсивно вскипает, охлаждая через стенку аппликатора биологическую ткань, и выбрасывается в виде парожидкостной смеси по широкой трубке вверх в область паровой фазы сосуда, где жидкость сепарируется, а пар выходит в атмосферу через крышку сосуда.

Недостатком аналога является наличие относительно массивного наконечника-аппликатора, который делает криоинструмент в тепловом отношении неспособным работать в импульсном режиме замораживания ткани, начиная с теплого состояния, и произвольной паузе между циклами, что необходимо в случаях замораживания разграниченных мелких очагов поражения ткани или одного обширного по частям. Это особенно важно, когда холодным криоинструментом нельзя манипулировать в узких и глубоких полостях, а короткую экспозицию надо выдержать. Вторым недостатком аналога является очень грубый, нещадящий способ фиксации аппликатора на ткани с помощью шипов на его контактной поверхности.

Известно также устройство для криовоздействия на ткани, содержащее резервуар для хладагента, трубопровод, наконечник и приспособление для фиксации наконечника на обрабатываемой ткани. Это устройство является наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Приспособление для фиксации наконечника на обрабатываемой ткани в этом устройстве выполнено в виде прижимного элемента, форма которого аналогична форме наконечника, и расположено оно вокруг последнего с образованием полости для подсоединения к системе откачки газа. Образованная полость выполняет функцию присоски, втягивая мягкие ткани в зону пониженного давления.

Прототип имеет следующие недостатки: нетеплоизолированный трубопровод для подачи хладагента в полость наконечника затрудняет подачу жидкого хладагента и снижает холодопроизводительность устройства; раздельные системы фиксации наконечника на ткани и подачи хладагента в него не синхронизированы по работе, в связи с чем возможно поражение здоровых тканей при случайном смещении наконечника с затвердевшего участка ткани. Наличие же габаритного приспособления для фиксации наконечника приводит к техническому противоречию: чем меньше площадь дистального конца наконечника, тем больше относительная площадь приспособления (S/s≈D²/d²), что при малых площадях наконечника (порядка нескольких квадратных миллиметров) делает невозможным использование приспособления в узких полостях организма (ухо, горло, нос и т.п.).

Кроме того, общим для аналога и прототипа является процесс нормального кипения азота в расширительной камере открытого наконечника, при котором температура хладагента не может быть ниже 77,3К, что обусловлено способом и устройством подачи хладагента, выбранными для каждого из них.

Цель изобретения заключается в снижении тепловой инерционности криоинструмента, интенсификации процесса замораживания ткани и повышении удобства выполнения операций при полной гарантии предотвращения попадания хладагента за пределы площади, ограниченной дистальным концом наконечника.

Предельно снизить тепловую инерционность можно, убрав полностью сам наконечник-аппликатор. А это значит, ткань должна замораживаться непосредственно струей хладагента. Интенсифицировать процесс можно снижением температуры поступающего хладагента путем его переохлаждения. Повысить удобство выполнения операций можно автоматической фиксацией наконечника на выбранном участке ткани и автоматизацией процесса движения и дозировки струи хладагента.

Поставленная цель достигается тем, что криохирургический аппарат, содержащий резервуар с жидким азотом, соединенный трубкой подачи хладагента в рабочий наконечник открытого типа с расширительной камерой, трубку отвода хладагента и внешнюю систему откачки, снабжен предохранительным обратным клапаном, трубка подачи хладагента теплоизолирована и снабжена дросселем на входе, а на выходе канала отвода хладагента установлены электромагнитный затвор, соединенный с реле времени, и система откачки, выполненная в виде форвакуумного насоса, при этом на наконечник дополнительно установлена сменная насадка в форме тубуса, дистальный конец которого затянут сеткой.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что: трубка подачи хладагента теплоизолирована, чтобы хладагент не испарялся напрасно на пути в рабочий наконечник; трубка подачи хладагента снабжена дросселем на входе, чтобы ограничить поток жидкого азота в расширительную камеру наконечника; резервуар с жидким азотом снабжен предохранительным обратным клапаном, чтобы предотвратить попадание атмосферного конденсата внутрь резервуара и блокировку дросселя; на выходе канала отвода хладагента установлены электромагнитный затвор, управляемый реле времени, и форвакуумный насос, чтобы интенсифицировать принудительное испарение азота в расширительной камере наконечника и управлять потоком хладагента и длительностью цикла охлаждения; сменная насадка на наконечнике выполнена в форме тубуса, дистальный конец которого перекрыт мелкоячеистой сеткой, чтобы ткань могла орошаться непосредственно жидким хладагентом и не втягиваться в полость тубуса.

На чертеже показана схема аппарата, где 1 резервуар с жидким азотом, 2 теплоизолированная трубка подачи хладагента, 3 трубка отвода хладагента, 4 наконечник с расширительной камерой, 5 сменная насадка в форме тубуса, 6 сетка, 7 электромагнитный затвор, 8 реле времени, 9 форвакуумный насос, 10 предохранительный обратный клапан, 11 дроссель.

Резервуар с жидким азотом 1 имеет предохранительный обратный клапан 10 и герметично соединен с теплоизолированной трубкой подачи хладагента 2. Внешняя система управления клапаном, состоящая из электромагнитного затвора 7, соединенного с реле времени 8, и форвакуумного насоса 9, соединена с резервуаром 1 через трубку отвода хладагента 3, которая входит в камеру 4, трубку подачи хладагента 2 и дроссель 11. Сменная насадка 5 соединена с наконечником 4.

Устройство работает следующим образом. Устанавливается длительность цикла замораживания на реле времени 8. Жидкий азот заливают в резервуар 1 через горловину или отверстие для установки предохранительного клапана 10. Включают форвакуумный насос 9. Криоинструмент с подобранной насадкой 5 подводят к зоне замораживания, и окно тубуса 5 слегка прижимают к выбранному участку ткани. Включают реле времени 8, которое моментально открывает электромагнитный затвор 7 на трубке отвода хладагента 3. Равновесное давление газа в трубке 3, равное атмосферному перед открытием затвора, резко понижается. Также резко понижается давление газа в расширительной камере 4 и внутри тубуса 5, при этом тубус 5 прижимается плотно своим окном к ткани под действием разности давления газа вне и внутри тубуса 5, а ткань как бы втягивается в окно тубуса 5, упираясь в прогнувшуюся сетку 6. Жидкий азот устремляется под действием гpадиента давления из резервуара 1 через дроссель 11 по трубке подачи хладагента 2 в камеру 4, в которой резко вскипает под действием объемного кипения и откачки пара.

Температура образовавшегося парожидкостного хладагента понижается до равновесного значения, определяемого установившимся динамическим давлением пара в камере 4, но не ниже тройной точки азота около 63К. Струя переохлажденного хладагента орошает сетчатое окно тубуса 5 и открытую поверхность ткани и охлаждает их, в принципе, до равновесной температуры.

Процесс замораживания будет автоматически прерван реле времени 8 по истечении установленного на нем интервала времени для открытого состояния электромагнитного затвора 7. После чего затвор 7 закрывается, давление хладагента во всех полостях устройства выравнивается до атмосферного очень быстро, и подача хладагента автоматически прекращается. Насос 9 при этом продолжает работать, а реле времени 8 возвращается в ждущий режим с прежним интервалом работы. Циклы можно повторять или обрывать произвольно с помощью реле времени 8. Число воспроизводимых циклов замораживания определяется запасом жидкого азота в резервуаре.

Аппарат при необходимости можно перевести на режим охлаждения ткани струей только газообразного азота. Для этого дроссель 11 снимают с трубки подачи азота 2, а заборный конец трубки 2 поднимают в паровую область сосуда. Газофазный режима охлаждения, нестационарный по потоку хладагента, более продолжительный, чем основной, жидкостный. Работа аппарата в этом режиме аналогична основному, но есть особенность: после завершения каждого цикла давление пара в сосуде 1 циклично понижается, поэтому перед снятием тубуса 5 с участка ткани паровую полость резервуара 1 надо сообщить с внешней атмосферой.

Третья возможность заключается в том, что криоинструмент можно отсоединить от внешней системы управления потоком хладагента, и, сняв с него тубус 5 и установив регулируемый предохранительный клапан 10, использовать как автономный переносной прибор для замораживания или охлаждения тканей струей жидкого азота или пара в зависимости от того, где расположена заборная часть трубки 3, не содержащей в этом случае дросселя 11.

И наконец, последнее превращение криохирургического аппарата: заменив предложенный тубус с окном 5 глухим наконечником с теплообменником или без него, мы получаем криоинструмент, который потеряет свое быстродействие, поскольку замораживание пойдет через посредство массивных или протяженных металлических аппликаторов, присоединяемых к этому наконечнику, но все равно до более низких температур, чем в аналоге и прототипе. Опытный образец аппарата уже создан и имеет вакуумированную часть диаметром 2,5 мм и длиной 100 мм для трубок подачи и откачки хладагента.

Естественно для всех этих превращений и удобства пользования резервуар для жидкого азота должен быть съемным и взаимозаменяемым другим с иным объемом, дроссель тоже съемный, и трубка подачи хладагента должна иметь съемный заборный участок, прямой или в виде полупетли. А предохранительный обратный клапан, кроме того, что он съемный, может быть регулируемым для расширения возможных режимов работы криоинструмента.

Теплоизоляция на трубке подачи хладагента может быть простой, но вакуумная наилучшая, к тому же вакуумная трубка может выполнять функцию несущего элемента для монтажа расширительной камеры на одном конце, узла герметизации с сосудом в средней части и заборной части хладагента с дросселем на другом конце. Трубка отвода хладагента может быть расположена в общей теплоизоляции с трубкой подачи хладагента. Расширительная камера выполнена металлической полой цилиндрической с открытым торцом, а обе трубки соединены с внутренней полостью камеры. Сменные тубусы различных форм и размеров металлические или фторопластовые жестко соединяются с расширительной камерой, например, с помощью резьбы и ориентируются в нужном радиальном направлении. Каждый из тубусов имеет рабочее окно нужной формы с округлыми кромками, которое затягивается плотно закрепленной по контуру мелкоячеистой сеткой. Сетка может быть металлической или пластиковой, но должна быть слегка углублена в обрамление и прогнута внутрь тубуса.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать криохирургический аппарат широкого применения, который обеспечит быстрое и глубокое замораживание биологических тканей непосредственным орошением их переохлажденным азотом строго дозированными циклами длительностью от секунд до минут на открытых или труднодоступных участках с надежной фиксацией рабочего наконечника, а также удобство управления процессом и инструментом.

Формула изобретения

КРИОХИРУРГИЧЕСКИЙ АППАРАТ, содержащий резервуар с жидким азотом, трубки подвода и отвода хладагента, соединенные с рабочим наконечником открытого типа с расширительной камерой и систему откачки, отличающийся тем, что резервуар с жидким азотом снабжен предохранительным обратным клапаном, трубка подачи хладагента теплоизолирована и снабжена дросселем на входе, а на выходе канала отвода установлены электромагнитный затвор, соединенный с реле времени, и система откачки, выполненная в виде форвакуумного насоса, при этом на наконечнике дополнительно установлена сменная насадка, выполненная в форме тубуса, дистальный конец которой перекрыт мелкоячеистой сеткой.

РИСУНКИ

Рисунок 1