一种自然吸气型冷冻消融系统的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种自然吸气型冷冻消融系统。

背景技术：

随着冷冻技术的不断发展，其在临床中得到了越来越多的应用，并且冷冻技术在疾病治疗中的优势得到了广泛专家的认可，应用范围和病症也越来越广。例如，用于肿瘤治疗的“氩氦刀”，其以氩气作为制冷的冷媒气体，氦气作为升温的热媒气体，在肿瘤治疗领域已经得到了广泛认可；用于支气管镜活检的冷冻系统，其利用二氧化碳气体作为冷媒，并结合冷冻具有粘连力的特点，通过支气管镜进行肺部组织提取；目前已发展起来的冷冻治疗房颤的冷冻系统，其是利用一氧化二氮或氩气等作为制冷的冷媒，通过冷冻进行心房组织的消融，达到电信号传导隔离的目的。

上述的冷冻系统的共同特点是均需要冷媒气体作为制冷能源，例如氩气、一氧化二氮、二氧化碳等。但是，我国的气体资源有限，对于一线大城市，气体供应尚可，而对于偏远的二线城市和三线城市，气体供应受运输、山地、环境、生产商等诸多不利条件的影响，很难进行供应，使得这类冷冻设备在二线、三线城市难以应用开展，这会导致患者在大型城市淤积，因此冷媒气体的供应成为了冷冻设备应用发展的“卡脖子”性问题。

技术实现要素：

为了解决冷媒气体作为制冷能源供应受限的问题，本发明提供了一种自然吸气型冷冻消融系统，该系统包括供气站和主机；所述供气站包括第一气体压缩单元、第二气体压缩单元、供气站驱动单元、排放单元和气体存储单元；所述第一气体压缩单元的输入端连接过滤后的空气，所述第一气体压缩单元的输出端与所述第二气体压缩单元的输入端连接，所述第二气体压缩单元的输出端分别与所述排放单元和气体存储单元连接，所述供气站驱动单元分别与所述第一气体压缩单元和第二气体压缩单元连接；所述主机包括气体分配单元、气体预冷池、工作气体输出接口和主机驱动控制单元；所述主机驱动控制单元与供气站驱动单元连接，所述气体分配单元分别与所述气体存储单元和气体预冷池连接，所述气体预冷池与工作气体输出接口连接。

本发明提供的自然吸气型冷冻消融系统，不需要特殊的冷媒气体作为制冷的能源，其采用自然吸气的方式，通过供气站对自然空气进行压缩输出高压空气，通过主机对高压空气进行预冷输出高压低温空气，高压低温空气节流产生冷量，以及对高压空气进行减压和加热输出低压高温空气，低压高温空气节流产生热量，满足了冷冻消融设备在二线、三线城市的应用发展需求，从而促进了冷冻消融设备的推广使用，有效地降低了患者在大型城市的淤积，使患者能够就近得到及时治疗，减少了患者的旅途劳累，节省了治疗费用的支出。

附图说明

图1是本发明实施例的自然吸气型冷冻消融系统组成原理框图；

图2是本发明实施例的气体预冷池的冷却原理示意图；

图3是本发明实施例的气体预冷池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

参见图1，本发明实施例的自然吸气型冷冻消融系统包括供气站和主机。供气站的功能是将空气进行压缩增压，并存储在气瓶中；空气压缩后会升温，影响冷冻效果，故供气站在每级气缸之间均设置有冷却管，用于对压缩空气的冷却。主机的功能是将压缩空气进行控制，并分配给不同的工作通道；同时，为了增强空气的制冷效果，主机设有气体预冷池，用于在空气输出前将空气进行预冷。下面详细阐述本发明实施例的供气站和主机的具体组成。

参见图1，本发明实施例的供气站包括第一气体压缩单元、第二气体压缩单元、供气站驱动单元、排放单元和气体存储单元。第一气体压缩单元的输入端连接过滤后的空气，第一气体压缩单元的输出端与第二气体压缩单元的输入端连接，第二气体压缩单元的输出端分别与排放单元和气体存储单元连接，供气站驱动单元分别与第一气体压缩单元和第二气体压缩单元连接。空气通过供气站的自然进气口进入进气过滤器，对空气进行过滤，去除空气中的大颗粒杂质。过滤后的空气进入第一气体压缩单元，第一气体压缩单元对过滤后的空气进行压缩增压。在具体应用中，本实施例的第一气体压缩单元包括按照气体传输方向串联的第一级气缸11、冷却管12、单向阀13、安全阀14、第二级气缸21、冷却管22、单向阀23和安全阀24；第一级气缸11的进气口连接过滤后的空气。

参见图1，经过第一气体压缩单元压缩后的空气进入第二气体压缩单元，对空气继续进行压缩增压。在具体应用中，本实施例的第二气体压缩单元包括按照气体传输方向串联的第三级气缸31、冷却管32、单向阀33、安全阀34、油水分离器35、第四级气缸41、冷却管42、单向阀43、安全阀44和油水分离器45；第三级气缸31与安全阀24连接；油水分离器用于分离空气中的水汽和油气，以保证气体输出的纯净度。

参见图1，本实施例的排放单元包括电磁阀61、电磁阀62和排放口63；电磁阀61与油水分离器35连接，电磁阀62与油水分离器45连接，电磁阀61和电磁阀62均与排放口63连接；在电磁阀61和电磁阀62开启的状态下，油水分离器35和油水分离器45分离出的水汽和油杂质通过排放口63排出。

参见图1，本实施例的气体存储单元包括按照气体传输方向串联的压力变送器51、单向阀52、安全阀53、高压送气管54、气瓶55、压力变送器56、针阀57和高压气体输出接口58；压力变送器51与油水分离器45连接；高压气体输出接口58通过减压器81和送气管路82与气体分配单元连接。

参见图1，本实施例的供气站驱动单元包括电动马达71、供气站控制板72、供气站驱动板73、隔离变压器74、接触器75、供气站通讯接口76和供气站人机交互模块77；电动马达71分别与第一级气缸11、第二级气缸21、第三级气缸31和第四级气缸41的活塞连接，驱动所有气缸的活塞做功；电动马达71与每级气缸的活塞的传动方式可为齿轮或皮带传动；接触器75分别与隔离变压器74、供气站驱动板73和电动马达71电连接，供气站控制板72分别与供气站驱动板73、压力变送器51、压力变送器56、供气站通讯接口76和供气站人机交互模块77电连接；供气站驱动板73分别与电磁阀61和电磁阀62电连接；供气站驱动板73在供气站控制板72的控制下，进而控制电磁阀61和电磁阀62的开启或关断，以及接触器75的闭合或断开。

参见图1，本发明实施例的主机包括气体分配单元、气体预冷池、工作气体输出接口和主机驱动控制单元。其中，主机驱动控制单元与供气站驱动单元连接，气体分配单元分别与气体存储单元和气体预冷池连接，气体预冷池与工作气体输出接口连接。

参见图1，本实施例的主机驱动控制单元包括主机通讯接口91、主机控制板92、主机驱动板93和主机人机交互模块94；主机控制板92分别与主机人机交互模块94、主机通讯接口91和主机驱动板93电连接；主机通讯接口91与供气站通讯接口76电连接，用于实现主机与供气站之间的信息通讯，信息通讯的交换数据包括供气站的气体压力、工作状态，以及主机的工作通道数量、工作通道状态等，这样不仅可以保证气体供应适合主机气体的使用量，而且还可以在保证气体供应充足的同时，减少能源浪费；主机通讯接口91与供气站通讯接口76均可为usb接口、串行通讯(rs232、rs485、rs422)接口、以太网接口或光纤通讯接口等。

参见图1，本实施例的气体分配单元包括进气接口101、过滤器102、安全阀103、总电磁阀104、高压电磁阀组、低压电磁阀组、压力变送器105、减压器106、单向阀组、电加热器组和通道测温接口组。其中，进气接口101通过减压器81和送气管路82与高压气体输出接口58连接；进气接口101与过滤器102连接，过滤器102与安全阀103连接，安全阀103分别与总电磁阀104和压力变送器105连接，压力变送器105与主机控制板92电连接，总电磁阀104分别与高压电磁阀组和减压器106连接，高压电磁阀组与气体预冷池连接，主机驱动板93分别与总电磁阀104、气体预冷池、高压电磁阀组和低压电磁阀组电连接，减压器106与低压电磁阀组连接，低压电磁阀组与单向阀组连接，单向阀组与电加热器组连接，电加热器组与工作气体输出接口连接，主机控制板92与电加热器组电连接，通道测温接口组与主机控制板92电连接。在本实施例中，高压电磁阀组包括8个高压电磁阀，低压电磁阀组包括8个低压电磁阀，单向阀组包括8个单向阀，电加热器组包括8个电加热器，通道测温接口组包括8个通道测温接口，通道测温接口与外部冷冻消融针的测温传感器电连接，工作气体输出接口的数量为8个，即本发明实施例的主机提供了8个通道的工作气体输出接口。需要说明的是：在实际应用实例中，工作气体输出接口的数量是根据实际需要来设定的，例如可以设置4个、6个或10个工作气体输出接口等，相应地，高压电磁阀组和低压电磁阀组分别包括的高压电磁阀和低压电磁阀数量、单向阀组包括的单向阀数量、电加热器组包括的电加热器数量、通道测温接口组包括的通道测温接口的数量均应与工作气体输出接口数量相同。

参见图3，本发明实施例的气体预冷池用于将高压空气进行预冷，其开设有空气进气口301、空气出气口302、制冷剂进口303和制冷剂出口304。其中，空气进气口301与高压电磁阀组连接；气体预冷池内装有冷却传导液305，冷却传导液305内设有制冷管306和输气管307；制冷管306的一端与制冷剂进口303连接，制冷管306的另一端与制冷剂出口304连接；输气管307的一端与空气进气口301连接，输气管307的另一端与空气出气口302连接；气体预冷池的外表面设有隔热层308；气体预冷池的顶部设有与冷却传导液305接触的液位传感器309和温度传感器310；空气出气口302与工作气体输出接口连接。在具体应用中，制冷剂通过制冷剂进口303进入气体预冷池，通过制冷管306将冷却传导液305全部进行冷却，冷却后的制冷剂通过制冷剂出口304流出；冷却传导液305将输气管307进行冷却，常温空气通过空气进气口301进入输气管307，进而被输气管307冷却，然后通过空气出气口302流出，成为预冷后的低温空气，预冷后的低温空气通过工作气体输出接口输出。为了增加传导表面积，制冷管306和输气管307均可为螺旋形结构，材质均为温度传导性好的铜材质，例如螺旋形铜管。冷却传导液305是低温下为液体的物质，例如无水乙醇等。隔热层308可为真空结构、双层结构或保温材料缠绕结构，用于保证整个气体预冷池的冷量不浪费。液位传感器309和温度传感器310，用于实时监测冷却传导液305的液位和温度；如果冷却传导液的液量不足，应予以补液。

参见图2，本发明实施例的冷冻消融系统还包括制冷单元，用于对制冷剂进行循环冷却，其冷却过程采用双级压缩机结构，具体包括压缩机401、压缩机402、冷凝器403、储液器404、储液器405、热交换器406、膨胀阀407和膨胀阀408。其中，压缩机401与冷凝器403连接，冷凝器403与储液器404连接，储液器404与膨胀阀407连接，膨胀阀407与热交换器406连接，热交换器与压缩机401连接；压缩机402与热交换器406连接，储液器405与热交换器406连接，储液器405与膨胀阀408连接，膨胀阀408与制冷剂进口303连接，制冷剂出口304与压缩机402连接。在具体应用中，压缩机401将制冷剂进行压缩，压缩后的制冷剂经过冷凝器403，通过风冷进行冷却，然后进入储液器404，通过膨胀阀407进入热交换器406，将整个热交换器406冷却，进而将压缩机402接收到的制冷剂进行冷却，冷却后的制冷剂通过储液器405、膨胀阀408和制冷剂进口303进入制冷管306，对冷却传导液冷却，进而实现气体预冷池的冷却。预冷前的高压空气通过螺旋形铜管流经气体预冷池，进而将高压空气进行预冷。在实际应用中，热交换器406应为热传导特性好的材质，例如铜、铝等。

本发明实施例的工作气体输出接口可以输出高压低温空气和低压高温空气。其中，输出高压低温空气是通过本发明实施例供气站提供的高压空气，再通过本发明实施例主机对高压空气进行过滤器过滤、电磁阀分配并经过气体预冷池预冷后，通过工作气体输出接口输出，以实现输出高压低温空气；输出低压高温空气是通过本发明实施例供气站提供的高压空气，本发明实施例主机利用减压器进行减压后，再通过电磁阀进行气体分配给各气体输出支路，再经过各支路单向阀后，进入各通道的电加热器，电加热器可为感应线圈加热器、石英陶瓷不锈钢加热管、加热硅胶片等装置，对低压空气进行快速加热，以实现输出低压高温空气。

参见图1，本发明实施例的自然吸气型冷冻消融系统的工作过程包括：

1、供气站供气过程

供气站启动后，供气站人机交互模块共提供了两种工作模式，一种为自动工作模式，即检测气瓶压力低于限值后，自动进行增压补气；另一种为手动工作模式，即手动控制是否进行增压补气。操作者操作自动工作模式后，供气站人机交互模块将操作信息，通过串行通讯模式(rs232、rs485、rs422等)将操作信息传递给供气站控制板，同时接收供气站控制板采集的压力、工作状态等信息，并显示在供气站人机交互模块上。然后，供气站控制板通过供气站驱动板控制接触器开启，电源通过隔离变压器给电动马达供电，电动马达启动。电动马达通过齿轮或皮带等传动装置，带动第一级气缸、第二级气缸、第三级气缸和第四级气缸工作，对气体进行增压。

空气通过自然进气口进入进气过滤器，通过第一级气缸对空气进行第一级增压，通过冷却管、单向阀、安全阀后，进入第二级气缸，对空气进一步增压。再通过冷却管、单向阀、安全阀后，进入第三级气缸，再对空气进一步增压，再通过冷却管、单向阀、安全阀后，进入油水分离器，油水分离器将前级压缩的空气中的水和油进行分离过滤，过滤后的气体进入第四级气缸，再对空气进一步压缩增压，增压后的气体通过冷却管、单向阀、安全阀后，再进入油水分离器，油水分离器将前级压缩的空气中的水和油再进行进一步的分离过滤，以保证空气的纯净度，过滤后的空气通过压力变送器、单向阀、安全阀后，再通过高压送气管连接至气瓶，将高压气体存储于气瓶中，气瓶中的空气通过压力变送器，开启针阀后，通过高压气体输出接口进行高压空气的输出。

另外，本发明实施例的供气站具有自动智能排污功能，具体过程是：供气站启动后，供气站控制板通过供气站驱动板先控制电磁阀61和电磁阀62打开，油水分离器35和油水分离器45分离过滤出的油和水等污物，从电磁阀61和电磁阀62通过供气站的排放口63排出。

2、高压低温空气输出(冷冻模式实现方式)

空气通过供气站进行压缩后，压力升高，同时气体压缩会导致温度升高，供气站具有冷却管12、冷却管22、冷却管32、冷却管42，共4级冷却结构；冷却后，供气站输出的高压空气为常温空气。但是，常温空气的制冷效果相比常规使用的高压氩气的制冷效果较弱，故需要对高压空气进行冷却，提高空气的制冷效果。

系统启动后，供气站提供的高压空气通过减压器进行一级减压，减压至2800psi左右，再通过送气管路将减压后的空气送入主机的进气接口，再将空气送入过滤器进行过滤，过滤后的空气通过安全阀进入总电磁阀。操作者通过主机人机交互模块操作主机某一通道或某几个通道冷冻时，主机人机交互模块将操作信息通过通讯的方式传递给主机控制板，主机控制板将采集的压力变送器105的实时工作压力信息和工作通道的测温接口采集的温度信息，以及工作状态和工作时间等信息通过通讯的方式传递给主机人机交互模块，以显示给操作者。同时，主机控制板通过控制主机驱动板，控制总电磁阀开启。然后根据工作的通道，开启相应的通道的高压电磁阀(例如：通道1和通道2冷冻工作，则开启通道1的高压电磁阀和通道2的高压电磁阀)。高压空气通过相应的通道的高压电磁阀后，进入气体预冷池。在系统上电后，主机控制板会通过主机驱动板自动控制气体预冷池工作，并且医生在进行冷冻操作之前，还需要进行穿刺、ct扫描、定位等多步操作，系统可利用等待冷冻的时间，将气体预冷池的冷却传导液先进行预冷。预冷方式是制冷剂通过制冷剂进口进入气体预冷池，通过制冷管将冷却传导液全部进行冷却，冷却后的制冷剂通过制冷剂出口流出；被冷却的冷却传导液将输气管进行冷却，常温空气通过空气进气口进入输气管而被冷却，然后通过空气出气口流出，成为预冷后的低温空气。

3、低压高温空气输出(加热模式实现方式)

操作者通过主机人机交互模块操作主机某一通道或某几个通道加热时，主机人机交互模块将操作信息通过通讯的方式传递给主机控制板，主机控制板将采集的压力变送器105的实时工作压力信息和工作通道的测温接口采集的温度信息，以及工作状态和工作时间等信息通过通讯的方式传递给主机人机交互模块，以显示给操作者。同时，主机控制板通过控制主机驱动板，控制总电磁阀开启。空气通过总电磁阀后，减压器将高压空气进行减压，减压输出的压力为300～600psi，减压的原因在于，高压空气节流会产生制冷效应，会影响加热的效果，故采用低压空气进行加热。减压后的低压空气，根据加热工作的通道，开启相应的通道的低压电磁阀(例如：通道1和通道2加热工作，则开启通道1的低压电磁阀和通道2的低压电磁阀)。同时，主机控制器通过主机驱动板控制对应的通道的电加热器开启(例如：通道1和通道2加热工作，则开启通道1的电加热器和通道2的电加热器)，低压空气通过对应通道的单向阀，在通道电加热器处被加热，低压高温空气与工作气体输出接口连接，进而实现低压高温空气的输出。

本发明实施例提供的自然吸气型冷冻消融系统，不需要特殊的冷媒气体作为制冷的能源，其采用自然吸气的方式，通过供气站对自然空气进行压缩输出高压空气，通过主机对高压空气进行预冷输出高压低温空气，高压低温空气节流产生冷量，以及对高压空气进行减压和加热输出低压高温空气，低压高温空气节流产生热量，满足了冷冻消融设备在二线、三线城市的应用发展需求，从而促进了冷冻消融设备的推广使用，有效地降低了患者在大型城市的淤积，使患者能够就近得到及时治疗，减少了患者的旅途劳累，节省了治疗费用的支出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。