专利名称：用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法及其预冷式治疗装置的制作方法
技术领域：
本发明属于外科手术用的冷冻治疗技术领域，特别涉及一种用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法及其预冷式治疗装置。
背景技术：
通过冷冻细胞对活性组织结构破坏的外科手术通常被用于摧毁癌细胞或良性肿瘤。相对于外科开刀手术，低温外科手术具有许多优点快捷、几乎无痛，无需局部麻醉，无术后感染风险，且几乎不留疤痕。
通过冷冻手术造成细胞破坏的机理有1.如果组织被缓慢冷却，水份离开细胞，使细胞中有害电解质浓度提高，导致组织坏死；2.如果组织被快速冷却，将形成多而微小的冰晶，使得冰晶细化，此时细胞不易损坏。但在融化过程中，如果冰到水的相变太快，所有的冰晶被简单熔化。如果融化速度降下来，将发生已经融化的冰晶要冷却其周围的组织，从而使得一些水再次形成冰，再结晶过程将使得一些冰晶被加长而形成冰锋，冰锋刺破细胞壁导致细胞死亡，从而使组织坏死。
3.当新陈代谢继续的时候，冰阻碍细胞营养的供应和代谢物的处理，细胞死亡就发生。
外科手术可以使用干冰、液氮等冷冻源直接应用于待处理的组织而完成。最简单的方法是用棉签蘸上液体制冷剂，然后用浸透制冷剂的棉球直接接触处理部位，或者将制冷剂导入一封闭的金属导管，通过金属导管喷射制冷剂至应用部位而实施冷冻手术。然而，这种方法有许多不如意的地方(1)用蘸或喷的方法，直接使用制冷剂会造成组织快速冷冻，导致冰晶细化而不是形成大冰晶，细胞不容易脱水，减小了通过高电解浓度来破坏细胞的发生。当制冷剂离开以后，热量又从身体里向被冻组织传递，导致相对快速融化，不宜形成冰锋，从而减少了使细胞遭受破坏程度。直接使用制冷剂于局部组织的最大问题是无法控制冷冻面积的大小，无法控制冷冻程度，冷冻时间和升温时间。
1961年Cooper首先应用液氮作为冷源，采用将液氮通过封闭的金属管道，在一定压力下流至管的尖端，借助液氮的汽化降温作用可使受冻局部温度降达-190℃左右。他用此装置治疗了100例帕金森氏综合症。
使用液氮作为冷源制成的手术器械，已经被广泛使用。特别是皮肤科中对于痣类、粉刺、雀斑、疣等的治疗。然而，液氮冷冻手术器械在许多方面不能令人满意。液氮在冷冻头尖端的蒸发会出现严重问题由于从尖端返回，四周的排出氮气使部分液氮加热，可使供给管内的液氮蒸发。这是因为排出的氮气比供给管中的液氮温度要高，形成了逆流热交换，而使供给管中液氮部分蒸发形成气体，而形成阻碍液氮流到尖端的氮气气泡。加大液氮压力或降低液氮温度可使液氮过冷，从而解决这个问题。但是这又使得系统更为复杂；其次，液氮使用不方便，设备操作复杂。
所以，以气体作为冷媒，依靠焦尔-汤姆逊节流效应制冷的方法受到人们的重视和欢迎。目前，国际上就此原理发明的氩—氦刀可以认为是当今比较先进的冷冻治疗装置，其冷刀内含有针对氩、氦的两套管路，原理在于利用节流时氩气快速制冷而氦气则急速升温的技术，从而在刀头造成间隔急速降温和升温的功能，通过对肿瘤组织进行冻、融循环，摧毁肿瘤病灶，以最小限度或不损害肿瘤周边正常组织的伤害，达到无创伤、无副作用的效果。然而，氩—氦刀所使用的气源压力非常高，氩气入口压力高于210bar，如此高的压力，使冷刀的安全性能存在极大的隐患，而且氩—氦刀所用的高压气体需要专门制备，气源获得十分困难，手术费用因此也十分高昂，每次手术费用超过5千元。另外，由于氩气的工作压力太高，也就是，在使用过程中，压力下降至210bar时，便不可使用，必须及时更换新的氩气瓶，这样便造成了一瓶气体可利用部分的量很小，一瓶气体甚至不能满足一次手术的需要，因此在手术过程当中需要更换气瓶，这给手术造成极大的不便，也容易引起意外。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新的用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法；本发明的再一目的是提供一种新型的用于肿瘤治疗的预冷式肿瘤治疗装置，该装置可使用易于获得、工作压力大大降低的廉价气体，而且其安全性、经济性和稳定性都得到提高。
本发明的技术方案如下本发明提供的用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法，包括以下步骤1)将一种高温工质气体进行节流制冷后而对另一种常温高压的低温工质气体进行预冷；2)将经预冷的低温工质气体送入回热器进行进一步制冷，得到经进一步冷却的低温冷却气体；
3)步骤2得到低温冷却气体再进行节流制冷后通至肿瘤治疗装置的探针头部而用于肿瘤冷冻治疗。
发明提供的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，包括一外套1，该外套1包括同心套装在一起的变径不锈钢管，变径不锈钢管的两端分别焊接上堵头11和下堵头14，两变径不锈钢管之间抽真空并密封；一连接于下堵头14下端的探针头3，该探针头3为空心腔体，其端头部为外径为2-5毫米细圆锥体，圆锥体的锥度为30-90°；一安装于外套1中的空心圆柱体型芯轴21，其上端盖有封板211；一上端与低温工质气源5相连通的低温工质输送管22螺旋排列盘绕在所述芯轴21周壁上，其前段22a螺旋盘绕在芯轴21上部212a上，构成第一级换热器I，低温工质输送管22的后段22b螺旋盘绕在芯轴下部212c上，构成第二级换热器II，低温工质输送管22未端设有一节流小孔221并伸入外套内管的内腔伸至探针头3内腔的下部；一固定安装在所述芯轴21上的用于对低温工质输送管22中的工质进行预冷的高温工质输送管23，该高温工质输送管23上端与高温工质气源4相连通，其下端设有节流小孔231并伸至第一级换热器I的下方；还包括一穿过封板211并和芯轴21内腔相连通的回气管24，该回气管24上安装放气阀8；所述第一级换热器I的下方设有一工字型连接块，所述高温工质输送管23下端伸至该工字型连接块的中部；所述高温工质输送管23与高温工质气源4之间相连通的连接管道上安装有控制阀门9；所述低温工质输送管22与低温工质气源5之间相连通的连接管道上安装有控制阀门6；所述低温工质输送管22为导热性能好易弯曲的紫铜管或不锈钢管，其在外表面上缠绕细翅片；所述回气管24通过控制阀门7与连通低温工质输送管22和低温工质气源5之间的连接管道相连通，或者与连接高温工质输送管23和高温工质气源4之间的连接管道相连通；所述探针头3的内腔为螺纹型内腔；所述高温工质气源4内装的高温工质气体为CO2、N2O、C2H6或C2H4；所述低温工质气源5内装的低温工质气体为Ar、O2或N2；所述探针头3的头部安装有温度传感器。
外套1可用两根变径不锈钢管可分上、下两段制作，上段外管和内管连接上堵头11构成探针的操作手柄，下段外管和内管连接下堵头14共同构成探针杆，不锈钢管之间抽真空后密封；这种结构有很好的隔热效果，具有两方面的作用一是可以使在冷冻治疗过程中除了探针头3部位为低温外，探针其它部位都是常温，这样有利于医生操作，并且不会给其他部位造成大的损伤，达到微创效果；二是由于外套有良好的隔热效果，可以充分利用探针的冷量，提高效率，减小耗气量。外套上部同时为手术时的操作手柄，外套下部为探针杆，手术时部分伸入体内，将探针头3刺入需要治疗的部位；探针头3为探针的治疗部位，手术时刺入需要治疗的部位，探针冷量通过探针头3释放到需要治疗的部位，对肿瘤进行冷冻。该探针头3为空心腔体，其外径为2-5毫米，其端头部为细圆锥体，不同其锥度为30-90°；可根据需冷冻组织的位置以及肿瘤的大小不同选用不同规格的探针头。探针头的材质选用导热性能好的金属材料，如铜、不锈钢或银，其内壁可以制成螺纹以加强换热效果；为了检测冷冻温度，可以在探针头3的腔内设置热电偶。
本发明的工作原理及其优点为如图1，冷冻时，常温高压的低温工质在流经I级换热时被节流降温后的高温工质预先冷却到一定的温度，进入II级换热，被节流后回流的低温工质进一步冷却，在节流小孔221处节流降压，由于J-T效应，可获得所需的低温；由于有高温工质的预冷，低温工质的入口压力可以大大降低，这样所需的气源就可以从市场上直接获得，同时耗气量大大减少，这是本发明的优点之一；回温时，将回气管道23接通高压的低温工质气源4，这样，探针头3的常压气体被突然压缩，温度骤然上升，释放出大量的热量，这样不必换用别的工质，这是本发明的优点之二；本发明还可通过改变工质的流动方向来实现探针头快速达到快速回温的目的，使肿瘤组织进行冻/融循环，达到摧毁肿瘤组织的目的。可选择不同形状、规格的探针头，适用于不同深度、不同大小的肿瘤治疗，还可于探针头部设置热电偶以监控治疗过程中的探针头部的温度。
附图1为本发明(一实施例)的结构示意图；附图2为本发明的第二实施例的结构示意图；附图3为本发明的第三实施例的结构示意图；附图4为本发明的第四实施例的结构示意图；其中一外套1 上堵头11下堵头14探针头3 芯轴21 封板211低温工质输送管22 低温工质气源5 节流小孔231、221高温工质输送管23 高温工质气源4 控制阀门6、7、8、9回气管24 回温管25高压气源4、5放气阀8 控制阀门6、7、9 连接块212b
具体实施例方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明由图1-4可知，本发明的用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法，其步骤为1、高温工质气源4中的高温工质气体通过高温工质输送管23末端的节流孔231节流制冷后，对来自常温高压的低温工质气源5的低温工质气体进行预冷；2、将经预冷的低温工质气体送入回热器II进行进一步制冷，得到经进一步冷却的低温工质气体；3、得到经进一步冷却的低温工质气体再通过位于低温工质输送管22末端的节流小孔221进行在一次节流制冷后通至肿瘤治疗装置的探针头部而用于肿瘤冷冻治疗。
由图1-4所示，本发明提供的预冷式肿瘤治疗装置，包括外套1，该外套1包括同心套装在一起的变径不锈钢管，变径不锈钢管的两端分别焊接上堵头11和下堵头14，两变径不锈钢管之间抽真空并密封；外套1可分上、下两段制作，上段外管和内管连接上堵头11构成探针的操作手柄，下段外管和内管连接下堵头14共同构成探针杆，不锈钢管之间抽真空后密封；这种结构有很好的隔热效果，具有两方面的作用一是可以使在冷冻治疗过程中除了探针头3部位为低温外，探针其它部位都是常温，这样有利于医生操作，并且不会给其他部位造成大的损伤，达到微创效果；二是由于外套有良好的隔热效果，可以充分利用探针的冷量，提高效率，减小耗气量。外套上部同时为手术时的操作手柄，外套下部为探针杆，手术时部分伸入体内，将探针头3刺入需要治疗的部位；探针头3为探针的治疗部位，连接于下堵头14下端，该探针头3为空心腔体，其端头部为外径为2-5毫米细圆锥体，圆锥体的锥度为30-90°；手术时刺入需要治疗的部位，冷量通过探针头3释放到需要治疗的部位，对肿瘤进行冷冻。该探针头3为空心腔体，其外径为2-5毫米，其端头部为细圆锥体，不同其锥度为30-90°；可根据需冷冻组织的位置以及肿瘤的大小不同选用不同规格的探针头。探针头的材质选用导热性能好的金属材料，如铜、不锈钢或银，其内壁可以制成螺纹以加强换热效果；为了检测冷冻温度，可以在探针头3的腔内设置热电偶。
安装于外套1中的空心圆柱体型芯轴21，其上端盖有封板211；一上端与低温工质气源5相连通的低温工质输送管22螺旋排列盘绕在所述芯轴21周壁上，其前段螺旋盘绕在芯轴21上部上，构成第一级换热器I，低温工质输送管22的后段螺旋盘绕在芯轴下部上，构成第二级换热器II，低温工质输送管22未端设有一节流小孔221并伸入外套内管的内腔伸至探针头(3)内腔的下部；
一固定安装在所述芯轴21上的用于对低温工质输送管22中的工质进行预冷的高温工质输送管23，该高温工质输送管23上端与高温工质气源4相连通，其下端设有节流小孔231并伸至第一级换热器I的下方；穿过封板211并和芯轴21内腔相连通的回气管24上安装放气阀8；可在第一级换热器I的下方设有一工字型连接块212b，高温工质输送管23下端伸至该工字型连接块的中部；高温工质输送管23与高温工质气源4之间相连通的连接管道上安装有控制阀门9；所述低温工质输送管22与低温工质气源5之间相连通的连接管道上安装有控制阀门6；所述低温工质输送管22为导热性能好易弯曲的紫铜管或不锈钢管，其在外表面上可缠绕细翅片；回气管24通过控制阀门7与连通低温工质输送管22和低温工质气源5之间的连接管道相连通，或者与连接高温工质输送管23和高温工质气源4之间的连接管道相连通；所述高温工质气源4内装的高温工质气体为CO2、N2O、C2H6或C2H4；所述低温工质气源5内装的低温工质气体为Ar、O2或N2。
实施例1如图1，冷冻时，开启控制阀6、8和9，高压的低温工质从气瓶5通过控制阀6流入低温工质输送管22，首先通过其前段，在此与来自连接块中部的高温工质进行热交换，被预先冷却到一定的温度，进入低温工质输送管后段，被节流后回流的低温工质进一步冷却，在节流小孔221处节流降压，由于J-T效应，可获得所需的低温；高温工质通过控制阀9进入高温工质输送管23，并通过节流孔231后节流降温，然后从由芯轴上段外壁、外套内层变径管的上段内壁和低温工质输送管前段构成回气通道回流，吸收流经低温工质输送管22的低温工质的热量。由于有高温工质的预冷，低温工质的入口压力可以大大降低，这样所需的气源就可以从市场上直接获得，同时耗气量大大减少，这是本发明的优点之一；回温时，将回气管道24接通高压的低温工质气源5，同样也可以接通高压的高温工质气源4这样，探针头3内腔的低压气体被突然压缩，温度骤然上升，释放出大量的热量，达到回温目的，这样不必换用新的工质就可实现回温，这是本发明的优点之二；本发明还可通过改变工质的流动方向来实现探针头快速达到快速回温的目的，使肿瘤组织进行冻/融循环，达到摧毁肿瘤组织的目的。根据治疗需要，可选择不同形状、规格的探针头，以适用于不同深度、不同大小的肿瘤治疗，还可于探针头部设置热电偶以监控治疗过程中的探针头部的温度；本实施例中的高温工质气源4中使用的高温工质气体为CO2，低温工质气源5中使用的低温工质气体为Ar。
实施例2如附图2所示，这是本发明的另一种实施方式，该实施方式与附图1的实施例原理基本相同，低温工质经过两次预冷后通过输送管道22到达探针头3内腔的下部，在此节流降温，达到所需要的治疗温度。所不同的是，回气管24通过控制阀门8后直接排空，另设回温管25伸至芯轴21的下端。在冷冻过程时关闭控制阀7，开启控制阀6、8和高温工质控制阀9，低温工质在流经其输送管道22时依次被节流后的高温工质和从探针头3回流的低温工质预冷，最后在探针头3的内腔处通过接流孔221节流降温，实现冷冻。回温时关闭控制阀8和控制阀9，高压气源直接经回温管25通入，对探针内的低压气体进行压缩，产生热量，实现回温。这样的目的是避免在回温时高压气体在通过回气通道时被温度较低的芯轴冷却，影响回温效果。回温管25也可以与高温工质气源4相通，回温时用高温工质的高压来压缩探针内的低压气体，达到回温效果。实施例中的高温工质气源4中使用的高温工质气体为N2O，低温工质气源5中使用的低温工质气体为O2。
实施例3如附图3所示，这是本发明的第三种实施方式，在该实施例中，芯轴21分为上、下两部分，其下部通过内腔伸入探针头3内腔的上部，低温工质输送管的前段螺旋盘绕在芯轴上段，低温工质输送管的后段螺旋盘绕在芯轴下段。实施例中的高温工质气源4中使用的高温工质气体为C2H6，低温工质气源5中使用的低温工质气体为N。
实施例4如附图4所示，这是本发明的第四种实施方式，在该实施例中，芯轴21为一空心圆柱体。回气管24通过控制阀8后直接排空，回温管25穿过芯轴内腔和外管内腔并伸至探针头3内腔的上部。低温工质输送管道的前段螺旋盘绕在芯轴21的外壁并紧贴外管的内壁构成第一级换热器；低温工质输送管道的后段螺旋盘绕在回温管25的外壁并紧贴外管内壁构成第二级换热器。高温工质输送管23穿过封板211进入芯轴21的内腔并穿出其末端。这样回温时，高压气源直接通过回温管25直接通入探针头部，压缩其原有低压气体，产生大量热量，实现回温。这样就避免了回温时高压气源流经回气通道时被温度较低的芯轴及其它部位冷却，影响回温效果。实施例中的高温工质气源4中使用的高温工质气体为C2H4，低温工质气源5中使用的低温工质气体为N。
权利要求
1.一种用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法，包括以下步骤1)将一种高温工质气体进行节流制冷后而对另一种常温高压的低温工质气体进行预冷；2)将经预冷的低温工质气体送入回热器进行进一步制冷，得到经进一步冷却的低温冷却气体；3)将步骤2)得到的经进一步冷却后的低温冷却气体再进行节流制冷后通至肿瘤治疗装置的探针头部而用于肿瘤冷冻治疗。
2.一种预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，包括一外套(1)，该外套(1)包括同心套装在一起的变径不锈钢管，变径不锈钢管的两端分别焊接上堵头(11)和下堵头(14)，两变径不锈钢管之间抽真空并密封；一连接于下堵头(14)下端的探针头(3)，该探针头(3)为空心腔体，其端头部为外径为2-5毫米细圆锥体，圆锥体的锥度为30-90°；一安装于外套(1)中的空心圆柱体型芯轴(21)，其上端盖有封板(211)；一上端与低温工质气源(5)相连通的低温工质输送管(22)螺旋排列盘绕在所述芯轴(21)周壁上，其前段(22a)螺旋盘绕在芯轴(21)上部(212a)上，构成第一级换热器(I)，低温工质输送管(22)的后段(22b)螺旋盘绕在芯轴下部(212c)上，构成第二级换热器(II)，低温工质输送管(22)未端设有一节流小孔(221)并伸入外套内管的内腔伸至探针头(3)内腔的下部；一固定安装在所述芯轴(21)上的用于对低温工质输送管(22)中的工质进行预冷的高温工质输送管(23)，该高温工质输送管(23)上端与高温工质气源(4)相连通，其下端设有节流小孔(231)并伸至第一级换热器(I)的下方；还包括一穿过封板(211)并和芯轴(21)内腔相连通的回气管(24)，该回气管(24)上安装放气阀(8)。
3.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述第一级换热器(I)的下方设有一工字型连接块，所述高温工质输送管(23)下端伸至该工字型连接块的中部。
4.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述高温工质输送管(23)与高温工质气源(4)之间相连通的连接管道上安装有控制阀门(9)；所述低温工质输送管(22)与低温工质气源(5)之间相连通的连接管道上安装有控制阀门(6)。
5.按权利要求1或3所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述低温工质输送管22为导热性能好易弯曲的紫铜管或不锈钢管，其在外表面上缠绕细翅片。
6.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述回气管(24)通过控制阀门(7)与连通低温工质输送管(22)和低温工质气源(5)之间的连接管道相连通，或者与连接高温工质输送管(23)和高温工质气源(4)之间的连接管道相连通。
7.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述探针头(3)的内腔为螺纹型内腔。
8.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述高温工质气源(4)内装的高温工质气体为CO2、N2O、C2H6或C2H4。
9.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述低温工质气源(5)内装的低温工质气体为Ar、O2或N2。
10.按权利要求1所述的预冷式肿瘤治疗装置，其特征在于，所述探针头(3)的头部安装有温度传感器。
全文摘要
一种用于肿瘤治疗的预冷式制冷方法及装置，包括真空外套、探针头、装于外套中的芯轴，芯轴周壁上绕有螺旋排列的与低温工质气源相通的低温工质输送管，其前段构成第一级换热器，后段构成第二级换热器，下端设节流小孔并伸至探针头下部；与高温工质气源相通的高温工质输送管末端设有节流小孔，其内的高温工质气经节流制冷后预冷低温工质输送管中的低温工质，该低温工质再通过其输送管道末端节流小孔的再一次节流制冷，达到预定温度后输送至探针头部而用于肿瘤治疗。本装置工作压力低、易得，而且安全性、经济性和稳定性高。
文档编号A61B18/00GK1626047SQ200410000799
公开日2005年6月15日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年12月12日
发明者吴伟平, 赵行, 李浩明, 柯钢 申请人:北京库蓝医疗设备有限公司