专利名称：辅助射频消融用的气体流量控制装置及其实施冷却的方法
技术领域：
本发明涉及一种辅助射频加热用的气体流量控制装置及其实施冷却的方法，用来控制输入射频针尖的冷量，扩大射频消融范围的同时，使得消融范围可以方便的得到控制。
背景技术：
射频消融治疗肿瘤开始于19世纪90年代早期，但是利用热量治疗肿瘤的思想却可以追溯到古埃及及希腊时期。肿瘤组织含水量通常多于周围正常组织，因此常常容易被加热，从而引起瘤组织的损伤。对于肿瘤细胞而言，由于长期耗能、慢性缺氧、营养缺乏而造成的低PH环境，以及肿瘤的新生血管热交换功能差，自身微血管缺少基底膜等因素，均可导致肿瘤对热敏感。这些是射频消融对肿瘤组织选择性加热使肿瘤组织坏死的基础。射频消融的基本原理是通过电极针将高频的交流电磁波导入肿瘤组织，再经弥散电极形成回路。射频工作时，组织中的导电离子和极化电子按照交变电流方向的改变快速运动，导致摩擦生热，这种内热源使肿瘤组织内温度迅速升高，当局部温度超过45°C 50°C时，正常细胞内的蛋白发生变性，双层脂膜溶解，细胞膜崩裂，细胞内外水分丧失，导致组织凝固性坏死；同时，肿瘤周围血管组织凝固，不能继续向肿瘤供血，有利于防止肿瘤转移；射频热效应还能增强机体免疫力，抑制残留和原发肿瘤组织的生长以达到消融的目的，这就是“原位灭活”，它是射频肿瘤消融治疗的最根本治疗机理。射频消融相对于其他热消融方式有如下优势应用范围广，仅作用于病灶，创伤小，实施方便，成本低。在实际射频消融过程中，由于消融范围与电流的平方成正比，而电流与距针的距离平方成反比，因此，绝大部分射频电流在射频针周围2、3mm范围内转化为热能，导致局部组织温度过高，当组织温度超过100°C后，会产生汽化、脱水乃至炭化，组织的阻抗迅速增加，电流迅速衰减，导致消融范围变小。如何在组织温度不能太高的前提下增大消融范围， 成为射频消融治疗肿瘤的关键因素。目前，主要通过以下两种方法来增大射频消融区域一是采用多弹头消融电极。如 RitaMedical Systems, Inc.的多电极消融设备。其主要特征是6_16枚子针的尖端1_3 厘米是导电的，子针的其它部分涂有绝缘层；当子针全部展开时，各子针的尖端与针杆的距离均小于2厘米，从而构成扁球形。操作柄上的旋钮可将6-16枚子针同时或分组展开与收回。其主要缺点是电极的尺寸较大，且需在体内张开，创伤较大，而且大大增加了损伤邻近重要组织的潜在性危险；使用操作比较复杂，难以正确插入至靶组织；多弹头消融电极的消融区域不规则，容易造成出血及感染症状。二是采用冷却消融电极。冷却消融电极有内冷和外冷两种形式。内冷射频针是在射频针内部设置冷却介质循环管路，该冷却介质可以为液体或气体。冷却介质在针尖产生低温，与射频加热同时作用于目标组织，延缓针壁处组织升温，避免产生组织炭化，延长消融时间，使更多的射频能量施加到目标组织，达到增大消融范围的目的。世界上已有多家公司生产冷却消融电极，取得了良好的临床效果。如Sierwood Services AG的 cool-tip电极，其注入冷却的流体如水或盐水等，通过对流换热来降低针尖温度；中国专利CN 2689905Y公告了一种水冷式射频消融电极；美国专利US 2008/0154258A1公告了一种气体预冷后在针尖处节流，进一步降低温度的冷热刀系统；中国专利CN 101209217A和 CN 2579358Y均公告了一种气冷射频消融系统。相比较而言，液冷射频针受限于进、出液管尺寸，一般直径较大，影响了微创手术效果，且液态流体在细管内流速较慢，流量不大，当电极针温度较高时，容易产生气化，形成气液两相流，流阻增大，进一步减小流速，导致总体换热效率不高。气冷射频针由于气体流动性远优于液体，一定程度上可以改善上述问题，相对于液冷射频针来说，有一定的优势。但气体直接在针尖节流产生的冷量通常过小，而中国专利CN 101209217A公告的气体预冷系统，结构复杂，且预冷时间很长，临床使用不便。外冷射频针则直接由电极针向靶组织灌注盐水等溶液，如德国Viemedic GmbH公司的HiTTioe肿瘤微创系统即采用这种灌注式射频针，中国专利CN 201356648Y也公告了一种盐水灌注射频消融导管。溶液的注入，既可以延缓组织温升，又可以增加组织电导率和强化传热，因此，这种灌注式射频针可以允许更大的消融功率，产生更大的消融范围。但是由于灌注液在组织内分布的不确定性，导致消融区域的不规则性，容易损伤正常组织，也伴随较高的并发症发生率。综上所述，针内冷却射频消融技术更有前景，已成为业内主要研究方向之一。但上述的各种冷却射频针均未解决输入冷量的控制问题，也即不能使输入的冷量与射频电流产生的热量很好的匹配，从而方便的控制消融范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有冷却射频技术的不足及实际需求，提供一种辅助射频消融用的冷却气体流量控制装置，并提出利用前述冷却气体流量控制装置实施冷却的方法。本发明冷却气体流量控制装置整体结构简单，方便易用，气体预冷速度快， 冷量大；本发明提供的具体实施冷却的方法能精确控制输入射频针尖的冷量，充分发挥冷却辅助射频这一技术的优势，使得消融范围最大化地增大并可控。为了解决上述技术问题，本发明提出的辅助射频消融用的冷却气体流量控制装置包括钢瓶、减压阀、气体流量控制系统、气体预冷系统和射频针，钢瓶内气体为具正焦-汤效应的气体，如氮气、二氧化碳等，气体由钢瓶流出，经减压阀调压后，依次通过气体流量控制系统与气体预冷系统后在射频针尖节流制冷。该装置的气体流量控制系统包括气体流量控制器、温度控制器、热电偶和上位机， 温度控制器有自动和手动两种控制模式，并通过数据线分别与流量控制器和上位机连接， 通过上位机软件，温度控制器可以根据射频针尖热电偶信号自动/手动控制流量控制器的开度，从而控制输入针尖的冷量。该装置的气体预冷系统包含一套或两套半导体制冷设备采用一套半导体制冷设备时，进气铜管盘成圆盘状，固定于半导体制冷片的冷端上表面，外覆橡胶棉等保温材料; 采用两套半导体制冷设备时，进气铜管盘成圆盘状，两个半导体制冷片的冷端上表面刻有凹槽，两个凹槽的深度相加小于进气管外径1mm，冷端表面同一方向上的两端与内部凹槽间有小孔相连，两套半导体制冷设备的冷端凹槽对接，以铆钉固定，盘状进气管置于凹槽内， 凹槽的外沿间铺设橡胶棉等保温隔热材料。本发明提供的利用前述冷却气体流量控制装置实施冷却的具体方法有四种
1.将温度控制器设定为自动控制模式，通过上位机软件设定目标温度，射频针尖热电偶将测得的实际温度输入温度控制器，温度控制器通过比较目标温度与实际温度值， 向气体流量控制器发出控制信号，调节其开度，从而控制输入射频针尖的冷量，使射频针尖的温度稳定在设定值。2.将温度控制器设定为自动控制模式，输出信号设定为脉冲压，设定间隔时间，控制流量控制器间断开闭，使得气体间断地流入射频针尖，对射频针尖进行间断冷却。3.将温度控制器设定为手动控制模式，将气体流量控制器设定为0% -100%间的任意开度，在开启射频仪的同时开启气体冷却。4.将温度控制器设定为手动控制模式，将气体流量控制器设定为0% -100%间的任意开度，当射频针尖达到设定温度后，温度控制器自动发送控制信号，将气体流量控制器打开至设定的开度。本发明最大的优势在于，提供的辅助射频消融用的冷却气体流量控制装置整体结构简单，气体预冷速度快、冷量大，基本可以做到即开即用。本发明提供的具体冷却实施方法能够以多种方法实现对输入射频针尖的冷量得精确控制，使之与射频电流产生的热量匹配，最大限度地并可控制地增大消融范围。
图1为本发明辅助射频消融用冷却气体流量控制装置结构示意图。图2为本发明中半导体制冷设备储冷板俯视图。图3为本发明中半导体制冷设备储冷板局部剖视图。其中1为钢瓶，2为减压阀，3为气体流量控制器，4为半导体制冷设备，5为温度控制器，6为射频仪，7为上位机，8为射频针，9为储冷板，10为储冷板凹槽，11为小孔。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。如图1-3所示，本发明一优选实施例提供的辅助射频加热用的气体流量控制装置，包括钢瓶1、减压阀2、气体流量控制系统、气体预冷系统4、射频针8，钢瓶内气体为具正焦-汤效应的气体，如氮气、二氧化碳等，气体由钢瓶1流出，经减压阀2调压后，依次通过气体流量控制系统与气体预冷系统4后在射频针尖节流制冷，其中气体流量控制系统包括气体流量控制器3、温度控制器5、热电偶9和上位机7，温度控制器5有自动和手动两种控制模式，并通过数据线分别与流量控制器3、热电偶9和上位机7连接；通过上位机软件，温度控制器5可以根据射频针尖热电偶9信号与预先设定温度的对比自动/手动控制流量控制器3的开度；气体预冷系统4采用一套半导体制冷设备时，进气铜管盘成圆盘状，固定于半导体制冷设备4的储冷板10上表面，外覆橡胶棉等保温隔热材料。本发明另一优选实施例提供的辅助射频加热用的气体流量控制装置，除气体预冷系统4采用两套半导体制冷设备4之外，其余结构和前一实施例相同。气体预冷系统4采用两套半导体制冷设备时，进气铜管盘成圆盘状，两个半导体制冷设备4的储冷板10上表面刻有凹槽11，两个凹槽的深度加起来小于进气管外径1mm，储冷板10表面同一方向上的两端与内部凹槽间有半圆形小孔12相连，两套半导体制冷设备4的储冷板10对接，以铆钉固定，盘状进气管置于凹槽11内，凹槽11的外沿间铺设橡胶棉等保温隔热材料。如图1所示，本发明优选实施例提供的利用冷却气体流量控制装置实施冷却的具体方法有四种第一种实施冷却的方法将温度控制器5设定为自动控制模式，通过上位机软件设定目标温度，射频针尖热电偶9将测得的实际温度输入温度控制器5，温度控制器5通过比较目标温度与实际温度值，向气体流量控制器3发出控制信号，调节其开度，从而控制输入射频针尖的冷量，使射频针尖的温度稳定在设定值。该冷却方法的优势在于，在一定范围的射频功率下，流量控制系统可以自动控制气体流量至一合适值，将射频针壁处的温度稳定在不致引起组织炭化的较高值，如90°C，稳定的高温能够增加通过热传导向外周的传热，有效增大消融范围。第二种实施冷却的方法将温度控制器5设定为自动控制模式，输出信号设定为脉冲电压，间隔时间设定为^、10s、Ks等，控制气体流量控制器3间断开闭，使得气体间断地流入射频针尖，对射频针尖进行间断冷却。第三种实施冷却的方法将温度控制器5设定为手动控制模式，将气体流量控制器 3设定为0% -100%间的任意开度，在开启射频仪6的同时开启气体冷却。第四种实施冷却的方法将温度控制器5设定为手动控制模式，将气体流量控制器 3设定为0% -100%间的任意开度，当射频针尖达到设定温度后，温度控制器5自动发送控制信号，将气体流量控制器3打开至设定的开度。
权利要求
1.一种辅助射频加热用的气体流量控制装置，其特征在于，该装置包括钢瓶(1)、减压阀O)、气体流量控制系统、气体预冷系统(4)和射频针(8)，钢瓶内气体为具正焦-汤效应的气体，气体由钢瓶(1)流出，经减压阀( 调压后，依次通过气体流量控制系统与气体预冷系统(4)后在射频针尖节流制冷。
2.如权利要求1所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置，其特征在于，气体流量控制系统包括气体流量控制器(3)、温度控制器(5)、热电偶(9)和上位机(7)，温度控制器 (5)有自动和手动两种控制模式，并通过数据线分别与流量控制器(3)、热电偶(9)和上位机(7)连接；通过上位机软件，温度控制器( 根据射频针尖热电偶(9)信号与预先设定温度的对比自动/手动控制流量控制器(3)的开度。
3.如权利要求1所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置，其特征在于，气体预冷系统包含一套或两套半导体制冷设备采用一套半导体制冷设备G)，进气铜管盘成圆盘状，固定于半导体制冷设备的储冷板(10)上表面，外覆保温隔热材料；采用两套半导体制冷设备G)，进气铜管盘成圆盘状，两个半导体制冷设备(4)的储冷板(10)上表面刻有凹槽(11)，两个凹槽的深度相加小于进气管外径1mm，储冷板(10)表面同一方向上的两端与内部凹槽间有半圆形小孔(1 相连，两套半导体制冷设备(4)的储冷板(10)对接，以铆钉固定，盘状进气管置于凹槽(11)内，凹槽(11)的外沿间铺设保温隔热材料。
4.如权利要求3所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置，其特征在于，保温隔热材料为橡胶棉。
5.如权利要求1-3任何一项所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置，其特征在于，具正焦-汤效应的气体为氮气或二氧化碳。
6.一种利用权利要求1-5任何一项所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置实施冷却的方法，其特征在于，将温度控制器( 设定为自动控制模式，通过上位机软件设定目标温度，射频针尖热电偶(9)将测得的实际温度输入温度控制器(5)，温度控制器( 通过比较目标温度与实际温度值，向气体流量控制器C3)发出控制信号，调节其开度，从而控制输入射频针尖的冷量，使射频针尖的温度稳定在设定值。
7.一种利用权利要求1-5任何一项所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置实施冷却的方法，其特征在于，将温度控制器( 设定为自动控制模式，输出信号设定为脉冲电压，设定间隔时间，控制气体流量控制器(3)间断开闭，使得气体间断地流入射频针尖，对射频针尖进行间断冷却。
8.一种利用权利要求1-5任何一项所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置实施冷却的方法，其特征在于，将温度控制器( 设定为手动控制模式，将气体流量控制器(3) 设定为0%-100%间的任意开度，在开启射频仪(6)的同时开启气体冷却。
9.一种利用权利要求1-5任何一项所述的辅助射频加热用的气体流量控制装置实施冷却的方法，其特征在于，将温度控制器( 设定为手动控制模式，将气体流量控制器(3) 设定为0%-100%间的任意开度，当射频针尖达到设定温度后，温度控制器(5)自动发送控制信号，将气体流量控制器(3)打开至设定的开度。
全文摘要
本发明公开了一种辅助射频加热用的气体流量控制装置，该装置包括钢瓶、减压阀、气体流量控制系统、气体预冷系统和射频针，钢瓶内气体为具正焦-汤效应的气体，气体由钢瓶流出，经减压阀调压后，依次通过气体流量控制系统与气体预冷系统后在射频针尖节流制冷。本发明以热电偶、PID调节器、流量控制器组成流量控制单元，可根据射频针尖的温度反馈信号与设定温度间的对比，自动调节输入射频针尖的冷量，精确控制消融温度，使损伤区有效增大并可控，提高射频消融的安全性、易用性。此外，本发明还公开了四种利用前述冷却气体流量控制装置实施冷却的具体方法。
文档编号A61B18/12GK102309364SQ20101021751
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者叶萍, 戴海雄, 王玉凯, 赵庆孝 申请人:上海导向医疗系统有限公司