一种节流冷冻型冷冻外科装置的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷冻外科治疗的医疗器械，其特征是通过高压气体节流效应实现冷冻和通过排空装置内气体实现复温和加热功能。
【背景技术】
[0002]冷冻外科治疗是利用超低温毁损和消融病变组织的方法，也是人类历史上最早使用的病变组织消融技术。自I960年美国神经外科医生Irving Cooper和工程师Arnold Lee发明了探针状液氮冷冻器并用于冷冻脑组织后，使用液氮作为低温工质(冷媒)、加热氮气作为高温工质(热媒)的液氮冷冻外科设备被应用于治疗各种肿瘤。但液氮冷冻设备复杂笨重、操作困难和疗效欠佳曾使冷冻外科治疗陷于长期停顿和衰落。自1990年代起，基于焦耳-汤姆逊原理的气体节流型低温冷冻外科系统的发明和广泛应用，使冷冻外科重新获得医学界的认可，复活了低温冷冻外科治疗技术。比如使用高压氩气冷冻和普压氦气复温的氩氦刀已被肿瘤科、介入科、泌尿外科、胸外科、肝胆外科、呼吸科、消化科等临床科室采用，用于肝癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、肾肿瘤、骨肿瘤、软组织肿瘤等各种良恶性实体肿瘤冷冻消融治疗。
[0003]本发明将低温工质输送到靶组织对其进行冷冻的装置命名为冷冻器。在冷冻外科研究与实践中，冷冻器也称为冷冻探针、冷冻探杆、冷冻探头、冷刀、冷冻球囊、冷冻电极、超冷手术器、cryoprobe、cryotip或cryoneedle等。发明中将利用气体的焦耳-汤姆逊节流效应产生低温的装置，称为气体节流致冷型冷冻器，简称气体节流型冷冻器或冷冻器。
[0004]冷冻外科治疗技术需要快速冷冻和复温解冻这两个方面。按照其工作原理和使用的低温工质(冷媒)，主要的冷冻方式有:
[0005](I)液体气化型:使用低温液体(如液氮等)作为低温工质气化吸热的冷冻方式，如液氮冷冻设备。此种冷冻方式的优点是常见的低温液体很方便取得，且成本低廉。缺点是运输和贮存不方便，设备体积庞大和笨重;低温液体由设备连接管输出至冷冻器过程中，均须绝热层保护，造成管路和冷冻器粗大僵硬;并因冷冻器常有“气堵”需要术中停止和重置设备的问题。同时，其冷冻起始缓慢和冷冻速率低，造成细胞脱水而影响冷冻效果及局部复发率高的问题。
[0006](2)气体节流型:利用高压气体的焦耳-汤姆逊节流效应产生低温的冷冻方式，如氩氦刀和其他使用压缩气体作为低温工质的设备。其优点是使用常温气体，气体输送管和冷冻器杆不需绝热保护，避免低温冷冻液的喷溅、泄漏和冻伤;可控性佳、操作方便、冷冻速度快、冷冻器直径细。其缺点是冷冻气体工作压力高，并因压力下降导致低温工质浪费巨大。如氩氦刀通常使用满瓶压力35MPa的40升氩气瓶，冷冻时氩气最低工作压力为20MPa，每瓶只能使用I?1.5小时，而低于20MPa的氩气节流效果急剧降低，几无冷冻效果。考虑设备本身分压，气瓶输出压力低于21MPa时，设备输出至冷冻器的压力将低于20MPa，无法使用。也即整瓶气体中只有约40%可以利用，60%必须废弃。这带来极大的生产、运输和使用浪费。
[0007]冷冻设备的复温或加热功能是实现现代冷冻外科公认的“冷冻-复温-再冷冻-再复温”双循环治疗方式和从冷冻组织中退出冷冻器所必需的功能。按照高温工质(热媒)的种类和方法，主要的复温方式有:
[0008](I)加热的低压气体通入冷冻器，利用热传导，直接加热冷冻器内部，如液氮冷冻设备的复温。此种复温方式的优点是成本低廉、技术成熟。缺点是液氮设备需要配备额外的气体回收、压缩、贮存和加热装置，体积较大、结构复杂且复温速度较慢。
[0009](2)利用置于冷冻器内的电热、射频、微波、激光等产热装置加热复温。其优点是不需使用或较少使用气体。其缺点是复温速度较慢;且需要将电流等输入直接接触人体组织、温度极低的冷冻器内部，产生特殊电击和电磁干扰等风险。
[0010](3)利用常温下节流效应产热的气体在冷冻器内直接产热，如氩氦刀使用氦气复温(氦气反转温度为40K，常温下节流膨胀放热)。此种复温方式带来极快的复温和响应速度，可控性好，且结构简单，不需要额外装置。但缺点是复温用的氦气属昂贵的稀有气体，依赖进口，价格约为同量同级氩气的8?10倍，成本很高；同时氦气升温能力有限，最高只能达到320K左右。
【发明内容】
[0011]针对上述现有技术，本发明提供一种节流冷冻型冷冻外科装置的控制方法，解决了气体节流型冷冻外科设备的低温工质巨大浪费，及冷冻和复温使用两种不同节流性质气体的问题，纠正了节流致冷型气体(如氩气)只能用于致冷这一技术偏见，利用排空积存于装置内气体热交换复温，由繁变简、节约成本、避免浪费。
[0012]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种节流冷冻型冷冻外科装置的控制方法，其中所用节流冷冻型冷冻外科装置的基本结构是:包括冷冻气路，所述冷冻气路的末端至少连接有一个冷冻器，所述冷冻器为节流致冷型冷冻器，所述冷冻气路包括与高压气源出气口依次相连的气体输入管和冷冻气体总管，所述气体输入管上设有气压表和气源调压阀，所述气体输入管与所述冷冻气体总管的连接处设有限压阀，所述冷冻气体总管上设有冷冻电磁阀。实现节流冷冻的过程是:开启所述气源调压阀，同时开启所述冷冻电磁阀，相互连通的所述气体输入管和所述冷冻气体总管中高压气体通过冷冻器的进气管持续通入所述冷冻器内，产生节流冷冻效应，当冷冻器达到预设温度和预设冷冻时间时，结束节流冷冻。实现排气复温的过程是:关闭所述气源调压阀，同时开启所述冷冻电磁阀，相互连通的所述气体输入管和所述冷冻气体总管中积存的气体通过冷冻器的进气管持续通入所述冷冻器内，与所述冷冻器前端周围冷冻组织产生热交换而复温，当冷冻器温度达到(TC至正常体温时或所述气压表显示气压降至I个大气压时，结束排气复温。
[0013]本发明提出的另一种节流冷冻型冷冻外科装置的控制方法，所用节流冷冻型冷冻外科装置的结构与上述结构的不同点是:所述冷冻气体总管上位于所述限压阀与所述冷冻电磁阀之间设有第一三通，所述冷冻气体总管与所述冷冻器进气管的连接处设有第二三通，第二三通并连接至所述冷冻器;所述加热气路连接在所述第一三通和所述第二三通之间，所述加热气路与所述冷冻气体总管并联，所述加热气路上设有加热电磁阀和气体加热器，所述加热气路的末端依次通过所述冷冻器进气管连接至所述冷冻器;除此之外，还可以在所述冷冻气体总管上连接有多条冷冻器进气管，每只冷冻器进气管连接至一只冷冻器。实现节流冷冻的过程是:开启所述气源调压阀，同时开启所述冷冻电磁阀，并关闭加热电磁阀，相互连通的所述气体输入管和所述冷冻气体总管中高压气体通过所述冷冻器进气管持续通入所述冷冻器内，产生节流冷冻效应，当冷冻器达到预设温度和预设冷冻时间时，结束节流冷冻。实现排气复温的过程是:关闭所述气源调压阀，同时开启所述冷冻电磁阀，并关闭所述加热电磁阀，相互连通的所述气体输入管和所述冷冻气体总管中积存的气体通过冷冻器进气管持续通入所述冷冻器内，与所述冷冻器前端周围冷冻组织产生热交换而复温；当冷冻器温度达到(TC至正常体温时或所述气压表显示气压降至I个大气压时，结束排气复温。实现排气加热的过程是:关闭所述气源调压阀和所述冷冻电磁阀的同时，开启所述加热电磁阀和所述气体加热器，相互连通的所述气体输入管、所述冷冻气体总管和所述加热气路中积存的气体经所述加热器加热后通过所述冷冻器进气管持续通入所述冷冻器内，与所述冷冻器前端周围冷冻组织产生热交换而复温;在气体持续通入的过程中，通过控制气体加热器的工作状态，包括气体加热器的开、闭、加热温度和加热时间，从而实现对所述冷冻器的可控加热操作，当所述冷冻器达到预设加热温度和预设加热时间时，或所述气压表显示气压降至I个大气压时，结束排气加热。
[0014]进一步讲，所述高压气源中的气体是节流膨胀致冷型气体中的一种或是其中几种相互不产生化学反应的混合气体;所述高压气源来自于气瓶、气罐、气栗、杜瓦罐和压缩机中的任何一处;所述高压气源的压力为0.1MPa?10MPa;所述限压阀的限压值为0.1MPa?50MPa。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016]1、排气复温:本发明改变了节流致冷型气体仅能用于冷冻的现状，利用装置排出余气时压力自冷冻工作压力逐渐降低、因而不再具有节流致冷