Brevet FR2479681A1 — publié le 19811009

La présente invention a pour objet un dispositif destiné aux opérations de cryochirurgie, comportant un système de re- froidissement fermé constitué par le support de fixation pour l'instrument chirurgical, lequel est muni d'un applicateur à échangeur de chaleur poreux, constitué par des tamis métalli- ques ou fait en métal fritté, de préférence en argent ou en cuivre, ainsi que par le réservoir à gaz liquide disposé dans la poignée et de l'unité de réglage. Dans le domaine de la chirurgie des affections néoplas- tiques, on utilise de façon de plus en plus répandue des sys- tèmes opératoires cryogéniques qui sont fréquemment désignés sous le nom de cryocautères; pour refroidir l'instrument ap- pliqué à l'emplacement qui doit être opéré, on utilise soit l'expansion de gaz comprimés, par exemple anhydride carboni- que CO2 ou protoxyde d'azote N20 soit une circulation interne de gaz liquides, la plupart du temps d'azote. En règle générale, les systèmes à refroidissement par expansion fonctionnent avec une surpression de 5 MPa, sur- pression qui doit également régner dans l'instrument chirur- gical proprement dit, ce qui est relativement dangereux. Les systèmes à refroidissement par liquide de réfrigération fonc- tionnent en général par gravité; l'azote liquide qui avait été amené au préalable en quantité déterminée dans le réser- voir du cryocautère s'en écoule par un tuyau isolé et arrive dans l'instrument opératoire qu'il refroidit, et il s'en échappe à l'état gazeux par un autre circuit; on peut égale- ment utiliser des appareils fonctionnant sous pression: le liquide est amené par un tuyau isolé, sous une pression d'en- viron 0,5 MPa, d'un réservoir extérieur à l'instrument chirur- gical o il se transforme en gaz et est en général ramené co- axialement par un système de tuyaux de liaison au réservoir d'o il s'échappe dans l'atmosphère. Les systèmes fonctionnant par gravité présentent de sé- rieux inconvénients; le refroidissement ne s'effectue que très lentement et il est impossible de régler la zone de re- froidissement à l'aide d'une quantité de liquide de refroidis- sement contenue dans le réservoir qui soit différente de la quantité déterminée par avance. Un autre inconvénient est la nécessité de laisser l'instrument dans une position déterminée pour que le liquide cryogénique ne puisse pas sortir du ré- servoir pendant l'opération. Les systèmes sous pression comportant un réservoir ex- térieur pour le liquide cryogénique, s'ils permettent bien de doser l'effet de refroidissement et, dans un grand nombre de cas, de réguler la température, ont pour inconvénient de présenter dans le système d'instrument opératoire à parois minces une suspression élevée, d'environ 0,5 MPa, ce qui pré- sente certains dangers. En outre, il faut un temps relative- ment long pour refroidir totalement au début de l'opération le long tuyau de liaison pour l'azote liquide; il en résulte que le refroidissmeent du tissu s'effectue lentement et le refroidissement de l'instrument chirurgical en contact avec le tissu pour l'amener à une température de -1500C dure éga- lement plusieurs minutes ce qui, en cas d'opérations d'affec- tions néoplastiques diminue notablement l'efficacité de la destruction des cellules de la tumeur. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients ci- dessus. Ce résultat est obtenu grâce au fait que le support de l'instrument chirurgical muni à une extrémité d'un applicateur dans la cavité intérieure duquel il est prévu un échangeur de chaleur poreux et des éléments chauffants électriques, est muni à l'autre extrémité d'un élément chauffant par le gaz qui arrive de l'applicateur. Le support est relié de façon interchangeable, mécaniquement et électriquement, à une poi- gnée dans la partie inférieure de laquelle se trouve le ré- servoir de gaz liquide qui est doté d'un chauffage avec sonde ou détecteur de protection et jaugeurs de niveau. Dans la poi- gnée est monté un commutateur pour l'alimentation en pression avec un indicateur de pression ainsi qu'une soupape de régla- ge électromagnétique, qui est montée de façon étanche aux gaz sur la tubulure de sortie du support et est commandée par un commutateurinverseur de fonctionnement. La poignée est reliée électriquement à une unité d'affichage et de réglage. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence à la figure unique du dessin annexé représentant schématiquement le dispositif de cryochirurgie suivant l'invention. Le support A de l'instrument chirurgical, qui est inter- changeable, est formé par l'applicateur 1 qui contient 1' échangeur de chaleur 2 poreux avec les élements chauffants 3 et le thermomètre 4. Le diamètre extérieur de l'applicateur 1 est en général de la même grandeur que le diamètre extérieur du tube qui relie l'applicateur 1 à l'enveloppe à vide 7 non conductrice de la chaleur de l'instrument chirurgical, mais il peut également être plus petit ou plus grand. A l'applicateur 1 peut être fixée la piève terminale interchangeable non re- présentée. Le côté entrée de l'échangeur de chaleur 2 poreux est raccordé au tuyau d'arrivée 5 pour l'azote liquide 10 tan- dis que le côté sortie est relié au tuyau d'évacuation 6 par lequel l'azote est évacué et dans lequel passent les câbles d'arrivée aux éléments chauffants 3 et au thermomètre 4. Dans la chemise à vide 7 on fait le vide par pompage de façon à avoir une pression inférieure à 10 2Pa. Le tuyau d'arrivée est cintré et passe dans la branche verticale 8 de la che- mise à vide 7 pour pénétrer dans le réservoir 17 d'azote li- quide 10 qui, comme il sera expliqué plus loin, est logé dans la poignée B. Dans la partie inférieure qui s'engage dans le réservoir 17, l'espace qui se trouve entre la branche 8 de la chemise à vide 7 et le tuyau d'arrivée 5 est rempli d'un ad- sorbant 9 par exemple de charbon actif. A l'extrémité infé- rieure de la branche verticale 8 de la chemise à vide 7 est raccordée de façon démontable la tubulure d'entrée 11 qui per- met de régler par degrés la limite supérieure de la puissance de refroidissement, par exemple à l'aide d'épaulements avec des largeurs d'ouverture différentes des capillaires d'entrée, et permet éventuellement d'obturer de façon étanche à l'eau et au gaz le tuyau d'arrivée. Le tuyau d'évacuation 6 est re- lié de façon étanche au vide à la chemise à vide 7 du support interchangeable A de l'instrument chirurgical au moyen de 1' élément élastique 12, par exemple une membrane. A la chemise à vide 7 du support-interchangeable A de l'instrument de chi- rurgie est relié de façon étanche aux gaz le boîtier 13 compor- tant le connecteur électrique 14, l'élément chauffant électri- que 16 et une sortie 15. L'échangeur de chaleur 2 poreux, est constitué par exem- ple d'une colonne ou pile de tamis de métal parallèles, plans, dirigés perpendiculairement à l'axe de l'applicateur. Le rap- port entre le diamètre des fils de tamis et la dimension des mailles de tamis est de préférence approximativement égal à un. L'échangeur de chaleur peut également être fait en métal fritté à conductibilité élevée dans la zone des basses tem- pératures, tel que l'argent ou le cuivre. La poignée B contient la chambre 20 qui est raccordée au moyen du joint d'étanchéité 19 au réservoir 17 dans la chemise à vide duquel est prévu la matière adsorbante 18 elle contient également l'indicateur de pression 21 avec le commutateur 22 de l'alimentation en pression, la soupape de sureté 23, le ressort 24, la soupape de réglage électromagné- tique 25, la pièce antagoniste du connecteur électrique 14 et le commutateur-inverseur de fonction 26 actionné à la main dans le support 27. Font également partie de la poignée B le chauffage électrique avec la sonde de protection 29 et le jaugeur de niveau à résistance 32 dans le réservoir 17. Le support A interchangeable d'instrument chirurgical est agencé de façon à être relié à la poignée B sur laquelle il est engagé, la branche 8 verticale de la chemise à vide 7 du support 2A plongeant dans l'azote liquide 10 et le joint d'étanchéité d'entrée 10 obturant de façon étanche aux gaz l'espace qui se trouve au dessus du niveau de l'azote liquide dans le réservoir 17. En même temps, le coffret 13 du support A interchangeable est raccordé de façon étanche aux gaz à la soupape de réglage électromagnétique 25 au moyen de la tubulure de sortie 15 par l'intermédiaire du joint d'étan- chéité de sortie 31. En outre, les deux parties du connecteur électrique 14 sont engagées l'une dans l'autre, de sorte que le support A interchangeable de l'instrument chirurgical est relié à la poignée B. La liaison avec l'élément d'affichage et de réglage électrique C est effectuée par le système de câbles 28. L'élément électrique d'affichage et de réglage C est équipé de la sonde pyrométrique 33 qui mesure la tempéra- ture du tissu. Le support A interchangeable de l'instrument chirurgical est retiré de la poignée B et peut être stérilisé à la chaleur. Juste avant que ne se termine la stérilisation, le réservoir 17 est rempli d'azote liquide 10 par une ouverture ménagée dans le joint d'étanchéité d'entrée 20 pour la branche ver- ticale 8. Les jaugeurs à résistance 32 indiquent le niveau d' azote liquide 10. Le support A stérilisé de l'instrument chi- rurgical est introduit dans la poignée B de façon que les deux parties du connecteur électrique 14 soient réunies et que le joint d'étanchéité d'entrée 30 et le joint d'étanchéité de sortie 31 fassent obturation de façon étanche aux gaz avec la poignée de la branche verticale 8 de la chemise 7. Etant donné que la branche 8 verticale plonge dans 1' azote liquide 10, l'adsorbant 9 est refroidi, de sorte que le vide régnant dans la chemise du réservoir 17 est un peu plus poussé ce qui améliore de façon correspondante l'isolation thermique des tuyaux d'arrivée 5 et d'évacuation 6. Grâce au fait que l'azote liquide 10 s'évapore par luimême hors du réservoir 17, la pression régnant dans l'espace qui se trouve au dessus du niveau d'azote liquide augmente. L'élément d'af- fichage et de régulation C mis en marche alimente le chauffa- ge électrique 2-9 avec sa sonde de protection, de sorte que l'augmentation de la pression est accélérée. Cette augmenta- tion de la pression a pour effet d'augmenter la longueur de l'indicateur de pression 24 jusqu'à ce qu'il arrive dans une position o le commutateur 22 d'alimentation en pression cou- pe le courant venant de la source de l'élément d'affichage et de régulation C. Si le refroidissement de l'instrument n'est pas mis en marche, l'évaporation spontanée a pour effet de continuer à augmenter la pression au dessus du niveau d'azote liquide mais seulement jusqu'à la valeur pour laquelle a été réglée la soupape de sécurité 23. Lorsque cette valeur est atteinte, la soupape s'ouvre et empêche toute augmentation de pression ultérieure. En cas de défaillance de la soupape de sûreté 23, il y a intervention de la liaison de sécurité du réservoir 17 qui est assurée par le ressort 24, lequel est choisi de façon à mettre fin à l'étanchéité de la liaison lorsque la pression dans le réservoir 17 dépasse une valeur donnée. Tant que la soupape de réglage électromagnétique 25 est fermée, la pression des gaz du côté sortie monte en même temps que la pression des gaz dans le réservoir 17, et 1' azote liquide ne peut être refoulé hors du réservoir 17. Un autre élément de sûreté contre toute surpression intempestive est donc représenté par cette soupape de réglage électroma- gnétique 25 dont le ressort de pression est choisi de façon à s'ouvrir automatiquement à une pression supérieure d'envi- ron 10 kPa à la pression pour laquelle sont réglés la soupape de sûreté 23 susmentionnée et le ressort 24. Dès l'instant o l'élément électrique d'affichage et de régulation C a été enclenché, la température de l'applicateur 1 est réglée automatiquement à la température du corps humain (370C) au moyen du thermomètre électrique 4 et du circuit de réglage, et ceci au moyen des éléments chauffants électriques 3. De plus, l'élément chauffant électrique 16 est préchauffé à une température qui est mesurée par une résistance dépendant de la chaleur qui est en contact thermique avec l'élément chauffant électrique 16, afin d'augmenter la température ini- tiale de l'élément chauffant 16 avant que le gaz froid ne commence à passer. La valeur de cette température est encore augmentée après la mise en action de la soupape de réglage électromagnétique 25. Lorsqu'on actionne le commutateur de fonctionnement 26 qui se trouve dans le support 27, la tension provenant de 1' élément d'affichage et de régulation C ouvre la soupape élec- tromagnétique 25, ce qui ouvre la circulation du fluide réfri- gérant; en même temps, la tension de référence qui correspond à la température de 370C est -modifiée et amenée à une valeur qui correspond à la basse température préchoisie et, simulta- nément, le chauffage de l'élément chauffant électrique 3 est coupé jusqu'au moment o le thermomètre électrique 4 et la sonde thermique 33 indiquent que la température du tissu a atteint la valeur prédéterminée, les valeurs des températures limites des deux instruments indicateurs pouvant être diffé- rentes. Ceci est avantageux notamment pour permettre d'utili- ser l'applicateur 1 dans la zone des températures les plus basses que l'on peut atteindre, tout en assurant la sécurité de l'intervention en contrôlant la température à l'emplacement du tissu o on est obligé de dépasser une certaine limite de refroidissement. Au cours.de l'opération de refroidissement de l'appli- cateur 1, l'indicateur de pression 21 et le commutateur 22 de l'alimentation en pression continuent à assurer une régula- tion par plus et moins de la pression au dessus du niveau d' azote liquide 10 au moyen du chauffage électrique 29 grâce à la sonde de protection qui indique un épuisement éventuel de la provision d'azote liquide, de sorte que l'élément chauf- fant 29 ne peut pas être détruit même si les indications de la jauge à résistance 32 échappent à l'attention de l'utilisa- teur de l'appareil. En outre, lorsque l'agent réfrigérant circule, le commutateur de fonction 26 étant fermé, le corps chauffant électrique 16 de l'azote qui sort est rélgé à une température de service supérieure à celle qui correspondait à l'état de repos pour assurer le chauffage nécessaire du gaz sortant à une température supérieure à 00C. La fermeture de la soupape électromagnétique 25 déclen- che instantanément le chauffage de l'applicateur 1 au moyen des éléments chauffants électriques 3. Lorsque l'applicateur 1 atteint la température de 370C, le support A de i'instru- ment chirurgical est éloigné ou sorti du tissu et, à condi- tion que la quantité d'azote liquide 10,dans le réservoir 17 soit encore suffisante, ce qu'indique la jauge 32, le support A de l'instrument peut être enlevé et remplacé par un autre support A d'instrument chirurgical qui a été stérilisé entre temps. La forme du support A de l'instrument chirurgical et celle de la poignée B peuvent être modifiées de façon que 1' on puisse accéder de façon générale au tissu à opérer soit horizontalement, soit verticalement soit obliquement. Le modèle de laboratoire du dispositif selon l'invention a été testé dans de l'albumine maintenue par thermostat à la température de 370C, et il a été constaté, de façon reproduc- tible, que la durée du refroidissement de l'applicateur 1 sans embout façonné pour atteindre une température inférieure à -190'C en partant d'une température initiale de 370C peut être rallongée en càs de besoin de 10 secondes grâce à la di- mension de la tubulure d'entrée 11, en utilisant l'échangeur de chaleur poreux 2. Si l'embout est vissé sur la face fron- tale de l'applicateur 1, le temps de refroidissement peut être rallongé de 10 à 20 secondes en fonction de la capacité calorifique de l'embout. Ces résultats ont été obtenus avec 247963 I une surpression de service dans le réservoir 17 d'environ 10 à 25 kPa. La vitesse de croissance du diamètre de la forma- tion de glace dans l'albumine était de 0,1 à 0,3 mm par secon- de. Un examen ultérieur effectué sur le foie d'un lapin vivant a montré que, même dans un tissu à forte irrigation sanguine, la vitesse de croissance du diamètre de la formation de glace reste de l'ordre de grandeur de 0,1 mm par seconde. L'avantage majeur du dispositif selon l'invention est qu'il est sans danger car il fonctionne avec une très faible surpression, de l'ordre de 10 kPa, avec des moyens de sécuri- té indépendants; le médecin n'est pas gêné dans ces mouve- ments par des tuyaux de liaison et il peut régler tous les paramètresnécessaires en agissant sur la poignée B et sur 1' unité d'affichage et de régulation C. REVENDICATION Dispositif pour les opérations de cryochirurgie à cir- cuit de refroidissement fermé, constitué par le support de fixation de l'instrument chirurgical lequel est muni d'un applicateur à échangeur de chaleur poreux, constitué de tamis métalliques ou fait en métal fritté, de préférence en argent ou en cuivre, ainsi que par un réservoir de gaz liquide dis- posé dans la poignée et par un élément régulateur, caracté- risé en ce que le support de l'instrument chirurgical est mu- ni d'un côté d'un applicateur dans la cavité intérieure du- quel sont logés l'échangeur de chaleur poreux et l'élément chauffant, et comporte de l'autre côté l'élément chauffant du gaz sortant de l'applicateur, en ce que ledit support est relié mécaniquement et électriquement de façon interchangea- ble avec la poignée dans la partie inférieure de laquelle se trouve le réservoir de gaz liquide qui est doté d'un chauffa- ge avec sonde thermique de protection et jaugeurs de niveau et en ce que, dans la poignée, sont montés le commutateur d' alimentation en pression avec un indicateur de pression, ainsi que la soupape de réglage électromagnétique qui est montée de façon étanche aux gaz sur la tubulure de sortie du support et est commandée par un commutateur-inverseur de fonctionnement, la poignée étant reliée électriquement avec une unité d'affichage et de réglage.