ТЕПЛООБМЕН ПРИ ДЕГАЗАЦИИ ТЕКУЧИХ СРЕД
HEAT EXCHANGE IN FLUID DEGASING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к дегазации текучей среды и более конкретно - к системе дегазации, использующей теплообмен.
Уровень техники изобретения
Жидкость с низкой вязкостью необходима для связывания фокусируемых преобразователей ультразвука высокой интенсивности (HIFU) с целевой тканью/органом, например брюшной полостью, как при клинических, так и при предклинических применениях. Второй, очень тонкий слой связующей среды, например гель, вводится для прямого контакта с кожей пациента.
Жидкость типа воды должна быть относительно чистой, с содержанием растворенного кислорода менее или равным трем частям на миллион (PPM). В противном случае фокусированное поле высокой интенсивности легко создает в связующей текучей среде кавитационные пузырьки, способные блокировать и/или искажать ультразвуковое поле. Неэффективность преобразователей HIFU выражена главным образом в форме теплоты, которую они локально выделяют. Теплота непрерывно удаляется текучей связующей средой, протекающей в поперечном направлении вдоль и после лицевой поверхности, то есть поверхности границы раздела с ультразвука, преобразователя.
Дегазированная вода также обычно используется в отрасли ультразвуковых преобразователей при контроле качества преобразователя и процедур калибровки.
В одном из способов дегазации текучая среда проходит через трубку, изготовленную из полупроницаемого материала, который позволяет проникать через мембрану только газам, но не жидкости. Это происходит благодаря внутреннему гидрофобному (то есть отталкивающему воду) покрытию трубки. Вокруг наружной поверхности трубки прикладывается вакуум. Полученный перепад давления вытягивает растворенные газы из раствора. Пример такого решения приведен в патентной публикации США № 2005/0154309, автор Etchells и др. (здесь далее "публикация Etchels"), полное раскрытие которой содержится здесь посредством ссылки. Так как камера дегазации имеет форму трубки, она хорошо приспособлена для функционирования в замкнутом контуре (то есть как встроенная).
В другом способе жидкость в закрытом контейнере подвергается воздействию вакуума. Вакуум понижает температуру кипения, чтобы удалить (то есть выпарить) растворенные в жидкости газы. Поскольку жидкость должна в течение некоторого времени находиться в закрытом контейнере под воздействием вакуума, этот подход представляется непригодным для функционирования в замкнутом контуре/встроенным образом. Вместо этого эти дегазаторы обычно будут работать в "порционном" режиме, в котором определенное количество воды будет готово к использованию, будучи дегазированной в течение некоторого времени. Для получения дегазированной воды, ее сохранения и передачи для конечного применения обычно требуется большой объем взаимодействия с пользователем.
Оба подхода достаточно легко способны дегазировать воду до содержания в ней растворенного кислорода, меньшего или равного одной PPM, при условии, что вакуум, прикладываемый к внешней стороне полупроницаемой трубки (в случае картриджа полого фильтра) или к закрытому контейнеру (в случае порционных дегазаторов), является высоким. Как правило, требуется давление между -27 и -29 дюймами ртутного столба (Hg).
Раскрытие изобретения
С одной стороны, чем холоднее связующая среда, тем более эффективно она удаляет тепло от преобразователя HIFU; однако оба описанные выше подхода неспособны должным образом дегазировать воду, когда ее температура повышается выше комнатной температуры.
Для предклинического исследования предпочтительно поддерживать температуру дегазированной воды (которая находится в контакте с животным), равной температуре тела животного.
В противном случае, животное (чьи размеры могут иногда быть сопоставимы с большим размером связующего водяного болюса) подвергается ненужному стрессу и дискомфорту, поскольку оно пытается повышать свой метаболизм, чтобы компенсировать отдачу телом тепла (более холодной) связующей текучей среде. Это особенно трудно для животного, которое обычно во время этих процедур находится под анестезией, которая дополнительно затрудняет его возможность регулировать температуру тела должным образом, потенциально приводя к неправильным экспериментальным условиям и результатам, особенно в предклинических экспериментах, которые предполагают нормальные условия кровотока (то есть эксперименты по доставке лекарственных средств). Мелкие животные (то есть мыши, крысы) особенно подвержены риску гипотермии, так как многие из ультразвуковых аппликаторов, используемых при предклинических исследованиях, являются большими по отношению к животному и могут весьма эффективно действовать в качестве теплоотвода.
При клинических применениях (то есть при использовании экстракорпоральных аппликаторов HIFU, связанных с кожей пациентов через связующий болюс, содержащий дегазированную воду) тепловые потери пациента не являются столь уж большими, чтобы вызывать проблему, как это имеет место в случае исследования на мелких животных, но комфортность может быть повышена путем регулирования температуры связующей воды. Кроме того, так как преобразователи HIFU обычно эффективны не на 100%, существует стабильное нагревание связующей воды во время лечения. Хотя это возможно удобно для пациента, слишком большое нагревание может вызвать ожоги кожи и также ухудшает характеристики ультразвукового преобразователя HIFU. Таким образом, активное управление температурой связующей текучей среды также требуется для таких целей, как охлаждение преобразователя и минимизация ненужных ожогов/перегрева кожи пациента, при поддержании в то же время допустимого уровня растворенных газов (то есть <3 PPM или <3 мг/л), чтобы препятствовать образованию кавитационных пузырьков.
Необходима система, способная дегазировать связующую жидкость, управлять ее температурой и функционировать в замкнутом контуре/встроенным образом.
Как отмечено выше, оба подхода, описанные в разделе "Уровень техники изобретения" настоящей патентной заявки, не способны должным образом дегазировать воду, когда ее температура повышается выше комнатной температуры.
Более конкретно теплая вода формирует водяной пар более легко и это же делает вакуум.
Само по себе, это не было бы проблемой. Но внутри системы дегазации, однако, где теплая вода образуется (то есть посредством нагревательного элемента или теплообменника) и дегазируется одновременно, определенные практические проблемы препятствуют соответствующему функционированию системы дегазирования.
Для систем на основе картриджа полого фильтра изобретатели увидели, что промышленность на существующем уровне техники все еще неспособна предложить гидрофобные покрытия или мембранные материалы для внутренней части трубок, которые позволят газам проникать из воды, протекающей по трубке, и в то же время будут препятствовать просачиванию воды и водяных паров через трубку. В частности, существующие покрытия или мембранные материалы позволяют газам проникать через них, препятствуя просачиванию через них воды, но также позволяют просачиваться и водяному пару. Также водяной пар накапливается в вакууме, создаваемом вокруг полых трубок, конденсируется, еще больше накапливается и, в конечном счете, достигает вакуумного насоса. Характеристики вакуумных насосов значительно ухудшаются при перекачивании водяного пара (а не воздуха) и катастрофически ухудшаются при попытке перекачивания жидкости, как это может иметь место через некоторое время, когда достаточное количество водяного пара проникнет через мембрану, конденсируется на другой стороне и достигнет вакуумного насоса.
В системах на основе вакуумной камеры порционного дегазатора происходит то же самое. Дегазируемой теплой водой создается значительно большее количество водяного пара. Пар конденсируется на механизме вакуумного насоса. Это снижает уровень вакуума (и, таким образом, снижает способность системы дегазировать теплую воду должным образом) и, в конце концов, делает систему дегазирования неработоспособной.
Короче говоря, при температуре выше комнатной существующие картриджи/фильтры становятся насыщенными водяным паром, приводя к конденсации и заливке устройства. Это ставит под угрозу их способность функционировать правильно.
В некоторых случаях можно дегазировать и теплую воду до требуемого уровня и затем передавать эту воду соответствующему связующему болюсу ультразвукового преобразователя, чтобы обеспечить теплую связь с целевой областью на некоторое ограниченное количество времени (прежде чем, например, вода остынет снова или вода снова наберет газ, поскольку она естественно поглощает газы из атмосферы). Такая организация, однако, неудобна и не проста для использования. Она также имеет существенные последствия для предклинической или клинической последовательности выполнения операций, которые необходимы для поддержания дегазированной воды при определенной температуре.
В других случаях можно повысить номинальный размер вакуумного насоса, чтобы смягчить эффект водяного пара; однако, хотя это может быть возможным для больших стационарных систем, это непрактично для небольших клинических систем или переносных автономных систем, где пространство играет большую роль, и уровни шумов, возможно, должны быть минимизированы.
В итоге необходимо решить следующие проблемы. Водяной пар имеет тенденцию конденсироваться и накапливаться внутри картриджа фильтра дегазатора. Он также имеет тенденцию конденсироваться и накапливаться в вакуумном насосе, используемом для создания вакуума, требующегося для дегазации воды. Наконец, существует необходимость в дегазации воды, управлении температурой и функциях функционирования в замкнутом контуре/встроенного типа, которые должны быть объединены вместе внутри единой системы, требующей минимального вмешательства и управления оператора.
Настоящее изобретение направлено на решение одной или более из проблем, обсуждавшихся выше.
В частности, накопление конденсированной воды в картридже фильтра дегазатора можно предотвратить, устанавливая его таким образом, чтобы позволить воде вытекать из него за счет силы тяжести. В противном случае, внешняя поверхность полупроницаемого трубопровода в картридже фильтра дегазатора может быть полностью погружена в воду, препятствуя дегазации в нем любой дополнительной воды.
Другой мерой должно быть активное охлаждение водяного пара, чтобы принудить его конденсироваться с образованием воды при комнатной температуре или ниже, как только он выходит из картриджа фильтра дегазатора.
Одним из дополнительных этапов является принудительное направление этой холодной воды от охладителя в водоотделитель, к которому пользователь может получать доступ для его опорожнения или который опорожняется автоматически. Водяной пар и вода, образовавшаяся при его конденсации, поэтому не достигают следующего этапа, вакуумного насоса, который создает вакуум в предшествующем водоотделителе, охладителе и картридже фильтра дегазатора.
Устройство поддержания температуры, в соответствии с предложенным в данной заявке, можно легко добавлять в существующие системы управления водой с помощью HIFU, поскольку возможности управления температурой устройства поддерживают температуру связующей воды в требуемом заданном значении на протяжении предклинического эксперимента. Объединение дегазации и управления температурой в единый блок упрощает экспериментальную настройку и последовательность выполнения операций. Наконец, дегазатор также обеспечивает привлекательную, простую и рентабельную альтернативу для используемой в настоящее время вакуумной порционной дегазации и способы дегазации при кипении воды.
Устройство поддержания температуры имеет нагреватель и в одном варианте или версии выполнено с возможностью размещения в циркуляционном контуре связующего болюса ультразвукового преобразователя для дегазации циркулирующей в контуре жидкости и для функционирования нагревателя с возможностью осуществления управления температурой жидкости.
В подварианте устройство дополнительно выполнено с возможностью установки фиксированной рабочей температуры и поддержания жидкости в болюсе при рабочей температуре.
В дополнительном подварианте рабочая температура составляет по меньшей мере 21 градус Цельсия.
В еще одном дополнительном подварианте рабочая температура составляет по меньшей мере 36 градусов Цельсия.
В сопутствующем подварианте управление температурой выполнено с возможностью поддержания в болюсе упомянутой жидкости при рабочей температуре, по меньшей мере, такой же высокой, как постоянная температура тела живого человека или живого теплокровного животного, подвергающегося ультразвуковому воздействию посредством упомянутого болюса.
В другом подварианте устройство содержит камеру дегазации, которая, начиная с болюса, далее по потоку предшествует нагревателю в контуре.
В подварианте устройство содержит водоотделитель и выполнено с возможностью использования прерывания, чтобы компенсировать повышенное парообразование, вызванное применением управления температурой, чтобы нагревать жидкость до упомянутой выше точки.
В качестве дополнительного подварианта устройство содержит охладитель, который предшествует водоотделителю и следует за камерой дегазации на пути прохождения текучей среды, отведенной из контура.
В альтернативном или дополнительном подварианте водоотделитель имеет выход и на выходе имеет полупроницаемый фильтр, позволяющий проходить газу, но не жидкости.
В общем подварианте устройство выполнено с возможностью быть переносным из комнаты в комнату в клинической среде.
В качестве частного подварианта устройство содержит камеру дегазации, установленную и выполненную с возможностью расположения таким образом, чтобы позволить во время дегазации конденсату внутри камеры автоматически и без необходимости вмешательства пользователя вытекать из камеры за счет силы тяжести.
В еще одном другом подварианте устройство содержит камеру дегазации, имеющую впуск для жидкости и сменный фильтр на впуске.
В другом варианте, который имеет отношение к встроенному или к порционному функционированию, устройство дегазации текучей среды содержит камеру дегазации, водоотделитель и промежуточный охладитель. Камера, водоотделитель и охладитель - все вакуумированы.
Как подвариант, устройство дополнительно содержит нагреватель на пути прохождения текучей среды. Устройство выполнено с возможностью функционирования нагревателя для выполнения управления температурой текучей среды.
В альтернативном или дополнительно разработанном подварианте текучая среда обеспечивает связующий болюс ультразвукового преобразователя.
В дополнительном подварианте устройство выполнено таким образом, что болюс служит в качестве опорной платформы для объекта, подвергаемого ультразвуковому воздействию через болюс.
В другом подварианте устройство дополнительно содержит нагреватель и циркуляционный насос и разработано компактным, пригодным для удержания одной рукой без необходимости в ручке.
В одном из многих дополнительных подвариантов устройство содержит нагревательный элемент для управления температурой текучей среды и датчик на нагревательном элементе. Устройство выполнено с возможностью управления нагревательным элементом, основываясь на обратной связи с датчиком.
В одном из дополнительных подвариантов реализован водоотделитель для отделения жидкости.
Еще в одном из дополнительных подвариантов устройство выполнено с возможностью автоматически и без необходимости вмешательства пользователя опорожнять водоотделитель.
В еще одном другом из дополнительных подвариантов, текучая среда, подвергающаяся дегазации, циркулирует в замкнутом контуре, чтобы таким образом возвращаться в камеру после выхода из нее.
Еще в одном дополнительном подварианте, камера установлена и выполнена с возможностью автоматического дренажа конденсата.
В дополнительном варианте подварианта текучая среда является жидкостью и камера выполнена с возможностью дегазации жидкости для использования в качестве ультразвуковой связующей среды. Камера устанавливается и выполнена так, чтобы позволить во время дегазации конденсату автоматически и без необходимости вмешательства пользователя сливаться из упомянутой камеры под действием силы тяжести.
Связанный с компьютером вариант осуществления характеризуется считываемым компьютером носителем для устройства поддержания температуры, которое содержит нагреватель, устройство, выполненное с возможностью размещения в циркуляционном контуре связующего болюса ультразвукового преобразователя, чтобы дегазировать циркулирующую в контуре жидкость и для функционирования нагревателя с возможностью выполнения регулировки температуры жидкости. Носитель содержит команды, исполняемые процессором функций, среди которых прием посредством элемента управления пользователя, установки для управления температурой жидкости контура.
Детали нового компактного устройства управления температурой/дегазации текучей среды дополнительно изложены ниже с помощью следующего чертежа, нарисованного не в масштабе.
Краткое описание чертежа
Фиг. 1 - схематическое представление компактного устройства управления температурой/дегазацией текучей среды, соответствующего настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг. 1 иллюстративно и в качестве примера, не создающего ограничений, показано устройство 1000 управления температурой/дегазацией текучей среды. Вариант осуществления, показанный на фиг. 1, принадлежит, в частности, к встроенному устройству, но также показывает компоненты, применяемые в порционном устройстве. Сначала будет обсуждаться встроенное устройство.
Устройство 1000 дегазации содержит камеру 1004 дегазации (или картридж фильтра дегазации). Также имеется охладитель 1008 и водоотделитель 1012. Из числа дополнительных компонент устройства 1000 имеются нагреватель 1016, самовсасывающий циркуляционный насос 1020, вакуумный насос 1024, вакуумметр 1028, расширительный бак 1032 регулировки объема воды и клапаны 1036 заливки/дренажа системы. Дополнительным компонентом является датчик температуры на нагревателе 1040 или альтернативно встроенный датчик 1044 температуры. Устройство 1000 также содержит интерфейс 1048 пользователя, такой как сенсорный экран; трубопровод 1052 впуска воды; трубопровод 1056 выпуска воды; внутренний трубопровод 1060 прохождения воды и корпус 1064. Устройство 1000 дополнительно содержит некоторые компоненты, не показанные на фиг. 1, среди которых источник электропитания переменного/постоянного тока, вентилятор и микроконтроллер, имеющий считываемый компьютером носитель.
Выпускной трубопровод 1056 передает циркулирующую воду 1068 к ультразвуковому преобразователю 1072, такому как преобразователь HIFU. Хотя преобразователь HIFU используется выше в качестве примера, любой тип ультразвукового воздействия: сфокусированное, несфокусированное, высокой интенсивности, низкой интенсивности и т. д., находится в пределах предполагаемого объема изобретения, предлагаемого в заявке.
Конкретно циркулирующая вода 1068 подается в виде потока, циркулирующего через устройство 1000. При приближении к преобразователю 1072 вода, такая как дистиллированная вода, 1068 служит в качестве связующего болюса 1076 преобразователя. Связующий болюс 1076 действует в качестве связующей среды между преобразователем 1072 и целью ультразвука 1080, который должен прикладываться к цели. Связующий болюс 1076 содержится в гибкой связующей мембране 1084, которая покрывает и выходит за пределы поверхности ультразвукового взаимодействия преобразователя 1072. Связующая мембрана 1084 может быть изготовлена из тонкого латекса или быть силиконовой оболочкой. Она имеет отверстия 1088, 1092 для соединения с трубопроводами 1052, 1056, чтобы давать возможность циркуляции в реальном времени воды 1068 в замкнутом контуре 1096. Циркуляция происходит в направлении, указанном на фиг. 1 стрелкой 1100 направления циркуляции. В частности, для медицинских применений для непосредственного взаимодействия с целью используется связующий гель 1104 или другая связующая среда. Ультразвук 1080 может фокусироваться в фокальной зоне 1108 преобразователя. Фокальная зона 1108 находится в пределах тела человека или животного, объекта, такого как пациент. Через гель 1108 осуществляется прямая связь с наружным слоем 1112 объекта. Указанные выше компоненты устройства 1000 находятся внутри корпуса 1064, за исключением того, что впускной и выпускной трубопроводы 1052, 1056 проходят так, чтобы выступать снаружи корпуса, также как сетевой шнур с вилкой, а сенсорный экран 1048 и решетка вентилятора встроены или являются частью соответствующих внешних стенок корпуса.
Вода 1068 на участке внутреннего трубопровода 1060, пропускающего воду от циркуляционного насоса 1020 к картриджу 1004, распределяется после попадания в картридж, например, как в публикации Etchells. Распределение происходит по потоку между полупроницаемыми трубками или капиллярами 1116, которые проходят в продольном направлении внутри и по всему картриджу 1004. Поскольку капилляры 1116 имеют очень малое поперечное сечение, с впуском воды картриджа 1004 соединяется предварительный фильтр 1118, чтобы предотвратить засорение капилляров и продлить срок службы картриджа. Предварительный фильтр 1118 является сменным, как указано на фиг. 1 стрелками 1119.
Вакуум, создаваемый внутри картриджа 1004, вытягивает растворенный газ, что является целью, но также вытягивает и водяной пар.
Авторы обнаружили, как упомянуто выше, что решение проблемы конденсации водяного пара в картридже 1004 состоит в конфигурации и установке картриджа, чтобы во время дегазации автоматически и без необходимости вмешательства пользователя позволить конденсату вытекать из картриджа за счет силы тяжести. Это может быть сделано, обеспечивая отверстие 1120 в нижней части картриджа 1004. Картридж 1004 устанавливается так, чтобы конденсат 1124 вытекал через отверстие 1120. Стрелка на фиг. 1 показывает направление потока 1128 к отверстию 1120. Как показано парой стрелок 1126, картридж 1004 является сменным.
Таким образом, не допускается, чтобы трубы 1116 были погружены в воду, что делало бы их неэффективными при дегазации любой дополнительной циркулирующей воды 1068.
Однако вакуум, поддерживаемый внутри картриджа 1004, должен прикладываться снаружи посредством непрерывно открытого отверстия 1120, то есть отверстия, через которое выходят пары конденсированной воды.
Соответственно все еще существует проблема, которую также рассматривает это предложение, состоящая в том, как не допускать попадания конденсата 1124 и выходящего водяного пара в вакуумный насос 1024.
В качестве промежуточного этапа через впуск 1132 в охладитель 1008 поступают вода и водяной пар, чтобы конденсировать остающийся пар в воду в комнатной температуре или ниже. Охладитель 1008 вакуумируется его косвенным соединением с вакуумным насосом 1024. Охладитель 1008 может быть сконструирован, используя слой Пельтье, теплообменник или эквивалентное устройство. Сеть трубок 1136 может использоваться для максимизации площади контакта поверхности с холодной стороной слоя Пельтье. Трубки 1136 являются узкими, чтобы максимизировать внутренний поверхностный контакт с содержащейся в них текучей средой. Их диаметры делаются достаточно малыми, чтобы отделить область водяного пара системы от вакуумного насоса 1024.
Выход охладителя 1008, то есть вода и, возможно, некоторое количество остающегося водяного пара, принимаются на впуске 1140 водоотделителя 1012, непосредственно вакуумированного вакуумным насосом 1024, имеющим выпуск 1142 воздуха. Вода накапливается в сборнике 1144 на дне водоотделителя 1012. Водоотделитель 1012 имеет достаточно большой размер, чтобы позволить непрерывную работу устройства 1000 в течение эксперимента или процедуры предклинического исследования или медицинской процедуры. Таким образом, вмешательство пользователя минимизируется и последовательность выполнения операций рационализируется.
Устройство 1000 может содержать механизированный опорожнитель 1148 водоотделителя, который может функционировать с обратной связью от его датчика внутри водоотделителя 1012, указывающего состояние "водоотделитель полон". Плавающий элемент может, например, пересекать линию прямой видимости к инфракрасному приемнику. Опорожнитель 1148 имеет механизированный блок, который автоматически и без необходимости вмешательства пользователя открывает, осушает и вновь герметизирует водоотделитель. Это происходит в то время, когда устройство 100 автоматически помещается в состояние "ожидания". Вода может стекать в дренаж приемника, например, не создавая необходимости любого вмешательства пользователя в течение относительно длительного периода времени. В одном из вариантов осуществления двигатель вывинчивает кольцевую часть дна водоотделителя 1012, выводит ее из зацепления и осуществляет обратный процесс, чтобы герметизировать водоотделитель. В другом варианте осуществления водоотделитель 1012 имеет клапан, который открывается автоматически и без необходимости вмешательства пользователя и который позволяет осуществлять дренаж водоотделителя. Затем клапан закрывается, снова герметизируя водоотделитель. Альтернативно устройство 1148, приводимое в действие пользователем, для опорожнения водоотделителя 1012 может состоять из нижней прозрачной чашки водоотделителя, которая может отвинчиваться для ее снятия. Водоотделитель 1012 должен опорожняться пользователем с регулярными интервалами, такими как каждые два-три часа во время функционирования устройства 1000. В любом варианте осуществления водоотделитель 1012 имеет на своем выходе 1152 полупроницаемый фильтр 1156 для пропускания газа, но не жидкости. Механизированный вариант осуществления может также опорожнять водоотделитель 1012 периодически и поэтому может реализовываться без датчика полного водоотделителя.
Вакуумметр 1028, который здесь является электрическим, но может быть механическим, дополнительно повышает надежность системы. Достижение требуемого уровня растворенного газа влечет за собой обеспечение достаточно высокого уровня вакуума, такого как -27" (дюймов рт. ст.).
Микроконтроллер (не показан) соединяется с вакуумметром 1028, датчиком температуры на нагревателе 1040, механизированным опорожнителем водоотделителя 1148 и сенсорным экраном 1048.
Снижение вакуума применимо в качестве механизма обнаружения отказа. В частности, скопившаяся вода в датчике измерительного прибора 1028 может указывать на сбой в работе охладителя 1008 или что наступило время, когда пользователь должен опорожнить водоотделитель 1012. Во время функционирования вакуум должен поддерживаться между -24" и -29" рт. ст.
Датчик 1040 температуры нагревателя постоянно присутствует на нагревательном элементе 1160 нагревателя 1016 и может быть реализован, например, как термопара или терморезистор. Микроконтроллер управляет нагревательным элементом 1160 на основе обратной связи от датчика 1040. Если измеренная температура ниже требуемой, микроконтроллер включает нагревательный элемент; если измеренная температура высокая, микроконтроллер выключает нагревательный элемент. Выбирая местоположение датчика 1040 температуры непосредственно на нагревательном элементе 1160, может быть достигнута дополнительная надежность, поскольку можно предотвратить перегрев системы или компонент, если, например, циркуляционный насос 1020 перестанет работать. Местоположение встроенного датчика 1040 температуры может не обнаружить этот отказ, поскольку вода 1068 может не циркулировать и через датчик никогда не пройдет теплая вода. Альтернативно или дополнительно устройство 1000 может быть реализовано со встроенным датчиком 1044 температуры, который измеряет температуру воды 1068. В качестве другого варианта термостат может быть напрямую соединен с датчиком(ами) 1040, 1044. На фиг. 1 показан картридж 1004, начинающийся с болюса 1076 в потоке предшествующий нагревателю 1016 в контуре 1096. При наличии картриджа 1004 предшествующего нагревателю 1016, потери тепла для воды 1068, проходящей через картридж, минимизируются. Таким образом, рабочий цикл нагревателя 1016 облегчается. Дополнительно температура воды 1068, протекающей через картридж 1004, ниже, чем могла бы быть в противном случае. Это снижает количество водяного пара, вытягиваемого в картридже 1004. Соответственно существует меньше конденсата, что препятствует его попаданию в вакуумный насос 1024. В результате, частота опорожнения водоотделителя пользователем снижается, и могут быть обеспечены более высокие температуры болюса, не сталкиваясь с ограничениями устройства 1000, как оно реализовано. В целом, установка нагревателя 1016 после картриджа 1004 обеспечивает лучшие характеристики системы. Альтернативно нагреватель вместо этого может быть установлен в контуре раньше, чтобы предшествовать картриджу.
Фиксированная рабочая температура (или "заданное значение") 1164 может вводиться пользователем на сенсорном экране 1048, соединенном с микроконтроллером.
Индикатор 1184 периодически включается по мере того, как циркулирующая вода 1068 нагревается до введенного заданного значения 1164, и отключается, когда заданное значение достигнуто. В этой точке последующее охлаждение за счет камеры 1004 дегазации и окружающей среды заставляет нагреватель 1016 и, таким образом, индикатор 1184 циклически включаться снова. Таким способом температура циркулирующей воды 1068, измеряемой датчиком 1040, 1044, поддерживается в заданном значении 1164. Благодаря циркуляции воды 1068 на болюсе 1076 подобным образом поддерживается заданное значение 1164.
Обеспечиваются клавиша 1168 дискретного снижения и клавиша 1176 дискретного увеличения заданного значения 1164. На панели 1180 отображения заданного значения имеется индикатор 1184 включения нагревателя, который остается красным, пока включен нагреватель 1016. Измеренные показания 1188 вакуума и текущие показания 1192 датчика 1040, 1044 температуры отображаются на экране. Кнопки и панели для считывания окружены фоном 1196 сенсорного экрана 1048, который обычно выглядит синим, но переключается на красный цвет, чтобы предупредить пользователя. Красный цвет фона указывает, что пора опорожнить водоотделитель. Например, красный цвет появляется приблизительно после 2,5 часов непрерывной работы устройства 1000.
Поскольку вода уходит в виде водяного пара через картридж 1004, в замкнутом контуре 1096 происходит адаптация к изменяющемуся объему воды 1068. Это может осуществляться посредством расширительного бака 1032, регулирующего объем воды, и клапанов 1036 заполнения/дренажа системы. Расширительный бак 1032 содержит "дополнительную" воду, чтобы вводить ее в замкнутый цикл 1096 по мере того, как вода 1068 уходит в форме водяного пара. Или могут быть использованы некоторые другие средства пополнения воды. (То есть шприц, частично заполненный водой, который находится под управлением пользователя.) Шприц или расширительный бак являются средством для сброса давления, чтобы, таким образом, препятствовать разрыву капилляров 1116. Если этого не делать, изменяющийся объем воды в устройстве 100 с замкнутым контуром может изменять объем воды в болюсе 1076 преобразователя 1072 (который покрывается мембраной 1084 гибкой связи для хорошего сопряжения между пациентом и сборочным узлом преобразователя). Такое изменение может отрицательно влиять на границу связи преобразователя/болюса/цели, приводя к изменениям подаваемой ультразвуковой энергии, а также к изменениям расположения фокальной зоны 1108 (так, что она более не располагается в намеченной целевой области). Запоры или соединители типа Люэра могут применяться к впуску воды, выпуску воды, трубопроводам 1052, 1056, чтобы быстро отсоединять преобразователь 1072 и для заполнения болюса 1076 водой 1068.
Обеспечивается расход 0,1 л/мин (литра в минуту). Один литр воды при начальном содержании растворенного кислорода 7-8 PPM может быть дегазирован до содержания растворенного кислорода, меньшего или равного 1 PPM, за 20 минут. Блок 1000, без его соединений и встроенных интерфейсов, показан в правом нижнем углу на фиг. 1. Он компактен, автономен и самодостаточен, может переноситься из комнаты в комнату в клинической среде. Его можно фактически держать одной рукой без необходимости ручки. Он имеет вес 2,7 килограмма (кг), куда входит полая подставка, необходимая для размещения водоотделителя 1012, смонтированного под ним. Его размеры, в том числе подставки, в сантиметрах (см) равны 16×25×15 для ширины, глубины и высоты соответственно.
Болюс 1200, к которому прикрепляется устройство 1000, может альтернативно быть реализован как опорная платформа 1204. Болюс 1200, как показано на фиг. 1, может окружать ультразвуковой преобразователь 1208. Мелкое животное 1212, такая мышь или крыса, может быть помещено на платформе 1204, его кожа связывается с болюсом 1200 через связующий гель 1216. Платформа 1024 может иметь определенные размеры для этой цели, чтобы обеспечить верхнюю опорную поверхность, являющуюся квадратом со стороной, например, 15-20 сантиметров на сторону. Впуск для воды и выпуск для воды, трубопровод 1052, 1056 соединяются с болюсом 1200, чтобы замкнуть контур 1096.
Устройство 1000 выполнено с возможностью обеспечения физиологически важных или физиологически комфортных температур воды для человека, животного или объекта 1112, 1212. Оно выполнено с возможностью подстраивать заданное значение 1164 температуры, по меньшей мере, таким же высоким, как постоянная температура тела человека или теплокровного животного, подвергаемого воздействию ультразвука через болюс 1076, 1200. В частности, заданное значение 1164, составляющее 37°C (градусов Цельсия), выставляется устройством 1000. Если, например, потребуется более низкое заданное значение 1164, 36°C, или установка комнатной температуры, приблизительно 21 или 22°C, то устройство 1000 не будет нагревать воду 1068 сверх заданного значения и будет поддерживать воду при температуре заданного значения. Фактически устройство 1000 может нагревать подаваемую воду до 40°C в соответствии с введенным заданным значением 1164, хотя предельная температура потенциально может быть сделана более высокой в зависимости от реализации.
В пределах намеченного объема того, что предлагается здесь, устройство 1000 необязательно содержит внутри контура 1096 холодильник для регулируемого понижения температуры циркулирующей воды 1068, например, ниже комнатной температуры. Такой холодильник может быть также реализован в дополнение к нагревателю 1016, чтобы быстро смягчить состояние, в котором температура воды слишком высока для правильного функционирования или слишком высока для комфорта или безопасности объекта.
Устройство 1000 может альтернативно дегазировать воду в порционном режиме. Впуск воды и выпуск воды, трубопровод 1052, 1056, помещаются, например, в контейнер с водой, которая должна дегазироваться. Вакуумный насос может быть защищен от воды и пара посредством охладителя 1008, водоотделителя 1012 и вакуумной камеры порционного дегазатора, установленного и конфигурированного в соответствии с принципами, примененными здесь к камере 1004 дегазатора, или непосредственно к самой камере 1004.
В одном из вариантов устройство поддержания температуры содержит нагреватель и может устанавливаться в циркуляционном контуре связующего болюса ультразвукового преобразователя для дегазации циркулирующей жидкости контура и для функционирования нагревателя, чтобы выполнять управление температурой жидкости. Для жидкости в болюсе может быть введено заданное значение температуры, такое как нормальная температура тела. Устройство с открытым или закрытым контуром относительно потока текучей среды, может содержать в некоторых вариантах камеру дегазации, водоотделитель и промежуточный охладитель, которые все вакуумированы вакуумным насосом. Камера может быть выполнена и установлена для автоматического дренажа конденсата. Водоотделитель может опорожняться автоматически и без необходимости вмешательства пользователя с помощью механизированного опорожнителя и/или опорожняться пользователем.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертеже и в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание должны считаться иллюстративными или примерными, не создающими ограничений; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Например, в устройство 1000 могут быть добавлены T-образные соединители и клапаны.
Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения после изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащее" не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множественное число. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения.
Компьютерная программа может храниться в данный момент, временно или в течение более длительного промежутка времени на соответствующем считываемом компьютером носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель. Такой носитель не является временным только в смысле того, что он не является временным, распространяемым сигналом, но содержит и другие формы считываемых компьютером носителей, такие как регистровая память, процессорный кэш, RAM и другая энергозависимая память.
Один процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, приведенных в формуле изобретения. Тот факт, что конкретные измерения указываются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих измерений не может использоваться для достижения преимущества.