КРИОХИРУРГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к хирургическим инструментам, работающим по принципу прямого эффекта Джоуля-Томсона, для осуществления криодеструкции ограниченного объема патологической ткани.
Криохирургия как отрасль криомедицины, предусматривает использование криогенных («замораживающих») температур для воздействия на живые биоткани путем отведения от них тепла с целью их разрушения газообразными, жидкими и твердыми хладоносителями (криоагентами) для достижения хирургических или терапевтических результатов или решения иных задач, стоящих перед лечащим врачом.
Предлагаемый криохирургический инструмент служит для разрушения патологически измененных тканей за счет их локального замораживания с последующим форсированным отогревом.
Известен ряд криохирургических инструментов, обеспечивающих подобные функции, например, криохирургический аппарат [патент РФ №2483691, опубл. 10.06.2013], задачей которого является - форсирование режима отогрева рабочего наконечника. Аппарат включает в себя: резервуар с жидким азотом, теплоизолированные трубки подвода и отвода хладагента, соединенные с рабочим наконечником; систему откачки, установленную на выходе трубки отвода хладагента, выполненную в виде форвакуумного насоса, и внешнюю систему газообеспечения. На входе теплоизолированной трубки подвода хладагента установлен обратный клапан, а на входе форвакуумного насоса установлен электромагнитный двухходовой клапан с дросселем, при этом рабочий наконечник выполнен съемным. Электронагреватель закрепляется на трубке подвода газа от внешней системы газообеспечения. Отличительными признаками такого криохирургического аппарата являются: введенные в его принципиальную схему обратный клапан, электромагнитный двухходовой клапан и дроссель. При запуске режима «Отогрев» компьютер открывает электромагнитный клапан и одновременно включает электронагреватель, при этом газ сухого азота при избыточном давлении в 1-3 атмосферы, двигаясь по системе, нагревается в электронагревателе до температуры не выше 100°C. Горячий газ по трубке подвода хладогента устремляется к наконечнику и приводит к его отогреву. Отогревая наконечник, остывающий газ сбрасывается в атмосферу по паропроводу и вакуум-проводу через дроссель. Вместо электронагревателя в патенте также предлагается применять термостат или водяную баню.
Недостатками известного технического решения являются высокие теплопотери при прохождении газа по системе за счет значительной удаленности источника нагрева от нагреваемого наконечника, что также влияет и на инерционность процесса. Кроме того, отсутствует возможность использования более высокой температуры газа, так как это приведет к перегреву компонентов магистрали и к еще большим потерям тепла.
Так же известен криогенный аппарат [SU №1214981 A, опубл. 28.02.1986], в который подают газообразный теплоноситель, с целью упрощения и повышения экономичности, в качестве теплоносителя применяется газ, оставшийся в аппарате после его использования, и осуществляется принудительная циркуляция этого газа по замкнутому контуру с нагревом его теплом, сообразовывающимся за счет вихревых токов от нагнетателей.
Недостатками являются необходимость применения дополнительного оборудования для осуществления циркуляции газа в системе и низкая эффективность передачи тепла за счет потерь на нагрев подводящих коммуникаций при циркуляции газа.
Наиболее близким к предложенному инструменту является устройство отогрева наконечника криохирургического инструмента [SU №1217377 A, опубл. 15.03.1986], работающего на основе джоуль-томсонского эффекта. Криохирургический аппарат содержит источник газообразного хладогента под давлением - баллон с отсечным вентилем, который через редуктор, манометр и трубопровод подачи хладогента соединен с инструментом, в корпусе которого закреплен наконечник, внутри него коаксиально расположена капиллярная трубка, имеющая на конце дроссельное отверстие. В трубопроводе установлен трехходовый клапан, обеспечивающий попеременное соединение трубопровода подачи хладогента со вторым источником газа, предназначенным для отогрева охлаждаемого наконечника. Отогрев осуществляется путем подачи в полость наконечника газа, давление которого выше атмосферного при температуре окружающей среды. С целью ускорения отогрева, используют газ с температурой инверсии ниже температуры окружающей среды, при этом в процессе подачи газ дросселируют. Это устройство выбрано за прототип.
Недостатком устройства прототипа является необходимость использования дополнительного оборудование в виде баллона с другим газом и подводящих коммуникаций, что делает конструкцию громоздкой и приводит к снижению надежности. Кроме того, максимальная температура отогревающего газа в данном методе ограничена барьером в десятки градусов Цельсия, что влияет на предел скорости отогрева.
Задачей полезной модели является создание надежного, простого в эксплуатации криохирургического инструмента, обеспечивающего минимальное время отогрева наконечника.
Технический результат заключается в повышении скорости и эффективности отогрева, так как рабочий газ способен прогреваться до нескольких сотен градусов за счет тепла, выделяемого непосредственно в стенках капиллярной трубки; а также в упрощении конструкции устройства, так как не требуется использовать дополнительное оборудование в виде баллона с другим газом.
Указанный технический результат достигается тем, что в криохирургическом инструменте, содержащем, как и прототип, закрепленный в корпусе наконечник, внутри которого коаксиально с ним установлена капиллярная трубка, соединенная с системой подвода газа и устройство отогрева наконечника, в отличие от прототипа, устройство отогрева наконечника включает источник электрического питания, который подключен к участку капиллярной трубки расположенному у выходного отверстия.
Для более быстрого отогрева наконечников увеличенной длины, целесообразно, чтобы участок капиллярной трубки, находящийся после участка подключения источника электрического питания, был выполнен в виде спирали, витки которой касаются внутренней поверхности наконечника.
Длину участка, к которому подключен источник электрического питания целесообразно выбирать в зависимости от мощности источника питания, параметров капиллярной трубки и требуемой скорости отогрева.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в конструкции, обеспечивающей быстрый отогрев и отрыв рабочей части инструмента криодеструктора, работающего по принципу прямого эффекта Джоуля-Томсона (охлаждение при адиабатическом расширение сжатого газа), после промораживания биологических тканей. Метод заключается в быстром и эффективном разогреве газа, используемого для заморозки наконечника инструмента, за счет теплопередачи от стенок капиллярной трубки, с помощью которой подводится данный газ. Разогрев трубки, в свою очередь, осуществляется за счет пропускания через нее постоянного тока и выделения на ней мощности в виде тепла. Разогретый газ под большим давлением (порядка 60 бар), выходя из трубки мощной струей, омывает внутреннюю поверхность наконечника и приводит к быстрому отогреву.
На фиг. 1 приведена схема рабочей части криохирургического инструмента; на фиг. 2 - криохирургический инструмент с выполненным в виде спирали участком капиллярной трубки.
Рабочая часть инструмента (фиг. 1, 2) состоит из коаксиально расположенных магистрали подвода газа, представляющей собой стальную капиллярную трубку 1, и наконечника 2 (теплообменника), закрепленного на корпусе 3 рабочей части инструмента. На капиллярной трубке 1, ближе к выходному концу, выделяется участок, который будет использоваться в качестве нагревателя. К концам участка с помощью проводников подключается источник электрического питания 4, который коммутируется при помощи ключа 5 системы управления 6. Длина участка выбирается исходя из требуемой мощности нагрева (удельного сопротивления материала, напряжения питания), которая подбирается опытным путем. Система управления 6 осуществляет контроль за температурой наконечника 2, временем воздействия и управление режимом отогрева. Для обеспечения большей эффективности отогрева, участок подводящей магистрали в области наконечника 2 увеличенной длины может быть выполнен в виде спирали 7 таким образом, чтобы витки прилегали к внутренней поверхности наконечника 2.
Устройство работает следующим образом. Рабочий газ, проходя по магистрали, дросселируется выходным отверстием и приводит к резкому охлаждению наконечника 2. Осуществляется криовоздействие в соответствии с выбранным режимом (температура охлаждения наконечника 2, время воздействия), после промораживания биологических тканей, система управления 6 автоматически при помощи ключа 5 коммутирует источник электрического питания 4, что приводит к разогреву капиллярной трубки 1. Газ, проходя через капиллярную трубку 1, забирает тепло от стенок нагретого участка и переносит его к наконечнику 2. Происходит отогрев наконечника 2 и его легкий отрыв от биологических тканей.
Пример конкретного выполнения. В качестве рабочего газа был использован сжатый углекислый газ под давлением 55 атмосфер. В качестве магистрали подвода газа использовали стальную (12х18н10т) капиллярную трубку 0,8×0,15 (ГОСТ 14162-79). Наконечник 2 представлял собой тонкостенную медную трубку 5×0,25 мм с запаянным концом, температура наконечника 2 в рабочем состоянии достигала -60°C. После заморозки длительностью 1 мин, обеспечивался быстрый (порядка 5-ти секунд) отогрев и отъем наконечника 2 от замороженной и прилипшей к нему ткани. В качестве источника питания 4 был использован аккумулятор с номинальным напряжением 12 В. В ходе эксперимента было выяснено, что для быстрого отогрева наконечника данной конфигурации криоинструмента при отсутствии перегрева магистрали, необходимо обеспечить мощность порядка 100 Вт. Это соответствует сопротивлению нагрузки 1,4 Ом или длине капиллярной трубки 350 мм.
Таким образом, предложенный криохирургический инструмент имеет сравнительно низкие массогабаритные параметры, удобен в эксплуатации и, как показали многочисленные испытания опытных образцов в реальных условиях, обеспечивает сокращение времени при проведении операций и снижает риск развития послеоперационных осложнений.