КРИОГЕННЫЙ АППАРАТ ПО ДОКТОРУ В.И. КОЧЕНОВУ
CRYOGENIC APPARATUS BY DOCTOR VI KOCHENOV

Изобретение относится к медицине, устройствам для медицинской криологии, может быть использовано во всех областях клинической медицины и в ветеринарии для криохирургии - криодеструкции патологических тканей, для местной экстремальной криотерапии, проведения лечебного аппликационного глубокого локального охлаждения и криоорошения. Криогенный аппарат может быть выполнен как криораспылитель (пары и капельки жидкого азота выбрасываются на замораживаемый объект, возвратное движение хладагента отсутствует) и как аппарат для аппликационного замораживания (хладагент через канюлю попадает изнутри на пластину криоаппликатора и возвращается по канюле).
Криотерапия и криохирургия с применением жидкого азота, других хладагентов, имеющих температуру ниже минус 100°С, все шире входит в клиническую практику буквально во всех врачебных специальностях. Поэтому совершенствование аппаратуры для криоорошения, аппликационного криовоздействия представляет актуальную задачу.
В качестве аналога предлагаемого устройства выбран криогенный аппарат - криораспылитель (а.с. СССР №1210805, опубл. 22.08.84, Бюл. №6. Криораспылитель. Авторы: В.М.Чередниченко и др.), содержащий теплоизолированную емкость для хладагента, магистраль подачи хладагента к тканям. Устройство содержит испарительную камеру, в которой хладагент газифицируется, после чего направляется к тканям по магистрали подачи хладагента. Или направляется к тканям сразу по магистрали подачи, но за счет теплопритока от стенок устройства испаряется частично и выходит к тканям в виде паров. Устройство не только не предотвращает испарения хладагента в магистрали подачи, но его использование основано на этом принципе. Поэтому хладагент в жидком виде, в виде капель не достигает тканей, его скопление и пленочное кипение на охлаждаемой поверхности тканей, при котором в наилучшей мере реализуется теплопередача, остается невозможным. При работе с этим устройством предусмотрен период подготовки - естественного испарения хладагента для повышения давления в емкости, таким образом, моментальное начало применения невозможно. Холодовой потенциал хладагента расходуется на охлаждение магистрали подачи хладагента. Поэтому выброс капелек жидкого азота, особенно в начальный момент применения, из магистрали подачи не происходит. Да это следует и из названия - криораспылитель, он воздействует на ткань парами хладагента, практически только холодным ветром, газом. А наиболее интенсивное замораживание биологической ткани можно получить только тогда, когда капля хладагента выйдет из аппарата и остановится, испаряясь на замораживаемом объекте, испарится в контакте с биологической тканью. Метод криоорошения каплями хладагента с использованием аппарата-аналога не реализуется.
В качестве аналога предлагаемого изобретения выбран криогенный аппарат, включающий теплоизолированную емкость для хладагента, герметизирующую крышку с магистралью подачи хладагента со дня емкости, канал управления давлением, инициирующий подачу хладагента (Криохирургический аппарат. Патент РФ №2053719, Павлов В.Н., опубл. 10.02.1996, Бюл. №4), причем в канале управления давлением создают разрежение для инициации подачи хладагента к рабочей части аппарата. Аппарат позволяет регулировать интенсивность подачи хладагента, изменяя степень инициирующего его разрежения в магистрали отвода хладагента от ткани. Однако конструкция предусматривает прикрытие отверстие раструба, прижимаемого непосредственно к ткани сеткой, чтобы предотвратить всасывание самой биологической ткани, таким образом использование устройства травматично для тканей, так как присасывает их в плоскости теплообмена, возникает «эффект банки», последующие кровоизлияния в ткани, механическое повреждение и т.д. Причем повышение степени вакуумирования в магистрали отвода хладагента никак не сказывается на интенсивности теплообмена, так как, наоборот, ускоряет удаление еще не испарившегося хладагента из зоны теплообмена с тканью, жидкий азот просто не доходит до ткани, а сразу удаляется, отсасывается по линии отвода в жидком виде. У плоскости теплообмена с тканью сразу после начала работы с устройством создается подушка уже испарившегося хладагента, которая препятствует подводу новых порций хладагента к плоскости теплообмена, интенсивность теплообмена остается незначительной. Поэтому управление интенсивностью теплообмена при работе с аппаратом невозможно. В плоскости теплообмена невозможно создать пленочное кипение хладагента, хотя только при его реализации наступает интенсивный теплообмен, так как жидкий хладагент не достигает ткани и не останавливается, испаряясь, при контакте с ней. По ходу магистрали подачи хладагента имеются потери на охлаждение канала подачи по всему его протяжению, поэтому в начальный момент криовоздействия весь холодовой потенциал хладагента тратится на охлаждение стенок магистрали, имеется ощутимый период работы с аппаратом после его включения, когда хладагент поступает в зону теплообмена уже испарившимся и согретым стенками магистрали подачи. Капельки жидкого азота при работе с устройством-аналогом не достигают патологических тканей, испаряются в магистрали подачи и в газовом слое - подушке, образующейся у ткани, непосредственного кипения остановившегося жидкого азота на поверхности ткани не достигается вовсе.
В качестве прототипа предлагаемого устройства выбран криогенный аппарат, включающий теплоизолированную емкость для хладагента, герметизирующую крышку с кожухом, магистралью подачи хладагента со дна емкости, каналом подъема давления в емкости, раструбом подсоединения герметизирующей пробки канала подъема давления, отверстием в кожухе (патент РФ №37312, опубл. 20.04.2004. Бюл. №11. В.И.Коченов и др. Криогенный аппарат). В отличие от всех других известных криогенных аппаратов, реализующих аппликационное криовоздействие, фактором инициации подачи хладагента к аппликатору в этом устройстве является не постоянно присутствующее повышенное давление в герметизируемой емкости, создаваемое за счет испарения самого хладагента, а воздух с произвольно варьируемым давлением, дополнительно подаваемый по специальному каналу подъема давления в емкость. Вне работы готовый к применению заправленный жидким азотом аппарат со снятой пробкой магистрали подъема давления находится при атмосферном давлении внутри емкости. Однако воздух, используемый для создания рабочего давления, инициирующего работу аппарата, имеет определенную влажность, особенно высокую, когда криолог нагнетает воздух, используя свои верхние дыхательные пути. В канале подъема давления в аппарате-прототипе влажный теплый воздух попадает в охлажденную часть канала, выходящую в газовый пузырь емкости, конденсируется и замерзает в канале. Поэтому при непрерывной работе с аппаратом канал подъема давления постепенно суживается и полностью забивается инеем, замерзшей конденсирующейся влагой. После этого аппарат за 10-15 минут становится неработоспособным, крышку приходится снимать и просушивать в течение длительного времени, оттаивать и продувать канал подъема давления, процесс лечения оказывается прерванным. Канал подачи давления внутри крышки в устройстве-прототипе контактирует с теплой средой под кожухом, материалами крышки. Поэтому жидкий азот частично испаряется и направляется к канюле и аппликатору не в чисто жидком виде, а в испаренном, особенно в начале работы с устройством, пока материал крышки не охладится. Это сказывается на скорости создания минимальной отрицательной температуры на аппликаторе, удлиняет период выхода рабочей температуры аппликатора на минимальный режим, необходимый для успешной работы аппарата.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение времени непрерывной работы с аппаратом, ускорение создания минимально возможной отрицательной температуры на криоаппликаторе вплоть до возникновения явления сжижения атмосферной фракции кислорода на рабочей поверхности аппликатора при использовании в качестве хладагента жидкого азота, ускорение наступления выброса капелек хладагента при осуществлении капельного криоорошения.
Поставленная задача в известном криогенном аппарате, содержащем теплоизолированную емкость для хладагента, герметизирующую крышку, снабженную кожухом, в которой выполнено отверстие, магистраль подачи хладагента из емкости и канал подъема давления в емкости с раструбом для подсоединения герметизирующей пробки, достигается тем, что что под кожухом крышки выполнена осушающая полость из теплопроводного материала, соединенная с теплоизолирующей муфтой с раструбом и каналом подъема давления, выступающая в осушающую полость часть которого снабжена косо срезанным торцом с направлением среза, противоположным герметизирующей пробке, а выход канала подъема давления в емкость для хладагента имеет конусообразное расширение в толще крышки, вокруг всей магистрали подачи хладагента из емкости коаксиально расположен канал для хладагента, герметично закрепленный на ней при выходе за кожух крышки и связанный с радиатором на стенке осушающей полости боковым капиллярным каналом, диаметр которого меньше, чем диаметр магистрали подачи хладагента, при этом возвратная часть магистрали подачи хладагента выведена под кожух крышки с возможностью обдува стенки осушающей полости.
Предлагаемое устройство отвечает критерию изобретения «новизна», так как в результате проведенных патентно-информационных исследований не выявлены источники, порочащие новизну изобретения.
Предлагаемое устройство отвечает критерию изобретения «изобретательский уровень», так как не выявлено наличие использования существенных отличий предлагаемого устройства в аналогичных решениях.
При реализации инициации подачи хладагента к аппликатору канюли криогенного аппарата за счет нагнетания атмосферного воздуха в газовый пузырь емкости для хладагента предлагаемое устройство путем введения в конструкцию аппарата осушающей камеры по линии проведения воздуха в газовый пузырь позволяет обеспечить падение давления воздуха в ней и одновременное охлаждение в этой камере воздуха, обеспечивающего создание рабочего давления в емкости для хладагента аппарата. Это создает точку росы в камере и обеспечивает конденсацию влаги, осушение воздуха, попадающего затем в газовый пузырь емкости с жидким хладагентом. Это позволяет аппарату длительно функционировать без намерзания льда и снега в канале повышения давления, без обтурации канала повышения давления льдом. В зоне наибольшей тенденции к перекрытию льдом и снегом на выходе в газовый пузырь канал повышения давления в емкости выполнен расширенным с тем, чтобы образование инея и снега в этой зоне еще дольше не приводило к закрытию канала и работоспособность аппарата сохранялась. Канал повышения давления из осушающей камеры выступает в полость камеры, с тем, чтобы конденсирующаяся влага, опускаясь на дно камеры, не имела возможности попадать в канал и далее в емкость с хладагентом. Косо срезанный торец этой выступающей трубки обращен в сторону, противоположную направлению движения воздуха, проходящего в осушающую камеру, исключает прямое попадание влажного воздуха в этот отрезок канала повышения давления.
Охлаждение стенок осушающей камеры обеспечивает наличие дополнительного канала для хладагента, коаксиально расположенного вокруг канала подачи хладагента внутри всего аппарата, от которого под кожухом крышки отходит канал меньшего, чем подающий рабочий канал, сечения. Движение хладагента по этому дополнительному каналу, попадающего в радиатор, расположенный вокруг осушающей камеры, обеспечивает охлаждение стенок осушающей камеры в первые же моменты начала работы с аппаратом и на протяжении всего периода его использования.
Дополнительный, коаксиально расположенный вокруг подающего хладагент к аппликатору или к распыляющей насадке канал обеспечивает и охлаждение находящегося внутри рабочего подающего канала в первые же моменты применения аппарата. Это ускоряет осуществление подачи к рабочим элементам непосредственно жидкого, а не испаренного в канале, израсходованного на его охлаждение хладагента. Таким образом аппарат быстрее выходит на рабочий режим отрицательной температуры на криоаппликаторе, вплоть до наступления сжижения атмосферной фракции кислорода на нем, быстрее наступает выброс капелек жидкого хладагента, а не его паров при работе аппаратом в варианте криорошения.
Теплоизолирующая муфта предохраняет от охлаждения крышки при сохранении герметичности.
Устройство апробировано в Центре медицинской криологии «онКолор» и лаборатории медицинской криологии ГОУ ВПО НижГМА Росздрава (разработчик набора инструментов для медицинской криологии по доктору В.И.Коченову - ТУ 9437-001-59631960-2008). Проведены технические испытания для сравнения времени возможного непрерывного использования предлагаемого аппарата и аппарата по прототипу и сравнения времени наступления минимального значения температуры на аппликаторе и выброса капелек жидкого азота в криораспылителе. Время непрерывной работы до закрытия канала повышения давления в емкости снегом увеличилось с 10-15 минут до 45-60 минут, время наступления минимально отрицательной температуры на аппликаторе, определяемое по наступлению сжижения атмосферной фракции кислорода (или выброса капелек жидкого азота из распылителя), уменьшилось с 10-15 с до 3-4 с непрерывной работы аппарата в начальном периоде использования.
Предлагаемое устройство апробировано при лечении псориаза, экземы, трофических язв, ожоговых поверхностей путем криораспыления, при аппликационной криодеструкции базально-клеточного рака кожи, фибром кожи, келоидных рубцов. Отмечено повышение качества криогенного лечения, ускорение глубокого локального замораживания, обеспечение надежной криодеструкции патологической ткани, возможность дольше работать с одним и тем же аппаратом без просушивания крышки, ускорения процесса криогенного лечения.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство.
Устройство содержит (на фиг.1 обозначено): теплоизолированную емкость для хладагента 1, герметизирующую крышку 2 с кожухом 3, магистраль подачи хладагента со дна емкости 4, канал подъема давления в емкости 5, раструб подсоединения герметизирующей пробки 6, отверстие в кожухе 7, осушающую полость 8, теплоизолирующую муфту 9, выступающую в осушающую полость 8 часть 10 канала подъема давления 5 с косо срезанным торцом 11 и расширением 12 в толще крышки при выходе в емкость, дополнительный канал для хладагента 13, который герметично закреплен 14 на магистрали подачи хладагента 4 у выхода ее из-под крышки 2, боковой капиллярный канал 15 из дополнительного канала хладагента, радиатор 16 на стенке осушающей полости 8, выходное отверстие 17 из радиатора 16, открывающееся под кожух 3, возвратную часть магистрали подачи хладагента 18 от криоаппликатора 19 или насадку для криоорошения 20 (в варианте аппарата для криоорошения - криораспылителя возвратная магистраль 18 отсутствует).
Устройство работает следующим образом.
Теплоизолированную емкость для хладагента 1 заполняют на 2/3 жидким азотом, герметично навинчивают крышку 2, снабженную насадкой для криоорошения 20 или криоаппликатором 19, в зависимости от целей и способа планируемого криогенного лечения. Подсоединяют пробку к раструбу 6 канала подъема давления в емкости. По каналу 5 нагнетают воздух в газовый пузырь емкости. Повышение давления в емкости инициирует продвижение жидкого азота по каналам 4 и 13 вверх, при этом стенка магистрали подачи хладагента к рабочему наконечнику 4 охлаждается с двух сторон жидким азотом. Хладагент поднимается по каналу 13 и через боковой канал 15 попадает в полость радиатора 16, охлаждая стенку осушающей полости 8, испарившийся жидкий азот покидает радиатор через отверстие 17, уходит под кожух 3 и наружу через отверстие 7. Температура в осушающей полости 8 падает и воздух попадающий в осушающую полость 8 при продолжении нагнетания его через раструб 6 для обеспечения рабочего давления в емкости 1 внутри полости 8 охлаждается, наступает точка росы, влага из воздуха выпадает на стенках полости 8, далее осушенный и несколько охлажденный воздух проходит через срез 11 трубки, продолжающей канал повышения давления, из осушающей полости 8 в газовый пузырь емкости. При длительной работе влага образуется в больших количествах, но не попадает в срез 11 выступающей части 10 трубки, а скапливается на дне осушающей полости. Самый резкий перепад температуры воздуха, обеспечивающего подъем давления в емкости для хладагента, происходит при выходе канала подъема давления в газовый пузырь емкости, некоторая конденсация оставшейся в воздухе влаги отмечается именно в этом отрезке, но намерзание снега в этой зоне не перекрывает просвет канала, так как он конусообразно расширен 12 в нетеплопроводном теплоизоляционном слое крышки 2. Одновременно жидкий азот по охлаждаемой с двух сторон магистрали подачи хладагента 4 в жидком виде выплескивается через насадку для криоорошения 20 и направляется врачом на патологическую ткань. Именно в режиме криоорошения работа с аппаратом является наиболее длительной - лечение обширных псориатических очагов, лечение обширных обожженных поверхностей и т.п. Однако закупоривания канала подъема давления 5 на всем его протяжении не происходит в течение часа непрерывной работы.
При использовании аппарата с криоаппликатором 19 жидкий азот по магистрали подачи хладагента 4 подходит к внутренней поверхности аппликатора, испаряется и по возвратной части канала подачи хладагента 18 входит под кожух 3 крышки 2, при этом, являясь еще холодным, обдувает стенку осушающей полости 8, обеспечивая ее дополнительное охлаждение. Поэтому в варианте аппарата с возвратной частью 18 магистрали подачи хладагента капиллярный канал 15 к радиатору выполняют меньшего диаметра, чем для криораспылителя. За счет одновременности продвижения жидкого азота со дна полости по магистрали подачи хладагента 4 и по дополнительному коаксиально расположенному вокруг него каналу 13 внутри всей крышки 2 до места герметичного закрепления каналов 14 происходит очень быстрое, моментальное охлаждение стенки магистрали подачи хладагента внутри всей крышки и жидкий азот практически через 3 с скапливается уже в полости аппликатора 19 и обеспечивает его наиболее интенсивное охлаждение вплоть до сжижения атмосферного кислорода на наружной стенке криоаппликатора 19. Потерь температуры хладагента, направляющегося к криоаппликатору 19, по ходу магистрали подачи хладагента 4 при работе нет, так как вся стенка магистрали подачи 4 находится внутри хладагента. Прикасаются к поверхности патологической ткани максимально охлажденным криоаппликатором и производят тем самым криотерапию без адгезии, подводят теплый аппликатор к влажной ткани, охлаждают его в контакте с ней и производят тем самым криодеструкцию с адгезией. В том и другом случае скорость глубокого локального замораживания патологической ткани оказывается большей за счет высокой скорости охлаждения аппликатора.
После использования крышку 2 отсоединяют, отсоединяют пробку канала подъема давления 5, согревают крышку на воздухе, стряхивают влагу из осушающей полости 8, высушивают крышку 2 в проветриваемом месте перед повторным применением, криоаппликатор 19 стерилизуют.
Предлагаемое устройство обеспечивает:
- увеличение времени непрерывной работы с аппаратом, как минимум в три раза,
- ускорение понижения температуры криоаппликатора до самого минимального значения, как минимум, в три раза,
- ускорение наступления выброса капелек жидкого азота при криораспылении, как минимум, в три раза,
- возможность непрерывного лечения, например, большого количества псориатических очагов, криообработки обширных ожоговых поверхностей одним и тем же аппаратом без его просушки и перерыва до 1 часа,
- повышение интенсивности криоразрушения патологических очагов за счет ускорения процесса глубокого аппликационного локального замораживания с криооксиконденсацией на аппликаторе,
- повышение качества лечения криоорошением за счет капельного воздействия на патологический очаг с криооксигенацией замораживаемой ткани,
- экономию хладагента.
Примеры конкретного использования предлагаемого аппарата даны в виде выписок из амбулаторных карт пациентов.
Амб. Карта НКЦМК «онКолор» №276 от 20.032009, больного А.В.Н. 47 лет, диагноз: псориаз, кожная форма, обширные очаги в типичных местах, прогрессирование высыпаний. Криогенное лечение с применением предлагаемого аппарата в варианте криораспылитель. Орошение очагов 10% лидокаином. Емкость аппарата заполнена 300 мл жидкого азота, навинчена герметично крышка, подсоединена распыляющая насадка, трубка-канал повышения давления в емкости. Ртом врач нагнетал слегка воздух через канал повышения давления в аппарате. Практически моментально (1-2 с) и выброс хладагента из распыляющей насадки приобретал мелкокапельный характер. Обрабатываемой бляшке старались придать в пространстве горизонтальное положение. Капельки останавливались на смоченной лидокаином поверхности бляшки и испарялись на ее поверхности, возникало видимое замораживание патологической ткани каждой бляшки. Последовательно с двухкратным повторением с видимым замораживанием патологической ткани, оттаиванием через 3-5 с обработаны все имеющиеся псориатические очаги. Назначена обработка дома два раза в день настойкой календулы и шиповниковым маслом на ночь. 7 дней пациент получал процедуры общей экстремальной аэрокриотерапии в криосауне. Осмотр через месяц. Мелкие псориатические очаги исчезли, обширные - остаточные изменения на 1/3 их поверхности. В этих местах обработка криораспылением повторена. Аппарат работал без перерыва в первом сеансе криотерапии 50 минут, по втором - 35 минут.
Амбулаторная карта №134 «онКолор» пациент И.И.П. 57 лет, диагноз: дерматофиброма волосистой части головы. Предлагаемым аппаратом в варианте с криоаппликатором осуществлена криодеструкция с адгезией опухоли кожи волосистой части головы. Орошение очага 10% лидокаином. Емкость аппарата заполнена на 2/3 жидким азотом, навинчена крышка с криоаппликатором диаметром 8 мм, соответствующим размерам патологического очага, подсоединена трубка канала повышения давления. Аппликатор погружен в теплую подмыленную воду, извлечен с каплей жидкости на кончике канюли, с каплей жидкости на конце прижат к поверхности опухоли. Врач инициировал охлаждение, слегка вдувая воздух через канал подъема давления ртом. Возникла адгезия, одновременно видимый рост зоны замораживания, через 2 с видимое сжижение атмосферного кислорода на кончике канюли, свидетельствовавшее о достижении минимально возможной температуры рабочей части инструмента. При этом нагнетание воздуха в канал подъема давления врач прекратил. А возобновил повышение давления после исчезновения пленки пассивно сжижающегося кислорода. И так пятикратно, за это время зона замораживания охватила весь патологический очаг и вышла за его пределы на 2 мм по всем направлениям. Оттаивание очага в контакте с аппликатором. Замораживание повторено подряд дважды. Работе аппарата в течение 15 минут ничто не препятствовало, канал повышения давления оставался проходимым. В послеоперационном периоде рекомендована обработка настойкой календулы. Отторжение крионекротической корочки на 18 день. Осмотр через месяц - полное заживление, опухолевой ткани нет.