КРИОМЕДИЦИНСКИЙ АППАРАТ
CRYOMEDICAL APPARATUS

Изобретение относится к области медицины, а именно к криогенной технике, применяемой в криохирургии и криотерапии, и может быть использовано для криодеструкции патологических образований.
Криомедицинский аппарат является частью медицинской криосистемы, в которую входят также специальные медицинские инструменты, например, криозонды, криоаппликаторы, криораспылители, с помощью которых осуществляется воздействие на патологиические ткани.
Криомедицинский аппарат обеспечивает подачу хладагента (рабочей жидкости) или горячего газа к криоинструменту, например, к криозонду, иглу которого вводят в пораженные опухолью ткани.
Наибольшая хладоотдача происходит при фазовом переходе хладагента из жидкого состояния в газообразное. Поэтому для эффективного криовоздействия необходимо обеспечить доставку жидкой фракции хладагента к рабочей зоне криоинструмента - в криокамеру инструмента. Как правило, в качестве хладагента используют сжиженный азот, температура кипения которого составляет -196°С, что обеспечивает формирование в биологических тканях ледяного шара и их разрушение.
При поступлении жидкого азота указанной температуры в криоинструмент, например, в криокамеру на конце криозонда, происходит фазовый переход азота из жидкого состояния в газообразное, сопровождающийся замораживанием биологической ткани вокруг рабочего участка криоинструмента с формированием ледяного шара.
При осуществлении криовоздействия в ткань-мишень вводят один или несколько криозондов в зависимости от размера очага поражения. Обычно производят несколько циклов охлаждения (замораживания) и последующего отогрева (размораживания) пораженной области, в результате чего происходит необратимое разрушение патологических образований, после чего криозонд извлекают.
Актуальной задачей при создании криомедицинской аппаратуры нового поколения является разработка криосистем, обеспечивающих минимизацию травматического воздействия за счет использования малоинвазивных криоинструментов, например, криозондов с наружным диаметром иглы менее 2 мм.
Однако применение малоинвазивных криоинструментов сталкивается с рядом ограничений: при уменьшении диаметра иглы уменьшается и внутренний проходной диаметр канала подачи внутри инструмента. Вследствие высокого гидродинамического сопротивления инструмента снижается скорость прохождения жидкого азота по трубопроводу к криозонду. Увеличение времени доставки хладагента приводит к его переходу в газообразное состояние еще в тракте подачи, что ведет к снижению хладопроизводительности криосистемы.
Таким образом, при разработке криомедицинских установок, работающих с малоинвазивными инструментами, требуются инженерные мероприятия, обеспечивающие возможность доставки к криоинструменту хладагента в жидкой фазе и направленные на снижение хладопотерь в тракте подачи.
Известен криогенный аппарат (патент РФ на полезную модель №RU 114837, МПК А61В 18/02, дата публикации 20.04.2012, патентообладатели ООО "Медкриология", Григорьев А.Г.), предназначенный для использования в криомедицине для криовоздействия на патологические образования различной локализации. Данная разработка направлена на расширение арсенала технических средств. Криогенный аппарат содержит емкость для хладагента, герметизирующую головку, каналы подачи и отвода хладагента, канал повышения давления (за счет подачи сжатого воздуха), канюлю с аппликатором, внутри которой соосно располагаются трубки канала подачи хладагента и канала подачи рабочего газа, поверхности которых не соприкасаются друг с другом. Аппарат дополнительно имеет канал подачи рабочего газа. При этом в качестве источника повышения давления в емкости предлагается использовать воздушный электрический компрессор, или ручной насос-грушу, или ножной насос.
Однако в качестве недостатка известного устройства следует отметить, что использование в составе устройства электрического компрессора существенно усложняет конструкцию аппарата и снижает надежность работы криосистемы в целом. При этом использование сжатого воздуха в системе повышения давления приводит к попаданию в канал подачи дополнительных включений (паров воды или газа с температурой кристаллизации выше температуры хладагента), которые всегда присутствуют в составе воздуха, что приводит к отложению на стенках канала ледяных кристаллов и закупориванию каналов при работе криосистемы. Данное обстоятельство негативно влияет на эффективность работы криогенного аппарата, снижая хладопроизводительность.
Известно устройство для криохирургического воздействия (патент РФ на изобретение №RU 2115377, МПК А61В 17/36, дата публикации 20.07.1998, патентообладатели Низковолос В.Б., Аничков А.Д.), относящееся к медицинской технике и предназначенное для применения в криохирургических устройствах и системах с целью осуществления холодовой деструкции патологических образований биологических тканей. Известное устройство содержит полый теплообменник, включающий две емкости для рабочего хладоносителя, в качестве которого используют жидкость с высокими теплопроводностью и теплоемкостью. Устройство снабжено испарителем с регулирующим клапаном и накопительной емкостью. В полостях испарителя и теплообменника размещен дополнительный хладоноситель. Емкости для рабочего хладоносителя соединены с каналами подвода и отвода криозонда. Верхний участок одной из емкостей для рабочего хладоносителя соединен с испарителем, а верхний участок второй - с накопительной емкостью. При подготовке к работе устройства резервуар теплообменника и испаритель заполняют сухим льдом, а одну из емкостей для рабочего хладоносителя (не соединенную с накопительной емкостью) и часть накопительной эластичной емкости заполняют ацетоном. При работе устройства осуществляется перекачивание ацетона, охлажденного до температуры сухого льда, из одной емкости для рабочего хладоносителя в другую, при этом ацетон из одной емкости проходит по каналу подвода, через охлаждающую камеру криозонда, по каналу отвода попадает в другую емкость, откуда по мере накопления там ацетона воздух перекачивается в накопительную емкость, затем под давлением воздуха в накопительной емкости охлажденный ацетон перекачивается в обратном направлении.
Передача холода в известном устройстве осуществляется с помощью рабочей жидкости, хотя и обладающей высокой теплопроводностью и теплоемкостью, но при этом не относящейся к низкотемпературным, что принципиально препятствует достижению в рабочей зоне криоинструмента крайне низких температур, таких как температура жидкого азота, составляющая -196°С. Таким образом, известное устройство, адаптированное к нейрохирургическим операциям, обладает низкой хладопроизводительностью, работает в крайне ограниченных областях поражения, что не позволяет обеспечить быструю деструкцию ткани большого объема.
Известен криоаппарат (патент РФ на изобретение №RU 2251988, МПК А61В 18/02, дата публикации 20.05.2005, патентообладатель ОАО «Елатомский приборный завод»), относящийся к области медицинской техники и предназначенный для применения в хирургии и терапии с целью криовоздействия на биоткани. В состав известного криоаппарата входит источник хладагента - криостат, содержащий устройство дозированной подачи хладагента, соединенные с ним канал подачи жидкого хладагента и канал отвода газообразного хладагента, размещенные в криотрубопроводе, который соединен с задатчиком типа криоинструмента и обеспечивает возможность подключения криоинструмента к каналам подачи и отвода. Использование известного технического решения направлено на расширение функциональных возможностей криоаппарата.
Однако в качестве недостатка известного криоаппарата следует отметить, что в его конструкции ограничена длина каналов подачи, что требует близкого расположения источника хладагента к криоинструменту, т.к. при длинных магистралях снижается хладопроизводительность за счет повышения температуры хладагента при прохождении по трубопроводу. Кроме того, известный аппарат имеет ограничения в величине рабочего давления и не может обеспечивать работу малоинвазивных криозондов, имеющих высокое гидродинамическое сопротивление.
В качестве прототипа - технического решения, наиболее близкого по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, предлагается криомедицинский аппарат, входящий в состав криохирургической системы (криосистемы) (патент США № US 5674218, МГЖ А61В 17/36, дата публикации 07.10.1997, заявитель Cryomedical Sciences Inc.), содержащий источник криогенного жидкого хладагента, включающий в свой состав два криостата, в первом из которых обеспечивается повышенное давление, а второй связан с атмосферой; блок дополнительного охлаждения (или контур подготовки переохлажденного хладагента), включающий криостат (вакуумную камеру, имеющую емкость для хранения жидкого азота), в котором обеспечивается переохлаждение жидкого хладагента (азота) путем создания более низкого давления с помощью вакуумного насоса, в результате чего получают жидкий азот с температурой до -210°С. Также криомедицинсий аппарат содержит по меньшей мере один разъем (порт) для присоединения криоинструмента, при этом каждый порт выполнен независимым, с соответствующими ему каналом подачи и каналом возврата хладагента, что обеспечивает возможность одновременного использования нескольких криоинструментов. Первый криостат (в котором обеспечено повышенное давление) источника хладагента соединен каналом подачи хладагента с блоком дополнительного охлаждения, соединенным каналом подачи переохлажденного хладагента с портом (разъемом) для подключения криоинструмента. Канал возврата соединяет порт для подключения криоинструмента со вторым криостатом источника хладагента, соединенным с атмосферой. В состав криомедицинского аппарата входит трубопровод, соединяющий источник хладагента с блоком дополнительного охлаждения, а также с портом для присоединения криоинструмента. Трубопровод содержит каналы вакуумирования, создающие активную вакуумную изоляцию соединительных рукавов и обеспечивающие дополнительное охлаждение каналов подачи и отвода.
При работе криосистемы, в состав которой входит криомедицинский аппарат с подключенным криоинструментом (или несколькими криоинструментами), от источника хладагента жидкий азот подают к контуру подготовки переохлажденного хладагента, в котором за счет вакуумирования газового пространства создается рабочая жидкость с температурой от -195,8°С до -210°С. Далее переохлажденный хладагент поступает в канал подачи, приходит к разъему (порту) присоединения криоинструмента и по соответствующему каналу - в криоинструмент, в конечной части которого расположен теплообменник для криогенного воздействия на ткани. Отработанный хладагент по каналу возврата через соединительные рукава возвращается во вторую емкость (во второй криостат) источника хладагента, где остатки жидкой фракции остаются для повторного использования, а отработанная газовая составляющая выбрасывается в атмосферу.
Мероприятия по дополнительному охлаждению хладагента и каналов подачи, а также создание активной вакуумной изоляции рукавов позволяют обеспечить поступление жидкой фракции хладагента в теплообменник криоинструмента, что обеспечивает возможность осуществления фазового перехода в рабочей части (в криокамере) криоинструмента.
В прототипе обеспечена высокая хладопроизводительность инструмента, позволяющая, как указал заявитель, эффективно использовать криозонд с наружным диаметром иглы 1,5-2 мм. Блок дополнительного охлаждения (содержащий криостат) позволяет дополнительно снизить температуру жидкого азота, однако требует включения в состав криомедицинского аппарата дополнительного криостата, вакуумного насоса, каналов вакуумирования хладагента, увеличивающих общую протяженность магистралей, что в целом усложняет конструкцию аппарата и, следовательно, снижает надежность его работы. Следует отметить, что любой фактор, обуславливающий снижение надежности работы криосистемы, повышает вероятность аварийной ситуации, недопустимой при использовании медицинской техники.
Значительная протяженность магистрали, соединяющей источник хладагента и порт подключения криоинструмента, увеличивает инерционность аппарата, что выражается в увеличении времени, требуемого для захолаживания (предварительного охлаждения) канала подачи, производимого перед началом каждого цикла работы криоинструмента с целью обеспечения доставки жидкой фракции хладагента к рабочей камере криоинструмента.
Наличие в составе известного криомедицинского аппарата трех криостатов, вакуумного насоса, протяженных магистралей также препятствует возможности быстрого оперативного перемещения, т.е. снижает его мобильность.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции криомедицинского аппарата при снижении его инерционности и повышении мобильности.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается криомедицинский аппарат, содержащий источник хладагента, включающий один криостат. Криомедицинский аппарат также содержит по меньшей мере один порт для подключения криоинструмента. Каждый порт соединен с соответствующими ему каналом подачи хладагента, соединенным с криостатом, и каналом возврата отработанного газа (каналом возврата), выход которого соединен с атмосферой. При этом с каждым каналом подачи хладагента соединен соответствующий ему канал шунтирования, выход которого соединен с атмосферой.
Признаками заявляемого криомедицинского аппарата, общими с прототипом, являются следующие:
- наличие в криомедицинском аппарате источника хладагента;
- наличие в криомедицинском аппарате по меньшей мере одного порта для подключения криоинструмента;
- соединение каждого порта с криостатом соответствующим каналом подачи хладагента;
- соединение каждого порта с соответствующим ему каналом возврата отработанного газа.
Признаками заявляемого криомедицинского аппарата, отличительными от прототипа, являются следующие:
- включение в состав источника хладагента одного криостата;
- выполнение в криомедицинском аппарате соединенного с каждым каналом подачи хладагента соответствующего ему канала шунтирования, выход которого соединен с атмосферой.
Источник хладагента (криостат) предназначен для хранения жидкого хладагента, в качестве которого применяется жидкий азот. Криостат имеет канал заправки хладагента. С криостатом соединены один канал или несколько независимых каналов подачи хладагента.
Порт для подключения криоинструмента обеспечивает соединение каналов криомедицинского аппарата с ответными каналами криоинструмента. Аппарат имеет один порт или несколько независимых портов, каждый из которых имеет возможность подключения к нему криоинструмента.
При работе медицинской криосистемы канал подачи криомедицинского аппарата обеспечивает доставку хладагента к криоинструменту.
При работе медицинской криосистемы канал возврата криомедицинского аппарата обеспечивает отвод отработанного хладагента от криоинструмента, и поскольку в заявляемом аппарате содержится только одна емкость (один криостат) с жидким азотом, а второй емкости (в которую производится частичный возврат отработанного хладагента) нет, то выход канала возврата связан с атмосферой.
При работе медицинской криосистемы по каналу шунтирования осуществляется отвод газовой фракции хладагента (в начале охлаждения - при захолаживании канала подачи), а также части газожидкостной смеси хладагента (на дальнейших этапах). Канал шунтирования начинается (т.е. присоединен к каналу подачи) перед портом, имеет низкое гидродинамическое сопротивление, что обеспечивает при работе криосистемы высокую скорость движения халадагента в канале подачи, позволяет быстро снизить температуру канала подачи в начале работы (т.е. выполнить захолаживание канала подачи) и обеспечить подвод жидкой фракции хладагента к криоинструменту.
В прототипе наличие блока дополнительного охлаждения, обеспечивающего при работе криосистемы переохлаждение жидкого азота до -210°С, в комплексе с охлаждением рукавов и их вакуумной изоляцией, позволяет осуществить доставку к криоинструменту жидкой фракции хладагента (жидкого азота).
В заявляемом изобретении возможность доставки жидкого хладагента к криоинструменту обеспечивается за счет выполнения канала шунтирования, а не за счет переохлаждения жидкого азота до температуры -210°С с помощью блока дополнительного охлаждения, как в прототипе. Такое выполнение позволяет значительно упростить конструкцию криомедицинского аппарата по сравнению с прототипом. Включение в конструкцию аппарата канала шунтирования, обеспечивающего высокую скорость прохождения хладагента, что позволяет доставить жидкую фракцию хладагента в криокамеру инструмента, также обеспечивает сокращение времени захолаживания канала подачи в начале работы медицинской криосистемы. Таким образом обеспечивается снижение инерционности аппарата. Применение в заявляемом аппарате только одного криостата и уменьшение протяженности магистралей также обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности работы аппарата, при этом в результате уменьшения массы и габаритов аппарата обеспечивается его более высокая мобильность.
С целью уменьшения расхода хладагента при работе криомедицинского аппарата в составе медицинской криосистемы канал шунтирования криомедицинского аппарата может дополнительно содержать магистраль тонкого шунтирования с вентилем, выход которой соединен с атмосферой. Магистраль тонкого шунтирования подсоединяется параллельно к основному каналу шунтирования. Возможность тонкой регулировки в канале шунтирования позволяет уменьшить расход хладагента при работе аппарата и использовать в аппарате криостат меньшего объема, обеспечивает уменьшение массогабаритных характеристик криомедицинского аппарата и его более высокую мобильность, что, в свою очередь, дает возможность увеличить количество независимых линий подключения криоинструментов.
С целью обеспечения более быстрого оттаивания замороженных тканей вокруг рабочей части инструмента, ускорения процесса размораживания инструмента и возможности его быстрого извлечения после криохирургического воздействия криомедицинский аппарат может содержать отогреватель, вход которого соединен с криостатом каналом отбора газа (газообразной фракции хладагента), а выход соединен с каналом подачи хладагента. При работе криомедицинского аппарата отогреватель обеспечивает подачу горячего газа к криоинструменту, что ускоряет процесс оттаивания инструмента (позволяя при этом регулировать скорость отогрева) и сокращает продолжительность операции.
С целью исключения низкотемпературного воздействия выбросов отработанного газа криомедицинский аппарат может содержать испаритель, вход которого соединен с выходами каналов возврата и шунтирования, а выход соединен с атмосферой. Испаритель при работе аппарата в составе медицинской криосистемы обеспечивает отогрев отработанного газа при сбросе, например, в вытяжку или в зону вне операционной, и исключает парообразование в помещении.
Сущность заявляемого технического решения поясняется графическими материалами, содержащими пример конкретного выполнения. На фигуре представлена функциональная схема криомедицинского аппарата в составе криосистемы, с подключенным криоинструментом - криозондом.
Опытный образец криомедицинского аппарата изготовлен авторами и прошел цикл испытаний.
В представленном на фиг. примере выполнения криомедицинский аппарат содержит источник жидкого азота (хладагента) - криостат 1, а также отогреватель 2 и испаритель 3. Криостат, отогреватель и испаритель размещают и закрепляют в корпусе, который для удобства перемещения и транспортировки может быть выполнен на колесиках. Криостат имеет канал заправки 4, снабженный заправочным краном 5, нагревательный элемент 6, датчик уровня азота 7, клапан аварийного сброса давления 8. К криостату 1 подключены три независимых канала подачи жидкого азота, что обеспечивает возможность независимой работы трех линий подключения криоинструментов (линии 1, линии 2, линии 3), т.е. возможность одновременного использования при работе медицинской криосистемы трех независимых криоинструментов. Каждый канал подачи соединен с соответствующим ему портом (разъемом) для подключения криоинструмента. На фиг. подробно представлена линия 1. Линия 2 и линия 3 показаны условно, поскольку их выполнение аналогично выполнению линии 1. К порту (разъему) Р линии 1 присоединен криоинструмент -криозонд Z (показан штриховой линией). Каждый порт соединен со своим каналом возврата, связанным с атмосферой. Канал подачи 9 линии 1 соединяет криостат 1 с портом (разъемом) Р. Порт Р соединен с каналом возврата 10, выход которого связан с атмосферой (в представленном на фиг. примере - через испаритель 3): выход канала возврата 10 соединен со входом испарителя 3, который имеет выход в атмосферу. Испаритель 3 снабжен нагревателем 11 и термопарой 12. Канал подачи 9 снабжен клапаном 13 подачи жидкого азота к криозонду Z. Канал возврата 10 снабжен термопарой 14. Перед портом Р от канала подачи 9 начинается канал шунтирования 16, снабженный клапаном полного шунтирования 17. Канал шунтирования 16 присоединен к каналу подачи 9 перед портом Р. Выход канала шунтирования 16 связан с атмосферой (в представленном на фиг. примере - через испаритель 3): выход канала 16 соединен со входом испарителя 3, имеющего выход в атмосферу. В представленном на фиг. криомедицинском аппарате канал шунтирования содержит дополнительный отвод - магистраль тонкого шунтирования 18 с вентилем 19. Магистраль 18 подключена параллельно к каналу 16 и также ее выход связан с атмосферой через испаритель 3: выход магистрали 18 соединен со входом испарителя 3, имеющего выход в атмосферу. В приведенном примере в состав установки включен отогреватель 2, вход которого соединен с криостатом 1 каналом отбора газа 20, а выход соединен с каналом подачи хладагента каждой из трех линий. В линии 1 выход отогревателя 2 соединен с помощью канала 22, снабженного клапаном 23, с каналом подачи 9. Отогреватель 2 снабжен нагревателем 24 с теплообменником, термопарой 25, манометром 26 и дополнительным клапаном сброса давления 27. В опытном образце криомедицинского аппарата выполнен дренажный канал 28, соединяющий криостат 1 с испарителем 3. Канал 28 снабжен краном 29.
В опытном образце криомедицинского аппарата применен криостат, представляющий собой сосуд Дьюара, рассчитанный на рабочее давление до 6 атм, с герметичной крышкой.
Испаритель представляет собой двухконтурную камеру, в выходном каскаде которой расположен теплообменник с нагревательным элементом. Жидкостная фракция отработанного хладагента задерживается в первом контуре камеры, а газовая фракция, проходя через теплообменник, нагревается до безопасных температур.
Отогреватель содержит нагревательный элемент отогрева, теплообменник и распределители газового потока.
Трубки подачи жидкого азота, возврата, шунтирования и др., образующие соответствующие каналы аппарата, в каждой независимой линии соединены во внешний шланг, имеющий термоизоляционные стенки с плотным пленочным покрытием. На выходном конце шланга имеется порт (быстроразъемное соединение для установки медицинского криоинструмента), обеспечивающий соединение каналов криомедицинского аппарата с соответствующими каналами криоинструмента.
Криомедицинский аппарат работает следующим образом.
Криомедицинский аппарат входит в состав медицинской криосистемы. Для работы криосистемы необходимо к каждому порту аппарата подключить криоинструмент, например, криозонд, представляющий собой инструмент в виде иглы длиной до 20 см, с диаметром от 1 до 10 мм. Криозонд выполнен с двойным корпусом с вакуумной термоизоляцией, каналами подачи и возврата хладоагента и предназначен для локального точного и глубокого охлаждения тканей, в том числе в зонах труднодоступной локализации.
В качестве хладагента в криомедицинском аппарате применяется сжиженный азот, обладающий наибольшей хладоотдачей при фазовом переходе - из жидкого состояния в газообразное. При работе криосистемы данный процесс проходит в криокамере на конце криозонда и позволяет получить падение температуры на конце зонда до -196°С за интервал времени от 0,5 мин до 1,5 мин.
Представленный на фиг. криомедицинский аппарат имеет три независимые линии - каждая со своим портом для подключения криоинструмента. В качестве криоинструментов могут быть использованы, например, криозонды, что позволяет в зависимости от очага поражения выполнять криовоздействие одним или одновременно двумя или тремя инструментами. В качестве примера рассмотрим линию подключения - линию 1. К порту Р присоединен криозонд Z.
Перед началом работы криостат 1 заполняют жидким азотом. Предварительно открывают дренажный канал криостата 28 краном 29, после чего хладагент подают по каналу заправки 4 через заправочный кран 5. Процесс наполнения криостата контролируют по показаниям датчика уровня азота 7. После наполнения криостата закрывают кран 5, затем закрывают кран 29.
Работа криосистемы начинается с режима подготовки. Это сервисный режим, во время которого параметры установки выводят на заданные уровни: давление в системе, контролируемое манометром 26, поднимается путем испарения жидкого азота в криостате 1 с помощью нагревателя 6; температура отогревателя 2 поднимается нагревателем 24 и контролируется с помощью термопары 25; температура испарителя 3 поднимается нагревателем 11 и контролируется с помощью термопары 12.
По завершении режима подготовки криосистема готова к работе в основном режиме - режиме охлаждения. Криозонд вводят в ткань-мишень и осуществляют захолаживание канала подачи 9 и доставку жидкого азота в криокамеру зонда Z, где происходит испарение жидкого азота, при этом на конце криозонда, введенного в область очага поражения, формируется ледяной шар со сверхнизкой температурой. Сначала открывают клапан 13 подачи жидкого азота в криозонд Z, при этом сразу открывается клапан полного шунтирования 17, в результате жидкий азот поступает в канал подачи 9 и канал шунтирования 16. Вентиль 19 тонкого шунтирования при этом пока закрыт.Контроль охлаждения канала подачи и работы криоинструмента осуществляется в системе с помощью термопары 14. Клапан полного шунтирования 17 автоматически открывается и закрывается, поддерживая температуру парожидкостной смеси на выходе в пределах заданных температур. Отработанный газ по каналу возврата 10 попадает в испаритель 3, откуда выводится из системы в атмосферу. Затем для уменьшения колебаний системы подключают магистраль тонкого шунтирования 18, регулируя подачу хладагента вентилем тонкого шунтирования 19 до стабилизации процесса охлаждения. Тонкую регулировку выполняют только во время первого цикла. Формирование ледяного шара происходит до заданных параметров, ход криовоздействия контролируется оператором. По окончании процесса криодеструкции каждую из независимых линий можно перевести в режим «стоп» или включить режим отогрева. В режиме «стоп» все клапаны закрыты и система находится в состоянии покоя. Данный режим в том числе используется и при экспозиции области криодеструкции без увеличения ледяного шара. Затем систему переводят в режим отогрева, после которого либо извлекают инструмент, либо снова переводят систему в режим охлаждения (повторение криогенного цикла). Во время режима отогрева включается клапан 23 и газообразный азот, проходя по каналу 20, далее - через нагреватель с теплообменником 24, через канал 22 подается на вход криозонда Z. Клапан подачи 13 при этом закрыт, и шунтирование осуществляется через канал тонкого шунтирования 18 и регулируется вентилем 19. Попадая в криокамеру зонда горячий газ (азот) отогревает инструмент и растапливает ледяной шар, образовавшийся во время криодеструкции. Далее по каналу 16 отработанный газ попадает в испаритель 3, через который выводится из системы. Криозонд извлекают из ткани.
При работе криомедицинского аппарата в составе криосистемы благодаря выполнению канала шунтирования обеспечивается быстрое захолаживание канала подачи (т.к. при открытых клапанах канала шунтирования контур циркуляции хладагента имеет минимальное гидродинамическое сопротивление), что обеспечивает возможность доставки жидкой фракции хладагента в рабочую зону криоинструмента. В результате криозонд быстро, в течение первой минуты от момента включения, охлаждается до низкого уровня температуры, при которой в криокамеру зонда начинает поступать жидкий азот. Подача жидкой фракции хладагента в рабочую зону криоинструмента обеспечивает максимальную хладопроизводительность, т.к. наибольшее выделение энергии происходит при фазовом переходе, который осуществляется в рабочей части криоинструмента, контактирующей непосредственно с биологической тканью в области очага поражения, где при этом происходит образование ледяного шара и криодеструкция пораженной области.
В прототипе, также как и в заявляемом техническом решении, обеспечивается доставка жидкого азота к криозонду. Однако, в прототипе указанная задача решается за счет включения в конструкцию криоустановки блока дополнительного охлаждения жидкого азота до температуры ниже температуры кипения, требующего также включения в состав установки вакуумного насоса, каналов вакуумировния, обуславливающих значительную протяженность магистралей, что повышает тепловые потери хладагента (хладагент нагревается), а также усложняет конструкцию установки. При этом в прототипе источник хладагента содержит два криостата, что также усложняет конструкцию и ухудшает мобильность установки.
В предлагаемой конструкции задача доставки жидкой фракции хладагента к рабочей зоне криоинструмента при работе криомедицинского аппарата в составе криосистемы обеспечена выполнением канала шунтирования (вместо создания переохлажденного жидкого азота в прототипе с помощью блока дополнительного охлаждения и других мер, указанных выше), при этом в состав источника хладагента входит один криостат, а общая протяженность магистралей значительно меньше, чем в прототипе.
Указанные факторы обеспечивают упрощение конструкции заявляемого криомедицинского аппарата, а, следовательно, повышение его надежности, а также снижение инерционности криомедицинского аппарата. При этом снижение массы и габаритов аппарата обеспечивает повышение его мобильности.
Включение в состав канала шунтирования магистрали тонкого шунтирования обеспечивает при работе криомедицинского аппарата уменьшение расхода хладагента, что позволяет использовать криостат меньшего объема, что, в свою очередь, обеспечивает дальнейшее снижение массогабаритных характеристик и повышение мобильности криомедицинского аппарата.
Включение отогревателя в состав криомедицинского аппарата позволяет сократить время операции за счет более быстрого отогрева криоинструмента, а также позволяет выбрать необходимую скорость отогрева инструмента.
Включение испарителя в состав криомедицинского аппарата обеспечивает отогрев отработанного газа, что позволяет во время проведения операции исключить возможность негативного низкотемпературного воздействия выбросов отработанного газа.
Применение заявляемого изобретения позволяет использовать при работе криосистемы малоинвазивные криоинструменты (инструменты малого диаметра), что в настоящее время является чрезвычайно актуальным направлением исследований и разработок.
Авторами изготовлен и протестирован опытный образец криомедицинского аппарата, позволяющий при работе криосистемы использовать криозонд с наружным диаметром 0,7 мм.