АППАРАТ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ХОЛОДОМ
APPARATUS FOR CRYOTHERAPY

Изобретение относится к медицинскому оборудованию, а именно к устройствам для наружного охлаждения паталогических тканей человека и может использоваться при криохирургических операциях.
Изобретение предназначено для низкотемпературной абляции биологических тканей на поверхности кожи человека. Терапевтический эффект достигается за счет локального воздействия охлажденным до низких температур наконечником на нежелательные образования на поверхности кожи. При таком воздействии ткани нежелательных образований разрушаются.
В настоящее время в клинической практике находят применение 2 типа аппаратов для осуществления данной процедуры: аппараты, использующие энергию фазового превращения, и аппараты, использующие эффект дросселирования газов.
Использование эффекта энергии фазового превращения основано на поглощении тепла, происходящее при изменении агрегатного состояния хладагента (переход из жидкого состояния в газообразное и переход из твердого состояния в жидкое). Минимальная температура рабочей части криоинструмента в этом случае поддерживается близкой к точке кипения хладагента или точке его плавления. Система, использующая указанные принципу описана в заявке WO 2010117945 А1 (Публикация: 14.10.2010) и патенте US 8814850 В2 (Публикация: 29.08.2014).
Второй тип аппаратов, в которых охлаждение происходит за счет дросселирования газа. Принцип работы подобных аппаратов состоит в том, что сжатый газ под высоким давлением поступает в рекуперативный теплообменный аппарат, где происходит его охлаждение за счет теплообмена с более холодным обратным потоком. После этого происходит дросселирование прямого потока - резкое снижение давления при прохождении газа через суженное отверстие. Система, использующая указанные принципу описана в заявке US 20070277550 А1 (Публикация: 06.12.2007).
Основными недостатками указанных выше аппаратов являются:
- необходимость постоянного наличия криоагента или баллонов с газом под давлением для проведения криохирургических операций;
- сложность обеспечения поставок жидкого криоагента и баллонов с газом под давлением в удаленные регионы;
- опасность работы с баллонами под высоким давлением и жидким криоагентом;
- необходимость постоянной дозаправки аппарата, что ограничивает время непрерывной криодеструкции биотканей.
Для ухода от указанных недостатков предлагается аппарат для лечения холодом, работающий по замкнутому однопоточному холодильному циклу на многокомпонентном смесевом хладагенте. Подобные циклы известны и применяются для получения низких температур в диапазоне от минус 40 до минус 170°С, но широкого применения в криохирургии еще не нашли.
Известна система, работающая на смесевом хладагенте, которая предназначена для охлаждения внешних объектов, в т.ч. биологических (US 6151901 А, публикация: 28.11.2000), которая включает в себя компрессор, пластинчатый теплообменник, устройство для расширения газа и металлический жесткий катетер. Система работает следующим образом. Смесь газов сжимается в компрессоре, затем попадает в пластинчатый миниатюрный теплообменник, где происходит охлаждение потока высокого давления поток низкого. Затем поток хладагента расширяется в дроссельном устройстве, и после этого охлаждает теплопередающий элемент жесткого катетера для дальнейшего охлаждения внешних объектов.
Вышеуказанная система не обеспечивает регулирование давления и расхода хладагента через испаритель, таким образом отсутствует возможность регулирования температуры охлаждения, которая достигается на теплопередающем элементе жесткого катетера. Так же к недостаткам можно отнести наличие высокого давления внутри жесткого катетера, который контактирует с пациентом.
Заявляемое изобретение позволяет устранить недостатки предшествующего уровня техники. Техническим результатом является повышение автономности работы аппарата, улучшение эксплуатационных характеристик в части увеличения диапазона и точности регулирования температуры охлаждения, простоты и безопасности эксплуатации. Также техническим результатом является сокращение времени достижения наконечником требуемой низкой температуры, за счет того, что в процессе выхода на режим возможно изменение давления смесевого хладагента в испарителе, и таким образом, обеспечение наиболее оптимального режима работы аппарата в период пока температура в испарителе не достигла заданного значения.
Для достижения заявленных технических результатов решается совокупность технических задач. Все элементы холодильной машины, работающей по циклу на смесевом хладагенте, расположены в отдельном агрегатном блоке. Электронный расширительный вентиль, позволяющий управлять давлением и расходом смесевого хладагента через испаритель, также расположен в агрегатном блоке. Испаритель холодильной машины представляет собой змеевик из тонкой трубки, в котором продолжается дросселирование хладагента и понижение температуры. Наконечник, через который холод передается к охлаждаемой ткани, представляет из себя стержень из теплопроводного металла, вокруг которого навит змеевик -испаритель холодильной машины. Испаритель с наконечником, валяющиеся инструментальной частью аппарата для лечения холодом соединены с его аппаратной частью гибкими шлангами. Давление хладагента в инструментальной части не превышает 3 бар, что позволяет обеспечить полную безопасность использования аппарата. Змеевик навит на наконечник таким образом, что выход из него хладагента находится ближе к передней части наконечника, через производится криовоздействие на ткани. Таким образом удается обеспечить более низкую температуру криовоздействия.
Таким образом, наличие электронного расширительного вентиля позволяет регулировать давление и расход хладагента через испаритель, что в свою очередь определяет температуру охлаждения. Разделение системы на агрегатную часть с высоким давлением и инструментальную часть с низким рабочим давлением позволяет снизить требования к инструменту и обеспечить безопасность при работе. Использование испарителя с эффектом дросселирования обеспечивает наименьшую температуру у острия крионаконечника. Соединительные шланги прямого и обратного потоков могут быть объединены в одном, размещая их один в другом.
На фигуре 1 показана принципиальная схема аппарата для лечения холодом, где:
1 - компрессор;
2 - концевой холодильник (аппарат воздушного охлаждения);
3 - сепаратор;
4 - теплообменный аппарат предварительного охлаждения;
5 - основной теплообменный аппарат;
6 - дроссельное устройство;
7 - электронный регулирующий вентиль;
8 - шланги гибкие;
9 - испаритель с эффектом дросселирования;
10 - крионаконечник;
Аппарат для лечения холодом устроен следующим образом. Компрессор 1, трубопровод нагнетания которого соединен с входным патрубком аппарата воздушного охлаждения 2. В качестве компрессора может быть использован типовой серийный поршневой герметичный компрессор или иной вид компрессора. Далее аппарат воздушного охлаждения 2, представляющий собой трубчато-ребристый теплообменник оснащенный вентилятором, соединен с сепаратором 3, у которого трубопровод паров хладагента соединен со входом теплообменника предварительного охлаждения 4, жидкостной трубопровод соединен с дроссельным устройством 6, который, в свою очередь, соединен со входом низкого давления теплообменного аппарата 4. Выход высокого давления теплообменника предварительного охлаждения 4 соединен со входом высокого давления основного теплообменного аппарата 5. Далее выход высокого давления основного теплообменного аппарата 5 соединен с электронным расширительным вентилем 7, который через гибкий шланг 8 соединен с испарителем с эффектом дросселирования 9. Испаритель с эффектом дросселирования 9 намотан на крионаконечник 10, выход испарителя находится у острия крионаконечника. Выход из испарителя 9 через гибкий шланг 8, представляющий металорукав с теплоизоляцией, соединяется со входом низкого давления основного теплообменного аппарата 5, выход теплообменного аппарата 5 соединен со входом теплообменного аппарата 4, выход теплообменного аппарата предварительного охлаждения 4, в свою очередь, соединяется со всасывающим патрубком компрессора 1. Аппарат управляется посредством микропроцессорного типового программируемого блока управления, в частности управление электронным регулирующим вентилем 7 происходит в зависимости от температуры крионаконечника 10. Теплоизоляция гибких шлангов 8 может быть накладная из синтетических материалов, а может быть экранно-вакуумная. Также возможно исполнение при котором шланги смонтированы один в другом в целях снижения пложади теплообмена и повышения эффективности изоляции.
Аппарат для лечения холодом работает следующим образом.
Пары смесевого хладагента сжимаются в компрессоре 1 и нагнетаются в аппарат воздушного охлаждения 2, где отводится теплота сжатия от хладагента. При охлаждении в аппарате воздушного охлаждения 2, хладагент частично конденсируется и затем попадает в сепаратор 3, где паровая фаза, выходящая из верхней части сепаратора, попадает на вход высокого давления теплообменного аппарата предварительного охлаждения 4. Жидкая фаза, выходящая из нижней части сепаратора 3, расширяется в дроссельном устройстве 6, и подается на вход низкого давления теплообменного аппарата предварительного охлаждения 4, где смешивается с обратным потоком низкого давления. Поток высокого давления выходит из теплообменника предварительного охлаждения 4 и попадает в основной теплообменник 5, где полностью конденсируется, затем поток расширяется в электронном расширительном вентиле 7, который регулирует расход хладагента через испаритель 9. Хладагент после вентиля 7, проходя через гибкий шланг 8, входит в испаритель с эффектом дросселирования 9, в котором дросселируется по длине испарителя и достигает низшей температуры на выходе из него. Хладагент, проходя через испаритель 9, охлаждает крионаконечник 10, и через гибкий шлаг 8 попадает на вход низкого давления основного теплообменника 5, а затем теплообменника предварительного охлаждения 4. После хладагент попадает на всасывание в компрессор 1 и цикл повторяется.
Таким образом, аппарат позволяет обеспечить заявленные технические результаты. Аппарат изготавливается промышленным способом из типовых устройств и аппаратов, легок в обслуживании и эксплуатации, обладает оптимальными массогабаритными характеристиками.