КРИОГЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области медицины, а именно к криогенным аппаратам и может быть использована в криомедицине.
На современном этапе развития медицины криогенные методики получают все большее распространение как у врачей хирургических, так и терапевтических специальностей, поэтому разработка аппарата способного наиболее полно реализовать тканевые эффекты, возникающие при криокислородном и криоозонкислородном воздействии на патологические процессы различной локализации и величины, с наименьшей травматизацией окружающих тканей, приобрела особую актуальность.
Известен медицинский портативный криогенный аппарат «Ледок», содержащий емкость для хладагента с герметизирующей конической пробкой, каналами подвода хладагента и подъема давления в емкости, клапан аварийного сброса давления. Недостатками данного аппарата являются непродолжительность и неустойчивость в работе, из-за размещения узла канала повышения давления с системой подачи сжатого воздуха, непосредственно в герметизирующей рабочей крышки аппарата. Данный узел быстро промерзает, выводя аппарат из рабочего состояния.
Известен криохирургический аппарат «КриоИней», описанный в патенте №2034517, аппарат слишком громоздок, имеет довольно сложную конструкцию, не достаточно комфортен в использовании. Кроме того температурные режимы этого аппарата не позволяют конденсировать кислород.
Наиболее близким по конструктивному решению и выбранным автором в качестве прототипа является криогенный аппарат, описанный в свидетельстве на полезную модель №37312. Известный аппарат содержит емкость для хладагента, герметизирующую крышку, на которой размещены клапан аварийного сброса давления, каналы подачи и отвода хладагента, коаксиально расположенные внутри канюли, аппликатор. На боковой стороне поверхности герметизирующей крышки закреплена наружная часть канала подъема давления, выполненная в виде раструба и соосно вставленная внутри конусообразной пробки эластичной трубки для подсоединения к источнику повышения давления воздуха. Пробка размещена в раструбе с возможностью скольжения вдоль оси канала и герметизации канала, на противоположной стороне поверхности герметизирующей крышки жестко закреплены сверху крышки - канюля, а снизу крышки - канал подачи хладагента с возможностью достижения околодонной части емкости при полном закреплении крышки на емкости. Канюля выполнена длиннее, чем вертикальная часть канала подачи хладагента. В середине герметизирующей крышки выполнена полость, в которую выведен канал отвода хладагента, причем полость снабжена отверстием с отводящей трубкой, направленной вверх и в сторону от канюли, устройство размещено на базе герметизирующей крышки бытового металлического термоса вместимостью 100-1000 мл. Источником повышения давления в емкости являются дыхательные пути человека (хирурга). Проксимальный и средний участки канюли снабжены изолирующей трубкой из мало- или нетеплопроводного материала, с возможностью смещения ее вдоль канюли.
Однако данный аппарат имеет недостатки. Узел, выполняющий функцию подачи сжатого воздуха и клапана аварийного сброса давления, расположен непосредственно в рабочей герметизирующей головке, и зона его срабатывания находится непосредственно в проекции лица хирурга. В рабочей герметизирующей крышке уже после непродолжительной работы образуется наледь, которая может закупоривать канал подъема давления, а пробка выполняющая функцию клапана сброса давления теряет свою эластичность от холода, на стенках раструба образуются лед и иней, что делает процесс сброса аварийного давления не предсказуемым. Таким образом, полезная модель не обеспечивает надежности и безопасности в работе.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение надежности и безопасности работы криогенного аппарата.
Поставленная задача достигается конструктивными особенностями предлагаемого криогенного аппарата.
Полезная модель изображена на фиг.1.
Устройство содержит: 1 - герметизирующую рабочую головку (крышку), снабженную винтовыми каналами для герметичного соединения с сопряженным винтовым соединением емкости, для хладагента (сосуда Дьюара, термоса) - 3; 2 - канюлю с аппликатором; 4 - канал подачи хладагента; 7 - канал отвода хладагента; 6 - канал подъема давления (подачи сжатого воздуха). Также устройство содержит канал подачи рабочего газа - 5 (кислорода, озонкислородной смеси, сжатого воздуха), состоящий из клапана-коннектора аварийного сброса давления - 9, эластичной трубки - удлинителя, соединенной через штуцерное соединение с металлической трубкой расположенной в рабочей головке. Проходя через тело герметизирующей крышки, трубка канала подачи рабочего газа входит в полость трубки канала подачи сжиженного азота (хладагента), образуя радиатор - 8 (криоконденсирующую часть канала подачи рабочего газа и канала подачи хладагента).
Наружные части канала подъема давления (6) и канала подачи рабочего газа (5) состоят из жестко закрепленного на боковой поверхности рабочей головки штуцера, присоединенной к нему эластичной трубки (ПВХ или резинового шланга), противоположный конец которой, закреплен на коннекторах-клапанах аварийного сброса давления (9, 10). Длина трубки может изменяться от 15 до 50 см, в зависимости от характера проводимой операции, то есть, в арсенале врача имеется набор трубок различной длинны.
В зависимости от поставленных лечебных целей к коннектору-клапану аварийного сброса давления подачи рабочего газа 9, через гибкую ПВХ трубку или резиновый шланг - может подсоединяться воздушный компрессор, баллон со сжатым кислородом, или медицинский озонатор.
К коннектору-клапану аварийного сброса давления канала подъема давления через гибкую ПВХ трубку или резиновый шланг - может быть подсоединена система подачи сжатого воздуха, которой может являться ручной насос-груша, ножной насос или воздушный электрический компрессор. Внутренняя часть канала подъема давления (расположена внутри рабочей головки) изогнута Г-образно, выход трубки канала достигает воображаемой донной плоскости рабочей головки.
Трубка канала отвода хладагента (7), размещена на боковой поверхности верхней части рабочей головки, под углом 90 градусов справа или слева по отношению к канюле аппликатора (2) выполнена из металла и жестко прикреплена к герметизирующей крышке пайкой.
Канюля с аппликатором (2) жестко закреплена на боковой поверхности рабочей герметизирующей головки (1) с противоположной стороны от канала подачи рабочего газа. В зависимости от задач клинического применения, предлагаемого аппарата, диаметр канюли, может варьироваться - наиболее оптимальные размеры 6-12 мм, длина также может варьироваться - наиболее оптимальные размеры 200-400 мм. Канюля может быть выполнена в открытом или теплоизолированном вариантах.
Канал подачи хладагента 4, представляет собой трубку, выполненную из прочного металла, имеющую Г-образную форму, вертикальная часть которой расположена внутри емкости для хладагента (термоса), длина этой части соразмерна с высотой термоса и достигает околодонной части термоса 3, не касаясь его дна при полностью закрученной герметизирующей рабочей головке). Горизонтальная часть трубки выходит в полость канюли, располагаясь с ней соосно и не касаясь внутренней поверхности канюли, так как диаметр ее меньше диаметра канюли. В области Г-образного сгиба в трубку подачи хладоагента соосно, герметично (место соединения спаивается) входит меньшая по диаметру трубка подачи рабочего газа (5), образуя - радиатор (8) (криоконденсирующую часть канала подачи рабочего газа и канала подачи сжиженного азота). Дистальный конец трубки подачи сжиженного азота заканчивается, не касаясь внутренней стенки аппликатора (чтобы не создавать препятствия току сжиженного азота). Длина трубки подачи хладагента меньше длины трубки подачи рабочего газа.
Внутренняя часть канала подачи рабочего газа выполнена в виде трубки из прочного металла, располагается внутри рабочей головки и проходит горизонтально, параллельно донной поверхности термоса. Трубка выходит в канал подачи хладагента. Располагаясь с ним соосно, не касаясь его внутренней поверхности. Дистальный конец трубки канала подачи рабочего газа(5) длиннее, чем длина трубки подачи хладагента и равна длине канюли.
Дистальный конец трубки подачи рабочего газа герметично соединяется с внутренним отверстием аппликатора. Внешний радиус аппликатора, герметично соединен с дистальным концом трубки канюли (2). Внешний вид аппликатора представляет собой шайбу
Дополнительно, предлагаемый аппарат имеет съемную насадку - конденсор (11). Конденсор представляет собой трубку, выполненную из прочного металла на поверхности которой жестко закрепленный элемент для прикрепления ПВХ трубки канала подачи рабочего газа. Конденсор закрепляется на канюле при помощи прижимного винта. Съемная насадка конденсор образует проточную полость с рабочим газом между своей внутренней стенкой и внешней стенкой канюли, создавая лучшие условия сжижения рабочего газа на внешней стенке канюли. Длина насадки меньше длины канюли на 5-10 мм.
Радиатор, выделен автором в самостоятельный узел, хотя не является отдельной конструктивной единицей, в связи с важностью выполняемой им функции. Радиатором называется узел или агрегат, обеспечивающий охлаждение. В данном случае - охлаждение рабочего газа до температуры его конденсации, то есть сжижения. Приводим пояснения работы радиатора.
Трубка канала подачи рабочего газа меньшая по диаметру входит в большую по диаметру трубку подачи сжиженного азота (хладагента). В точке Г-образного сгиба, при переходе ее в горизонтальную плоскость, между трубками остается зазор, образующий полость (первая внутренняя полость) заполняемую проточным сжиженным азотом. Азот охлаждает трубку канала подачи рабочего газа, до температуры позволяющей сжижать газообразный кислород, который конденсируется из рабочего газа и под давлением впитывается в ткани. Сама же трубка канала подачи рабочего газа в конечной части герметично спаяна с внешней трубкой (то есть с трубкой канюли), через шайбу, выполняющую функцию аппликатора.
На самую маленькую по диаметру трубку канала подачи рабочего газа надета, большая по диаметру трубка подачи сжиженного азота, из которой свободно вытекает подаваемый под давлением жидкий азот. Он сначала упирается в аппликатор (то есть в шайбу изнутри) так же охлаждая и его, а затем он попадает в зазор между внешней стенкой трубки канала подачи жидкого азота и внутренней стенкой трубки канюли (вторая внутренняя полость), охлаждая и ее до температуры конденсации кислорода. Однако, охлаждающие силы сжиженного азота не беспредельны, на этом пути он постепенно нагревается, переходя в газообразное состояние, пары ищут выход, и они его находят, выходя из второй внутренней полости под крышку рабочей головки (в так называемую испарительную камеру), далее в трубку канала отвода хладагента (7).
Предлагаемый криогенный аппарат работает следующим образом.
Перед началом работы выбирают аппарат с диаметром канюли 2, соразмерным с областью криогенного лечения, термос 3 заполняют на ¾ сжиженным азотом, навинчивают термос 3 на герметизирующую рабочую головку 1, причем, для удобства при закручивании вращают термос 3, рабочая герметизирующая головка остается неподвижной. После достижения герметичности из-за охлаждения внутренних полостей аппарата в нем происходит кратковременное вскипание сжиженного азота и связанное с этим повышение внутреннего давления, поэтому раструб коннектора канала подъема давления 10, оставляют на этот период открытым. После прекращения кипения азота (хладагента), коннекторы (9, 10) приводят в рабочее (закрытое) состояние, подсоединяя к одному (10) систему повышения давления (подачи сжатого воздуха), к другому (9) систему подачи рабочего газа. Коннекторы (9) и (10), работают как клапаны аварийного сброса давления, причем сброс давления происходит вне зоны лечебной манипуляции, так как коннекторы удалены от нее гибкими ПВХ трубками на безопасное расстояние. Далее подается под давлением рабочий газ - в канал подачи рабочего газа - 5 и сжатый воздух в - канал повышения давления 6, из которого сжатый воздух попадет в газовый пузырь сосуда Дьюара - 3, закрытого герметизирующей рабочей головкой - 1. В аппарате происходит повышение давления, которое стимулирует движение сжиженного азота по трубке канала подачи хладагента - 4, вверх, до радиаторной части - 8, при заполнении ее полостей сжиженным азотом начинается эффект конденсации рабочего газа во внутреннем канале - 5, и атмосферного кислорода на внешней трубке канюли аппликатора - 2. Если для выполнения лечебной задачи требуется исключение конденсации кислорода на внешней трубке канюли - 2, то предварительно на нее одевается теплоизолирующий кожух. Для исключения переполнения сжиженным азотом радиатора - 8 и попадания его в полость под крышкой рабочей головки, выполняющей роль испарительной камеры для кипящего азота, и следовательно активного выброса из трубки канала отвода хладагента - 7 паров и капель азота, и далее, срабатывания клапана аварийного сброса давления - 10, подачу сжатого воздуха периодически прекращают. Регулировкой давления подачи рабочего газа, достигается, оптимальный уровень конденсации рабочего газа в радиаторной части - 8, канала подачи рабочего газа - 5, скорость и сила выброса сжиженного рабочего газа, эта техническая особенность заявляемого криогенного аппарата, дает возможность оптимизировать процесс криогенного лечения с применением криокислородного и криозонкислородного эффекта, в зависимости от условий оперативного доступа и поставленных лечебных задач.
С помощью заявляемого криогенного аппарата можно осуществлять криогенное лечение с применением двух методик: контактной (аппликационной) и не контактной (дистанционной).
3
3
При контактной методике: предварительно согреваем примерно ¼ часть канюли, прилегающую к аппликатору, в теплой воде с температурой 50-70 С. Такой разогрев особенно актуален при криовоздействии на кожные покровы, так как обеспечивает хорошую адгезию (прилипание) к эпидермису (ороговевающему эпителию кожи), такой разогрев и смачивание в теплой воде канюли аппликатора, менее актуален при криовоздействии на слизистые оболочки, капсулы паренхиматозных органов (почки, печень и т.д.), железистые образования, так как они естественно хорошо увлажнены, и аппликатор к ним хорошо адгезируется (прилипает), если было смачивание канюли аппликатора в теплой воде, то перед криовоздействием продуваем внутренний канал канюли аппликатора рабочим газом (воздухом, кислородом, озонкислородной газовой смесью). Накладываем аппликатор на патологический участок ткани, подвергаемый криовоздействию, используя эластические свойства (тургор) тканей, немного вдавливаем аппликатор в ткань, начиная подавать сжатый воздух в канал повышения давления, активируя подачу и циркуляцию хладагента (сжиженного азота) в каналы и полости канюли аппликатора, тем самым достигается быстрое охлаждение канюли и аппликатора, обеспечивая адгезию (прилипание) к ткани. Прекращаем давить аппликатором на ткань пробуя прочность прилипания, дальнейшая подача воздуха в канал повышения давления приводит к ускорению циркуляции хладагента в каналах и полостях канюли аппликатора тем самым обеспечивая конденсацию (сжижение) атмосферной фракции кислорода воздуха на внешней трубке канюли аппликатора. Если пассивная инфильтрация сжиженного кислорода по внешнему радиусу не входит в лечебные цели, то внешняя трубка канюли аппликатора может быть вообще, изолирована теплоизоляционным материалом, что тоже обеспечивает вариабельность клинического применения. После обеспечения адгезии к ткани, не прекращая подачи сжатого воздуха в канал повышения давления, подаем под давлением во внутренний конденсирующий канал рабочий газ (воздух, кислород или озонированный кислород). Во внутреннем канале начинает происходить сжижение кислородной или озонкислородной фракции рабочего газа. На сжиженные во внутреннем конденсирующем канале объемы сжиженного рабочего газа, постоянно давит поступающий во внутренний конденсирующий канал рабочий газ, таким образом, криовоздействие осуществляется под давлением сжиженного рабочего газа на ткань расположенную под отверстием внутреннего конденсирующего канала на аппликаторе, что обеспечивает активную инфильтрацию (впитывание), сжиженного кислорода или сжиженного озонированного кислорода, тем самым лучше и полнее достигаются противоопухолевые регенеративные и антипиогенные (антигноеродные) эффекты кислородного и озонкислородного криовоздействия (А.Г.Григорьев и др. сборник Медицинская криология Н.Новгород 2009 г). Данная методика обеспечивает лучшее проникновение жидкого кислорода или озонированного кислорода в глубину и значительное сокращение экспозиции (времени воздействия), что особенно актуально для хорошо кровоснабжаемых с высокой теплоциркуляцией органов, особенно чувствительных к ишемии (недостатку кровопритока). В эксперименте, проведенном в ООО «Медкриология», на имитаторе ткани с высокой теплоциркуляцией, при использовании заявляемого криогенного аппарата было заморожено до состояния оксигенированного льда около 60 см имитатора ткани на глубину до 6 см при поверхностном диаметре зоны замораживания 4 см. При использовании криогенного аппарата «Ледок», с канюлей того же диаметра, при тех же условиях было заморожено до состояния оксигенированного льда только около 20 см имитатора ткани, на глубину 2 см при поверхностном диаметре зоны замораживания 3 см.
Дистанционная (неконтактная) методика осуществляется следующим образом. Наводим канюлю аппликатора на область криовоздействия в проекции оси внутреннего конденсирующего канала, на расстоянии обеспечивающим удобство работы, обычно 2-5 см (после подачи сжатого воздуха в канал повышения давления и подачи сжатого рабочего газа во внутренний конденсирующий канал). Вылетающие из отверстия внутреннего конденсирующего канала порции (капли) сжиженного рабочего газа, обладающие кинетической энергией, пропорциональной давлению поступающего рабочего газа и обладающие траекторией полета в направлении оси внутреннего конденсирующего канала, активно инфильтрируются (впитываются) в область криовоздействия. При этом, канюля аппликатора заявляемого аппарата может быть расположена к области криовоздействия в плоскости под углом к горизонтальной поверхности (что значительно облегчает оперативный доступ, особенно к внутренним полостям полых органов. Капли (порции) сжиженного рабочего газа, обладающие значительной (кинетической) энергией легче и быстрее инфильтрируются в область криовоздейсвия, меньше повреждая окружающие ткани, эти преимущества заявляемого аппарата значительно расширяют возможности применения в клинической практике эффектов кислородного и озонкислородного криовоздействия.
В тех случаях, когда задачи клинического применения требуют повышения объемов конденсации кислорода или озонкислородной смеси на внешней стенке канюли аппликатора, применяется наружный съемный конденсор, дающий 3-х, 5-ти кратное увеличение объемов конденсации, по сравнению объемами сжижения атмосферной фракции кислорода из окружающего воздуха, а возможность сжижения озонкислородной смеси на внешней стенке трубки канюли без данного конденсора вообще невозможно. Для осуществления данной методики, на канюлю (2), предварительно подготовленного к работе криогенного аппарата, надевается наружный съемный конденсор (11), который закрепляется на канюле, винтом крепления (12). К выводу подсоединяется эластичная трубка, подающая рабочий газ. Внутренний канал подачи рабочего газа (5) при применении наружного съемного конденсора, должен остаться незадействованным. При одновременной подаче рабочего газа, и нагнетании воздуха в канал подъема давления на внешней стенке трубки канюли аппликатора, начинает происходить сжижение кислорода. Располагаем аппликатор строго вертикально над областью криовоздействия, капли сжиженного кислорода впитываются в очаге криовоздействия.
В предлагаемой полезной модели коннекторы-клапаны аварийного сброса давления канала подачи рабочего газа и канала подъема давления дистанционно выведены из зоны операционного поля на безопасное расстояние посредством эластичных трубок. При их срабатывании, пары азота и вылетающая пробка не могут причинить вред ни хирургу, ни пациенту, что обеспечивает безопасность при работе.
Коннектор-клапан аварийного сброса давления канала подъема давления, удаленный от рабочей герметизирующей головки эластичной трубкой, не промерзает при работе на нем не образуется наледи, эта конструктивная особенность обеспечивает бесперебойную стабильную работу аппарата. Выведение соединительного узла канала повышения давления (подачи сжатого воздуха) с системой повышения давления из герметизирующей рабочей головки в отдельный находящийся на удалении узел, а значит защищенный от промерзания, позволил при пусковых испытаниях данного криогенного аппарата в ООО «Медкриология», добиться устойчивой бесперебойной работы в режиме как внешней, так и внутренней конденсации.
Введение в конструкцию дополнительного канала подачи рабочего газа позволяет осуществлять прямое воздействие сжиженным рабочим газом на патологический очаг. При работе заявляемой полезной модели осуществляется конденсация (сжижение) рабочего газа (воздуха, кислорода, озонированного кислорода) как на внешней поверхности канюли аппликатора, так и на ее внутренней поверхности, причем сжижение на внутренней поверхности происходит под давлением подаваемого рабочего газа, следовательно сжиженный рабочий газ вылетает (выходит) из отверстия внутреннего канала канюли аппликатора так же под давлением пропорциональным давлению подаваемого рабочего газа, которое можно регулировать, что позволяет проводить активную криоксигенацию тканей. Кроме того, в качестве рабочего газа можно использовать как уже известные смеси, так и апробировать новые составы.
Указанные технические особенности значительно расширяют возможности клинического применения заявляемого аппарата, по объему и глубине криовоздействия; сокращают время криовоздействия; облегчают возможность оперативного доступа, снижая травматизацию окружающих тканей. Дают возможность для разработки новых криогенных методик лечения различных патологий, основанных на применении криокислородного и криоозонкислородного воздействия на ткани, а также для осуществления экспериментальных исследований.