Кріомедична установка

1. Кріомедична установка, яка містить балон, заправлений стислим робочим тілом, з'єднаний з ним трубопроводом пневмоблок, до складу якого входять пневмолінія високого тиску з запірним електропневмоклапаном та електронна система управління, кріоінструмент, оснащений кріоканюлею і підключений до пневмоблока гнучким трубопроводом, яка відрізняється тим, що з метою розширення функціональних можливостей та підвищення зручності при експлуатації, в неї введені шунтуючий гідравлічний опір, установлений у пневмоблоці паралельно запірному електропневмоклапану, електронний блок контролю режимів роботи і стану установки, який доповнює електронну систему управління, термодатчик і електронагрівач, розміщені на кріоканюлі і пов'язані з електрон A (54) КРІОМЕДИЧНА УСТАНОВКА 29992 розмірів ділянки тіла, яку необхідно заморозити, та необхідної швидкості заморожування. Від перелічених недоліків, в значній мірі, позбавлені відомі кріохірургічні установки, які працюють за сполученим дросельним та теплообмінним процесами від джерела стислого газоподібного робочого тіла. В них холодоагент (кріоагент) під високим тиском надходить від компресора, як у стоматологічному обладнанні "Криоэлектронина-1" ("Практическая криомедицина" / Грищенко В.И., Сандомирский Б.П., Колонтай Ю.Ю. и др.; под ред. В.И. Грищенко, Б.П. Сандомирского. - К.: "Здоров'я", 1987. - 248 с.) або з балона, як у апараті "Криолор Д-1" (Грезин А.К., Зиновьев B.C. Микрокриогенная техника. - М.: Машиностроение, 1977. – 232 с.), що використовується у ЛОР-практиці, до теплообмінника кріоінструмента, що має локальний або розподілений дросельний орган, у якому газ розширюється і одночасно охолоджується. Для досягнення низьких температур, при яких в кріоінструменті утворюється рідка фаза робочого тіла, відбувається теплообмін між потоком високого тиску і потоком, який рухається по теплообміннику у зворотному напрямку після розширення робочого тіла в дроселі та відведення тепла від об'єкта, що заморожується. В замкнутих кріогенних циклах робоче тіло, заправлене в контур установки з самого початку, може використовуватись протягом всього експлуатаційного ресурсу з частковою підзарядкою в разі мікротравлення. Балонні системи, незважаючи на необхідність частого поновлення запасів холодоагента (кріоагента) у зв'язку з його вивітренням в атмосферу під час роботи, приваблюють своєю простотою, невеликими масами і габаритними розмірами, низькою вартістю, достатньо високою надійністю, оперативністю, через відсутність компресорно-конденсаторних агрегатів, на яких побудовані замкнуті цикли. А зниження частоти заправок балона робочим тілом забезпечується введенням регулювання холодопродуктивності. В цілому для регулювання холодопродуктивності в дросельних системах в залежності від теплового навантаження і необхідної швидкості охолодження об'єкта з метою скорочення енерговитрат (в замкнути х установках) та збільшення тривалості роботи від балона (в розімкнутих установках) в мікрокріогенній техніці, досягнення якої покладено в основу кріохірургічних пристроїв; відомо застосування різних регуляторів витрат: дилатометричного типу, на основі сільфонних елементів, з використанням матеріалу, який володіє властивостями "пам'яті форми" (стаття "Саморегулирующиеся дроссельные микроохладители Архарова А.М., Десятова A.T." Тр уды МВТУ им. Н.Э. Баумана, М., 1976, вып. № 239, с. 59-74). В деяких кріохірургічних установках, про які згадується у ви щевказаній книзі ("Практическая криомедицина" / Грищенко В.И., Сандомирский Б.П., Колонтай Ю.Ю. та інш.; під ред. В.И. Грищенко, Б.П. Сандомирского. - К.: "Здоров'я", 1987. - 248), для прискорення відігріву наконечника після кріовпливу застосовано електричний нагрівач (установки СЕ-4, АСИ-2), а для контроля температури на наконечнику - термодатчик (установки АКА-01, "Криоэлектроника-1"). У згаданій вище установці "Криолор Д-1", яку прийнято за прототип запропонованого рішення, накопичене в балоні робоче тіло може використовуватись порціонувально в будь-який час, без втрат у перервах між операціями. Подача його з балона в дросельний теплообмінник (мікроохолоджувач) кріоінструмента здійснюється по гнучкому трубопроводу. Розширений у дросельному теплообміннику потік у вигляді паро-рідинної суміші обмиває внутрішню поверхню, так званої, кріоканюлі, на кінці якої зовні закріплено змінний робочий наконечник необхідної форми. В пальці теплообмінника для прискореного відігріву наконечника після операції передбачено канал продувки, по якому газ із балона, обминаючитрубки теплообмінника, надходить в порожнину канюлі, відігріває її і потім протитечією викидається в атмосферу. За допомогою електронної системи управління робочої установки відбувається включення та виключення подачі газу в робочому періоді та при продуванні. Однак в даній установці (з урахуванням залучення інших відомих у мікрокріогенній техніці рішень) можна виявити низку недоліків, які звужують можливості економічних витрат робочого тіла, зміни темпу відігріву наконечника. Оператор установки - хірург, виконуючи операцію, відчуває до того ж деякі незручності, пов'язані з тим, що йому в умовах високої напруженості праці, доводиться вдихати робоче тіло, яке виходить із кріоінструмента у вигляді зворотного потоку. Разом з тим, при необхідності виведення на температурний режим кріоінструмента (до вводу його в об'єкт заморожування) на наконечнику буде вимерзати волога із атмосфери і його доведеться звільняти від "шуби" інею безпосередньо перед застосуванням. Ще одне негативне зауваження пов'язане з тим, що надходження газу в прототипі здійснюється через трубопровід і штуцер, розташовані під кутом до осі канюлі і наконечника. Це ускладнює просторові рухи (маніпулювання інструментом) в зоні операції. В основу винаходу поставлено завдання по створенню такої кріомедичної установки, в якій шляхом удосконалення конструкції буде забезпечено зміну темпу обігріву наконечника після операції і усунення "шуби" інею безпосередньо перед використанням наконечника при одночасному підвищенні зручності при експлуатації установки. Для вирішення поставленої задачи в кріомедичну установку, яка містить балон зі стисненим робочим тілом, з'єднаний з ним трубопроводом пневмоблок, до складу якого входить пневмолінія високого тиску з запірним електропневмоклапаном та електронна система управління, кріоінструмент, обладнаний кріоканюлею і підключений до пневмоблока гнучким трубопроводом, введено шунтуючий гідравлічний опір, установлений у пневмоблоці паралельно запірному електропневмоклапану, електронний блок контролю режимів роботи і стану установки, яка доповнює електронну систему управління, термодатчик і електронагрівач, розташовані на кріоканюлі і поєднані з електронним блоком контролю режимів і стану установки, та збірник відпрацьованого в кріоінструменті робочого тіла, сполучений пневмолінією низького тиску з пневмоблоком; при цьому гнучкий трубопровід і пневмолінія низького тиску об'єднані у протитечійний теплообмінник типу "труба у трубі" зі спіральною навивкою на розташований усередині гнучкий трубопровід електричного кабеля нагрівального 2 29992 елемента та виводів термодатчика і приєднані до кріоінструмента за допомогою осьового штуцера; пневмолінія низького типу має відкритий вихід до пневмоблока, корпус якого виконано з отвором, розвинутим усередині пневмоблока у нішу з циліндричною порожниною та отворами у стінці. Додатково пропонується виконати: шунтуючий гідравлічний опір - у вигляді капіляра, намотаного на теплоємне осердя, нагрівальний елемент - з електроізоляційного високопровідного матеріалу, який містить в собі алмази, з резистивною ділянкою на поверхні елемента, а нішу у пневмоблоці у вигляді відрізку трубки, закріпленого на його корпусі співвісно з отвором. Пропонований винахід пояснюється кресленням (фіг.), на якому схематично зображено загальний вигляд кріомедичної установки. До її складу входить балон 1, заправлений робочим тілом до тиску в декілька десятків кгс/см 2 (150 кгс/см 2 і вище), пневмоблок 2, з'єднаний трубопроводом 3 з балоном 1 і який має пневмолінію високого тиску 4 з запірним електропневмоклапаном (ЕПК) 5 та електронну систему управління 6. Пневмоблок 2 з'єднано гнучким коаксіальним трубопроводом 7 через осьовий штуцер 8 з кріоінструментом і канюлею 10, на якій розташовані електронагрівальний елемент 11 і термодатчик 12, зв'язані з електронним блоком 13 контролю режимів та стану установки. Гнучкий трубопровід 7 разом з пневмолінією 14 низького тиску, з'єднуючий збірник 15 відпрацьованого в кріоінструменті робочого тіла з пневмоблоком 2, поєднані в протитечійний теплообмінник типу "тр уба у тр убі". При цьому на гнучкий трубопровід 7 спірально навити електричні кабелі 16 нагрівального елемента 11 та виводи 17 термодатчика 12. Один кінець даного теплообмінника входить до пневмоблока 2, де пневмолінія 14 низького тиску має відкритий вихід. На пневмолінії 4 високого тиску паралельно до ЗПК 5 встановлено шунтуючий гідравлічний опір 18. Корпус пневмоблока 2 має отвір 19, який є входом в нішу 20. Установка може працювати у дво х режимах: "заморожування" та "відігрів", які задаються за допомогою електронної системи управління, до складу якої введено електронний блок контролю режимів роботи та стану установки. Робочий порядок установки полягає в такому. В режимі "заморожування", який починається за командою подачи електроживлення на ЕПК 5, стиснене газоподібне робоче тіло (переважно азот) через ЕПК, що відкривається, і частково через шун туючий гідравлічний опір надходить із балона 1 в гнучкий трубопровід 7 і далі через осьовий штуцер 8 до кріоінструмента 9, де виникають і одночасно відбуваються процеси дроселювання та теплообміну між прямим потоком високого тиску і зворотним потоком низького тиску, який збирається на виході із кріоінструмента в збірнику 15. Температура на наконечнику кріоінструмента поступово знижується до робочого рівня. Відпрацьоване в кріоінструменті 9 робоче тіло направляється до кільцевого зазора між гнучким трубопроводом 7 та пневмолінією низького тиску 14, де, обмиваючи "оребрений" електричними проводами гнучкий трубопровід, підхолоджує газ високого тиску, що в ньому проходить, холодом недокуперированим в кріоінструменті. Цим забезпечується збільшення теплооб мінної поверхні, збільшується повнота рекуперації та використання виробленого холоду, а відповідно, економічність установки з витрат кріоагента (холодоагента), збільшується сумарна тривалість роботи від одного балона без його перезаправки. Після цього відпрацьований газ виходить з відкритого кінця пневмолінії низького тиску в об'єм пневмоблока, де дуже швидко утворюється сухе середовище. Якщо за методикою проведення хірургічного втручання необхідно в контакт із заморожуваним об'єктом приводити вже охолоджений наконечник, то при виведенні на зовнішній температурний режим кріоінструмент поміщується в отвір 19 корпуса пневмоблока і фіксується у ніші 20, в яку через отвір у стінці є вільний доступ сухого середовища із об'єма пневмоблока. Неможливо утворення "шуби" на канюлі та наконечнику, не треба ніякої обробки наконечника перед вводом в ділянку тканини, що видаляється. Таким чином, відведене відпрацьоване в кріоінструменті робоче тіло не тільки не заважає при проведенні операції, але й продовжує приносити корисний ефект, який може бути посилено ще й в результаті поглинання тепла, що розсіюється електронною системою управління та термостабілізації її елементів. Із пневмоблока газ евакуюється в атмосферу крізь щілини у корпусі, в тому числі і через отвір, в який уставляється кріоінструмент. В режимі "відігрів" одночасно з подачею живлення на нагрівальний елемент знімається живлення з ЕПК 5, який закривається. Газ проходить тільки через шунтуючий гідравлічний опір, в якому його тиск значно знижується, завдяки чому в кріоінструменті при дроселюванні з низьких рівней тиску буде вироблятися незначна кількість холоду, але, з іншого боку, робоче тіло, яке протікає через канюлю, буде сприяти інтенсифікації процесу переноса тепла, яке виділяє нагрівач, та підвищенню швидкості відігріва наконечника. Електронагрівач та газовий відігрів можуть включатися і не одночасно, роздільно. Тоді стає можливим вибір швидкості відігріва, а також проведення продувки кріоінструмента газом з низьким тиском перед включенням установки з метою видалення вологи, яка проникла з атмосфери і при різкому охолодженні може виморозитися і закупорити трубки комунікацій. Електронний блок контролю режимів роботи та стану установки дозволяє відображати інформацію з термодатчика про температуру в роботі наконечника, відключати живлення, яке подається на обігрівач, при досягненні певної межі, тобто плюсового значення температури на наконечнику. Суттєво впливає на зручність при експлуатації осьове (по відношенню до кріоінструмента) розміщення штуцера, через який до кріоінструмента підключається гнучкий трубопровід та пневмолінія низького тиску, так як при цьому збільшується вільність рухів кріоінструментом. Слід відмітити позитивні якості додаткових пропозицій по виконанню елементів конструкції установки. Шунтуючий гідравлічний опір може бути компактно виконано у вигляді трубки малого діаметра (капіляра), яку намотано на теплоємне осердя. Газ, проходячи через опір, буде втрачати тиск і охолоджуватися. Теплоємне осердя у таких випадках буде частково "поглинати" холод та знижувати ефект охолодження газу, який в режимі "відігріва" доцільно 3 29992 спрямовувати до кріоінструмента при більш високих температурах.Нагрівальний інструмент виконано з матеріалу, до складу якого входять алмази, з утвореною на поверхні (за допомогою нової лазерної технології) локальною резистивною ділянкою, відрізняється високою компактністю, так як поєднує в собі і електроізоляційні, і високотеплопровідні якості. Простота характерна для пропозиції виконати нішу у пневмоблоці у вигляді відрізка трубки, один кінець якого закріплено на корпусі співвісно з отвором в ній, другий - залишено відкритим в порожнині пневмоблока. Рішення, які пропонуються як винахід, стосовно до кріомедичної установки, дозволять при впровадженні довести досконалість установки до високого рівня як в інженерно-технічному, так і в медичному аспектах. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4