Кріомедичний інструмент

Кріомедичний інструмент, який складається з корпусу, в якому розміщено витий поперечнопротитечійний теплообмінник, поміщений в обичайку і виготовлений з трубок, які зведені на теплому кінці теплообмінника в колектор-штуцер, кріоканюлю з порожниною, яка переходить у міжтрубний простір теплообмінника, змінний робочий наконечник, який відрізняється тим, що інструмент доповнено регулятором витрат кріоагента, виконаним у вигляді двох дилатометричних пар та пристрою переналадки, причому пасивними елементами в одній дилатометричній парі є ігла, яка розташована в порожнині кріоканюлі та повернена гострим кінцем до колектора-дроселя, який об'єднує трубки теплообмінника на його холодному кінці, в іншій парі - осердя теплообмінника, розташоване між колектором-штуцером, закріпленим на корпусі, та колектором-дроселем, а активними елементами використовуються в одній парі корпус A (54) КРІОМЕДИЧНИЙ ІНСТРУМЕНТ 29993 - обмежені можливості по переміщуванню в просторі кріоінструмента, пов'язані з необхідністю збереження, головним чином, його вертикального положення; - обмеженість тривалості операції; - відсутність достатніх можливостей для регулювання виробництва холоду в залежності від 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 кріоінструменті таких установок головною частиною є витий поперечно-протитечійний трубчатий теплообмінник, який має локальний або розподілений дросельний орган, в якому розширюється і одночасно охолоджується холодоагент (кріоагент), який надходить від компресора, як у стоматологічній установці "Криоэлектроника1" ("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. Для досягнення низьких температур, при яких в кріоінструменті утворюється рідка фаза робочого тіла, відбувається теплообмін між потоком високого тиску і потоком, який рухається у теплообміннику у зворотному напрямку після розширення робочого тіла в дроселі та відведення ним 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 робочого тіла: дилатометричного типу, на основі сільфонних елементів, з використанням матеріалу, який володіє властивостями "пам'яті форми", конструктивно сполучених з дросельним теплообмінником (стаття "Саморегулирующиеся дроссельные микроохладители". Архаров А.М., Десятов A.T. Тр уды МВТУ им. Н.Э. Баумана, М., 1976, вып. № 239, стор. 59-74). У кріоінструменті згаданої вище установки "Криолор Д-1", яка є найбільш близьким аналогом запропонованого рішення і тому прийнятим за прототип, газ, який надходить із балона, розширюється в дросельному теплообміннику та у вигляді паро-рідинної суміші обмиває внутрішню поверхню, так званої, кріоканюлі (в цій установці кріоканюля має укорочений вигляд), охолоджуя її корпус; зовні на кінці канюлі закріплюється змінний робочий наконечник необхідної форми. Однак в установці, про яку йде мова, температура (швидкість її зміни) на наконечнику, який безпосередньо контактує з ураженою тканиною, не може регулюватися в залежності від тиску газ у в балоні, розмірів заморожуваного об'єкта, вимог до швидкості його заморожування, ні при підготовці до операції, ні при її проведенні; але в більшості випадків застосування кріохірургічних методів питання вибору швидкостей кріооперування актуальне. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення кріомедичного інструмента для деструкції патологічно змінених ділянок тканини людського організму шляхом змін його конструкції та, як кінцевий результат, забезпечення необхідних швидкостей та температурних рівней кріодеструкцій. Для вирішення поставленого завдання в кріомедичному інструменті, який складається з корпусу, в якому розміщено витий поперечно-протитечійний теплообмінник, поміщений в обичайку і виготовлений з трубок, які заведені на теплому кінці теплообмінника в колектор-штуцер, кріоканюлю з порожниною, яка переходить у міжтрубний простір теплообмінника, змінний робочий наконечник; інструмент доповнено регулятором витрат кріоагента, виконаним у вигляді дво х дилатометричних пар та пристрою переналадки, причому пасивними елементами в одній дилатометричній парі є ігла, розташована в порожнині кріоканюлі та повернена гострим кінцем до колектора-дроселя, який об'єднує трубки теплообмінника на його холодному кінці, в іншій парі - осердя теплообмінника, розташоване між колектором-штуцером, закріпленому на корпусі, та колектором-дроселем; активними елементами використовуються в одній парі - корпус кріоканюлі, а в іншій - обичайка теплообмінника, жорстко поєднані між собою, та які одночасно є основними у пристрої переналадки, для чого обичайка установлена так, щоб була можливість переміщування уздовж осі теплообмінника відносно колектора-штуцера, підпружена у напрямку до нього пружиною, розташованою між зовнішнім виступом на ній та внутрішнім виступом на корпусі інструмента і контактує з колектором-штуцером за допомогою шип-паза та упорної різьбової втулки, оснащеної радіальними отворами та стержнем її ручного обертання при перенастроюванні, а на вільному кінці кріоканюлі організовано інтенсифікатор теплообміну шляхом розміщення ігли співвісно до трубки, яка направляє зріджений у колекторідроселі кріоагент. Трубку герметично приєднано одним кінцем до колектора-дроселя з виходом на другому кінці, який входить з перемінним зазором по довжині усередину кінцевого ступінчатого стакана, що завершує кріоканюлю і який оснащено опорним торцом для ігли, зовнішньою різбою на 2 29993 більшому діаметрі, за допомогою якої на стакані також з перемінним зазором по довжині герметично установлено охоплюючий змінний робочий наконечник, та двома групами наскрізних отворів у стінці, які сполучають порожнини кріоканюлі і наконечника поблизу різьбової ділянки та на ділянці з малим діаметром, де зазор між направляючою трубкою та стаканом виконано значно меншим, ніж зазор між стаканом та наконечником. Загальний вигляд кріомедичного інструмента (фіг.) включає: корпус 1, теплообмінник 2 в обичайці 3 з трубками 4, зведеними на тепловому кінці теплообмінника в колектор-штуцер 5 і на холодному кінці в колектор-дросель 6, кріоканюлю 7, змінний робочий наконечник 8. Дві дилатометричні пари, які відносяться до регулятора витрат, як викладено вище, складаються: одна - з ігли 9 і корпуса кріоканюлі 7, друга з осердя 10 і обичайки 3 теплообмінника. Обичайка 3 підтиснута пружиною 11 до упорної різбової втулки 12, установленої на колекторі-штуцері 5 та оснащеної радіальними отворами 13 і стержнем 14 ручного обертання. Ігла 9 міститься у направляючій трубці 15. Кріоканюлю 7 завершує кінцевий ступінчатий стакан 16 з торцом 17 та різьбою 18, за допомогою якої на ньому установлено змінний наконечник 8. В стакані 16 виконано наскрізні отвори 19 та 20. При роботі кріоагент з балона надходить до колектора-штуцера 5, а з нього до трубки 4, які впаяні своїми вихідними кінцями в колектордросель 6. Вихідний отвір колектора-дроселя може змінюватися в результаті входа (або вихода) ігли 9. Здросельований в колекторі-дроселі кріоагент у вигляді паро-рідинної суміші проходить по направляючій трубці 15 і охолоджує установлену в ній іглу 9. Виходячи із направляючої трубки, двофазний кріоагент для інтенсифікації теплообміну направляється через отвори 19 у стінці кінцевого стакана 16 на ділянку з малим діаметром між стаканом і наконечником 8. Тут кріоагент змінює напрямок руху на зворотний. Подальше його проходження з великою швидкістю по зазору до другої групи отворів 20 у стінці стакана супроводжується процесом кипіння, завдяки чому здійснюється активний теплозйом з внутрішньої поверхні наконечника, тобто вирішується цільова задача. Після цього через отвори у стінці стакана на ділянці з більшим діаметром газовий потік входить до кільцевої порожнини між направляючою трубкою та корпусом кріоканюлі. З порожнини канюлі кріоагент надходить до міжтрубного простору теплообмінника, де в процесі рекуперації відбирає тепло від газу високого тиску, який проходить в трубках, готуючи його тим самим до переходу в рідкий стан при дроселюванні в колекторі-дроселі. Окремо розглянемо процедуру регулювання витрат і, отже, холодопродуктивності. У пусковому періоді при поступовому охолоджуванні всієї конструкції кріоінструмента поступово скорочується довжина активних елементів дилатометричних пар – обичайки та припаяного до неї корпуса кріоканюлі. Будучи зафіксованим (при початковому налагоджуванні) на теплому кінці кріоінструмента, активні елементи, скорочуючись, пересувають іглу до колектора-дроселя (довжина пасивних елементів - осердя та ігли змінюється порівняно мало). Отвір для виходу робочого тіла з колекторадроселя зменшується, одночасно знижується його витрата до значення, при якому кількість холоду, що виробляється, дорівнюється теплоприпливу ззовні при даному розподілі температури по довжині кріоінструмента, обумовленому наявністю рідкої фази кріоагента у порожнині кріоканюлі. Зовні теплові збурення у вигляді змін теплоприпливу від охолоджуваного об'єкта, а також пов'язані з падінням тиску робочого тіла приводять до змін у співвідношенні необхідної та виробленої кількості холоду, і як наслідок, до зміни температурної епюри, на що реагує відповідно регулятор витрат. При збільшенні теплового навантаження на кріоінструмент можна досягти такого стану, коли найбільша витрата робочого тіла не забезпечує появи в порожнинах кріоканюлі і наконечника рідкої фази. Температура термостатування підвищується. Необхідно провести переналадку регулятора, тобто підняти на більш високі рівні витрат діапазон його регулювання. Технічно це відбувається шляхом обертання упорної втулки 12 та переміщення з її допомогою обичайки і корпуса кріоканюлі уздовж осі теплообмінника в бік колектораштуцера, що супроводжується відсовуванням ігли від колектора-дроселя. Традиційно в дросельних теплообмінниках з дилатометричним регулятором витрат складаючі пару елементи є деталями теплообмінника (осердя, спеціальний шток або ігла) і знаходяться в робочому процесі при перемінній по довжині температурі: від температури оточуючого середовища до температури у випарнику. У нашому варіанті, поряд із застосуванням аналогічного рішення, частина пари має постійну по довжині температуру. Це дозволяє використовувати увесь резерв руху даної частини регулятора, пов'язаної з різницею коефіцієнтів термічного розширення. Крім того, прийняте рішення виявляється доцільним ще й за такими обставинами: з одного боку, існує прагнення до збільшення довжини пасивного та активного елементів заради отримання більшого ходу для одного положення пристрою переналадки, з другого - вимоги до довжини та діаметру кріоканюлі ускладнюють поширення в її порожнину теплообмінника. Прийнята організація теплообміну в наконечнику кріоканюлі та великий діапазон регулювання холодопродуктивності дозволяють використовувати великий набір наконечників різноманітної форми і розмірів, що створює передумови для використання установки в різних галузях медицини, тобто робить її універсальною. Випробування зразків кріоінструмента, виготовленого відповідно до формули пропонованого винаходу, проведені з метою дослідження її функціональних характеристик, показали, що при мінімальному робочому тиску кріоагента (азоту), 100 кгс/см 2 та температури на наконечнику 110 К, кріоінструмент забезпечує зміну витрат від значень, відповідаючих теплопритоку до нього з оточуючого середовища в разі відсутності теплового навантаження на наконечнику, приблизно 10 нл/хв., до рівня 40 нл/хв., що дозволяє відводити від наконечника теплове навантаження до 6 Вт (по ТЗ на установку, узгодженому Одеським науково-дослідним інститутом очних хвороб і ткане 3 29993 вою терапії ім. академіка В.П. Філатова, необхідна холодопродуктивність кріоінструмента у 3 Вт). При великих швидкостях охолодження та наступному тривалому процесу заморожування кріоінструмент допоможе суттєво знизити частоту заправок балона. Однак, як відомо в мікрокріогенній техніці, отримання великої кількості холоду – це одна частина задачі, друга полягає в тому, щоб забезпечити його повне корисне використання. Завдяки застосуванню рішення по інтенсифікації теплообміну в кріоканюлі і наконечнику, створюються умови для відведення від об'єкта теплового потоку, який в декілька разів перевищує той, який може бути відведено у прототипному варіанті на тому ж рівні температури. 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