Терморегульована кріохірургічна система

Реферат: Терморегульована кріохірургічна система містить корпус кріоапарата, у якому розташовані ємність для холодоагенту з датчиками рівня, нагрівачем-випарником та запобіжним клапаном, знімний кріоінструмент, споряджений аплікатором з пористим теплокріообмінником, датчиком температури, електронагрівачем вихідного холодоагенту та регулюючим електромагнітним клапаном на виході холодоагенту з кріоінструмента, рукояткою, яка з'єднує кріоінструмент з ємністю для холодоагенту, та електронний блок регулювання. Регулюючий клапан виконаний магнітоелектричним і додатково з'єднаний електрично з датчиком температури аплікатора та з електронним блоком регулювання, з можливістю автоматичного регулювання витрат рідкого азоту, притому, що система додатково оснащена персональною електронно-обчислювальною машиною (ПЕОМ) та теплові зором, які зв'язані єдиною електричною та інформаційною мережею. UA 107025 U (12) UA 107025 U UA 107025 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до пристроїв для кріовпливу на біотканини, і може бути використана у хірургії. Відомий кріобіологічний пристрій [1], що містить балон зі стиснутим газом і теплоізолюючий зонд із охолоджуючим наконечником, що містить теплообмінник, камеру розширення, підключену до балона трубку подачі газу, розділену на два потоки, що проходять через два теплообмінники, один з яких виведений у камеру розширення і на кінці оснащений дросельним отвором, а другий - у охолоджуючий наконечник. У цьому пристрої один потік газу призначений для отримання охолоджуючого ефекту Джоуля-Томсона, другий потік, що охолоджується за рахунок теплообміну з першим, направляється для охолодження біологічної тканини. Недоліками цього пристрою є громіздкість та неможливість регулювання температури і витрат холодоагенту у широкому діапазоні. Відомий також пристрій [2] для локального охолодження тканини, що містить джерело стиснутого газу, сполучене із охолоджуючим наконечником через теплообмінник, розташований у корпусі, що несе охолоджуючий наконечник, і камеру розширення, з'єднану із теплообмінником, при цьому теплообмінник змонтований у корпусі з утворенням порожнини між його днищем і наконечником, і ця порожнина з'єднана за допомогою клапана з камерою розширення і каналом підводу холодоагенту. Цей пристрій знижує втрати холоду в оточуюче середовище. Однак і він не дозволяє регулювати температуру і витрати холодоагенту у широкому діапазоні. Відомий також пристрій [3], що містить охолоджуючий наконечник, сполучений посередництвом камери для кріогенної рідини з джерелом газоподібного і рідкого холодоагенту, і регулятор температури холодоагенту. Даний пристрій дозволяє регулювати температуру холодоагенту у широкому діапазоні, а також відрізняється високою економічністю, оскільки робота пристрою здійснюється від джерела стиснутого газоподібного холодоагенту, а рідкий холодоагент витрачається тільки для охолодження теплообмінника, який розташований у камері із кріогенною рідиною з можливістю переміщення у ній впродовж її осі. Недоліком цього пристрою є експлуатаційні труднощі, що полягають у необхідності ретельної очистки газу, що надходить від джерела газоподібного холодоагенту у наконечник, від домішок, що примерзають, до внутрішньої поверхні теплообмінника і перекривають при тривалій роботі отвір для подачі холодоагенту до наконечника. Відомий також пристрій [4], що містить охолоджуючий наконечник, сполучений посередництвом камери для кріогенної рідини з джерелами газоподібного і рідкого холодоагенту, і регулятор температури холодоагенту, а камера для кріогенної рідини виконана у вигляді змішувача, що складається із двох циліндрів, розташованих концентрично із зазором і утворюючих порожнини, один з котрих з'єднаний із джерелом газоподібного, а інший - з джерелом рідкого холодоагенту, при цьому внутрішній циліндр має бокові отвори і служить колектором, до якого під'єднаний охолоджуючий наконечник. Така конструкція пристрою дозволяє регулювати у широкому діапазоні температуру і витрати холодоагенту і в той же час нема необхідності в установленні додаткових фільтрів для очистки газу, що надходить до охолоджуючого наконечника від домішок, подальшої регенерації цих фільтрів або їх заміни, як того вимагав відомий пристрій. Недоліком даного пристрою є громіздкість і незручність в керуванні його роботою. Найближчим аналогом є кріохірургічна установка [5], що містить ємність для холодоагенту, кріоінструмент, оснащений аплікатором з пористим теплообмінником, електронагрівачем азоту, що виходить із аплікатора з температурним датчиком для регуляції нагрівної потужності, і блоком регулювання, причому кріоінструмент виконаний знімним, механічно і електрично з'єднаний з рукоятковим резервуаром, оснащеним електричним нагрівом із захисним датчиком, датчиками рівня, індикатором тиску, запобіжним клапаном, регулюючим електромагнітним клапаном, герметично з'єднаним з вихідним наконечником, що керується за допомогою перемикача функцій і електрично з'єднаним з блоком регулювання. Недоліком цієї установки варто вважати надмірну витрату холодоагенту після досягнення заданої температури аплікатора і відсутність контролю глибини і зони осередку ураження при його кріодеструкції. Крім того, хірург позбавлений можливості задавати і контролювати час кріообробки осередку ураження. В основу корисної моделі поставлена задача мінімізувати витрати холодоагенту шляхом автоматизації процесу подачі його до аплікатора для забезпечення та підтримки необхідної температури його захолодження, витримки часу дії на уражений осередок і візуалізації зони та глибини втручання на цей осередок. Поставлена задача вирішується тим, що у терморегульованій кріохірургічній системі, що містить корпус кріоапарата, у якому розташовані ємність для холодоагенту з датчиками рівня, 1 UA 107025 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нагрівачем-випарником та запобіжним клапаном, знімний кріоінструмент, споряджений аплікатором з пористим теплокріообмінником, датчиком температури, електронагрівачем вихідного холодоагенту та регулюючим електромагнітним клапаном на виході холодоагенту з кріоінструмента, рукояткою, яка з'єднує кріоінструмент з ємністю для холодоагенту, та електронний блок регулювання, згідно з корисною моделлю, регулюючий клапан виконаний магнітоелектричним і додатково з'єднаний електрично з датчиком температури аплікатора та з електронним блоком регулювання, з можливістю автоматичного регулювання витрат рідкого азоту, притому, що система додатково оснащена персональною електронно-обчислювальною машиною (ПЕОМ) та тепловізором, які зв'язані єдиною електричною та інформаційною мережею, а блок електронного регулювання додатково оснащений клапаном скидання тиску, датчиком тиску та клапаном постійного тиску, які з'єднані з порожниною ємності для холодоагенту, причому датчик тиску електрично зв'язаний з електронагрівачем-випарником, а датчик скидання тиску зв'язаний з атмосферою. Застосування магнітоелектричного клапана на виході відпрацьованого азоту дозволяє плавно регулювати витрати рідкого азоту, при цьому одночасна робота нагрівача та клапана дозволить підтримувати оптимальний баланс нагріву та охолодження аплікатора, що приведе до зменшення енерговитрат (потужність нагрівача та витрати холодоагенту) та підвищить точність підтримання заданої температури, а також забезпечить візуалізацію та контроль стану і розмірів оперованого осередку ураження під час операції. Використання магнітоелектричного клапана замість електромагнітного пов'язано з тим, що конструкція першого передбачає рухомість активного елемента клапана (у вигляді електричної котушки), що перекриває прохідний переріз клапана, в полі постійного магніту за рахунок взаємодії електромагнітних полів котушки і магніту, а в конструкції останнього активним елементом є металевий стержень, що рухається в полі зовнішнього електромагніта і там наявними є сили тертя, протидія котрим вимагає більших енерговитрат, чим при використанні магнітоелектричного принципу роботи клапана. Таким чином те, що регулюючий клапан виконаний магнітоелектричним і додатково з'єднаний електрично з датчиком температури аплікатора та з електронним блоком регулювання, з можливістю автоматичного регулювання витрат рідкого азоту, притому, що система додатково оснащена персональною електронно-обчислювальною машиною (ПЕОМ) та тепловізором, які зв'язані єдиною електричною та інформаційною мережею, а блок електронного регулювання додатково оснащений клапаном скидання тиску, датчиком тиску, та клапаном постійного тиску, які з'єднані з порожниною ємності для холодоагенту, причому датчик тиску електрично зв'язаний з електронагрівачем-випарником, а датчик скиду тиску зв'язаний з атмосферою, дозволяє впливати контактним аплікатором зі змінним наконечником на уражений осередок з наперед заданими температурою і експозицією обробки, і, таким чином, контролювати ступінь обробки осередку по глибині шляхом його візуалізації, підвищити безпеку експлуатації кріоапарата та зберігання кріоагента. Винахід ілюструється кресленнями, де на фіг. 1 зображено кріохірургічний апарат у осьовому перерізі, та і уся система в цілому, а на фіг. 2 регулюючий магнітоелектричний клапан у осьовому перерізі. Терморегульована кріохірургічна система (див. фіг. 1) складається з кріоінструмента 1, ємності 2 з холодоагентом, кришки ємності 3, рукоятки 4, з кришкою 5, електронного блока регулювання 6, тепловізора 7 та (ПЕОМ) 8 Кріоінструмент 1 складається з аплікатора 9, обладнаного пористим теплокріообмінником 10, електронагрівачем 11, датчиком температури 12, та з'єднаного трубкою 13 з вакуумним нетеплопровідним кожухом 14 кріоінструмента 1. На аплікаторі 9 закріплений змінний операційний наконечник 15. Вхідний бік пористого теплокріообмінника 10 приєднаний до трубки 16 подачі рідкого азоту, вихідний бік - до трубки 17 для відведення газоподібного азоту, в якій розміщаються електропідведення до електронагрівача 11 та датчика температури 12. Тиск -2 порожнини кожуха 14 відкачаний до значення, нижчого ніж 10 Па. Трубка 16 відігнута та проходить через вертикальне відгалуження 18 вакуумного кожуха 14 в ємність 2 з рідким азотом, кришка 3 якої з'єднана з рукояткою 4, та має ущільнення 19 з накидною гайкою 20. Простір між вертикальним відгалуженням 18 та трубкою 16 в нижній частині заповнений адсорбентом 21, наприклад активованим вугіллям. Трубка 17 для відведення газоподібного азоту зв'язана з вакуумним кожухом 14 за допомогою герметизуючої перегородки 22. З цим кожухом також герметично з'єднана за допомогою ущільнення 23 та накидної гайки 24 втулка 25 з електричним нагрівачем 26, датчиком температури 27, причому порожнина втулки з'єднана з атмосферою через регулюючий електромагнітний клапан 28, а через електричні рознімання 29 з'єднана з регулятором температури 30, встановленим в електронному блоці регулювання 6. 2 UA 107025 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Кріоінструмент 1 з'єднаний з рукояткою 4 за допомогою кришки 5. На рукоятці 4 встановлений перемикач режимів роботи 31, електрично з'єднаний з регулятором температури 30. Ємність 2 з рідким азом має горловину із зовнішньою гвинтовою поверхнею, на якій встановлена накидна гайка 32 з кришкою 3, рукояткою 4 та ущільненням 33. В кришці 3 установлені два запобіжні клапани 34, та еластична трубка 35, через яку порожнина ємності 2 з'єднана з датчиком тиску 36, клапаном постійного тиску 37 та електромагнітним клапаном скидання тиску 38. На трубці 39, з'єднаній з кришкою 3, встановлені нагрівач-випаровувач 40 з захисним датчиком 41, та дискретні датчики рівня 42, які електрично з'єднані через електричне рознімання 43 з регулятором температури 30. Регулюючий магнітоелектричний клапан 28 (див. фіг. 2) складається з герметичного корпуса 44, усередині якого змонтовані керн 45, постійний магніт 46, магнітопровід 47, котушка з соленоїдом 48 з закріпленою на ній голкою 49, мембрани 50 з отвором А, золотника 51 та пружини 52. Терморегульована кріохірургічна система, ПЕОМ та тепловізор зв'язані в єдину електричну та інформаційну мережу. Терморегульована кріохірургічна система працює наступним чином. Знімний кріоінструмент 1 виймається з рукоятки 4 після звільнення ущільнення 19 і кріплення кришки 5 та стерилізується. До закінчення стерилізації кріоінструмента 1 ємність 2 заправляється рідким азотом шляхом заливки в горловину ємності 2 через отвір у кришці 3 для вертикального відгалуження 18 вакуумного кожуха 14. Дискретні датчики рівня 42 визначають рівень рідкого азоту в ємності 2. Стерилізований кріоінструмент 1 вставляється у рукоятку 4, кріпиться кришка 5, вертикальне відгалуження 18 ущільнюється обертанням гайки 20. При зануренні вертикального відгалуження 18 в рідкий азот охолоджується сорбент 21, в результаті чого вакуум в корпусі 14 та теплоізоляція трубок 16 та 17 покращується. Тиск парів азоту в ємності 2 підвищується за рахунок випаровування рідкого азоту, але при вимкненому джерелі живлення електронного блока регулювання 6 нормально відкритий електромагнітний клапан 38 забезпечує скидання надлишкового тиску парів азоту з ємності 2 в атмосферу. При вмиканні електронного блока регулювання 6 подається живлення на нагрівачвипаровувач 40 з захисним датчиком 41, що прискорює підвищення тиску, одночасно спрацьовує електромагнітний клапан 38 скидання тиску, що відсікає порожнину ємності 2 від атмосфери. Тиск парів азоту в ємності 2 зростає до оптимального значення (для ефективної подачі кріоагента з ємності до наконечника). На це значення налаштована дія датчика тиску 36 і воно визначається дослідним шляхом при налаштуванні системи. Після цього нагрівачвипаровувач 40 по сигналу від датчика тиску 36 вимикається, а надлишковий тиск скидається через клапан постійного тиску 37 в атмосферу. У випадку неспрацювання клапана постійного тиску 37 та підвищення тиску парів азоту більше заданого значення спрацює хоча б один з двох запобіжних клапанів 34, встановлених на кришці 3 та налагоджених на тиск, що більший на 10 кПа від заданого значення. Регулюючий магнітоелектричний клапан 28 (див. фіг. 2) працює наступним чином. Пари азоту з втулки 25 під тиском, що створений в ємності 2 з рідким азотом, підведені в порожнину А та через отвір Б в мембрані 50 надходять в порожнину В (над мембраною). Котушка з соленоїдом 48 під дією пружини 52 за допомогою голки 49 перекриває отвір в золотнику 51. Клапан знаходиться в закритому положенні. Після підведення електроживлення на соленоїд котушка з соленоїдом 48 з голкою 49 під дією електромагнітних сил починають стискати пружину 52, відкриваючи отвір в золотнику 51, через який порожнина В з'єднується з атмосферою через порожнину Г. Мембрана 50 з золотником 51 за рахунок різниці тисків в порожнинах Б та В переміщуються вгору, відкривають клапан, з'єднуючи порожнини Б та Г. Тиск парів азоту з втулки 25 скидається в атмосферу, рідкий азот з ємності 2 надходить до аплікатора 9, охолоджує його та, випаровуючись, надходить у втулку 25. Принцип роботи регулюючого магнітоелектричного клапана 28 побудований на зміні прохідного перерізу клапана, що керується в залежності від напруги живлення соленоїда, яку задає регулятор температури 30 по сигналу від датчика температури 12 аплікатора 9. Таким чином, регулюванням тиску парів азоту у втулці 25 забезпечується регулювання витрат рідкого азоту в залежності від температури аплікатора 9. Поки регулюючий електромагнітний клапан 28 закритий, разом з тиском парів азоту в ємності 2 зростає тиск парів азоту у вихідній втулці 25 і рідкий азот не може бути витиснутий з ємності 2. 3 UA 107025 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 З моменту вмикання електронного блока регулювання 6 температура аплікатора 9 автоматично регулюється за допомогою електронагрівача 11 по сигналу від датчика температури 12 на температуру людського тіла (37 °C). Одночасно електричний нагрівач 26 вмикається та підігрівається перед початком протікання холодного газу до температури, що контролюється датчиком температури 27, та забезпечує температуру парів азоту у втулці 25 близькою до температури повітря. Значення цієї температури підвищується після вмикання регулюючого електромагнітного клапана 28. На електронному блоці регулювання встановлюється необхідна температура захолодження ураженого осередку та експозиція його обробки. За допомогою перемикача режиму роботи 31 вмикається регулюючий електромагнітний клапан 28, що забезпечує скидання надлишкового тиску парів азоту з втулки 25 в атмосферу, в результаті чого за рахунок різниці тиску на вході і виході починається циркуляція рідкого азоту і одночасно вимикається електронагрівач 11 до тих пір, поки температура аплікатора 9 по датчику температури 12 не досягне заданої температури захолодження, яка підтримується шляхом автоматичного регулювання витрат рідкого азоту регулюючим електромагнітним клапаном 28 за рахунок зміни його прохідного перерізу, через який здійснюється скидання надлишкового тиску парів азоту в атмосферу. Одночасно для забезпечення мінімальних коливань (до 1 °C) заданої температури при необхідності вмикається, по сигналу від датчика температури 12, електронагрівач 11. Наслідком такої схеми у порівнянні з прототипом, де підтримання заданої температури захолодження аплікатора забезпечується вмиканням нагрівача аплікатора при постійній (без регулювання) подачі рідкого азоту є економія витрат рідкого азоту та більш стабільне підтримання заданої температури аплікатора, що є перевагою перед прототипом. Температура захолодження, сумарна експозиція (час витримки при температурі захолодження) та алгоритм роботи для різних видів кріохірургічних втручань можуть задаватись через ПЕОМ 8 при умові наявності необхідного програмного забезпечення. В процесі охолодження аплікатора 9 датчик тиску 36 та клапан постійного тиску 37 продовжують регулювання та підтримку постійного тиску парів азоту в ємності 2 за допомогою нагрівача-випарника 40 з захисним датчиком 41, що забезпечує відкачку рідкого азоту та виключення ушкодження нагрівача-випаровувача 40 в разі зниження рівня азоту до рівня розташування захисного датчика 41, по сигналу якого він вимикається, крім того, коли холодоагент циркулює при ввімкнутому регулюючому електромагнітному клапані 28, електронагрівач 26 відпрацьованого азоту регулюється на більш високу температуру для забезпечення підігріву вихідного газу до температури повітря. Вимкнення регулюючого електромагнітного клапана 28 спричиняє негайне вмикання електронагрівача 11 аплікатора 9. Після досягнення температури 37 °C на аплікаторі 9 кріоінструмент 1 відділяється від тканини або виймається і, поки в ємності 2 є достатній рівень азоту, що контролюється датчиками рівня 42, можлива заміна кріоінструмента 1 для стерилізації. Конструкція приладу передбачає зміну форми кріоінструмента таким чином, щоб основний напрямок підходу до місця оперування міг бути горизонтальним, похилим або вертикальним, а також наявність змінного наконечника 15 з різними розмірами та геометрію поверхні, що контактує з біотканиною. Застосування тепловізора забезпечує виконання візуального контролю, оцінки стану та розмірів (площі та глибини) ділянки оперованого осередку ураження під час кріохірургічного втручання. Джерела інформації:. 1. Патент Великобритании № 1332181, кл. А 61В 17/36, опубл. 03.10.1973. 2. А.с. СССР № 825055, кл. А 61В 17/36, опубл.09. 01.1978. 3. А.с. СССР № 969258, кл. А 61В 17/36, опубл. 30. 10.1982. 4. А.с. СССР № 1115743, кл. А 61В 17/36, опубл. 30. 09.1984. 5. А.с. СССР № 1053822, кл. А 61В 17/36, опубл. 15. 11.1983. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Терморегульована кріохірургічна система, що містить корпус кріоапарата, у якому розташовані ємність для холодоагенту з датчиками рівня, нагрівачем-випарником та запобіжним клапаном, знімний кріоінструмент, споряджений аплікатором з пористим теплокріообмінником, датчиком температури, електронагрівачем вихідного холодоагенту та регулюючим електромагнітним клапаном на виході холодоагенту з кріоінструмента, рукояткою, яка з'єднує кріоінструмент з ємністю для холодоагенту, та електронний блок регулювання, яка 4 UA 107025 U 5 10 відрізняється тим, що регулюючий клапан виконаний магнітоелектричним і додатково з'єднаний електрично з датчиком температури аплікатора та з електронним блоком регулювання, з можливістю автоматичного регулювання витрат рідкого азоту, притому, що система додатково оснащена персональною електронно-обчислювальною машиною (ПЕОМ) та тепловізором, які зв'язані єдиною електричною та інформаційною мережею. 2. Терморегульована кріохірургічна система за п. 1, яка відрізняється тим, що блок електронного регулювання додатково оснащений клапаном скидання тиску, датчиком тиску та клапаном постійного тиску, які з'єднані з порожниною ємності для холодоагенту, причому датчик тиску електрично зв'язаний з електронагрівачем-випарником, а датчик скидання тиску зв'язаний з атмосферою. 5 UA 107025 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6