Устройство для локального охлаждения биологической ткани
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для осуществления локального охлаждения различных биологических тканей с медицинской целью, в том числе для криодеструкции ограниченного объема патологической ткани человека при лечении поверхностных и внутриполостных онкологических новообразований, в урологии, гинекологии, нейрохирургии, офтальмологии, дерматологии, отоларингологии.
Предлагаемое устройство для криовоздействия на ткани человека, включающее теплоизолированный корпус, содержащий внутри магистраль подвода криоагента, и сменный рабочий наконечник с хладопроводом из материала с высокой теплопроводностью при температуре кипения жидкого азота, имеющим сплошной рабочий и полый присоединительный концы, и присоединительным узлом для герметичного подсоединения хладопровода к корпусу устройства, хладопровод выполнен в форме тонкостенного стакана из лейкосапфира, выращенного методом некапиллярного формообразования. Устройство обладает улучшенными функциональными и эксплуатационными характеристиками за счет достижения оптимальных свойств хладопроводов сменных рабочих наконечников, обеспечивающих одновременно необходимую теплопроводность, высокую формоустойчивость и хорошую стерилизуемость, а также позволяет увеличить глубину криовоздействия.
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для осуществления локального охлаждения различных биологических тканей с медицинской целью, в том числе для криодеструкции ограниченного объема патологической ткани человека при лечении поверхностных и внутриполостных онкологических новообразований, в урологии, гинекологии, нейрохирургии, офтальмологии, дерматологии, отоларингологии. Этот метод обладает широким спектром лечебных эффектов и, в частности, позволяет осуществлять эффективное разрушение патологического узла, стимулирует регенерацию тканей, активизирует местный иммунитет, оказывает обезболивающее, противовоспалительное и кровоостанавливающее действие, а также может вызывать иные эффекты в зависимости от температурно-временных параметров криогенного воздействия, которые предлагаемое устройство позволяет изменять в широком диапазоне.
Известно устройство для локального охлаждения биологической ткани, включающее теплоизолированный корпус, содержащий внутри магистраль подвода криоагента, в частности, жидкого азота, и присоединенный к корпусу сменный рабочий наконечник [Патент РФ на изобретение 
2093090 от 20.10.1997 г]. Корпус может содержать внутри также резервуар с криоагентом и устройство регулирования скорости подачи криоагента. Однако материал сменного рабочего наконечника в упомянутом патенте не оговорен.
Известно устройство для локального охлаждения биологической ткани, включающее теплоизолированный корпус, содержащий внутри магистраль подвода криоагента, в частности, жидкого азота, и присоединенный к корпусу сменный рабочий наконечник с хладопроводом из меди - материала, обладающего высокой теплопроводностью при температуре кипения жидкого азота [Патент РФ на полезную модель 95499 от 09.02.2010 г]
Материалы для хладопроводов наконечников устройств для локального охлаждения биологической ткани, кроме высокой теплопроводности, должны обладать устойчивостью к воздействию биологических жидкостей, влаги и стерилизационных растворов и обеспечивать возможность эффективной стерилизации. Однако при взаимодействии медных хладопроводов наконечников с биологическими жидкостями и тканями, влагой, конденсирующейся на поверхности хладопроводов, и стерилизационными растворами происходит окисление их поверхности. На поверхности медных наконечников образуется достаточно толстый слой окислов переменного состава, имеющий рыхлую структуру, благоприятную для размножения бактерий и препятствующую эффективной стерилизации. Защита внешних поверхностей медных наконечников тонкослойным металлическим покрытием, например, из никеля или хрома решает вопрос стерилизации, однако в условиях многократного замораживания до криогенных температур и последующего размораживания такое покрытие недостаточно прочно, может растрескаться и расслоиться. На внутренние поверхности медных деталей слой никеля или хрома приемлемой толщины и прочности нанести практически невозможно. Без защиты эти поверхности неизбежно окисляются, и толстый слой окислов меди ухудшает теплоотвод от хладопроводов, в частности, от того, что этот слой провоцирует переход от пузырькового к пленочному режиму кипения жидкого азота. Вследствие снижения эффективности теплопереноса при таком режиме снижается эффективность криодеструкции.
Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью в широком диапазоне температур (от температуры кипения жидкого азота до комнатной температуры), еще один недостаток известного устройства обусловлен значительными потерями криоагента (жидкого азота), связанными с большими теплопритоками от корпуса устройства к жидкому азоту через медный хладопровод наконечника. Чтобы избежать потерь жидкого азота и воздействия холода на руки врача, приходится теплоизолировать корпус, а для этого - увеличивать вес и габариты устройства, что приводит к ухудшению его весогабаритных и функциональных характеристик.
Кроме того, хотя медь, используемая в известных устройствах для создания хладопроводов наконечников, хорошо поддается металлообработке, благодаря чему концу хладопровода можно придать любую форму, однако пластичность меди не позволяет обеспечить длительную формоустойчивость хладопровода наконечника, например, если его конец выполнен в виде острия для внутритканевой криохирургии.
Вышеописанные недостатки медных хладопроводов наконечников приводят к существенным проблемам при эксплуатации известных устройств для локального охлаждения биологической ткани (т.н. криодеструкторов) и существенно снижают их функциональные возможности.
Задачей полезной модели является улучшение функциональных и эксплуатационных характеристик устройства для локального охлаждения биологической ткани за счет достижения оптимальных свойств хладопроводов сменных рабочих наконечников, обеспечивающих одновременно высокую теплопроводность на рабочем конце хладопровода наконечника и низкую теплопроводность на его присоединительном конце, высокую формоустойчивость и хорошую стерилизуемость.
Дополнительной задачей полезной модели является повышение глубины криовоздействия.
Задача решается тем, что в устройстве для криовоздействия на ткани человека, включающем теплоизолированный корпус, содержащий внутри магистраль подвода криоагента, и сменный рабочий наконечник с хладопроводом из материала с высокой теплопроводностью при температуре кипения жидкого азота, имеющим сплошной рабочий и полый присоединительный концы, и присоединительным узлом для герметичного подсоединения хладопровода к корпусу устройства, хладопровод выполнен в форме тонкостенного стакана из лейкосапфира, выращенного методом некапиллярного формообразования.
Задача решается также тем, что внутренняя поверхность рабочего конца хладопровода имеет форму мениска с развитой локально-гладкой поверхностью.
Задача решается также тем, что хладопровод выполнен в виде тела вращения.
Задача решается также тем, что хладопровод имеет цилиндрическую форму.
Задача решается также тем, что хладопровод имеет форму усеченного конуса.
Задача решается также тем, что рабочий конец хладопровода выполнен шлифованным.
Задача решается также тем, что наружная поверхность рабочего конца хладопровода выполнена плоской.
Задача решается также тем, что на наружной поверхности рабочего конца хладопровода наконечника выполнено коническое острие.
Задача решается также тем, что на наружной поверхности рабочего конца хладопровода наконечника выполнено по меньшей мере, одно пирамидальное острие.
Задача решается также тем, что присоединительный узел выполнен полым.
Задача решается также тем, что присоединительный узел упруго охватывает присоединительный конец хладопровода по наружной цилиндрической поверхности.
Задача решается также тем, что присоединительный узел герметично приклеен к присоединительному концу хладопровода.
Задача решается также тем, что присоединительный узел герметично припаян к присоединительному концу хладопровода.
Задача решается также тем, что присоединительный узел снабжен резьбой для герметичного подсоединения к корпусу устройства.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1, на которой схематически показано в разрезе предлагаемое устройство. Использованы следующие обозначения:
1 - корпус,
2 - криоагент (жидкий азот),
3 - магистраль подвода криоагента,
4 - сменный рабочий наконечник,
5 - присоединительный узел,
6 - хладопровод,
7 - присоединительный конец хладопровода,
8 - рабочий конец хладопровода,
9 - внутренняя поверхность рабочего конца хладопровода,
10 - струя криоагента (жидкого азота).
Устройство включает теплоизолированный корпус 1 с криоагентом (жидким азотом) 2, содержащий внутри магистраль 3 подвода криоагента, и сменный рабочий наконечник 4 с присоединительным узлом 5 для герметичного подсоединения к корпусу устройства и лейкосапфировым хладопроводом 6 с присоединительным концом 7 и рабочим концом 8. Струя 10 криоагента (жидкого азота) из магистрали 3 попадает на внутреннюю поверхность 9 рабочего конца 8 хладопровода 6 и охлаждает его.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
К корпусу 1 устройства герметично подсоединяют присоединительный узел 5 сменного рабочего наконечника 4, хладопровод 6 которого выполнен полым со стороны присоединительного конца, так что хладопровод имеет вид тонкостенного стакана из лейкосапфира, выращенного методом некапиллярного формообразования. При этом наружная поверхность рабочего конца хладопровода выполнена плоской, или на ней выполнено коническое острие, или одно или несколько пирамидальных острий, а внутренняя поверхность рабочего конца хладопровода имеет форму мениска с развитой локально-гладкой поверхностью, сформированную плоскостями кристаллического роста. Магистраль 3 подвода криоагента (жидкого азота) в виде тонкой трубки входит внутрь стакана по направлению к рабочему концу 8 хладопровода 6. В теплоизолированный корпус 1 заливают жидкий азот 2. В начале процедуры лечения приводят рабочий конец 8 хладопровода 6 в контакт с поверхностью патологического участка, подвергаемого криовоздействию (иногда для улучшения теплового контакта рабочий конец 8 предварительно смачивают водой). Осуществляют подачу жидкого азота. Струя 10 жидкого азота, попадая изнутри на внутреннюю поверхность 9 рабочего конца 8 хладопровода 6, быстро охлаждает его, вследствие чего теплопроводность лейкосапфира значительно возрастает, и охлаждает до «пороговых» криогенных температур биологическую ткань патологического очага, вызывая ее некроз. При этом в месте присоединения наконечника 4 к корпусу 1 устройства, куда не попадает струя 10 жидкого азота, температура лейкосапфира будет выше, за счет чего теплопроводность в этом месте будет значительно ниже. Это приведет к уменьшению теплопритока как от корпуса устройства через стенку присоединительного конца 7 хладопровода 6 к потоку жидкого азота, так и вдоль стенки хладопровода 6 от корпуса 1 устройства и окружающей среды к рабочему концу хладопровода. В результате повышается экономичность устройства, уменьшается необходимость в дополнительной теплоизоляции, улучшаются весогабаритные показатели, повышается эргономичность и расширяются функциональные возможности криодеструктора.
Выполнение торцевой поверхности хладопровода шлифованной способствует улучшению смачиваемости лейкосапфира водой, что важно для обеспечения надежного теплового контакта при криотерапии.
Благодаря тому, что при выбранном способе получения лейкосапфировых монокристаллов для хладопроводов методом некапиллярного формообразования внутренняя поверхность рабочего конца хладопровода имеет форму мениска с развитой локально-гладкой поверхностью, ограниченную плоскостями кристаллического роста, на этой поверхности стабильно реализуется режим устойчивого эффективного пузырчатого кипения жидкого азота, при котором теплопередача тепла от хладопровода максимальна, а перепад температуры между внутренней поверхностью лейкосапфирового хладопровода и жидким азотом - минимален. В результате на рабочей поверхности хладопровода достигается минимальная температура, близкая к температуре жидкого азота, и реализуется наиболее эффективное криовоздействие на биологическую ткань.
Торец лейкосапфирового хладопровода может быть выполнен плоским. Он может быть выполнен в виде конического острия, либо одного или нескольких соосных пирамидальных острий на торце наконечника. Выполнение торца лейкосапфирового хладопровода с остриями позволяет осуществить глубокую внутритканевую криодеструкцию опухолевого узла, что особенно важно при криотерапии опухолей больших размеров, при этом такие острия обеспечивают одновременно высокую теплопроводность и эксплуатационную долговечность за счет сохранности необходимой формы и остроты высокотвердого и прочного лейкосапфира.
Присоединительный узел 5 наконечника обеспечивает герметическое соединение лейкосапфирового хладопровода с корпусом устройства. Он выполняется полым и через него внутри проходит к хладопроводу магистраль подвода криоагента. Присоединительный узел может упруго охватывать присоединительный конец хладопровода по наружной цилиндрической поверхности, либо быть герметично приклеенным к присоединительному концу лейкосапфирового хладопровода, либо (поскольку лейкосапфир можно металлизировать) быть герметично припаянным к металлизированному присоединительному концу лейкосапфирового хладопровода.
Для герметичного подсоединения к корпусу устройства присоединительный узел может быть снабжен резьбой.
Лейкосапфир, благодаря своей высокой химической инертности и устойчивости к температурному воздействию, обеспечивает возможность использования любых методов стерилизации хладопроводов.
Использование для создания хладопроводов лейкосапфира, выращенного методом некапиллярного формообразования, обеспечивает возможность создания хладопроводов практически без трудозатрат на формирование их внутренних и наружных поверхностей, с минимальными затратами только на обработку рабочего конца хладопровода, что существенно удешевляет производство хладопроводов и всего устройства в целом. При этом, поскольку внутренние и наружные поверхности хладопровода не подвергаются механической обработке, они не содержат микротрещин и других дефектов, связанных с обработкой, что обеспечивает их высокую прочность и устойчивость к термоударам.
Предлагаемое устройство для локального охлаждения биологической ткани со сменными рабочими наконечниками с лейкосапфировыми хладопроводами имеет невысокие трудозатраты на изготовление, высокие эксплуатационные свойства, позволяет проводить простую и удобную стерилизацию, существенно повышает эргономику и функциональные свойства устройства, обеспечивает высокую эффективность криотерапии опухолей, в том числе и опухолей больших размеров.
1. Устройство для локального охлаждения биологической ткани, включающее теплоизолированный корпус, содержащий внутри магистраль подвода криоагента, и сменный рабочий наконечник с хладопроводом из материала с высокой теплопроводностью при температуре кипения жидкого азота, имеющим сплошной рабочий и полый присоединительный концы, и присоединительным узлом для герметичного подсоединения хладопровода к корпусу устройства, хладопровод выполнен в форме тонкостенного стакана из лейкосапфира, выращенного методом некапиллярного формообразования.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность рабочего конца хладопровода имеет форму мениска с развитой локально-гладкой поверхностью.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что хладопровод выполнен в виде тела вращения.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что хладопровод имеет цилиндрическую форму.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что хладопровод имеет форму усеченного конуса.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий конец наконечника хладопровода наконечника выполнен шлифованным.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий конец наконечника хладопровода наконечника выполнен плоским.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на рабочем конце наконечника хладопровода наконечника выполнено коническое острие.
9. Устройство по п.1 отличающееся тем, что на рабочем конце наконечника хладопровода наконечника выполнено, по меньшей мере, одно пирамидальное острие.
10. Устройство по п.1 отличающееся тем, что присоединительный узел выполнен полым.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что присоединительный узел упруго охватывает присоединительный конец хладопровода по наружной цилиндрической поверхности.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что присоединительный узел герметично приклеен к присоединительному концу хладопровода.
13. Устройство по п.1 отличающееся тем, что присоединительный узел герметично припаян к присоединительному концу хладопровода.
14. Устройство п.1, отличающееся тем, что присоединительный узел снабжен резьбой для герметичного подсоединения к корпусу устройства.
