專利名稱：交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及腫瘤治療裝置，特別涉及一種利用高低溫工質(zhì)對腫瘤組織實施快速降溫凍結(jié)繼而驟然升溫融化的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀。
背景技術(shù)：
低溫外科手術(shù)是腫瘤治療方面近年來涌現(xiàn)出的一種相當有效的物理療法，其原理在于通過冷凍促使病變組織快速降溫、凍結(jié)及復溫，從而產(chǎn)生一系列不可逆損傷而達到消除病灶的方法，它可代替手術(shù)切除，不用縫合，且具有麻醉鎮(zhèn)痛、止血和減少出血、反應輕、安全性高以及能防止腫瘤擴散等優(yōu)點。然而，此方面的療效受到一定限制，這主要因在冷凍和融化控制方面的困難所致，深部腫瘤的降溫和加熱若不進行嚴格的質(zhì)量保證，常難得到滿意的治療。所以，尋求理想的冷凍治療方法并研制相應的醫(yī)療儀器是當前低溫醫(yī)學工程領(lǐng)域的首要任務(wù)之一。
目前被廣泛使用的低溫醫(yī)療器械(比如冷刀裝置)大多僅具備單一的降溫凍結(jié)功能，其在實施低溫外科手術(shù)后，一般作法是讓被凍結(jié)組織緩慢自然融化，經(jīng)數(shù)次凍結(jié)-融化周期來確保療效。事實上，對凍結(jié)腫瘤組織的融化過程加以主動控制可以達到相當好的腫瘤殺傷效果，也就是說對凍結(jié)的腫瘤組織急速融化的傷害是巨大的。所以，臨床上通過對腫瘤實施深度冷凍后再輔以快速的升溫融化可以最大限度地摧毀腫瘤組織。目前，國際上就此原理發(fā)明的氬-氦刀可以認為是當今比較先進的冷凍治療裝置，其冷刀內(nèi)含有針對氬、氦的兩套管路，原理在于利用節(jié)流時氬氣快速致冷而氦氣則急速升溫的技術(shù)，從而在刀頭造成急速降溫和升溫的功能，通過在不規(guī)則的惡性腫瘤上全方位持續(xù)不斷冷凍、解凍腫瘤病灶，以最小限度或不損害腫瘤周圍正常組織的傷害，達到無創(chuàng)傷、無副作用的效果。然而，氬-氦刀雖可完成快速的降溫和升溫過程，但形式相對單一，由氦氣節(jié)流實現(xiàn)的復溫效果有限，離預期結(jié)果有一定距離。特別是，由于氬氣、氦氣來源困難而治療用量較大，氬-氦刀治療費用十分高昂，一般約每人次2萬元人民幣左右，這對于患者及醫(yī)院均不利。而且，氬-氦刀需要用到高壓裝置，有安全性要求。最主要的是，氬-氦刀價格十分可觀，進口一臺約需人民幣400萬元，其價格為許多醫(yī)療部門所無法承受。這種現(xiàn)狀嚴重阻礙了利用快速降溫和升溫治療腫瘤新方法的進展。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對上述之不足，提供一種可方便地通過控制內(nèi)部高低溫工質(zhì)的輸運來對腫瘤進行降溫及復溫的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，包括蒸汽發(fā)生器1、杜瓦瓶10、探針管2及探針頭3；一丁字型三通式保溫連管4的下端連通探針管2上端，其兩水平端分別連通蒸汽發(fā)生器1和杜瓦瓶10，其連通管路上分別安裝有控制閥門6，探針管2下端螺紋連接或焊接探針頭3；所述探針管2由連成一體的上部圓環(huán)形腔道桿體25和下部圓形探管主體27組成，上部圓環(huán)形腔道桿體25的軸向中心設(shè)有中心來流通道24，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形腔道251；下部圓形探管主體27的軸向中心設(shè)有中心來流通道24、其外依次同心地設(shè)有內(nèi)環(huán)形回流通道23和外環(huán)真空腔21，內(nèi)環(huán)形回流通道23與上部圓環(huán)形腔道桿體25的圓環(huán)形腔道251相通，下部圓形探針管主體27的管壁上設(shè)有與外環(huán)真空腔21相通的抽真空口22；探針頭3由前端為圓形或圓弧形的探針頭前體35和后部桿體31組成，后部桿體31的軸向設(shè)有中心來流通道24，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形流體返回通道34，圓環(huán)形流體返回通道34與下部圓形探管主體27的內(nèi)環(huán)形回流通道23相通；所述探針頭前體35為空心腔體，其內(nèi)填充有網(wǎng)狀材料33；所述丁字型三通式保溫連管4下端和探針管2上端之間連通一主體連接件41，主體連接件41可用絕熱材料制做，其上設(shè)置有手柄42；所述丁字型三通式保溫連管4和主體連接件41之間連通有金屬波紋管11，該波紋連接管11為具有內(nèi)外兩層同心環(huán)形通道的不銹鋼波紋管，其外環(huán)形通道抽成真空；所述蒸汽發(fā)生器1及杜瓦瓶10安裝有監(jiān)測壓力的壓力計及報警器；所述探針頭外壁為高熱導率金屬材料制成；所述探針管和探針頭的直徑為1-10mm；所述探針頭部頂端設(shè)置有測定治療過程中腫瘤部位溫度的熱電偶。
本實用新型可以大量冷量或熱量瞬間直接作用于腫瘤組織，達到迅速摧毀腫瘤組織的目的；其針式結(jié)構(gòu)為治療深部腫瘤和腔道腫瘤提供方便；其圓形或圓弧形頭部利于伸入深部組織及避免劃傷沿程組織，而且其插入式探針管和探針頭的直徑很小(一般低于10mm)，對組織造成的機械損傷較小，并且探針管和探針頭可制成不同長度的配合件，適用于不同深度、不同大小的腫瘤治療，還可于探針頭部設(shè)置熱電偶以測定治療過程中腫瘤部位的溫度，有利于進行監(jiān)控治療；其熱量或冷量來源于普通水蒸汽或液氮，因而治療費用低廉，結(jié)構(gòu)簡單，無復雜電路，無輻射，隔熱效果好，具有重要的推廣應用前景。


附圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實用新型探針管2及探針頭3的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為附圖2的A-A剖面圖；附圖4為附圖2的B-B剖面圖；附圖5為附圖2的C-C剖面圖；附圖6為附圖2的D-D剖面圖；其中蒸汽發(fā)生器1 探針管2 探針頭3丁字型三通式保溫連管4 控制閥門6 杜瓦瓶10波紋管11 上部圓環(huán)形腔道桿體25 下部圓形探管主體27中心來流通道24 圓環(huán)形腔道251 內(nèi)環(huán)形回流通道23外環(huán)真空腔21 抽真空口22 探針頭前體35后部桿體31 圓環(huán)形流體返回通道34 主體連接件41手柄42 網(wǎng)狀材料33實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例進一步描述本實用新型由圖可知，本實用新型提供的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，包括蒸汽發(fā)生器1、液氮罐10、探針管2及探針頭3；其中蒸汽發(fā)生器1可購買，也可由常規(guī)方法制成，如在金屬罐內(nèi)設(shè)置加熱電阻絲，即可通過加熱液體水產(chǎn)生高溫水蒸汽；而液氮罐10有不同系列的標準產(chǎn)品，從市場上選購即可；丁字型三通式保溫連管4的下端連通探針管2上端，其兩水平端分別連通蒸汽發(fā)生器1和杜瓦瓶10，其連接管路上分別安裝有控制閥門6，探針管2下端螺紋連接或焊接探針頭3；探針管2由連成一體的上部圓環(huán)形腔道桿體25和下部圓形探管主體27組成，上部圓環(huán)形腔道桿體25的軸向中心設(shè)有中心來流通道24，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形腔道251；下部圓形探管主體27的軸向中心設(shè)有中心來流通道24、其外依次同心地設(shè)有內(nèi)環(huán)形回流通道23和外環(huán)真空腔21，內(nèi)環(huán)形回流通道23與上部圓環(huán)形腔道桿體25的圓環(huán)形腔道251相通，下部圓形探針管主體27的管壁上設(shè)有與外環(huán)真空腔21相通的抽真空口22；探針頭3由前端為圓形或圓弧形的探針頭前體35和后部桿體31組成，后部桿體31的軸向中心設(shè)有中心來流通道24，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形流體返回通道34，圓環(huán)形流體返回通道34與下部圓形探管主體27的內(nèi)環(huán)形回流通道23相通；探針頭前體35為空心腔體，其內(nèi)填充有網(wǎng)狀材料33；丁字型三通式保溫連管4下端和探針管2上端之間連通一主體連接件41，主體連接件41可用絕熱材料制做，其上設(shè)置有手柄42；丁字型三通式保溫連管4和主體連接件41之間連通有金屬波紋管11，該波紋連接管11為有內(nèi)外兩層同心環(huán)形通道的不銹鋼波紋管，其外環(huán)形通道抽成真空；蒸汽發(fā)生器1及杜瓦瓶10內(nèi)安裝有監(jiān)測壓力的壓力計及報警器；探針頭外壁為高熱導率金屬材料如銅或不銹鋼制成；探針管和探針頭的直徑小于10mm，大于1mm；探針頭部頂端設(shè)置有測定治療過程中腫瘤部位溫度的熱電偶。
根據(jù)待治療腫瘤部位的深淺和病灶大小，探針管2及探針頭3的長短可以設(shè)計成不同尺寸，管徑應盡量小，以使治療能達到微創(chuàng)或無創(chuàng)。不同長短的探針管2和探針頭3可配合使用從而滿足不同的腫瘤治療需求。探針管2的最外層圓環(huán)通道通過抽真空口22被抽成真空而形成外環(huán)真空腔21，其目的是為了盡可能隔絕管內(nèi)高低溫工質(zhì)流體與管壁周圍健康組織間的傳熱，避免灼傷或凍傷健康組織。探針管2軸心的中心來流通道24，高低溫液體由此流向其工作部位一探針頭3的前體35；在探針管2中心的中心來流通道24和外環(huán)真空腔21之間為內(nèi)環(huán)形回流通道23，供高低溫工質(zhì)在探針頭釋放熱量或冷量后返回，由此還對中心的流體形成一種熱保護，所以避免了來流工質(zhì)溫度的大幅變化，且同時因外腔為外環(huán)真空腔21，高低溫工質(zhì)的熱量或冷量不至傳到外壁；探針管的中心來流通道24接蒸汽發(fā)生器1或液氮罐10，返回的流體工質(zhì)可重復使用或就地排放。
本實用新型提供的基于高低溫工質(zhì)交替輸運實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其探針頭3的前體35為空心腔體，其內(nèi)填充有網(wǎng)狀材料33，探針頭3外壁選擇用高熱導率金屬如銅或不銹鋼，以便與待治療腫瘤發(fā)生較好的熱交換，從而提高熱療效果；探針頭3內(nèi)的中心來流通道24的通道壁面上開有微細空隙，從探針管2來的工質(zhì)進入探針頭后會沿這些空隙滲入到周圍絲網(wǎng)，此時工質(zhì)發(fā)生相變換熱，放出大量熱量或冷量，由于探針頭3與周圍組織有良好熱交換，大量熱量或冷量直接作用于腫瘤組織，從而達到高溫或低溫殺滅腫瘤的目的。絲網(wǎng)內(nèi)經(jīng)放熱或吸熱后的流體沿探針管2的內(nèi)環(huán)形回流通道23返回；由此，本實用新型提供的基于高低溫工質(zhì)交替輸運實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，即可將熱量或冷量以最小的無損方式傳輸?shù)襟w內(nèi)深部腫瘤處或一定腔道如消化道、直腸等部位，達到摧毀腫瘤組織的目的；探針頭3為圓形、弧狀，以利進入深部組織、避免劃傷沿程組織，而且探針管2和探針頭3的直徑一般很小(如低于10mm)，利于穿刺到人體內(nèi)時盡可能減少對組織的機械損傷，探針管2、探針頭3可制成不同長度的配合件，因此，本發(fā)明適用于不同深度、不同大小的腫瘤熱療用。探針頭部頂端可設(shè)置熱電偶以測定治療過程中腫瘤部位的溫度，充當一種熱療監(jiān)控裝置。
低溫介質(zhì)如液氮盛裝在杜瓦瓶內(nèi)，杜瓦瓶10內(nèi)裝有電阻加熱絲，一經(jīng)通電，即可對其內(nèi)液氮進行加熱，使之逐步汽化，由于氣體膨脹使整個密閉系統(tǒng)中的壓力增高，當其到達一定大小時，便開啟杜瓦瓶內(nèi)的低溫電磁閥，將杜瓦瓶內(nèi)液氮壓送到與杜瓦瓶相通的波紋管道11，隨后進入探針管2。
高低溫工質(zhì)的出口和丁字型三通式保溫連管4連通，管路設(shè)有控制閥門6，一旦關(guān)閉，即停止輸送工質(zhì)；打開控制杜瓦瓶中液氮的控制閥門6后，將由杜瓦瓶10輸出的液氮沿探針管2通向針頭3，即可進行組織的低溫凍結(jié)；而高溫介質(zhì)水蒸汽則由蒸汽發(fā)生器1產(chǎn)生，于是在打開該高溫側(cè)的控制閥門6并通入水蒸汽時，則所行使的是高溫熱療；探針頭部3設(shè)置有一定的溫度傳感器(如熱電偶)，并連接到數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，而數(shù)據(jù)采集儀與計算機連通，治療開始時，開通數(shù)據(jù)采集儀和計算機，即可對各測溫點溫度進行監(jiān)測；當然，溫度傳感器也可貼到探針外表面以監(jiān)測皮膚的溫度響應；計算機中儲存有一定的高低溫治療(即降溫和升溫)程序，供選用。
該裝置可單獨對腫瘤組織實施低溫治療，也可單獨進行高溫熱療，還可以是二者組合交替進行，且在低溫和高溫工質(zhì)之間的切換和保留時間可隨意調(diào)整，由此即實現(xiàn)不同的冷凍或熱療效果。關(guān)閉高低溫控制閥門6后，即結(jié)束治療過程。
本裝置在杜瓦瓶和蒸汽發(fā)生器內(nèi)均設(shè)置有報警器，具體采用一蜂鳴器充當報警裝置，當容器內(nèi)部壓力過高時，予以提示，以決定是否繼續(xù)加熱。
由上所述，本實用新型采用的熱量或冷量來源于普通水蒸汽或液氮，因而治療費用低，而實現(xiàn)的冷、熱量則相當顯著。且探針管和探針頭制作相對容易，無復雜電路，結(jié)構(gòu)簡單，無輻射，測溫和評價腫瘤的加熱和降溫程度較為容易，隔熱效果好，且因管徑較小，對沿程組織的機械和熱損傷很小。這些特征均使本儀器具有較大的競爭能力。
使用本實用新型實現(xiàn)的腫瘤治療過程如下治療時，開通液氮容器和水蒸汽發(fā)生器中的加熱電路，進行工質(zhì)的準備工作。在超聲引導下將探針插入待治療部位，開通液氮通道，則低溫液氮將流向探針頭(也即待治療腫瘤部位)，由于在探針頭部液氮發(fā)生蒸發(fā)吸熱，大量的冷量被瞬間供應給組織，于是可迅速將組織凍結(jié)并加以破壞，而沿程由于真空裝置的保護作用，組織并未受到很大的降溫作用，之后，生成的氮蒸汽沿回流通道返回；當組織凍結(jié)到一定程度時，關(guān)閉液氮閥門，迅速開通水蒸汽發(fā)生器閥門，此時已形成的大量水蒸汽將流向待治療部位，并在頭部發(fā)生凝結(jié)換熱，瞬間放出大量的熱量，組織由于瞬間受熱，發(fā)生突然的膨脹，從而會造成炸裂，繼而大大加劇腫瘤的殺傷。
本實用新型的核心在于以新的方式實現(xiàn)快速凍結(jié)和升溫融化從而最大限度地摧毀腫瘤組織。其可方便地通過高低溫工質(zhì)交替輸運實現(xiàn)大幅度且快速的冷熱量排放來達到改變深部腫瘤的升降溫過程，降溫和升溫程度十分顯著。且結(jié)構(gòu)緊湊簡單，調(diào)節(jié)范圍寬。一旦改變運行工質(zhì)及其參數(shù)，則腫瘤組織內(nèi)的溫度即隨之改變，響應速度快，連續(xù)性好，可以實現(xiàn)復雜的降溫和升溫程序，而且操作十分簡便，治療費用低廉，適合于各大、中、小型醫(yī)院使用，對于推動低溫生物醫(yī)學的進步具有重要意義。查閱國內(nèi)外文獻表明，利用高低溫工質(zhì)交替輸運以實現(xiàn)腫瘤的冷凍和升溫治療在國內(nèi)外均未見報道，其突破了傳統(tǒng)冷刀器械思想的限制，系一種概念新穎的冷凍醫(yī)療器械方式。本儀器系統(tǒng)最顯著的一個特點還在于價格低廉，因而普通醫(yī)學單位及研究機構(gòu)均可購置使用，且具有微創(chuàng)性，對于臨床實施較為有利，這使其易于推廣并會產(chǎn)生廣泛的社會和經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求1.一種交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，包括蒸汽發(fā)生器(1)、杜瓦瓶(10)、探針管(2)及探針頭(3)，其特征在于一丁字型三通式保溫連管(4)的下端連通探針管(2)上端，其兩水平端分別連通蒸汽發(fā)生器(1)和杜瓦瓶(10)，其間管路上分別安裝有控制閥門(6)，探針管(2)下端螺紋連接或焊接探針頭(3)；所述探針管(2)由連成一體的上部圓環(huán)形腔道桿體(25)和下部圓形探管主體(27)組成，上部圓環(huán)形腔道桿體(25)的軸向中心設(shè)有中心來流通道(24)，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形腔道(251)；下部圓形探管主體(27)的軸向中心設(shè)有中心來流通道(24)、其外依次同心地設(shè)有內(nèi)環(huán)形回流通道(23)和外環(huán)真空腔(21)，內(nèi)環(huán)形回流通道(23)與上部圓環(huán)形腔道桿體(25)的圓環(huán)形腔道(251)相通，下部圓形探針管主體(27)的管壁上設(shè)有與外環(huán)真空腔(21)相通的抽真空口(22)；探針頭(3)由前端為圓形或弧形的探針頭前體(35)和后部桿體(31)組成，后部桿體(31)的軸向中心設(shè)有中心來流通道(24)，其外設(shè)有與之同心的圓環(huán)形流體返回通道(34)，圓環(huán)形流體返回通道(34)與下部圓形探管主體(27)的內(nèi)環(huán)形回流通道(23)相通。
2.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于所述丁字型三通式保溫連管(4)下端和探針管(2)上端之間連通一主體連接件(41)，主體連接件(41)可用絕熱材料制做，其上設(shè)置有手柄(42)。
3.按權(quán)利要求2所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于丁字型三通式保溫連管(4)和主體連接件(41)之間連通有金屬波紋管(11)，該波紋連接管(11)為有內(nèi)外兩層同心環(huán)形通道的不銹鋼波紋管，其外環(huán)形通道抽成真空。
4.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于所述蒸汽發(fā)生器(1)及杜瓦瓶(10)安裝有監(jiān)測壓力的壓力計及報警器。
5.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于探針頭前體(35)為空心腔體，其內(nèi)填充有網(wǎng)狀材料(33)。
6.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于探針頭(3)外壁為高熱導率金屬材料制成。
7.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于探針管(2)和探針頭(3)的直徑小于10mm，大于1mm。
8.按權(quán)利要求1所述的交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀，其特征在于探針頭(3)的頂端設(shè)置有測定治療過程中腫瘤部位溫度的熱電偶。
專利摘要本交替輸運高低溫工質(zhì)以實現(xiàn)溫度驟然升降的探針式腫瘤治療儀,包括蒸汽發(fā)生器、杜瓦瓶、探針管及探針頭,三通式保溫連管下端連通探針管,兩水平端分別連通蒸汽發(fā)生器和杜瓦瓶,探針管下端連接探針頭;探針管上部圓環(huán)形腔道桿體的軸向中心設(shè)中心來流通道,其外設(shè)圓環(huán)形腔道;探針管下部圓形探管主體的軸向中心設(shè)中心來流通道、其外依次設(shè)內(nèi)環(huán)形回流通道和外環(huán)真空腔,內(nèi)環(huán)形回流通道與上部圓環(huán)形腔道桿體的圓環(huán)形腔道相通,下部圓形探針管主體管壁上設(shè)抽真空口;探針頭后部桿的軸向中心設(shè)中心來流通道,其外設(shè)圓環(huán)形流體返回通道;本治療儀適用于不同深度、不同大小的腫瘤治療,結(jié)構(gòu)簡單,無輻射,隔熱效果好,具重要推廣應用前景。
文檔編號A61B18/04GK2503854SQ01268378
公開日2002年8月7日 申請日期2001年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者劉靜, 周一欣, 于天驊 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所