SU1377061A1

SU1377061A1 - Cryosurgical probe

Info

Publication number: SU1377061A1
Application number: SU853922961A
Authority: SU
Inventors: Михаил Григорьевич Семена; Александр Ильич Левтеров; Александр Степанович Савченко
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1988-02-28

Abstract

Изобретение предназначено дл криохирургии . Цель изобретени - повышение скорости охлаждени и снижение расхода хладагента. Зонд содержит наружную 1 и внутреннюю 2 трубки, магистрали подвода 3 и отвода 4 хладагента. Полость 6 отва- куумирована и служит надежной теплоизол цией хладагента. Трубка 7 магистрали 3 входит в корпус наконечника 5. Каналы 8 образуют первую ступень охлаждени и св заны с магистралью 4 через перепускные отверсти 9. Пористость вапатронов 11 измен етс от 30-60% у основани до 80- 85% на вершинах. Бокова поверхность 12 наконечника 5 и поверхность 10, не зан та вапатронами, покрыты пористым слоем, который вместе с вапатронами 11 образует вторую ступень охлаждени . Вапатроны 11 и пористый слой 13 спечены с материалом наконечника 5 и имеют надежный термический контакт и минимальное термическое сопротивление . 2 ил. €The invention is intended for cryosurgery. The purpose of the invention is to increase the cooling rate and decrease the coolant flow rate. The probe contains an outer 1 and inner 2 tubes, a supply line 3 and a coolant outlet 4. Cavity 6 is evacuated and serves as a reliable thermal insulation of the refrigerant. The tube 7 of the line 3 enters the body of the tip 5. The channels 8 form the first cooling stage and are connected to the line 4 through the bypass holes 9. The porosity of the vapatrons 11 varies from 30-60% at the base to 80-85% at the tops. The side surface 12 of the tip 5 and the surface 10, which are not occupied by vapatrons, are covered with a porous layer, which together with the vapatrons 11 forms the second cooling stage. The vapatrons 11 and the porous layer 13 are sintered with the material of the tip 5 and have reliable thermal contact and minimal thermal resistance. 2 Il. €

Description

1one

(Л(L

Сл:) Sl :)

оabout

О5O5

//

sl sl

XX

(иг. /(ig. /

//

ческую плотность теплового потока при кипении азота на гладкой поверхиости. Поэтому с целью создани условий по организации высокоэффективных процессов теплообмена хладагент из первой ступени ох- 5 лаждеии через перепускные отверсти 9 поступает во вторую ступень охлаждени и впитываетс в капилл рно-пористую структу- ру. В результате этого оставшийс тепловой поток отбираетс во второй ступени охлажИзобретение относитс к медицинской технике, а именно к устройствам дл криовоздействи на ткани, и может быть использовано при криоопераци х.heat flux density at nitrogen boiling on a smooth surface. Therefore, in order to create conditions for the organization of highly efficient heat exchange processes, the refrigerant from the first cooling stage through the bypass openings 9 enters the second cooling stage and is absorbed into the capillary-porous structure. As a result, the remaining heat flux is taken in the second stage. The cooling invention relates to medical equipment, namely, devices for cryosurgery on tissue, and can be used during cryo-operations.

Цель изобретени - повышение скорости охлаждени и снижение расхода хладагента.The purpose of the invention is to increase the cooling rate and decrease the coolant flow rate.

На фиг. 1 изображен криохирургический зонд, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.FIG. 1 shows a cryosurgical probe, incision; in fig. 2 is a section A-A in FIG. one.

Криохирургический зонд содержит на- ю дени от наконечника 5 за счет реали- ружную 1 и внутреннюю 2 трубки, об- зации высокоэффективного процесса преобразующие корпус, и магистрали подвода 3 и разовани теплоносител в капилл рно-по- отвода 4 хладагента. Наружна и внутрен- ристом покрытии внутренней поверхности на- н трубки закреплены в рабочем нако- конечника 5, состо щего из пористого сло 13 нечнике 5. Полость б между трубками 1 и пористых вапатронов 11, обладающих пе- и 2 отвакуумирована и служит надежной 5 ременной пористостью.The cryosurgical probe contains tips from tip 5 due to sales 1 and inside 2 tubes, subjecting a highly efficient process that converts the body, and supply line 3 and developing coolant in the capillary return of coolant 4. The outer and inner coatings of the inner surface of the nanotube are fixed in the working tip 5, which consists of the porous layer 13 and the nonmatcher 5. The cavity b between the tubes 1 and the porous vapatrons 11, having trans- and 2, is evacuated and serves as a reliable 5-belt porosity.

теплоизол цией хладагента циркулирующегоНизкопориста пристенна область вапо магистрал м 3 и 4 внутри устройства. патронов 11 и пористого сло 13 благо- В качестве хладагента может использовать- дар своим структурным характеристикам с жидкий азот. Магистраль 3 выпол-(эффективному размеру пор и высокойthermal insulation of the circulating low-pore coolant near-wall region of the vapo mains m 3 and 4 inside the device. cartridges 11 and porous layer 13, as a refrigerant can use the gift of its structural characteristics with liquid nitrogen. Trunk 3 run- (effective pore size and high

нена в виде трубки 7, расположенной вдоль п каркасной теплопроводностью) способствует оси корпуса: Магистраль 4 образована внеш- образованию дополнительных центров паро- ней поверхностью трубки 7 и внутренней образовани и переносу процесса кипени в поверхностью трубки 2 корпуса. Трубка 7 ма- пористый объем металловолокнистой струк- гистрали 3 подвода хладагента входит в кор- туры, что приводит к зат гиванию кризи- пус наконечника 5, где магистраль 3 пе-са теплообмена при кипении и поддержареходит в радиально расположенные кана- 25 нию самого теплообмена при закритическихin the form of a tube 7 located along the n-frame heat conductivity) contributes to the axis of the body: Highway 4 is formed by the external formation of additional centers by the vapor surface of tube 7 and the internal formation and transfer of the boiling process to the surface of pipe 2 of the body. Tube 7 is a porous volume of the metal fiber structure 3 refrigerant supply enters the cortex, which leads to the tightening of the tip of the crysiphase 5, where the main line 3 pe heat exchange during boiling and maintains radially radiating the heat exchange of the heat exchange itself with supercritical

плотност х теплового потока в высокоинтенсивной области пузырькового режима питани .heat flux densities in the high-intensity region of the bubble diet mode.

лы 8, образующие первую ступень охлаждени и св занные с отвод щей магистралью 4 через перепускные отверсти 9. На горизонтальной внутренней поверхности 10 рабочего наконечника 5 равномерно расположены пористые вапатроны 11, представл ю- 30 нов вследствие высоких капилл рно-транс- щие собой пористые штыри произвольного портных характеристик служит транспортной8, which form the first cooling stage and are connected to the discharge line 4 through the bypass holes 9. On the horizontal inner surface 10 of the working tip 5, porous vapatrons 11 are evenly spaced due to high capillary-transmitting porous pins. arbitrary tailoring characteristics serves as a transport

Верхн высокопориста часть вапатросечени с переменной по высоте пористостью . Пористость вапатронов 11 измен етс от 30-60% у основани до 80-85% на вершинах. Бокова поверхность 12 наконечника 5, а также горизонтальна поверхность 10, не зан та вапатронами, покрыта пористым слоем, который в сочета)ши с пористыми вапатронами 11 образует вторую ступень охлаждени . Пористые покрыартериеи дл подачи хладагента, оттесн емого от поверхности 10 нагрева, в пристенные слои капилл рно-пористых структур 13 и 11, а также создает необходимые 35 услови дл выхода пара и благодар высокой каркасной теплопроводности вносит свой вклад в общий теплообмен, осуществл емый как внутри развитой металловолокнистой структуры, так и на поверхностиThe upper highly porous part of the vapatrose with a variable height porosity. The porosity of vapatrons 11 varies from 30-60% at the base to 80-85% at the tops. The side surface 12 of the tip 5, as well as the horizontal surface 10, not occupied by vapatrons, is covered with a porous layer which, in combination with porous vapatrons 11, forms the second cooling stage. Porous surfaces to supply refrigerant pushed from the heating surface 10 to the near-wall layers of capillary-porous structures 13 and 11, and also create the necessary conditions for steam to escape and, due to the high frame heat conductivity, contribute to the overall heat transfer, which is carried out as inside developed metal fiber structure and on the surface

ти 11 и 13 изготовлены из медных моно- 40 пористых ъапатронов 11. Пар, образовавдисперсных дискретных спеченных волокон диаметром 20-130 мкм. Вапатроны 11 и пористый слой 13 спечены с материалом наконечника 5 и имеют надежный термический контакт и минимальное термическое сопротивление.Types 11 and 13 are made of mono-40 porous bpatrons 11. The vapor forms dispersed discrete sintered fibers with a diameter of 20-130 microns. The vapatrons 11 and the porous layer 13 are sintered with the material of the tip 5 and have reliable thermal contact and minimal thermal resistance.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Хладагент по магистрали 3 подвода поступает в первую ступень охлаждени , где за счет вынужденного движени по радиально расположенным каналам 8 отбираетThe refrigerant through the supply line 3 enters the first cooling stage, where due to the forced movement along the radially located channels 8 it selects

шиис в результате кипени хладагента в пористом слое 13, поступает в межва- патронное пространство 15, куда поступает пар от боковой поверхности пористых вапатронов 11. Таким образом, межвапатронное 45 пространство 15, соизмеримое с диаметром пузырей, служит дл улучшени условий выхода пара в магистраль 4 отвода хладагента , в которую также поступает пар, выход щий из торцовой поверхности вапатронов 11. В результате влени капель- определенную часть теплового потока, посту- ного уноса часть хладагента может в ви- пающего от охлаждаемой ткани 14 к рабо- де капель вместе с паром уноситьс вAs a result of refrigerant boiling in porous layer 13, the chisis enters inter-cartridge space 15, where steam comes from the side surface of porous vapatrons 11. Thus, inter-cartridge 45 space 15, commensurate with the diameter of bubbles, serves to improve the conditions for steam to enter trunk 4 refrigerant withdrawal, which also receives steam coming out of the end surface of the Wapatrons 11. As a result of droplet appearance, a certain part of the heat flux, of the post-enthaloca portion of the refrigerant can penetrate from the cooled tissue 14 to rabo- de droplets entrained with the steam

отвод щую магистраль 4. Но при вертикальном расположении криозонда под действием гравитационных сил происходит его воз- систему кровообращени , а следовательно, с врат по стенкам отвод щей магистрали и и повышенное тепловыделение, тепловой по- затем быстрое впитывание в капилл рно- ток после первой ступени охлаждени ос- пористые структуры 11 и 13 благодар таетс еще значительным и в удельном от- высокой степени смачиваемости металлово- ношении в 2-3 раза превосходит крити- локнистого материала жидким азотом.discharge line 4. But when the cryoprobe is located vertically under the action of gravitational forces, its circulatory system occurs, and consequently, there is an increased heat release from the gates along the walls of the discharge line and an increased heat generation, heat and then rapid absorption into the capillary current after the first stage The cooling structures of the aforementioned structures 11 and 13 are still considerable and in the specific от high degree of wettability of the metal-bearing material, they are 2-3 times larger than the clouded material with liquid nitrogen.

чему наконечнику 5, который обладает высокой теплопроводностью. Однако при крио- воздействии на ткани, имеющие развитуюwhat tip 5, which has a high thermal conductivity. However, with cryo effects on fabrics that have developed

ческую плотность теплового потока при кипении азота на гладкой поверхиости. Поэтому с целью создани условий по организации высокоэффективных процессов теплообмена хладагент из первой ступени ох- лаждеии через перепускные отверсти 9 поступает во вторую ступень охлаждени и впитываетс в капилл рно-пористую структу- ру. В результате этого оставшийс тепловой поток отбираетс во второй ступени охлаждени от наконечника 5 за счет реали- зации высокоэффективного процесса преобразовани теплоносител в капилл рно-по- ристом покрытии внутренней поверхности на- конечника 5, состо щего из пористого сло 13 и пористых вапатронов 11, обладающих пе- ременной пористостью.heat flux density at nitrogen boiling on a smooth surface. Therefore, in order to create conditions for organizing highly efficient heat exchange processes, the refrigerant from the first cooling stage passes through the bypass openings 9 to the second cooling stage and is absorbed into the capillary-porous structure. As a result, the remaining heat flux is taken in the second cooling stage from the tip 5 due to the implementation of a highly efficient process of converting the heat transfer fluid to the capillary-porous coating of the inner surface of tip 5, consisting of porous layer 13 and porous vapatrons 11, having variable porosity.

нов вследствие высоких капилл рно-транс- портных характеристик служит транспортнойDue to its high capillary transport characteristics, it serves as a transport

вследствие высоких капилл рно-транс- тных характеристик служит транспортной due to its high capillary-transient characteristics, it serves as a transport

Верхн высокопориста часть вапатроартериеи дл подачи хладагента, оттесн емого от поверхности 10 нагрева, в пристенные слои капилл рно-пористых структур 13 и 11, а также создает необходимые 35 услови дл выхода пара и благодар высокой каркасной теплопроводности вносит свой вклад в общий теплообмен, осуществл емый как внутри развитой металловолокнистой структуры, так и на поверхностиThe upper highly porous part of the vapatroartery for the supply of refrigerant, pushed back from the heating surface 10 to the near-wall layers of capillary-porous structures 13 and 11, also creates the necessary conditions for the steam to escape and, due to the high frame heat conductivity, contributes to both inside the developed metal fiber structure and on the surface

40 пористых ъапатронов 11. Пар, образовавшиис в результате кипени хладагента в пористом слое 13, поступает в межва- патронное пространство 15, куда поступает пар от боковой поверхности пористых вапатронов 11. Таким образом, межвапатронное 45 пространство 15, соизмеримое с диаметром пузырей, служит дл улучшени условий выхода пара в магистраль 4 отвода хладагента , в которую также поступает пар, выход щий из торцовой поверхности вапатронов 11. В результате влени капель- ного уноса часть хладагента может в ви- де капель вместе с паром уноситьс в40 porous bladders 11. The vapor formed as a result of refrigerant boiling in porous layer 13 enters the interstitial space 15, where steam comes from the lateral surface of the porous vapor – pertrons 11. Thus, interstitial 45 space 15, commensurate with the diameter of the bubbles, serves improving the conditions for the steam to enter the refrigerant exhaust line 4, which also receives steam coming from the end surface of the vapatrons 11. As a result of the droplet entrainment effect, part of the refrigerant may be carried away along with the steam in

Claims

The use of a cryosurgical probe with a two-stage cooling system and porous vapatrons can significantly reduce the initial low-efficiency operation of the cryoprobe (up to 2-5% of the cryo-exposure time), as a result of which, depending on the operating conditions of the probe, its freezing ability can be increased, which, in its in turn, it contributes to an increase in the freezing zone, an increase in the cooling rate of the freezing tissue, and a decrease in coolant consumption. Invention Formula

A cryosurgical probe containing a thermally insulated housing with highways

FIG. 2

coolant inlet and outlet, cooled tip with channels connected to the outlet and outflow line of the coolant inlet and a capillary-porous metal-fiber structure baked to its inner surface, characterized in that in order to increase the cooling rate and decrease the coolant consumption; the channels are closed, at the peripheral ends of the channels there are openings for the exit of the vapor-liquid mixture on the inner surface of the tip, and the capillary-porous structure has a variable thickness, and its porosity in the thickened areas increases from the bottom to the top.

//