液氮深冷处理的应用研究

　　1　引　言

　　低温外科治疗机是采用某种物质作为制冷介质,利用该介质节流时吸收热量产生的制冷效果作用于人体组织部位经历降温、冻结、复温的过程,造成组织 产生冷冻坏死、冷冻阻滞、炎性反应及冷冻粘连等需要的效果。主要用于皮肤科、耳鼻喉科、肛肠科、妇科、消化科、神经外科等几乎所有外科科室的相关治疗。其 治疗机理是利用深低温冷却并冻结增生或肿瘤组织,使病变细胞产生生理或代谢性抑制,包括物理的、化学的和电解质的变化,使组织细胞受到损伤从而摧毁病灶组 织,达到临床治疗的目的[1-2]。

　　本所经过多年的研究与尝试,开发了以液氮为制冷介质的低温外科治疗机,本文从硬件和软件两个方面阐述了设备的开发过程。

　　2　液氮低温外科治疗机的硬件设计

　　液氮低温外科治疗机硬件主要由:液氮存贮器、加热自增压模块、液位计、压力传感器、低温电磁阀、输送管路、加液罐、泄压阀、治疗探头、温度传感器、复温模块、采集转化模块、可编程控制器和彩色触摸屏等组成。

　　系统的工作原理为:隔离变压器为加液罐加热模块、液氮存贮器加热模块以及PLC提供工作电压。PLC选用三菱PLC-FX1N系列可编程控制 器,是硬件部分的核心器件,它一方面通过采集转换模块获得治疗探头以及周围组织的温度信息,以及液氮存贮器内压力信息,并输出到触摸屏,方便用户监测;另 一方面用户通过触摸屏设定温度参数或压力参数,当超过设定温度或压力时,PLC发出控制信号,使卸压阀打开,降低液氮存贮器内压力,从而使温度或压力维持 在设定值,实现系统功能。图1为系统原理图

　　2. 1　关键部件的设计

　　神经外科低温治疗机主要有以下3个关键部件组成:液氮存贮器、液氮输送管和冷冻治疗探头

　　2. 1. 1　液氮存贮器

　　液氮存贮器是提供冷源的场所,是整机中的一个重要部件。根据临床需要,冷冻探杆直径比较细,一般在6 mm以下,而且探杆真空绝热层占了一定的空间,所以液氮输送的实际通道很窄,直径1. 6 mm左右,对流体传输阻力很大,因此液氮需要采用受压强制输送。

　　液氮存贮器一般应满足以下要求: (1)容器必须能承受液氮输送压力,耐压性能可靠; (2)容器本身具有一定的绝热性,以有效存贮液氮; (3)需要有一定的容积,所存贮的液氮量足够一次手术之用。在全面分析了治疗设备的工况后,认为液氮存贮器虽然需要有一定的绝热性能要求,以防止容器内液 氮迅速汽化,但对绝热要求不高,因为存贮器需要保存液氮的

　　时间不长,从将液氮注入到存贮器至最终手术结束,大约仅50 min—60 min时间,而且设备工作时,也需要有部分的液氮汽化,以达到容器增压输送的目的。