PL170963B1 - Cryogenic probe for producing temperatures lower than 0 c - Google Patents

Abstract

1. Sonda kriogeniczna do wytwarzania podzerowych temperatur zawierajaca obudo- we zewnetrzna z zamknietym, górnym kon- cem tworzacym strefe zamrazania i dolnym koncem, przewód doprowadzajacy dla trans- portowania cieklego kriogenicznego czynni- ka chlodniczego od dolnego konca do strefy zamrazania, przewód odplywowy dla trans- portowania wykorzystanego czynnika chlo- dniczego ze strefy zamrazania w kierunku dolnego konca i komore izolacyjna rozciaga- jaca sie od strefy zamrazania w kierunku dolnego konca, znam ienna tym, ze posiada srodki wentylacyjne (29,29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) w czesci przewodu doprowadzajacego (22) otoczonej komora izolacyjna (30). FIG . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda kriogeniczna do wytwarzania podzerowych temperatur. Wynalazek dotyczy przyrządu kriochirurgicznego, który może posłużyć do niszczenia żywych tkanek, jak np. guzów nowotworowych, złośliwych i łagodnych.

Dokładniej wynalazek dotyczy chirurgicznej sondy kriogenicznej, która zdolna jest do szybkiego wytwarzania w rejonie końcówki sondy bardzo niskich temperatur, tj. temperatur nizszych od temperatury topnienia tkanki (-0,57°C), oraz utrzymywania takich temperatur nawet w warunkach temperatur wysokich, jak w przypadku środowiska tkankowego, przy zastosowaniu jako czynnika chłodzącego płynów kriogenicznych, jak np. ciekły azot, których temperatura może być niższa od normalnej temperatury wrzenia płynów kriogenicznych.

Sondy kriogeniczne znajdują zastosowanie w różnorodnych procedurach chirurgicznych, w tym przy usuwaniu katarakty, operowaniu odklejonej siatkówki oka, leczeniu cervictis, nadżerki szyjki macicy, usuwaniu torbieli, itp. Jeszcze nie tak dawno, zabiegi kriochirurgiczne stosowano głównie w odniesieniu do zewnętrznej powierzchni ciała. Ostatnie postępy w kriochirurgii umożliwiły jej zastosowanie przy usuwaniu tkanki znajdującej się w głębi ciała. Do takich postępów należy równoczesne stosowanie technologii obrazowania, takich jak obrazowanie rezonansowe, ultradźwiękowe lub magnetyczne, z metodami knochirurgn w celu łatwiejszego stwierdzania zasięgu nowotworów jak również zasięgu zamrożonej tkanki. Ponadto, Rubinsky i Pegg wykazali w Proc. R. Soc. Lond. B234, 348-358 (1988), że proces zamrażania w środowisku tkankowym oraz ostateczne zniszczenie zamrożonej tkanki poprzedzone jest zniszczeniem sieci naczyniowej w otaczającej tkance. Wydaje się więc, ze zniszczeniu zamrożonej tkanki sprzyja brak dopływu krwi po jej rozmrożeniu. Zatem rozmrożona tkanka ulega zniszczeniu na skutek martwicy wynikającej z niedokrwienia. Cytowani autorzy stwierdzają, że najłatwiej ulega zniszczeniu tkanka znajdująca się na obrzezu zamrożonego obszaru.

170 963

W większości standardowych przyrządów kriochirurgjcznych jako środek chłodzący stosuje się ciekły azot (LN 2) bądź też inny rodzaj ciekłego gazu. Wprowadzenie LN 2 przez sondę do obszaru zamrazanego odbywa się przy pomocy podajnika czyli przewodu doprowadzającego, który stanowi zwykle przewód środkowy w układzie trzech koncentrycznych przewodów. Przewód doprowadzający sięga do komory rozprężeniowej umieszczonej przy zamkniętej końcówce sondy, kończąc się jednak w pewnej odległości od samej końcówki. LN2 podlega szybkiemu parowaniu, zwiększając jednocześnie kilkaset krotnie swoją objętość (np. 600-700 razy) w' warunkach ciśnienia atmosferycznego. W miarę parowania, płyn absorbuje ciepło z końcówki sondy, teoretycznie obniżając temperaturę własną do normalnego punktu wrzenia LN 2 (około -196°C pod ciśnieniem 1 atmosfery). Jednakże, w momencie kiedy sonda kriogeniczna znajdzie się w kontakcie z tkanką, w pobliżu wewnętrznej powierzchni końcówki w nieunikniony sposób następuje nagromadzenie gazu azotowego, co hamuje przepływ płynu, a w konsekwencji obniża skuteczność przekazu ciepła. Powracający gaz azotowy podgrzewa dodatkowo azot płynny znajdujący się w przewodzie doprowadzającym, utrudniając osiągnięcie niskich temperatur w końcówce sondy. W celu uniknięcia takiej kaskadowej blokady oraz zapewnianie stałego przepływu LN 2 do końcówki, w standardowych sondach kriogenicznych niezbędne jest zapewnienie szybkiej wentylacji, co z kolei wymaga znacznej przestrzeni przepływu w kierunku powrotnym, a zatem i znacznej całkowitej średnicy sondy.

Ponadto, w chwili rozpoczęcia procedury kriochirurgicznej, kiedy końcówka sondy kriogenicznej umieszczona zostaje w chorej (bądź na chorej) tkance, występuje szczególnie wysokie obciążenie cieplne sondy. Ochłodzenie końcówki sondy do najnizszej temperatury umożliwiającej jej pracę wymaga długiego czasu. W praktyce, w przypadku standardowych sond kriogenicznych, w których jako czynnika chłodzącego używa się ciekłego azotu, najniższa temperatura końcówki rzadko kiedy spada poniżej -160°C.

Jednakże niższe temperatury mogą zapewnić wyższą skuteczność niszczenia tkanki dzięki szybszemu zamrażaniu, jak również zamrażaniu większego rejonu przy tym samym rozmiarze końcówki sondy czy też wielkości jej powierzchni. Średnica końcówki sondy powinna być możliwie niewielka, aby ułatwić użytkownikowi osiągnięcie dokładności zabiegu i kontrolę nad jego przebiegiem, lecz potrzeba zapewnienia swobodnego przepływu LN2 komplikuje to zadanie.

Ponieważ w końcówce sondy stosuje się dla celów chłodzenia parowanie LN 2 poprzednio sądzono, że ciekły azot nadaje się do użycia jedynie w dużych sondach kriogenicznych, jak np. w sondach w zewnętrznej średnicy końcówki przekraczającej 4 mm. W przypadku sond miniaturowych zamiast ciekłego azotu stosuje się często azot zimny i hel gazowy. Takie rozwiązanie kompromisowe okazało się niezadowalające, ponieważ skuteczność przekazu ciepła pomiędzy gazem a końcówką sondy znajdującej się w kontakcie z tkanką, jest bardzo niska. W konsekwencji, zbyt mały rozmiar kulki lodowej powstałej na końcówce oraz niedostatecznie niski poziom temperatury nie pozwalają na użycie przyrządu w typowych zastosowaniach klinicznych. Ponadto, ciśnienie stosowane w omawianych sondach przekracza nierzadko 500 psi, (3450 kPa), czy 600 psi (4140 kPa), co powoduje konieczność zastosowania specjalnych zabezpieczeń przed potencjalnym ryzykiem.

Parowanie LN 2 wewnątrz przewodu dostawczego, który prowadzi do końcówki sondy powodowało w przeszłości znaczne trudności, tak w przypadku dużych, jak i mniejszych sond kriogenicznych. To zjawisko zachodzące w przewodzie dostawczym jest prawdopodobnie wynikiem ogrzewania ciekłego azotu przez otaczający go wylotowy azot gazowy przepływający od końcówki w kierunku powrotnym. Ponieważ gaz wylotowy posiada wyższą temperaturę niż LN 2 w przewodzie dostawczym, zachodzi przeciwprądowa wymiana ciepła i następuje wzrost temperatury LN 2 w przewodzie dostawczym, co z kolei prowadzi do zwiększonego formowania się gazu w dostarczanym LN2. Ogrzewanie ciekłego azotu wewnątrz przewodu dostawczego powoduje parowanie LN2 oraz powstawanie pęcherzyków gazu azotowego, które utrudniają przepływ LN 2 do końcówki sondy.

Trudności te zostały w pewnym stopniu rozwiązane w sondzie kriogenicznej i jej oprzyrządowaniu opisanych w zgłoszeniu patentowym USA Nr 07/588,329 (the commonly assigned, copending United States application Serial No 07/588,329) zgłoszonego 26 września 1990 r. w

170 963 imieniu B. Rubinsky'ego i innych. Do korzystnych cech charakterystycznych opisanych w tym wcześniejszym zgłoszeniu patentowym należy rozwiązanie, dzięki któremu sonda kriochirurgiczna może być używana do chłodzenia końcówki sondy znajdującej się w strefie zamrażania schłodzonego ciekłego azotu, umożliwiając w ten sposób osiągniecie temperatur tak niskich jak -196°C bądź poniżej, nie wymagając jednocześnie chłodzenia wyparnego w komorze rozprężeniowej zamkniętej końcówki sondy. Dzięki temu, temperatura azotu przepływającego przez przewód wylotowy w kierunku powrotnym utrzymana zostaje na poziomie nizszym niż w przypadku standardowych sond kriogenicznych działających na zasadzie chłodzenia wyparnego. Jednakże, w praktyce, osiągnięcie bardzo niskich temperatur roboczych w końcówce sondy wymagało długiego wstępnego okresu uruchamiania przyrządu. Przykładowo, nawet przy wysokim tempie przepływu dochłodzonego LN? dla osiągnięcia minimalnej temperatury roboczej, która była zazwyczaj wyższa od -196°C, potrzeba okresu tak długiego jak 20 czy więcej minut. Tak długie okresy uruchamiania przyrządu mogą być bardzo kłopotliwe w trakcie zabiegu chirurgicznego.

Autorzy przedstawionego tutaj wynalazku odkryli sposób na rozwiązanie tego problemu. Sposób ten skraca - do 20 lub mniej sekund - czas, niezbędny do obniżenia temperatury końcówki sondy w strefie zamrażania do poziomu tak niskiego jak -196°C bądź niższego (w przypadku użycia LN 2 w warunkach ciśnienia atmosferycznego). Co więcej, rezultat taki można uzyskać przy średnicy końcówki tak niewielkiej jak 3 bądź mniej milimetrów, co było nieosiągalne w standardowych sondach kriogenicznych.

Tak więc celem niniejszego wynalazku jest opracowanie konstrukcji sondy kriochirurgicznej, dzięki której osiągnąć można wysoką skuteczność przekazu ciepła przy miniaturowych rozmiarach sondy, za pomocą czynnika chłodzącego skierowanego do końcówki sondy dzięki stworzeniu warunków, które ograniczają parowanie środka chłodzącego w końcówce sondy i wzdłuż drogi przepływu czynnika chłodzącego w kierunku powrotnym Ponadto sonda zapewnia wentylację uległego gazyfikacji czynnika chłodzącego, w czasie przepływu przez wąz przekaźnikowy zanim gaz wpłynie do przewodu dostawczego sondy. W ten sposób utrzymane zostaje wysokie tempo przepływu ciekłego azotu przez przewód dostawczy sondy. Zmniejszono zakres przeciwprądowej wymiany ciepła dzięki wentylacji niewielkiej ilości (np. kropel) ciekłego azotu poprzez otwory umieszczone wzdłuż przewodu doprowadzającego sondy. Dalej pozwala niewielkiej ilości (np. kroplom) ciekłego kriogenu przeniknąć przez otwory wentylacyjne w przewodzie doprowadzającym sondy i ulec parowaniu w przewodzie służącym do przepływu kriogenu w stronę powrotną, co powoduje chłodzenie ciekłego kriogenu przepływającego przez przewód doprowadzający w wyniku zjawiska Joule’a-Thompsona. Sonda kriogeniczna bez względu na wielkość średnicy własnej końcówki, zdolna jest do osiągnięcia bardziej rozległego i skutecznego zamrazania niż obecnie dostępne sondy kriogeniczne i wymaga jedynie skróconego okresu chłodzenia końcówki sondy do pożądanej niskiej temperatury poniżej -196°C.

Konstrukcja sondy umożliwia wytwarzanie kulki lodowej o większych rozmiarach niż w standardowych sondach kriogenicznych o podobnej średnicy i przy podobnych warunkach eksploatacyjnych, a wszystkie komponenty niezbędne do skutecznego prowadzenia procedury kriochirurgicznej można pomieścić w jednym ruchomym urządzeniu i można eksploatować przy nizszym poziomie ciśnienia.

Sonda kriogeniczna do wytwarzania podzerowych temperatur według wynalazku zawierająca obudowę zewnętrzną z zamkniętym, górnym końcem tworzącym strefę zamrażania i dolnym końcem, przewód doprowadzający dla transportowania ciekłego kriogenicznego czynnika chłodniczego od dolnego końca do strefy zamrażania, przewód odpływowy dla transportowania wykorzystanego czynnika chłodniczego ze strefy zamrażania w kierunku dolnego końca i komorę izolacyjną rozciągającą się od strefy zamrażania w kierunku dolnego końca, charakteryzuje się tym, że posiada środki wentylacyjne w części przewodu doprowadzającego otoczonej komorą izolacyjną.

Korzystnym jest, że środki wentylacyjne obejmują otwory wentylacyjne podłużnie rozmieszczone wzdłuz przewodu doprowadzającego otoczonego komorą izolacyjną i mające średnicę w zakresie od około 0,01 do 0,076 cm.

170 963

Korzystnym jest, ze posiada od około 2 do 15 otworów wentylacyjnych, a skrajny otwór wentylacyjny ma średnicę od około 0,02 do 0,076 cm, zaś każdy z pozostałych otworów wentylacyjnych ma średnicę mniejszą, w zakresie od około 0,01 do około,0,038cm.

Korzystnym jest, ze środki wentylacyjne obejmują wiele podłużnie rozmieszczonych otworów wentylacyjnych, których osie leżą pod kątem do podłużnej osi przewodu doprowadzającego.

Korzystnym jest, że środki wentylacyjne obejmują wiele podłużnie rozmieszczonych osłoniętych otworów wentylacyjnych, których osłony są utworzone przez część przewodu doprowadzającego zachodzącą na otwory na przedniej krawędzi tych otworów.

Korzystnym jest, że środki wentylacyjne obejmują co najmniej jeden podłużny rowek umieszczony w przewodzie doprowadzającym.

Korzystnym jest, że przewód doprowadzający i środki wentylacyjne stanowi rurka z porowatego spieku metalowego.

Korzystnym jest, że przewód doprowadzający posiada górną część i dolną część i średnica górnej części jest około 0,4 razy mniejsza niż średnica dolnej części, zaś przewód odpływowy zawiera górną część, pierwszą dolną część o średnicy około 2 razy większej niż średnica górnej części oraz drugą dolną część, którą stanowi powiększona komora o średnicy około 3 razy większej niż pierwsza dolna część, a środki wentylacyjne obejmują co najmniej jeden otwór wentylacyjny umieszczony w obszarze dolnej części przewodu doprowadzającego, otoczonej przez powiększoną komorę wylotowego przewodu odpływowego.

Korzystnym jest, że przewód doprowadzający zawiera pierwszy otwór wentylacyjny, usytuowany w obszarze powiększonej komory oraz co najmniej jeden dodatkowy otwór wentylacyjny o mniejszych wymiarach niż otwór wentylacyjny, umieszczony w górnej części i/lub w dolnej części.

Korzystnym jest, że otwór wentylacyjny ma średnicę w zakresie od około 0,025 cm do około 0,10 cm oraz co najmniej jeden otwór wentylacyjny ma mniejszą średnicę w zakresie od około 0,0012 cm do około 0,076 cm.

Korzystnym jest, że przewód odpływowy zawiera powiększoną komorę umieszczoną wewnątrz przedniej części kadłuba oraz środki wentylacyjne umieszczone w przewodzie doprowadzającym 22 zawierają otwór wentylacyjny położony w obszarze powiększonej komory.

Korzystnym jest, że środki wentylacyjne zawierają od 2 do 8 podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych w przewodzie doprowadzającym, przy czym podłużnie rozstawione otwory wentylacyjne są umieszczone w oddaleniu od powiększonej komory i w pobliżu wlotu do przewodu odpływowego, a średnica każdego z podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych jest mniejsza od średnicy otworu wentylacyjnego umieszczonego w obszarze powiększonej komory.

Korzystnym jest, że średnica otworu wentylacyjnego umieszczonego w obszarze powiększonej komory jest w zakresie od około 0,038 cm do około 0,071 cm. a średnice podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych wynoszą od około 0,01 cm do około 0,036 cm.

Korzystnym jest, że przewód odpływowy zawiera powiększoną komorę umieszczoną wewnątrz przedniej części kadłuba i środki wentylacyjne obejmują od około 2 do około 8 podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych w przewodzie doprowadzającym, przy czym otwory wentylacyjne są umieszczone w oddaleniu od powiększonej komory i w pobliżu strefy zamrażania.

Korzystnym jest, że posiada otwór wentylacyjny w przewodzie doprowadzającym w obszarze powiększonej komory, przy czym otwór ma średnicę od około 1,5 do 2,5 raza większą niz średnica podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych.

Częściową podstawą przedmiotów wynalazku jest przyrząd kriochirurgiczny posiadający wydrążoną końcówkę sondy, która z kolei zaopatrzonajest w zamknięty czubek, który wytwarza strefę zamrożenia w celu zamrazania żywych tkanek. Przyrząd ten zawiera: pierwszy otwór wlotowy do odbierania ciekłego kriogenu będącego czynnikiem chłodzącym oraz pierwszy otwór wylotowy służący do usuwania środka chłodzącego; przewód doprowadzający środek chłodzący służący do przenoszenia płynnego kriogenicznego środka chłodzącego od pierwszego otworu wlotowego do końcówki sondy; przewód odpływowy gazów wylotowych służący do

170 963 przenoszenia środka chłodzącego od strefy zamrażania do pierwszego otworu wylotowego. Przewód doprowadzający oraz przewód odpływowy wylotowego rozmieszczone są koncentrycznie jako przewody wewnętrzny i zewnętrzny, przy czym przewód doprowadzający stanowi przewód wewnętrzny i sięga do strefy zamrażania dalej niz przewód odpływowy Przewód doprowadzający zwiera środki do wentylacji obecnych w tym przewodzie gazów do przewodu odpływowego, w sposób, który uniemożliwia jednak swobodny wypływ ciekłego środka chłodzącego z przewodu doprowadzającego.

Na przyrząd składa się również komora termoizolacyjna, otaczająca koncentrycznie przewód doprowadzający i odpływowy i sięgająca do strefy zamrazania. Aby zapewnić szybkie tempo przepływu środka chłodzącego przez przewód doprowadzający, środki wentylacyjne umożliwiają wentylację gazu powstałego bądź obecnego w przewodzie doprowadzającym do korytarza wylotowego. Inną funkcją środków wentylacyjnych jest zmniejszenie zasięgu przeciwprądowej wymiany ciepła pomiędzy dostarczonym LN 2 i czynnikiem chłodzącym płynącym w kierunku powrotnym poprzez umożliwienie upustu płynnego czynnika chłodniczego do przewodu odpływowego. Ulega w ten sposób zmniejszeniu różnica temperatur pomiędzy przewodem doprowadzającym a otaczającym, go przewodem odpływowym. W rezultacie obniżenia temperatury środka chłodzącego następuje pełne bądź przynajmniej częściowe skroplenie oraz redukcja objętościowa pary, która utworzyła się w przewodzie odpływowym, co stanowi kolejny środek zapobiegający blokadzie parowej przepływu wylotowego. Kolejnym efektem zgodnie z pożądanym sposobem eksploatacji sondy kriochirurgicznej - jest to, że w rejonie zamkniętej końcówki sondy i strefy zamrażania, jak również w przewodzie odpływowym mamy do czynienia z takim stopniem schłodzenia środka chłodzącego, że w sąsiedztwie wewnętrznej ścianki końcówki sondy środek chłodzący ulega zasadniczo jedynie wrzeniu pęcherzykowemu. Zatem, zasadniczo cały przekaz cieplny pomiędzy przedmiotem podlegającym chłodzeniu (zamrażaniu) (np. tkanką, nowotworem itd ) a ciekłym kriogenicznym środkiem chłodzącym, odbywa się za pośrednictwem wrzenia pęcherzykowego, a nie wrzenia błonowego czy przez konwekcyjne przejmowanie ciepła.

Szczególnie w przypadku sond o mniejszych średnicach poniżej 6 mm. a zwłaszcza poniżej 4 mm - zalecana konstrukcja urządzenia sondy kriochirurgicznej zawierać może odstępnik umieszczony wzdłuż, ścianki wewnętrznej końcówki sondy od komory termoizolacyjnej, aż poza najdalszy punkt zasięgu środków wentylacyjnych. Taki odstępnik zmniejsza obszar powierzchni końcówki objęty przekazem ciepła do płynu kriogenicznego, co ogranicza zachodzące wrzenie i w ten sposób przyczynia się do dalszego zwiększenia całkowitej skuteczności mierzonej, przykładowo, według rozmiaru, kształtu i tempa tworzenia kulki lodowej w przedmiocie podlegającym chłodzeniu.

Zaleca się powiększenie przewodu odpływowego przy dolnym końcu sondy (odpowiadającego części przyrządy przeznaczonej do trzymania, przeciwległego w stosunku do strefy zamrażania u czubka zamkniętej końcówki sondy) w celu ułatwienia przepływu wydalonego środka chłodzącego. Dla przewodu doprowadzającego zalecanym umiejscowieniem skrajnego otworu wentylacyjnego jest miejsce, w którym przewód doprowadzający otoczony jest przez wspomniane powiększenie przewodu odpływowego;przy czym dalsze otwory wentylacyjne powinny rozciągać się w kierunku końca wylotowego przewodu doprowadzającego znajdującego się w pobliżu zamkniętej końcówki sondy, zaleca się by środki wentylacyjne w przewodzie doprowadzającym składały się z dużej liczby otworów wentylacyjnych rozmieszczonych, począwszy od pierwszego otworu wentylacyjnego znajdującego się w rejonie powiększenia, podłużnie zgodnie z kierunkiem dopływu płynu kriogenicznego. Te dalsze otwory mogą i powinny posiadać średnicę mniejszą niż wspomniany pierwszy otwór wentylacyjny, przy czym otwór położony najdalej w kierunku dopływowym powinien znajdować się w pewnym odstępie od końca wylotowego przewodu dopływowego oraz w rejonie otoczonym przez komorę termoizolacyjną.

W zalecanym zastosowaniu wynalazku przewód doprowadzający będzie miał kształt rurki posiadającej rejon górny (w skład którego wejdzie przynajmniej strefa zamrażania) oraz rejon dolny (odpowiadający co najmniej części przyrządu spełniającej rolę uchwytu). Rejon dolny posiadać będzie większą średnicę niz rejon górny, co przyniesie dalsze ułatwienie szybkiego i

170 963 pozbawionego przeszkód przepływu środka chłodzącego do strefy zamrażania oraz pozwoli na zastosowanie mniejszej średnicy zewnętrznej tej części sondy, która jest faktycznie uż.ywana przy zabiegu chirurgicznym (np. trzonu i końcówki sondy).

W innym zastosowaniu wynalazku przewód odpływowy posiada w podobny sposób rejon górny (obejmujący przynajmniej strefę zamrażania, przy czym zalecane jest również włączenie trzonu sondy); pierwszy rejon dolny na ogół zlokalizowany w uchwycie sondy i posiadający większą średnicę niż rejon górny; drugi rejon dolny, znajdujący się przy otworze wylotowym, tworzący powiększoną komorę o większej średnicy zewnętrznej niż pierwszy rejon dolny. W zalecanej konstrukcji sondy, górna część przewodu odpływowego obejmuje element blokujący zapobiegając zetknięciu się ścianki przewodu odpływowego oraz zewnętrznej obudowy sondy, co ogranicza tworzenie kryształów lodu w rejonie górnym.

W zalecanej konstrukcji, komora termoizolacyjna stanowi zamkniętą komorę próżniową , w której znajduje się duża ilość cząstek pochłaniających bądź adsorbujących substancje gazowe, które mogą przylegać do wewnętrznej powierzchni komory. Cząstki takie przyczyniają się do dalszej redukcji i utrzymania próżni niskiej.

Sonda kriogeniczna według wynalazku ma wysoki stopień skuteczności w chirurgicznym leczeniu rozmaitych zaburzeń, zwłaszcza w odniesieniu do usuwania nowotworów.

Opisane konstrukcje sondy zdolne są do wytwarzania kuli lodowej osiągającej średnią 44 mm w ciągu 20 minut pracy. Ponadto na potrzeby sondy kriogenicznej o tych samych wymiarach przewodu doprowadzającego i odprowadzającego środek kriogeniczny, ale z 6-milimetrową średnicą trzonu sondy, uzyskać można kulę lodową o wielkości dochodzącej do 70 lub 75 mm (około 3 cal). W obecnie stosowanych kriosondach w celu uzyskania porównywalnie dużej kuli lodowej konieczne jest używanie sond z trzonem o średnicy co najmniej 9 mm. Długość kuli lodowej zmienia się w zależności od długości czubka sondy. Jest rzeczą zrozumiałą, że omawiana kula lodowa powstaje przy włożeniu czubka kriosondy do wody, a nie do żyjącej tkanki lub nowotworu. Niemniej wielkość kuli lodowej wytworzonej w wodzie wskazuje na stopień ochłodzenia osiągany, gdy ten sam czubek sondy w czasie operacji chirurgicznej używany jest w tych samych warunkach (temperatura środka kriogenicznego, natężenie przepływu i ciśnienie) do niszczenia żyjącej tkanki.

Od października 1991 roku prototyp systemu używającego kriosondy w zasadzie takiej samej, jak ta, która została przedstawiona na fig. 9, stosowany był przy leczeniu ponad stu przypadków raka gruczołu krokowego, 26 przypadków raka wątroby, pięciu przypadków raka płuca, dwóch przypadków raka mózgu i jednego przypadku raka oka.

Omawiany przyrząd z końcówką przez którą przepływał przechłodzony ciekły azot, zamroził nowotwór do temperatury -300°F (-184,4°C) w ciągu ok. 15 minut. Po zakończeniu operacji przyrząd został usunięty, a organizm pacjenta z czasem zaabsorbował martwą tkankę. W celu niszczenia guzów dużych lub licznych chirurdzy stosowali aż pięć osobnych sond.

Jedna z głównych korzyści sondy kriogenowej według wynalazku wynika z bardziej wydajnego wykorzystania kriogenicznego czynnika chłodzącego oraz z bardzo znacznie zmniej szonego czasu osiągania temperatury roboczej. W związku z tym, w przypadku zastosowania któregokolwiek z systemów zamrażania, można znacznie zredukować pojemność zasobnikowego naczynia Dewara dla LN 2, co czyni cały system bardziej zwartym i tańszym.

Ważną korzyścią wynikającą z bardzo niskich temperatur końcówki sondy, które umożliwiło użycie dochłodzonego LN 2 jako czynnika chłodzącego sondę, jest możliwość zmniejszania średnicy końcówki sondy, przy jednoczesnym utrzymaniu na wysokim poziomie zdolności zamrażania. Przykładowo, według niniejszego wynalazku, końcówki sondy o tak niewielkiej średnicy jak około 1,5-3 mm można skutecznie stosować do zamrażania powierzchni tkankowej znacznie większej niż w przypadku standardowych sond kriogenicznych o takiej samej bądź większej średnicy. Rzecz jasna, istnieje również możliwość używania większych końcówek, np. do około 10 mm. Na ogół jednak z przyczyn praktycznych minimalna wielkość średnicy zewnętrznej końcówek sondy wynosi około 2,5 mm, a dla większości zastosowań - 3 mm. Zazwyczaj nie ma potrzeby używania końcówek o średnicach większych niż około 10 mm dla osiągnięcia wymaganego stopnia i zasięgu zamrażania, nawet w przypadku dużych nowotworów. W związku z tym nie będzie się stosować końcówek o dużych średnicach.

170 963

Ponadto, kolejna, wyraźna korzyść sondy kriogenicznej według wynalazku wiąże się z wysoce skutecznym zastosowaniem końcówek o małych średnicach, jak np. 3 mm. Chirurg może użyć jednocześnie szeregu sond - np. trzy-, cztero-, bądź pięciomilimetrowych - umieszczając je w newralgicznych punktach wadliwego organu czy nowotworu, dla uzyskania maksymalnej skuteczności zamrażania całego organu bądź nowotworu.

Zaletą projektu sondy kriogenicznej według omawianego wynalazku jest także to, że średnica przewodu doprowadzającego i przewodu odpływowego w części oddalonej od czubka sondy, tj. od trzonu sondy, jest większa od średnicy tych samych przewodów w części zbliżonej do czubka sondy. Poszerzenie przewodu odpływowego i przewodu doprowadzającego LN? zmniejsza opór przepływowy środka chłodniczego i powracających gazów. Rurki o zmniejszonej średnicy używane są w tylko krańcowej części przyrządu, potrzebnej w rzeczywistości do wykonywania operacji, tj. w czubku sondy i w części nieco oddalonej od czubka, stanowiącej kontynuację trzonu sondy.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonaniajest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój boczny jednego przykładu wykonania sondy kriogenicznej według wynalazku, fig. 2 przedstawia przekrój boczny innego wariantu konstrukcyjnego części końcówki sondy kriogenicznej, w tym ruchomej komory próżniowej oraz nastawnej strefy zamrazania, fig. 3 i 6 ukazują boczne rzuty pionowe wariantów konstrukcyjnych wentylowanego przewodu doprowadzającego według wynalazku, fig. 4. 5 i 7 przedstawiają przekroje bocznych rzutów pionowych innych wariantów konstrukcji wentylowanego przewodu doprowadzającego według wynalazku, fig. 8a i 8b ukazują końcowy i częściowy boczny rzut pionowy jeszcze innego zastosowania wentylowanego przewodu doprowadzającego według wynalazku, fig. 9 przedstawia schematyczny boczny rzut pionowy zmodyfikowanej konstrukcji sondy kriogenicznej według wynalazku, fig. 10 przedstawia schematyczny boczny rzut pionowy części systemu dochładzania do zastosowania z omawianym wynalazkiem.

Poniżej przedstawiono opis konstrukcji sondy kriogenicznej odnoszący się do fig. 1. Przyrząd ten oznaczony jest jako całość numerem I, a łącze doprowadzające LN 2 oznaczone jest jako całość numerem II.

Obudowa zewnętrzna 10 sondy I składa się z przedniej części kadłuba 11, połączonej płynoszczelnie, tj. zespawanej za pośrednictwem podkładki ze stali nierdzewnej z częścią pośrednią 12, która z kolei jest płynoszczelnie zespawana za pośrednictwem podkładki ze stali nierdzewnej 63 z trzonem 13 sondy I. Trzon 13 składa się ze strefy zamrażania 15, znajdującej się przed komorą izolacyjną 30 konstrukcji przedstawionej na fig. 1. Strefa zamrażania 15 ma z góry ustaloną długość, przy czym ścianka końcowa 31 komory izolacyjnej 30 jest szczelnie przyspawana do ścianki wewnętrznej trzonu 13. Ścianka końcowa 31 może być uformowana jako kołnierz lub rozszerzenie w górnej części 34 przewodu odpływowego 24 lub jako osobna podkładka z nierdzewnej stali. Jednakże, jak ilustruje fig. 2, w ramach wynalazku możliwe jest zastosowanie ruchomej komory izolacyjnej 301 w celu dostosowywania długości L strefy zamrażania 15. Na przykład, mimo, że w konstrukcji na fig. 1 użyte są tylko trzy koncentryczne rurki stanowiące komorę izolacyjną 30, przewód doprowadzający LN 2 i przewód odpływowy LN2, możliwe jest też zastosowanie czwartej koncentrycznej rurki 340, która umieszczona byłaby w styku ślizgowym z obudową zewnętrzną 100, która - wraz z pośrednią rurką koncentryczną 341 stanowiącą zewnętrzną ściankę kanału odprowadzającego czynnik chłodniczy 240, do której szczelnie przyspawany jest koniec 342 czwartej rurki 340 tworzy termiczno-próżniową komorę izolacyjną 301. W takim przypadku, przesuwając obudowę 100 względem końca komory izolacyjnej 301 i tworząc płynoszczelne uszczelnienie pomiędzy obudową 100 a komorą izolacyjną 301 można zwiększyć lub zmniejszyć długość L strefy zamrażania 15 w zalezności od np. rozmiaru i głębokości leczonego guza litego, płynoszczelność może zostać stworzona na przykład przez ściśnięcie i sfałdowanie obudowy w pobliżu zakończenia komory izolacyjnej 301 lub za pomocą odpowiedniego szczeliwa niskotemperaturowego umieszczonego pomiędzy obudową zewnętrzną 100 a przylegającą ścianką komory izolacyjnej 301.

Niezależnie od tego czy długość strefy zamrażaniajest stała jak na fig. 1 czy zmienna jak na fig. 2, możliwe jest zaprojektowanie kriosond ze strefami zamrażania 15 o różnych długościach, na przykład od ok. 1/2 do 1 centymetra (lub ok. 1/4 do 1/2 cala) do ok. 6 lub 7

170 963 centymetrów (ok. 2 do 3 cali). W niektórych przypadkach jeszcze krótsze lub jeszcze dłuzsze strefy zamrażania 15 mogą okazać się użyteczne.

Przewód doprowadzający 22 stanowiący korytarz odprowadzający LN 2 składa się z dolnej Części 25 o szerokiej średnicy i górnej części 28 o zmniejszonej średnicy zespawanych ze sobą za pośrednictwem podkładki 26, która pokazana jest w pobliżu dalszego końca pośredniej części 12. Górna część 28 ciągnie się przez prawie całą długość trzonu 13 wychodząc poza ściankę końcową 31 komory izolacyjnej 30, przy czym komora izolacyjna 30 sięga do tego samego miejsca, w którym znajduje się wlot przewodu odpływowego 24. Wylot 23 przewodu doprowadzającego 22, jak opisano na fig. 2, może być zaopatrzony w szczeliny ułatwiające przepływ LN 2 w kierunku zamkniętego czubka 20 sondy i strefy zamarzania 15.

Kanał lub przewód odpływowy 24 służący do odprowadzania zużytego LN2 ze strefy zamrażania 15 stanowi przestrzeń pomiędzy, z jednej strony, zewnętrzną powierzchnią części 28 i 25 przewodu doprowadzającego 22, a z drugiej strony wewnętrzną powierzchnią rurki stanowiącej górną część 34 przewodu odpływowego 24 o mniejszej średnicy, następnie rurki stanowiącej dolną część 32 przewodu odpływowego o większej średnicy i w końcu powiększonej komory 17 na otwartym końcu sondy. Części 32 i 34 są koncentryczne w stosunku do części 25 i 28 przewodu doprowadzającego 22 1 wraz z wewnętrzną powierzchnią rurek stanowiących obudowę zewnętrzną 10 sondy I oraz wraz ze ścianką końcową 18, częścią ścianki 14 i ścianką tylną 19 (która ogranicza komorę 17) stanowią granice próżniowej komory izolacyjnej 30. Ścianka końcowa 18 1 ścianka tylna 19 też mogą być podkładkami z nierdzewnej stali, podczas gdy część ścianki 14 może być nagwintowaną tuleją zaprojektowaną tak, aby szczelnie pasowała do też nagwintowanego łącza doprowadzającego LN 2II. Cząstki absorbcyjne 37 w stanie stałym , jak np, proszek zeolitowy, przyczepione są do wewnętrznej powierzchni ścian komory izolacyjnej 30 w przedniej części kadłuba 11 i części pośredniej 12 w celu przyczynienia się do redukcji ilości gazu w komorze izolacyjnej 30. Ponadto pokazane jest, że wokół zewnętrznej powierzchni górnej części 34 przewodu odpływowego 24 owinięta jest teflonowa taśma izolacyjna 38. Taśma izolacyjna 38 zapobiega bezpośredniemu stykowi pomiędzy górną częścią 34 i koncentrycznym trzonem 13 sondy I, a zatem przeciwdziała tworzeniu się kryształów lodu na zewnętrznej powierzchni trzonu 13 podczas użytku. Ochronna taśma izolacyjna 38, pokazana jedynie na końcu górnej części 34, może być zastosowana praktycznie na całej długości górnej części 34.

Jak przedstawiono, przewód doprowadzający 22 ma pięć otworów wentylacyjnych, włącznie z tylnym, skrajnym otworem wentylacyjnym 29, otworami wentylacyjnymi 29a i 29b w części pośredniej 12 i przednimi otworami wentylacyjnymi 29c i 29d. Otwór wentylacyjny 29 ma większą średnicę niz otwory 29a-d. Gdy przewód doprowadzający 22 wsunięty jest całkowicie do sondy, jak pokazano na fig. 1, otwór wentylacyjny 29 znajduje się w powiększonej komorze 17. Można stosować więcej lub mniej otworów wentylacyjnych; otwory te mogą też znajdować się w innych miejscach. Na przykład, podczas gdy wszystkie otwory na ilustracji ułożone są na linii prostej będącej równocześnie osią wzdłuzną sondy I, otwory mogą być ułożone spiralnie wokół obwodu przewodu doprowadzającego 22 tak, jak pokazano na fig. 3. Zazwyczaj otwory powinny znajdować się tylko po jednej stronie danego obwodu przewodu doprowadzającego 22 jednakże otwory mogą być wiercone przez obie ściany w tym samym miejscu przewodu doprowadzającego 22. Zamiast otworów wierconych prostopadle do powierzchni przewodu doprowadzającego 22, jak na fig. 1, 2 1 3, otwory.wentylacyjne 270a, 270b, 270c, 270d mogą być wiercone pod kątem, jak pokazano na fig. 4. W ramach omawianego wynalazku mieści się także możliwość tworzenia otworów wentylacyjnych 280a, 280b, 280c zakrytych lub dyszowych, jak pokazano na fig. 5. Osłony 280 są utworzone przez części 281 przewodu doprowadzającego 22 zachodzącą na otwory 280a-c na przedniej krawędzi tych otworów 280a-c. Fig. 6 pokazuje konstrukcję wynalazku, w której zamiast okrągłych otworów wentylacja odbywa się poprzez podłużne szczelinowe otwory wentylacyjne 290, 292. Podłużne otwory mogą być proste jak szczelina oznaczona numerem 290 lub spiralne jak szczelina 292.

Zgodnie z jeszcze inną konstrukcją otwory wentylacyjne mogą mieć postać porów w rurce z porowatego spieku metalowego 300, co zostało przedstawione schematycznie na fig.,7.

170 963

W konstrukcji przedstawionej na fig, 8a i 8b wentylowany przewód doprowadzający 22 składa się z wiązki wielu rurek napływowych o różnych długościach, których wyloty rozłożone są w różnych miejscach wzdłuż długości sondy I.

W praktyce sonda I może zostać zmontowana poprzez dostarczenie trzonu 13 w postaci otwartej rurki umożliwiającej dostęp do ścianki końcowej 31 górnej części 34, która to ścianka końcowa 31 przyspawana jest do wewnętrznej powierzchni trzonu 13 sondy I po opróżnieniu komory izolacyjnej 30. Alternatywą jest opróżnienie komory izolacyjnej 30 poprzez ściankę końcową 18 lub też w jakimkolwiek innym miejscu przy użyciu technik, które są już dobrze znane w tej dziedzinie technologu. Na przykład w konstrukcji ilustrowanej na fig 9, stosuje się miedziane rurki 60 umieszczone blisko dolnego końca przedniej części kadłuba 11. Przepływ pomiędzy tymi rurkami a komorą izolacyjną 30 zapewniony jest dzięki szczelinie 66. Rurka 60 służy jako otwór przelotowy do opróżniania komory izolacyjnej 30. Po wytworzeniu w komorze izolacyjnej 30 odpowiednio niskiego ciśnienia rurka 60 jest szczelnie zatykana przy użyciu zatyczki lub poprzez zaciśnięcie samej rurki 60 lub przy zastosowaniu obu technik albo też przy użyciu jakiejkolwiek innej stosowanej techniki. Rurka 60 może też znajdować się w ściance końcowej 90, podobnie jak rurka 50. Zanim nastąpi opróżnienie komory izolacyjnej 30, koniec przewodu odpływowego, płynoszczelnie przyspawany do rurki stanowiącej trzon 13 sondy I i zamknięty czubek 20 jest przyspawany do rurki stanowiącej trzon 13, a spaw jest odpowiednio wyszlifowany w celu uzyskania gładkiej powierzchni zewnętrznej. Należy zaznaczyć, że w opisanym powyżej rozwiązaniu alternatywnym z fig. 2, w którym stosuje się cztery koncentryczne rurki i w którym komora izolacyjna 30 znajduje się w styku ślizgowym z rurką stanowiącą trzon sondy, końcówka komory izolacyjna 30 nie będzie zespawana z wewnętrzną powierzchnią trzonu sondy, jak to ma miejsce w rozwiązaniu ilustrowanym na fig, 1 i 9.

W odniesieniu do fig. 1, łącze 40 doprowadzające ciekły azot II pokazane jest jako przedmiot o kształcie cylindrycznym wykonane z materiału o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, odznaczającego się niskim tarciem i zdolnością izolowania przy niskich temperaturach, czyli z materiału takiego jak teflon. Część 41 o szerszej średnicy może mieć średnicę nieco większą niż średnica poprzedniej części kadłuba 11. Część 43 o mniejszej średnicy składa się m.in. z gwintów wypukłych, które wkręcają się i szczelnie pasują do gwintów wklęsłych 16 w części ścianki 14. Dodatkowe środki uszczelniające, jak np. pierścień samouszczelniający o przekroju okrągłym (nie pokazany na ilustracji), mogą być stosowane w celu zapewnienia płynoszczelności połączenia pomiędzy łączem II a sondą I.

Łącze 40 zazwyczaj posiada przewiercone otwory cylindryczne. Otwór 44 znajduje się na wzdłużnej osi sondy i jego średnica jest mniej więcej równa lub nieco większa od zewnętrznej średnicy dolnej części 25 przewodu doprowadzającego 22 w celu uzyskania płynoszczelnego połączenia z dolną częścią 25 przewodu doprowadzającego 22. Jak pokazano na fig. 1, wlot 2ł przewodu doprowadzającego 22 wychodzi poza łącze podające w celu umożliwienia połączenia z przewodem podającym LN 2 (nie pokazanym na ilustracji), a końcówka wylotu 23 wysunięta jest aż do strefy zamrażania 15 i dochodzi w pobliże, lecz nie dotyka, czubka 20. Kadłub łącza 40 składa się także z cienkiej części pierścieniowej 48, która stanowi także granicę komory 17. Drugi cylindryczny otwór 45 wywiercony jest równolegle do otworu 44, lecz w oddaleniu od osi. Stalowa rurka 50 dopasowana jest szczelnie do otworu 45; w połączeniu z komorą 17 i przewodem odpływowym 24 stanowi ona część korytarza odprowadzającego zużyty środek chłodniczy. Rurka 50 będzie połączona z odpowiednim przewodem w celu odprowadzania zużytego środka chłodniczego do zbiornika lub do atmosfery. Odpowiednie łącza i przewody służą do połączenia rurki 50, przewodu doprowadzającego 22 i styków termoelektrycznych jak pokazano np. w wyżej wymienionym rozwiązaniu Rubinsky’ego i m. Trzeci przewiercony otwór 46 łączy się z wtykiem termoelektrycznym 52, który wraz z drugim wtykiem termoelektrycznym (nie przedstawionym na ilustracji) znajdującym się np. przy wylocie 23 przewodu doprowadzającego 22 lub też w ściance trzonu 13 sondy I w części strefy zamrazania 15 pomaga w kontrolowaniu temperatury czubka 20 sondy I.

Sonda I przygotowana została tak, jak to przedstawiono na fig. 1. Do wykonania przedniej części kadłuba 11 obudowy zewnętrznej 10 użyto rurki ze stali nierdzewnej o standardowych ściankach, średnicy zewnętrznej 1 cala (25,4 mm) i długości 3,25 cala (88,55 mm); do wykonania

170 963 części pośredniej 12 użyto rurkę ze stali nierdzewnej o standardowych ściankach, średnicy zewnętrznej 1/3 cala (15,9 mm) i długości 2.25 cala (57,2 mm): a do wykonania trzonu 13 użyto rurkę ze stali nierdzewnej o cienkich ściankach, średnicy zewnętrznej 3 mm i długości 7,25 cala (184 m.m.). Dolna część 32 przewodu odpływowego 24 wykonana jest z cienkościankowej stalowej rurki 10TW średnica zewnętrzna 0,187 cala (4,75 mm), a górna część 34 o małej średnicy została wykonana z rurki ze stali nierdzewnej o średnicy zewnętrznej 0,082 cala (2,08 mm) i grubości ścianki 0,0008 cala (0,2 mm). Przewód doprowadzający 22 składa się z szerokośrednicowej dolnej części 25 wykonanej z rurki ze stali nierdzewnej 12TW (średnica zewnętrzna = 0.108 - 0,110 cala tj. 2,74 - 2.79 mm. grubość ścianki = 0,0008 cala tj 0,2 mm) i wąskośrednicowej górnej części 28 wykonanej z rurki ze stali nierdzewnej 19XTW (średnica zewnętrzna = 0.0415 - 0,0425 cala tj. 1,054 - 1,08 mm, grubość ścianki = 0,0035 cala tj. 0,089 mm). Otwór wentylacyjny 29 znajdujący się w próżniowej powiększonej komorze 17 wywiercony jest za pomocą jednowłóknowego wiertła drutowego w celu uzyskania średnicy 0,020 cala (0,508 mm). Otwory 29a-d wywiercone są do średnicy 0,010 cala (0,254 mm). Komora 17 wykonana jest z 1/2 calowej gwintowanej (NPT) nasadki. Komora izolacyjna 30 opróżniona jest do podciśnienia 10’⁷ mmHg przy wspomaganiu cząstkami zcolitowymi. Wokół górnej części 34 owinięta jest taśma teflonowa.

Przy użyciu pisanej powyżej konstrukcji oraz wykorzystując ciekły azot dochłodzony do temperatury około -200°C i podawany do wlotu przewodu doprowadzającego 22 pod ciśnieniem 40 do 60 psi (funtów na cal kwadratowy) tj. 276 kPa do 414 kPa przy natężeniu przepływu 0,25 litrów na minutę, temperatura w końcówce sondy I może zostać obniżona do poziomu ok. -200°C, a następnie utrzymana na tym poziomie. Ponadto, temperaturę -206°C można uzyskać w ciągu jedynie 30 sekund. Dla porównania powszechnie używane kriosondy o średnicy 3 do 4 mm, lecz bez otworów wentylacyjnych, nie mogą nawet osiągnąć temperatury -196°C.

Figura 9 ilustruje zmodyfikowane zastosowanie wentylowanej sondy kriogenicznej I skonstruowanej zgodnie z omawianym wynalazkiem. Jak okazano na fig. 9 dolna część 32 przewodu odpływowego 24 o większej średnicy wychodzi dalej poza dolną część 25 o powiększonej średnicy, a elementy wsuwające 35 i 36 pomagają w wypośrodkowaniu górnej części 28 przewodu odprowadzającego 22 o mniejszej średnicy wewnątrz górnej części 34 o mniejszej średnicy i w ograniczeniu prawdopodobieństwa styku pomiędzy ściankami przewodu doprowadzającego 22 i przewodu odpływowego 24 w czasie gdy przyrząd wsuwany jest w ciało pacjenta.

Na fig. 9 pusta komora 17 wykonanajest z elementu nasadkowego 70. W jej skład wchodzi cylindryczna ścianka boczna 72 i ścianka denna 74. W skład ścianki dennej 74 wchodzi otwór środkowy 76, którego średnica powinna być równa lub nieco mniejsza od średnicy dolnej części 32 tak, ażeby otwór środkowy 76 pasował szczelnie do części 32. Końcowy element ścianki sondy I, nazywany też osłoną 80 przymocowany jest do części pośredniej 12 kadłuba sondy I i do krawędzi szczytowej ścianki bocznej 72, na przykład za pomocą spawania. W skład osłony 80 wchodzi otwór środkowy 82 dopasowany płynoszczelnie do teflonowego łącza 86, do którego podłączona jest wypustowa końcówka części 25 przewodu doprowadzającego 22 i zewnętrzny przewód (nie pokazany na ilustracji) podający środek chłodzący LN 2 do przyrządu. Drugi otwór 84 w osłonie 80 łączy się płynoszczelnie z jednym z końców teflonowego łącza 88, przy czym drugi koniec łącza 88 połączony jest z przewodem zewnętrznym (nie pokazanym na ilustracji) odprowadzającym zużyty środek z przyrządu.

Jak zostało to opisane powyżej, do opróżnienia komory izolacyjnej 30 służy miedziana rurka 60, która po użyciu jest szczelnie zamykana metodą zaciskania jej ścianek przy przedniej części kadłuba 11, co zostało schematycznie przedstawione liniami przerywanymi.

W omawianej konstrukcji, otwór wentylacyjny 29 położony najdalej w tyle przyrządu w komorze 17, może mieć średnicę ok. 0,025 cala, a siedem mniejszych otworów wentylacyjnych 29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f i 29g zaznaczonych jest w mniej więcej równych odstępach wzdłuż części 25 i 28 przewodu doprowadzającego 22. Na przykład w kriosondzie z przewodem doprowadzającym o długości 14 cali (35,56 cm) i trzonem 13 o długości od 6 do 7 cali (15,24 do 17,78 cm) mniejsze otwory mogą mieć średnicę ok. 0,010 - 0,014 cala (0,254 - 0,356 mm) 1 mogą być rozstawione w odstępach ok. 1,5 calowych (3,81 cm).

170 963

Figura 10 ilustruje schemat systemu dochładzającego stosującego dwa naczynia Dewara, ustawione jedno nad drugim, z których każde ma pojemność 80 litrów. W skład górnego naczynia Dewara 90 wchodzi komora płuczkowa 92, natomiast dolne naczynie Dewara 110 jest naczyniem zasilającym i odbierającym służącym do przyjmowania sprężonego LN2, kJ^ć^r^y zasila system, a także do odbierania zużytego czynnika chłodzącego (zazwyczaj w formie mieszanki płynno-gazowej).

LN 2 w komorze głównej 94 górnego naczynia Dewara 90 płynie do dolnego naczynia Dewara 110 poprzez przewód spustowy 105 Opary gazu azotowego wytworzone w komorze 115 dolnego naczynia Dewara 110 przechodzą do komory głównej 94 górnego naczynia Dewara przez przewód wylotowy 96. Komora płuczkowa 92 działa w zasadzie tak, jak zostało to opisane w wyżej wymienionym zastosowaniu Rubinsky’ego i in., którego ogłoszenie włączone jest do mniejszego dokumentu poprzez powołanie.

Ilość LN2 opisanego w komorze 115 można zmierzyć czujnikiem LN 2 120, a ciśnienie można dostosować zaworem bezpieczeństwa 125 zaprojektowanym tak, aby utrzymywać ciśnienie nie większe niż np. 80 psi (552 kPa).

Górne naczynie Dewara 90 pokazane jest z pięcioma przewodami 91 zasilającymi sondę w LN 2; przewody 91 dochodzą do dna naczynia 93 komory płuczkowej 92. Blok grzejny 95 może zostać zastosowany do ogrzewania LN 2 płynącego do sond. na przykład, po zakończeniu cyklu zamrażania w celu umożliwienia usunięcia sondy z zamrożonej tkanki.

Sonda kriogeniczna I według wynalazku może posiadać tę samą konstrukcję i zawierać w całości bądź częściowo cechy ujawnione w wyżej wymienionym zgłoszeniu patentowym USA Nr 07/588.329 B. Rubinsky’ego i innych. Ujawnienie wynalazku zawarte w powyższym zgłoszeniu podlega inkorporacji w niniejszym dokumencie przez odesłanie. Sonda kriogeniczna I jest chłodzona przy pomocy płynnego środka chłodzącego, takiego jak ciekły azot; jednakże omawiana sonda I może być również chłodzona innymi płynnymi czynnikami chłodzącymi, które zdolne są do wytwarzania temperatur poniżej punktu zamrażania, w szczególności poniżej -60°C. Przykładami takich płynów kriogennych są freon 14, freon 22, freon 13, skroplone powietrze oraz węglowodory występujące normalnie w postaci gazowej.

W powyższym opisie za kriogeniczny czynnik chłodzący przyjmuje się ciekły azot (LN2), jednakże przyjmuje się, że podobne rozważania jak i uzyskane korzyści odnoszą się do zastosowania innych płynów kriogenicznych charakteryzujących się wyższą bądź niższą temperaturą wrzenia. Zatem, w zależności od zasięgu 1 tempa zamrażania, których wymaga dany zabieg chirurgiczny, przy korzystaniu z sondy kriogenicznej i zgodnie z wynalazkiem można stosować LN 2 bądź też inny kriogeniczny czynnik chłodzący.

Dla osiągnięcia pełnych korzyści wynikających z stosowania chirurgicznej sondy kriogenicznej I według wynalazku, środek chłodzący w postaci ciekłego azotu poddany zostanie dochłodzeniu do temperatury poniżej normalnego punktu wrzenia (-195,8°C, 1 atm) i najczęściej powyżej normalnego punktu zamrażania (-210°C) Na ogół dochłodzony środek chłodzący będzie chłodzony w systemie zamrażania w temperaturze wahającej się od około -198°C do -210°C, przy czym najbardziej wskazana jest temperatura od około -200°C do -208°C, a w szczególności około -208°C. Zatem, dzięki utrzymywaniu odpowiedniego tempa przepływu oraz zapewnieniu wystarczającej izolacji termicznej, dochłodzony ciekły azot zostanie doprowadzony do zamkniętego czubka 20 końcówki sondy 1 przy temperaturze eksploatacji poniżej normalnego punktu wrzenia ciekłego azotu (LN 2), niższej niż -196°C, a w szczególności wynoszącej około -206°C. Ponadto, przy zgodnym z wynalazkiem zastosowaniu sondy kriogenicznej pojawia się możliwość obniżenia w krótkim czasie temperatury końcówki sondy kriogenicznej I do co najmniej -196°C, a w szczególności do -206°C. Zaleca się dokonanie obniżenia temperatury w ciągu 1 minuty, a w szczególności w ciągu 30 sekund od momentu rozpoczęcia dostawy dochłodzonego LN 2 z systemu zamrazania. Dostawa LN 2 może zachodzić przy stosunkowo niskim ciśnieniu, jak np. od 20 do 100 psi (138 do 690 kPa). Zaleca się ciśnienie od 40 do 90 psi (276 do 621 kPa); przykładowo, od 60 do 80 psi (414 do 552 kPa). Dla przykładu osiągnięto dobre wyniki przy ciśnieniu 70 psi (483 kPa).

Chociaż zaleca się użycie dochłodzonego LN 2 bądź też innego ciekłego kriogenu przy temperaturze poniżej normalnego punktu wrzenia (tj. przy ciśnieniu atmosferycznym), przyjmu14

170 963 je się, że przy wyższym ciśnieniu podwyższa się również punkt wrzenia. Zatem, dochłodzony kriogen w warunkach podwyższonego ciśnienia może posiadać temperaturę, która jest wyższa od normalnej temperatury wrzenia, a jednak w dalszym ciągu pozostaje w stanie ciekłym.

Również przy takich wyzszych temperaturach można stosować dochłodzony kriogen w sondzie kriogenicznej I według wynalazku.

System wytwarzania dochłodzącego kriogenu chłodzącego, który może być dogodnie umieszczony w przenośnym urządzeniu wielofunkcyjnym bądź na ruchomym wózku zasobmkowo dostawczym, został przedstawiony w wyżej wymienionym zgłoszeniu Nr 07/588.329, którego opis podlega inkorporacji w całości w niniejszym dokumencie przez odniesienie.

Wózek ruchomy może zawierać jedno bądź więcej naczyń zasobnikowych do ciekłego azotu, który ma zostać użyty jako płynny kriogen chłodzący w sondzie oraz jako czynnik chłodzący w systemie zamrażania.

Zgodnie z zalecanym zastosowaniem wynalazku, wspomniane naczynia zasobnikowe, np. naczynia Dewara, mogą być ustawione pionowo w stosunku do siebie jak również połączone za pośrednictwem szeregu zaworów w sposób, który umożliwi jednemu z nich funkcjonowanie jako naczynie zbierające azot ciekły odzyskany z sondy kriogenicznej podczas zabiegu chirurgicznego. Taki pionowy układ jest kolejną korzyścią wynikającą z omawianego wynalazku, ponieważ eliminuje potrzebę wysokiego ciśnienia do transportu 2ln2 ze zbiornika gromadzącego odzyskiwany azot do zbiornika dostawczego, jak miało to miejsce w wyżej wspomnianym zastosowaniu. W przedstawianym obecnie układzie, dla ułatwienia przekazu odzyskanego LN 2 ze zbiornika zbiorczego do zbiornika dostawczego wykorzystuje się przepływ grawitacyjny. Dzięki takiemu rozwiązaniu przy transporcie LN 2 można stosować niższe ciśnienie.

Przynajmniej jedno z ustawionych pionowo naczyń Dewara - zaleca się by było to naczynie górne 90 może zawierać komorę płuczkową 92 służącą do dochładzania ciekłego azotu do temperatury niższej niż normalny punkt wrzenia, przykładowo: do wysokości odpowiadającej dokładnie bądź w przybliżeniu punktowi potrójnemu, przy którym temperatura ciekłego i stałego azotu znajduje się w równowadze. Wówczas azot w obu postaciach tworzy gęstą mieszankę zwaną płuczką azotową [nitrogen slush], w której współistnieją ciekła i stała postać azotu. Górne naczynie Dewara 90 służące za naczynie dostawcze LN 2 mogłoby zawierać komorę płuczkową 92. Dolne naczynie 110 może wówczas funkcjonować jako naczynie ciśnieniowe napędzające cały system. Dolne naczynie 110 początkowo napełniane jest ciekłym azotem z dużego zbiornika dostawczego bądź z istniejącej linii dostawczej LN2, która może być do dyspozycji w szpitalu lub w sali operacyjnej. W ceiu ułatwienia wypełnienia dolnego naczynia 110 ciśnieniowego do roboczego poziomu ciśnienia, np. 60-80 psi (414-552 kPa), w świetle obecnej wiedzy technicznej zaleca się zainstalowanie u wlotu do naczynia dyfuzora, który będzie zapobiegać bądź minimalizować formowanie się strumienia gazowego LN 2. Takie rozwiązanie zapewnia bardziej zwarty system dochładzania ciekłego kriogenu, który ma zostać zastosowany w sondzie kriogenicznej I. Inne zespoły zamrażania używane do dochładzania ciekłego kriogenu - w szczególności ciekłego azotu - znane dzisiejszej technice, mogą być zastosowane w omawianym wynalazku, przykładowo; patenty USA nr 3.455.117; 4.620.952; 4.715.187; oraz 4.716.738, których ujawniony opis podlega inkorporacji w niniejszym dokumencie przez odesłanie.

Obudowa zewnętrzna 10 sondy I wykonana jest z tulei rurowych (wszystkie tuleje w sondzie kriogenicznej stanowią zazwyczaj 1 zgodnie z zaleceniami cylindryczny przekrój poprzeczny). Obudowa zewnętrzna 10 może składać się z jednego kawałka o stałej średnicy, tak jak to ma miejsce w wyżej wymienionym zgłoszeniu Rubinsky’ego i innych oraz w innych standardowych sondach kriogenicznych. Podobnie, przewód doprowadzający 22 oraz przewód odpływowy 24, które rozciągają się przez odcinki korpusu 11 i 12 i trzon 13 sondy I, można utworzyć z koncentrycznych rurek o stałym na całej ich długości średnicy.

Jednakże zgodnie z zalecanym zastosowaniem sondy kriogenicznej I stanowiącej przedmiot wynalazku, zewnętrzna obudowa trzonu 13 sondy I ma mniejszą średnicę niż zewnętrzna obudowa odcinków korpusu 11 i 12. Podobnie, koncentryczna rurka stanowiąca przewód doprowadzający 22 oraz rurka stanowiąca przewód odpływowy 24 posiadają większą średnicę w odcinku korpusowym 11 i 12 niż w odcinku trzonowym 13. Odpowiednio, odcinki o większej

170 963 średnicy stanowią mniejszą przeszkodę dla swobodnego przepływu ciekłego kriogenu począwszy od naczynia dostawczego i przewodów łącznikowych, poprzez przewód dostawczy kriogenu, az po część o zmniejszonej średnicy znajdującą się w trzonie 13 sondy I.

Podobnie, w odniesieniu do czynnika chłodzącego, odcinki o szerszej średnicy stwarzają mniej przeszkód dla przepływu, jak i mniej możliwości wrzenia. Czynnik chłodzący przepływa od zamkniętej końcówki 20 sondy I poprzez przewód odpływowy 24 i dalej na-zewnątrz przyrządu do atmosfery lub - co jest bardziej pożądane - jest odzyskiwany (recylkulowany) w naczyniu zbiorczym. W jeszcze bardziej korzystnej sytuacji przewód odpływowy 24 obejmuje powiększony odcinek przy bliskim otwartym końcu przedniej części kadłuba II.

Fragmenty orurowama charakteryzujące się różną wielkością średnicy są zbudowane z jednego większego kawałka, chociaż częściej utworzone są one z odrębnych fragmentów rurek i zespolone za pomocą uszczelek zapewniającym nieprzenikliwość cieczy w złączach wszystkich fragmentów rurek z końcowymi elementami pierścieniowymi o odpowiednich wymiarach.

Odstęp pomiędzy zewnętrzną obudową 10 a przewodem odpływowym 24 wypełniony jest izolacją termiczną co jest znanym sposobem zapobiegania osiąganiu przez obudowę temperatur zamrażania, z wyjątkiem strefy zamrażania 15 przy bliskim końcu trzonu 13 sondy I. Izolacja termiczna może być zapewniona przez powietrze lub inny gaz, jak również przez materiał izolacyjny w postaci stałej. Zaleca się jednakże użycie próżni do izolacji termicznej. Może to być próżnia czynna, jak w przypadku zgłoszenia patentowego Rubinsky’ego i innych, lecz na ogół jest to próżnia stała. Ponadto, stosownie do preferowanego wynalazku zastosowania, w próżni można zastosować absorbent gazu - przykładowo: uaktywniony węgiel drzewny bądź zeolit - przyczyniający się do dalszej obniżki ciśnienia poprzez pochłanianie wszelkich gazów nie usuniętych z komory przed jej uszczelnieniem, bądź też gazów, które przeciekły do komory izolacyjnej 30. Absorbent stosuje się w postaci sproszkowanej. Cząstki absorbujące powinny przylegać do wewnętrznych ścianek komory izolacyjnej 30 dzięki zastosowaniu spoiw^za, np. żywic epoksydowych, bądź poprzez stapianie lub spiekanie. Przyleganie cząstek do ścianek zapobiega grudkowaniu i maksymalizuje powierzchnię absorbującą resztkowe gazy. Stosowanie dużych cząstek lub granulek ułatwia spajanie się cząsteczek ze ściankami, przy minimalnych zakłóceniach powierzchni absorbującej gazy. W praktyce, stworzono próżnie tak niskie jak 10⁷ mHg. W zalecanej konstrukcji przyrządu zróżnicowaniu średnicy odcinków przewodu doprowadzającego 22 odpowiada zbieżne zróżnicowanie średnicy odcinków przewodu odpływowego 24, przy czym odcinki przewodu odprowadzającego 22 znajdują się wewnątrz przewodu odpływowego 24, zgodnie z koncentryczną strukturą obu przewodów. Podobna zbieżność zróżnicowania średnicy występuje w przypadku części obudowy zewnętrznej 10.

Jak łatwo można zauważyć, szczególnie w przypadku zalecanych konstrukcji sondy kriogenicznej I o małych średnicach trzonu 13 - przykładowo: poniżej 6 mm, a zwłaszcza poniżej 4 mm, jak np. średnice o wielkości 2,5 do 3 mm - pomiędzy zewnętrzną ścianką przewodu doprowadzającego 22 czynnik chłodniczy a ścianką komory izolacyjnej 30 lub wewnętrzną ścianką zewnętrznej obudowy 10 występuje jedynie bardzo mały odstęp. W związku z tym, odpowiednio w ramach wynalazku zapewnia się ochronną taśmę izolacyjną 38, np. taśmę teflonową, która owinięta jest wokół przewodu odpływowego 24 dla uniemożliwienia kontaktu pomiędzy przewodem odpływowym 24 i zewnętrzną obudową 10. Ta izolacja zapobiega powstawaniu kryształów lodowych na zewnątrz obudowy przyrządu.

Otwarty koniec korpusu przyrządu kriochirurgicznego połączony jest z naczyniem dostawczym czynnika chłodzącego oraz z towarzyszącymi przewodami doprowadzającymi. Wspomniany koniec części korpusowej połączony jest też za pośrednictwem złącza podającego z wszelkimi niezbędnymi liniami elektroenergetycznymi, zwykle przy zastosowaniu odpowiednich elementów łączących jak np. gwinty. Tak więc, łącze podające.czynnik chłodzący LN 2 może zawierać zjednej strony szczelny element odbierający jeden z końców zewnętrznych (w stosunku do przyrządu kriochirurgicznego) linii dostawczej LN2 przewdoy powrotne oraz przewody instalacji elektrycznej, a z wprzeciwnej strony element umożliwiający szczelne przejęcie otwartego końca bądź podstawy korpusu sondy, np część zaopatrzoną w gwint wewnętrzny, która zazębia się z gwintem zewnętrznym korpusu sondy.

170 963

Na każdym ze wzajemnie dopasowanych końców łącza podającego i podsatwy sondy można również umieścić styki elektryczne czy też wtyki termoelektryczne, w ten sposób, by po złożeniu części przyrządu metalowe styki elektryczne bądź gniazdka i wtyczki znalazły się w styczności elektrycznej, zamykając w ten sposób obwód elektryczny prowadzący do termoogniwa znajdującego się w końcówce sondy. W zalecanej konstrukcji przyrządu, w końcu linii dostawczej Ln 2 utworzone zostaje złącze termoelektryczne termoelektrody, które przebiegają przez odstęp pomiędzy przewodem dostawczym LNo i przewodem wylotowym, podłączone są do wtyk termoelektrycznych.

Łącze podające uformowane jest z teflonu lub podobnego ssamosmarującego plastyku o niskim poziomie tarcia bądź też z materiału żywicznego o niskim współczynniku przyjmowania ciepła.

Kiedy korpus sondy zostanie podłączony do łącza podającego LN 2, wewnętrzny przewód doprowadzający LN2 sondy dosięgnie łącza podającego w ten sposób, że otwór wlotowy przewodu doprowadającego przyrządu może zostać połączony z linią dostawczą LN2 dla zapewnienia przepływu cieczy. Przewód odpływowy 24 sondy może kończyć się w rejonie otwartego końca podstawy sondy i uzyskać połączenie z powiększoną komorą 17 łącza podającego w ten sposób, że czynnik chłodzący wydychany z końcówki sondy będzie przepływać przez przewód odpływowy 24 oraz powiększoną komorę 17, a nastepme nastąpi przepływ cieczy do wydrążonego cylindrycznego otworu, który przechodzi przez łącze podające. Otwór ten znajdujący się w łączu podającym, uzgodniony jest liniowo ze wzdłużną osią sondy. Drugi wydrążony otwór cylindryczny przechodzący przez łącze podające umiejscowiony jest tak samo. Średnica drugiego otworu cylindrycznego ma zasadniczo tę samą wielkość co zewnętrzna średnica przewodu doprowadzającego 22 tak. że pomiędzy zewnętrzną stroną przewodu i cylindrycznym otworem zachodzi płyeosrcrelne dopasowanie ciśnieniowe.

Najbardziej widoczną i znamienną cechą sondy kriogenicznej według wynalazku stanowi wewnętrzny system wentylacyjny, który umożliwia swobodny przepływ LN 2 przez przewód doprowadzający 22, jak również utrzymanie temperatury wydalanego czynnika chłodzącego w przewodzie odpływowym 24 na poziomie niższym niż ma to miejsce w standardowych sondach kriogenicznych. Dzięki temu utrzymywana jest niższa temperatura LN2 w przewodzie odprowadzającym 22, co ostatecznie przynosi niższe temperatury, jak np. -206°C. w końcówce sondy. Ponadto, wewnętrzny system wentylacyjny obecnego wynalazku pozwala na osiągnięcie niższych temperatur końcówki sondy znacznie szybciej niż zachodziło to w standardowych sondach kriogenicznych, w tym również 1 w udoskonalonej sondzie o^jiisin^ej w zgłoszeniu patentowym Rubinsky’ego i innych.

Wewnętrzny system wentylacyjny według obecnego wynalazku umiejscowiony jest wzdłuż przewodu doprowadzającego 22. W jednym z zastosowań konstrukcyjnych wynalazku przewód doprowadzający 22 wyposażony jest w szereg małych dziurek, których rozmiary są dostatecznie małe w porównaniu z wewnętrzną średnicą przewodu doprowadzającego 22, aby zapobiec swobodnemu wypływowi LN 2 z przewodu doprowadzającego 22, jednocześnie są one wystarczająco duże na to, żeby umożliwić uchodzenie jakichkolwiek gazów znajdujących się w przewodzie doprowadzającym 22 do otaczającego przewodu odpływowego 24. Otwory wentylacyjne spełniają trzy funkcje w omawianej sondzie ^^gennej: (1) utrzymywanie wysokiego tempa przepływu LN 2 od otworu wlotowoego LN 2 po końcówkę sondy, poprzez wentylację gazów azotowych i innych obecnych bądź powstałych w przewodzie odprowadzającym 22 zanim gaz ten utrudni swobodny przepływ azotu ciekłego przez przewód doprowadzający 22 sondy; (2) upust wzdłuż przewodu doprowadzającego 22 gazu, który może tworzyć się w wyniku przeciwprądowej wymiany ciepła pomiędzy wydalanym czynnikiem chłodzącym a dostarczanym ciekłym azotem, który posiada niższą temperaturę; oraz (3) zmniejszenie zakresu przeciwprądowej wymiany ciepła przy pomocy upustu pewnej ilości kropli LN2 poprzez otwory umieszczony przy ścieżce przepływu środka chłodzącego w kierunku powrotnym, a w tym wszelkich pęcherzyków gazowych powstałych w efekcie wrzenia pęcherzykowego(lub błonowego). W efekcie następuje ochładzanie lub powtórne skroplenie pęcherzyków gazowych powstałych w wydalanym Ln2. W szczególności, dzięki tej ostatniej funkcji fenomen przekazu ciepła w wyniku wrzenia ograniczony zostaje do wrzenia pęcherzykowego, a me błonowego.

170 963

Termin wrzenie pęcherzykowe używany w tym dokumencie jak i w załączonych roszczeniach odnosi się do rodzaju przekazu ciepła, które następuje kiedy w punktach nukieaeji tworzą ίκ· dyskretne pęcherzyki na powierzchni styku ciecz ciało stałe i wiąże się z wysokim tempem przejmowania ciepła na jednostkę powierzchni (strumień cieplny), jest to ten rodzaj wrzenia, które początkowo zaobserwowano przy gotowaniu garnka wody. Z drugiej strony, termin wrzenie błonowe stosuje się w odniesieniu do stanu, w którym na powierzchni ciał stałych tworzy się błonka parowa. Charakteryzuje się ono niską przewodnością cieplną i mniejszym strumieniem cieplnym. Ponadto, duża ilość pęcherzyków powstających w trakcie wrzenia błonowego zwykle prowadzi do blokowania przewodu wlotowego.

Prawdopodobnym drugorzędnym efektem zastosowania otworów wentylacyjnych jest dodatkowe chłodzenie w wyniku zjawisk Joule'a-Thompsona, które zachodzą w momencie kiedy LN 2 znajdujący się w przewodzie doprowadzającym 22 podlega upustowi przez małe otwory wentylacyjne do przewodu odpływowego 24. Wynikłe obniżenie temperatury wydalanego czynnika chłodzącego może zredukować tworzenie się gazu w przewodzie doprowadzającym 22.

Chociaż osiągnięto pozytywne wyniki przy zastosowaniu prostych otworów wywierconych wzdłuz przewodu dostawczego, można również zastosować inne środki wentylacji. Przykładowo. element wentylacyjny może mieć dowolną formę, która pozwoli na wypływ gazu powstałego w przewodzie doprowadzającym 22 do przewodu odpływowego 24 oraz umożliwi niewielkim ilościom płynu wpływ do przewodu odpływowego 24, lecz bez tamowania swobodnego przepływu LN 2 przez przewód doprowadzający 22.

Nie zostało dotychczas potwierdzone czy przepływ ciekłego LN 2 z przewodu doprowadzającego 22 do przewodu odpływowego 24 poprzez otwory wentylacyjne następuje w postaci dyskretnych kropelek, czy też w formie strumienia drobnej cieczy. Ponadto, nie określono jeszcze dokładnej ilości dostarczanego LN 2, która przepływa przez otwory wentylacyjne do przewodu odpływowego 24. Mimo to, sądzi się, że to 50% LN 2 wpływającego do przewodu doprowadzającego 22 może przepłynąć poprzez otwory wentylacyjne do przewodu odpływowego 24, w zależności od liczby, wymiarów i lokalizacji tych otworów, oraz w zależności od poziomu ciśnienia roboczego. W idealnej sytuacji zaprojektowanie i eksploatacja sondy kriogenicznej odbędzie się przy minimalnym łącznym zużyciu LN2 dla każdego zabiegu chirurgicznego, przy zminimalizowaniu różnic w temperaturach pomiędzy LN2 znajdującego się w przewodzie doprowadzającym 22 i odpływowym 24 przy utrzymaniu wrzenia pęcherzykowego oraz minimalnej (najniższej) temperatury w strefie zamrażania 15 i zamkniętym czubku 20 końcówki sondy I. Odpowiedni poziom przepływu LN 2 przez przewód doprowadzający 22 i otwory wentylacyjne można określić za pomocą rutynowych eksperymentów, podobnie jak optymalną lokalizację, liczbę i wymiary otworów wentylacyjnych (bądź innego typu wylotów). Przykładowo, wydajność eksploatacyjną dla każdego indywidualnego projektu można określić na podstawie wymiarów i kształtu kulki lodowej, która powstaje w momencie wprowadzenia sondy kriogenowej do naczynia z wodą o określonej temperaturze (np. temperaturze pokojowej bądź 98,6°C, itp.). W ten sposób określić również można okres czasu wymaganego do utworzenia kulki lodowej oraz ilość (np. objętość) zużytego LN 2.

Poza szeregiem pionowych otworów wywierconych wzdłuż linii prostej będącej jednocześnie osią wzdłużną sondy I, otwory mogą być wiercone pod kątem 270a-d w stosunku do osi wzdłużnej sondy I. Zamiast otworów wierconych mogą być otwory przekłuwane. Otwory mogą też posiadać osłonki 280 lub dysze, które tworzyć można przeginając lub przesuwając przednią krawędź otworów. Zamiast otworów okrągłych lub innych szczelin, przewód doprowadzający 22 może być wyposażony w podłużne wąskie szparki 290 i 292 ułożone w linii prostej lub spiralnej wzdłuż danej części przewodu doprowadzającego 22. Jeszcze innym rozwiązaniem, zastępującym otwory okrągłe i szpary, jest wykorzystanie metalu spiekowego 300, którego cząstki tworzyć mogą przenikliwą porowatą konstrukcję wzdłuż całej długości przewodu lub też na wydzielonych odcinkach przewodu.

Wewnętrzy system wentylacji omawianego wynalazku może zawierać powiększoną komorę 17 przy podstawie sondy I, do której jest dostęp z przewodu odpływowego 24. Taka powiększona komora 17 ułatwia przepływ powracającego, zużytego środka chłodniczego.

170 963

W najbardziej pożądanej konstrukcji wynalazku, otwór 29 w przewodzie doprowadającym 22 znajduje się w obrębie powiększonej komory 17 przy podstawie sondy I i łączu podającym.

Otwór 29 jest zazwyczaj większy od wszystkich innych otworów wentylacyjnych, np. o średnicy około 0 2 do 1 27 mm q ίρς7Ρ7Ρ IfMiiji n <rrpr1nirv fi 2SJ. rin 1 0116 mm nn fl SO& Π 62S Π 762 \J1YV1V \_»vy J / Ulll·) «-*· a , a. . Ui , , w ,

0,889 lub 0,965 mm na przewodzie doprowadzającym 22 o średnicy 1,016 do 2,032 mm. Rezultatem działania otworu 29 znajdującego się najdalej w tyle sondy jest skrócenie czasu potrzebnego do ochłodzenia czubka 20 sondy I poprzez szybkie wentylowanie gazów obecnych lub wytworzonych w przewodzie doprowadzającym środek chłodniczy i przewodzie doprowadzającym LN 2 22 na początku funkcjonowania sondy, gdy system posiada największe obciążenie cieplne.

Rozmiar otworów wentylacyjnych oddalonych od czubka 20 sondy I też jest istotnym elementem wewnętrznego systemu wentylowania. Średnica otworów może się zmieniać w zależności od zewnętrznej średnicy przewodu doprowadzającego 22 i lokalizacji otworów. Jednakże wszystkie otwory wentylacyjne mają średnicę mniejszą niż wewnętrzna średnica przewodu doprowadzającego 22. Na przykład, otwory wentylacyjne wywiercone wzdłuż przewodu doprowadzającego 22 mogą mieć średnicę zewnętrzną wielkości 1/10 do 8/10 wewnętrznej średnicy przewodu doprowadzającego 22 znajdującego się w części zbliżonej do czubka 20 sondy I. W najbardziej pożądanej konstrukcji zbudowanej według omawianego wynalazku średnice otworów wentylacyjnych zawierają się w przedziale od ok. 0,005 do ok. 0.040 cala (0.127 do 1,016 mm), przy czym w ramach tego przedziału pożądany jest przedział od ok. 0,008 do 0,030 cala (0.203 do 0,762 mm).

Otwór wentylacyjny 29 przewodu doprowadzającego 22 najbardziej oddalony od czubka 20 sondy I znajdujący się wewnątrz powiększonej komory 17 powinien mieć większą średnicę niż średnica pozostałych otworów rozłożonych wzdłuż przewodu doprowadzającego 22 na przykład, ok. od 1,5 do 2,5 razy większą. W takim przypadku należy jednak zastosować odstępnik, który może być np. litym krążkiem pierścieniowym opierającym się jedną powierzchnią o najdalej wysunięty koniec komory izolacyjnej 30 a swoją drugą stroną sięgającym w kierunku zamkniętego końca w czubku 20 sondy I, przy zachowaniu pewnego odstępu od najdalej położonego otworu wentylacyjnego 29. Krążek powinien kończyć się niedaleko wylotu lub tuż przed wylotem przewodu dopiowadzającego 22. Zewnętrzna średnica krążka odstępnikowego będzie równa wewnętrznej średnicy obudowy sondy w części trzonowej 13, dzięki czemu otrzymuje się dopasowanie płynoszczelne. Średnica otworu pierścieniowego odstępnika powinna być mniejsza od średnicy otworu wlotowego przewodu odpływowego 24 (tj. wewnętrznej średnicy komory izolacyjnej 30) tak, aby nie ograniczać ani nie przeszkadzać w przepływie czynnika chłodniczego do przewodu odpływowego 24. Odstępnik jest szczególnie przydatny w sondach o mniejszych średnicach, tj. 4 mm lub mniejszych, a szczególnie w 3 mm lub mniejszych; odstępnik wyraźnie ogranicza powierzchnię poddaną przekazowi ciepła. Odstępnik może być wykonany z materiału słabo przewodzącego ciepło lub z materiału średnio lub szybko przewodzącego ciepło. W pierwszym przypadku redukowana zostaje długość strefy zamrażania 15, a w drugim przypadku możliwe będzie wciąż chłodzenie trzonu 13 sondy I w strefie zamrażania 15 przy jednoczesnym ograniczeniu stopnia wrzenia ciekłego środka chłodniczego.

Konkretne zastosowania omawianego wynalazku zostały dokładnie opisane, należy jednak zakładać, ze omawiany tutaj wynalazek może podlegać dalszym zmianom i modyfikacjom bez wychodzenia poza jego zakres.

170 963

FIG. 2

170 963

FIG. 3

170 963

270α

J—

270b

V>»« 7

L ^,RW ^'rS

27.OC

270d

Ί----ί.·· ,Β811Β

FIG-4 =^=

2QOa.

„„„ 28/ 2%O^_/^2SQb ,280c

FIG. 5

FIG 6

300 y i³*/* , u-*(*il .!.·<?/»’. r)-~*. - — i ~·, ι «^7/·τΐ?.*·>ν>*·ΐ^*ηΓ-·Ί i^tt7t“!Ty*n^‘-* i Ś,, -y??·!

FIG 7

170 963

170 963

170 963

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Soedz kriogeeicrez do wytwzrrzeiz podrerowych temperatur zawierająca obudowę zewnętrzną z zamkniętym, górnym końcem tworzącym strefę zamrażania i dolnym końcem, przewód doprowadzający dla transportowania ciekłego kriogenicznego czynnika chłodniczego od dolnego końca do strefy zamrażania, przewód odpływowy dla transportowania wykorzystanego czynnika chłodniczego ze strefy zamrażania w kierunku dolnego końca i komorę izolacyjną rozciągającą się od strefy zamrażania w kierunku dolnego końca, znamienna tym, ze posiada środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) w części przewodu doprowadzającego (22) otoczonej komorą izolacyjną (30).
2. 2. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, że środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) obejmują otwory wentylacyjne (29, 29 a-g) podłużnie rozmieszczone wzdłuż przewodu doprowadzającego (22) otoczonego komorą izolacyjną (30) i mające średnicę w zakresie od około 0,01 do 0,076 cm.
3. 3. Sonda kriogeniczna według zastrz. 2, znamienna tym, że posiada od około 2 do 15 otworów wentylacyjnych (29, 29 a-g), a skrajny otwór wentylacyjny (29) ma średnicę od około 0,02 do 0,076 cm, zaś każdy z pozostałych otwoiów wentylacyjnych (29 a-g) ma średnicę mniejszą, w zakresie od około 0,01 do około 0,038cm
4. 4. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, że środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) obejmują wiele podłużnie rozmieszczonych otworów wentylacyjnych (270 a-d), których osie leżą pod kątem do podłużnej osi przewodu doprowadzającego (22).
5. 5. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, że środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290,292,300) obejmują wiele podłużnie rozmieszczonych osłoniętych otworów wentylacyjnych (280 a-c), których osłony (280) są utworzone przez część (281) przewodu doprowadzającego (22) zachodzącą na otwory (280 a-c) na przedniej krawędzi tych otworów (280 a-c).
6. 6. Sonda kriogeniczna według zastrz. ], znamienna tym, że środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290,292,300) obejmują co najmniej jeden podłużny rowek (290,292) umieszczony w przewodzie doprowadzającym (22).
7. 7. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, że przewód doprowadzający (22) i środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) stanowi rurka z porowatego spieku metalowego (300).
8. 8. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, ze przewód doprowadzający (22) posiada górną część (28) i dolną część (25) i średnica górnej części (28) jest około 0,4 razy mniejsza niż średnica dolnej części (25), zaś przewód odpływowy (24) zawiera górną część (34), pierwszą dolną część (32) o średnicy około 2 razy większej niż średnica górnej części (34) oraz drugą dolną część, którą stanowi powiększona komora (17) o średnicy około 3 razy większej niż pierwsza dolna część (32), a środki wentylacyjne (29, 29 a=g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) obejmują co najmniej jeden otwór wentylacyjny (29) umieszczony w obszarze dolnej części (25) przewodu doprowadzającego (22), otoczonej przez powiększoną komorę (17) wylotowego przewodu odpływowego (24).
9. 9. Sonda kriogeniczna według zastrz. 8, znamienna tym, ze przewód doprowadzający (22) zawiera pierwszy otwór wentylacyjny (29), usytuowany w obszarze powiększonej komory (17) oraz co najmniej jeden dodatkowy otwór wentylacyjny (29 a-g) o mniejszych wymiarach niż otwór wentylacyjny (29), umieszczony w górnej części (28) i/lub w dolnej części (25).
10. 10. Sonda kriogeniczna według zastrz. 9, znamienna tym, że otwór wentylacyjny (29) ma średnicę w zakresie od około 0,025 cm do około 0,10 cm oraz co najmniej jeden otwór wentylacyjny (29 a-g) ma mniejszą średnicę w zakresie od około 0,0012 cm do około 0,076 cm.

    170 963
11. 11. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym. że przewód odpływowy (24) zawiera powiększoną komorę (17) umieszczoną wewnątrz przedniej części kadłuba (11) oraz środki wentylacyjne (29, 29 a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) umieszczone w przewodzie doprowadzającym (22) zawierają otwór wentylacyjny (29) położony w obszarze powiększonej komory (17).
12. 12. Sonda kriogeniczna według zastrz. 11, znamienna tym, że środki wentylacyjne (29, 29a-g, 270 a-d, 280a-c, 290, 292, 300) zawierają od 2 do 8 podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych (29a-g) w przewodzie doprowadzającym (22), przy czym podłużnie rozstawione otwory wentylacyjne są umieszczone w oddaleniu od powiększonej komory (17) i w pobliżu wlotu (27) do przewodu odpływowego (24), a średnica każdego z podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych (29a-g) jest mniejsza od średnicy otworu wentylacyjnego (29) umieszczonego w obszarze powiększonej komory (17).
13. 13. Sonda kriogeniczna według zastrz. 12, znamienna tym, że średnica otworu wentylacyjnego (29) umieszczonego w obszarze powiększonej komory (17) jest w zakresie od około 0,038 cm do około 0,071 cm, a średnice podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych (29 a-g) wynoszą od około 0,01 cm do około 0,036 cm
14. 14. Sonda kriogeniczna według zastrz. 1, znamienna tym, ze przewód odpływowy (24) zawiera powiększoną komorę (17) umieszczoną wewnątrz przedniej części kadłuba (11) i środki wentylacyjne (29, 29a-g, 270 a-d, 280 a-c, 290, 292, 300) obejmują od około 2 do około 8 podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych (29 a-g) w przewodzie doprowadzającym (22), przy czym otwory wentylacyjne (29 a-g) są umieszczone w oddaleniu od powiększonej komory (17) i w pobliżu strefy zamrażania (15).
15. 15. Sonda kriogeniczna według zastrz. 14, znamienna tym, że posiada otwór wentylacyjny (29) w przewodzie doprowadzającym (22) w obszarze powiększonej komory (17), przy czym otwór (29) ma średnicę od około 1,5 do 2,5 raza większą niż średnica podłużnie rozstawionych otworów wentylacyjnych (29 a-g).