本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備，確切的說涉及一種用來冷凍和破壞生物組織的冷凍消融系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

冷凍手術(shù)治療是利用極低溫度和所設(shè)計的復(fù)雜系統(tǒng)適當(dāng)?shù)乩鋬龃委煹哪繕?biāo)生物組織。很多這類系統(tǒng)都要使用工作流體，這個工作流體是在一個可重復(fù)充裝的氣罐里預(yù)先加壓。這些氣罐通常具有一個很大的內(nèi)部容積來存儲足夠多的流體，以保證一個正常的冷凍手術(shù)過程。它們通常是由壁厚很厚的鋼制作成的，這樣能達(dá)到耐高壓要求，但這樣通常也使氣罐非常笨重?？紤]到尺寸，可重復(fù)充裝的氣罐通常是放在冷凍消融單元的外面，這就使整個系統(tǒng)在操作上非常笨拙。本發(fā)明的目的是去掉外面的氣罐，并開發(fā)出一種集成的冷凍單元，它能產(chǎn)生加壓工作流體并轉(zhuǎn)換成工作制冷劑，此制冷劑輸送到冷凍單元的消融組件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的用來冷凍和破壞生物組織的冷凍消融系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種冷凍消融系統(tǒng)，包括：

增壓模塊，所述增壓模塊將接收的液態(tài)制冷劑增壓至第一級壓力水平；

調(diào)整模塊，所述調(diào)整模塊和所述增壓模塊相連，接收第一級壓力水平的流體，把具有第一級壓力水平的所述流體增壓到第二級壓力水平，再將它調(diào)整為具有工作壓力水平的工作流體；

控制模塊，所述控制模塊和所述調(diào)整模塊相連，接收所述工作流體并把所述工作流體輸送到冷凍通路；

冷卻模塊，所述冷卻模塊和所述控制模塊相連，所述冷凍通路延伸進(jìn)入所述冷卻模塊內(nèi)部，所述冷卻模塊將所述冷凍通路內(nèi)部的所述工作流體轉(zhuǎn)換成工作制冷劑；

冷凍單元，所述冷凍單元與所述冷凍通路連接，用于接收所述工作制冷劑，所述冷凍單元的遠(yuǎn)端部分為所述工作制冷劑的冷源釋放區(qū)域。

在一個實(shí)施方式中，在所述的冷凍消融系統(tǒng)中還包括復(fù)溫通路，所述復(fù)溫通路的遠(yuǎn)端與所述冷凍單元連接，所述復(fù)溫通路的近端與所述控制模塊連接，在所述復(fù)溫通路和所述冷凍通路之間設(shè)置一個切換閥門，所述工作流體在進(jìn)入復(fù)溫通路時被預(yù)溫到室溫以上。

在一個實(shí)施方式中，所述增壓模塊利用熱能蒸發(fā)所述液態(tài)流體來產(chǎn)生壓力。更優(yōu)選的，所述熱能來自于集成了溫度傳感器的壓力加熱器。

在一個實(shí)施方式中，所述增壓模塊包括作為一級安全元件的機(jī)械泄壓閥及作為二級安全元件的電動排氣閥。

在一個實(shí)施方式中，所述的機(jī)械泄壓閥包括3個分別設(shè)定不同的開啟壓力的機(jī)械泄壓閥，其中設(shè)定最低開啟壓力的所述機(jī)械泄壓閥是一個無聲泄壓閥。

在一個實(shí)施方式中，當(dāng)壓力達(dá)到開啟壓力時，作為二級安全元件的所述電動排氣閥打開，所述開啟壓力是所述機(jī)械泄壓閥所設(shè)定的最高壓力。

在一個實(shí)施方式中，所述調(diào)整模塊控制所述工作流體排出的溫度和壓力。

在一個實(shí)施方式中，所述工作流體的溫度保持在高于-50℃但小于或等于室溫，所述工作流體的壓力保持在高于工作壓力但小于所述機(jī)械泄壓閥的設(shè)定壓力。

在一個實(shí)施方式中，所述控制模塊具有一個使所述工作流體加熱到超過室溫的加熱器，以便復(fù)溫流體。

在一個實(shí)施方式中，所述控制模塊具有一個在每個冷凍循環(huán)和復(fù)溫循環(huán)結(jié)束時排掉所述工作流體的排氣閥。

為了進(jìn)一步簡化系統(tǒng)設(shè)計和控制，本發(fā)明的冷凍消融單元具有一個流體增壓階段，它和一個控制模塊和一個冷卻模塊一起工作。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種冷凍消融系統(tǒng)，包括：

增壓模塊，所述增壓模塊接收來自于外部的液態(tài)流體，并將所述液態(tài)流體增壓到具有工作壓力水平的工作流體；

控制模塊，所述控制模塊和所述增壓模塊相連，所述控制模塊接收來自于所述增壓模塊的所述工作流體，并把工作流體輸送到冷凍通路；

冷卻模塊，所述冷卻模塊和所述控制模塊相連，所述冷凍通路延伸進(jìn)入所述冷卻模塊內(nèi)部，所述冷卻模塊將所述冷凍通路內(nèi)部的所述工作流體轉(zhuǎn)換成工作制冷劑；以及

冷凍單元，所述冷凍單元與所述冷凍通路連接，用于接收所述工作制冷劑，所述冷凍單元的遠(yuǎn)端部分為所述工作制冷劑的冷源釋放區(qū)域。

在一個實(shí)施方式中，在所述的冷凍消融系統(tǒng)中還包括復(fù)溫通路，所述復(fù)溫通路的遠(yuǎn)端與所述冷凍單元連接，所述復(fù)溫通路的近端與所述控制模塊連接，在所述復(fù)溫通路和所述冷凍通路之間設(shè)置切換閥門，所述工作流體在進(jìn)入復(fù)溫通路時被預(yù)溫到室溫以上。

在一個實(shí)施方式中，所述增壓模塊被安裝在所述冷卻模塊內(nèi)。

在一個實(shí)施方式中，所述增壓模塊利用熱能蒸發(fā)所述液態(tài)流體來產(chǎn)生壓力。更優(yōu)選的，所述熱能來自于集成了溫度傳感器的壓力加熱器。

在一個實(shí)施方式中，所述增壓模塊包括作為一級安全元件的機(jī)械泄壓閥及作為二級安全元件的電動排氣閥。

在一個實(shí)施方式中，所述的機(jī)械泄壓閥包括3個分別設(shè)定不同的開啟壓力的機(jī)械泄壓閥，其中設(shè)定最低開啟壓力的所述機(jī)械泄壓閥是一個無聲泄壓閥。

在一個實(shí)施方式中，當(dāng)壓力達(dá)到開啟壓力時，作為二級安全元件的所述電動排氣閥打開，所述開啟壓力是所述機(jī)械泄壓閥所設(shè)定的最高壓力。

在一個實(shí)施方式中，所述控制模塊具有一個使所述工作流體加熱到超過室溫的加熱器，以便復(fù)溫流體。

在一個實(shí)施方式中，所述控制模塊具有一個在每個冷凍循環(huán)和復(fù)溫循環(huán)結(jié)束時排掉所述工作流體的排氣閥。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一個獨(dú)立的集成冷凍消融單元，此冷凍消融單元能自己產(chǎn)生正壓流體，控制流體溫度，并引導(dǎo)流體到冷凍單元以實(shí)現(xiàn)治療。這個系統(tǒng)利用多級增壓，一種類型的制冷液原料、一個復(fù)溫液體發(fā)生器，及一個冷凍液儲存器，制冷劑由液態(tài)變成氣態(tài)的體積膨脹產(chǎn)生正向的流體壓力。熱能被引進(jìn)到每個增壓階段為蒸發(fā)液態(tài)制冷劑來提供熱焓能量或者為每個增壓階段的冷凍液體進(jìn)一步體積膨脹提供動能。本系統(tǒng)使用一種類型的制冷液，優(yōu)選是液態(tài)流體。液態(tài)流體既可用作工作流體也可用作一種制冷液體存儲器里的制冷劑。本發(fā)明包含一個內(nèi)置的加熱器來加熱流體以達(dá)到復(fù)溫的目的。本系統(tǒng)使用的增壓模塊包括作為一級安全元件的機(jī)械泄壓閥及作為二級安全元件的電動排氣閥，所述的機(jī)械泄壓閥包括3個分別設(shè)定不同的開啟壓力的機(jī)械泄壓閥，其中設(shè)定最低開啟壓力的所述機(jī)械泄壓閥是一個無聲泄壓閥，當(dāng)壓力達(dá)到開啟壓力時，作為二級安全元件的所述電動排氣閥打開，所述開啟壓力是所述機(jī)械泄壓閥所設(shè)定的最高壓力，一級安全元件和二級安全元件協(xié)同作用使增壓模塊在安全且最佳的狀態(tài)下工作。

附圖說明

圖1顯示本發(fā)明的冷凍消融系統(tǒng)。

圖2是圖1所示系統(tǒng)中消融單元的示意圖。

圖3是圖2所示增壓模塊的示意圖。

圖4是圖3所示增壓模塊的控制流程圖。

圖5是圖2所示調(diào)整模塊的示意圖。

圖6是圖5所示調(diào)整模塊的控制流程圖。

圖7是圖2所示控制模塊的示意圖。

圖8是圖2所示冷卻模塊的示意圖。

圖9是圖1所示消融單元的第二個實(shí)施例的示意圖。

圖10是圖9所示控制模塊的示意圖。

圖11是圖1所示冷凍消融系統(tǒng)的冷凍單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的最佳具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。此描述僅對本發(fā)明實(shí)施例的基本原理進(jìn)行闡述，但本發(fā)明不僅僅限于此描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍由后附的權(quán)利要求書進(jìn)行最準(zhǔn)確限定。

消融單元

參照圖1和圖2，本發(fā)明提供一種冷凍消融系統(tǒng)10，此冷凍消融系統(tǒng)10能將冷的和熱的能量以液態(tài)制冷劑(例如液態(tài)流體、液氦、液氬、液氖等)的形式輸送到冷凍單元600的末端。冷凍消融系統(tǒng)10包括一個冷凍消融單元100，所述冷凍消融單元100有一個增壓模塊200，此增壓模塊200接收約為一個大氣壓的液態(tài)制冷劑并將其增壓到第一級壓力水平。被增壓的流體從增壓模塊200直接輸送到調(diào)整模塊500。此調(diào)整模塊500加熱流體到一個更高的溫度范圍，進(jìn)一步加壓流體到第二級壓力水平，并且調(diào)節(jié)出口壓力到工作壓力水平，以便輸送具有工作壓力水平的工作流體?？刂颇K300配合安全元件對從調(diào)整模塊500中流出的工作流體的狀態(tài)進(jìn)行改善，引導(dǎo)工作流體的流動。所述工作流體被輸送到冷凍通路，或者產(chǎn)生復(fù)溫流體被輸送到復(fù)溫通路。工作流體在進(jìn)入冷凍單元600前由冷卻模塊400進(jìn)行再次冷卻并轉(zhuǎn)換成工作制冷劑。從冷凍單元600中回流的流體將再次進(jìn)入并排到冷卻模塊400中。

參照圖3，增壓模塊200接收液態(tài)制冷劑，將其壓縮并控制內(nèi)部流體壓力在預(yù)定的范圍內(nèi)(第一壓力水平)，增壓模塊200和一個軟件控制模塊(未示出)通信連接。

增壓模塊200具有一個雙層真空絕熱的圓筒型高壓存儲器206，高壓存儲器206通過閥202來灌裝液態(tài)制冷劑。在灌裝過程中蒸發(fā)的氣體通過閥224排出。閥202和閥224既能手動操作也能電動操作。集成了溫度傳感器的壓力加熱器208和210提供熱能把制冷劑從液態(tài)轉(zhuǎn)換成氣態(tài)，以在高壓存儲器206內(nèi)部產(chǎn)生正壓。液態(tài)制冷劑蒸發(fā)產(chǎn)生大量的氣體，會在固定的空間內(nèi)累積很高的壓力。高壓存儲器206通常被設(shè)計成耐壓力等級從2bar到100bar或更高。本實(shí)施例的高壓存儲器206的最佳設(shè)計壓力是43bar。在高壓存儲器206中的制冷劑壓力Pc被壓縮到等于或低于存儲器壓力。本實(shí)施例的高壓存儲器206中的冷凍流體被壓縮的平均壓力大約是35bar，它在壓力上限P_H和壓力下限P_L之間變化，具體取決于壓力加熱器蒸發(fā)制冷劑產(chǎn)生壓力的性能。理想中，P_H和P_L優(yōu)選是相等的。實(shí)際上，一般將P_H和P_L控制在平均壓力±1bar到±10bar的波動區(qū)間是可行的。

在增壓模塊200中使用的集成了溫度傳感器的壓力加熱器是非常重要的元件。溫度傳感器的輸出信號是控制壓力加熱器的變量之一，這部分將在下面具體描述。溫度傳感器的讀數(shù)可間接的來測量高壓存儲器206中制冷劑的液位/容積。因?yàn)殡S著存儲器中制冷劑的消耗，內(nèi)部冷凍流體的溫度上升。在高壓存儲器206中制冷劑的液位和制冷劑的溫度和壓力是相關(guān)的。可以說，一旦制冷劑的溫度讀數(shù)上升超過制冷劑的設(shè)定溫度T_CS，存儲器中的制冷劑將被認(rèn)為是低液位。制冷劑的設(shè)定溫度能被設(shè)置成任何室溫或低于室溫的溫度。在本實(shí)施例中，0℃是優(yōu)選的制冷劑的設(shè)定溫度。當(dāng)壓力加熱器是關(guān)閉狀態(tài)時，冷凍流體的溫度讀數(shù)如果一直大于或等于0℃將觸發(fā)軟件報警，提示制冷劑液位低并將阻止加熱器工作直到制冷劑溫度冷卻到低于設(shè)定的溫度T_CS。此外，壓力加熱器208和210具有一個不能超出的高溫限制值T_HH，因?yàn)楫?dāng)壓力加熱器溫度達(dá)到T_HH時，軟件控制模塊會被觸發(fā)以關(guān)閉壓力加熱器直到溫度冷卻到低于這個極限值，這個極限值將在下面討論。高溫極限T_HH將被設(shè)定低于加熱器最大額定溫度。例如，T_HH將是最大額定溫度的50％或者本實(shí)施例的200℃。這個安全范圍避免加熱器溫度過高。

參照圖4是增壓模塊的控制流程，制冷劑壓力P_C被壓力傳感器214和218檢測用來控制壓力加熱器208和210。制冷劑壓力被監(jiān)控和反饋到軟件控制模塊(未示出)中。當(dāng)制冷劑壓力低于低壓限制值P_L以及加熱器溫度低于高溫限制值T_HH時，壓力加熱器打開。否則，當(dāng)壓力加熱器溫度大于或等于T_HH時，壓力加熱器關(guān)閉。另外一種情況是，當(dāng)制冷劑壓力低于低壓限制值P_L以及制冷劑溫度低于設(shè)定溫度T_CS時，壓力加熱器打開。同樣，當(dāng)制冷劑溫度等于或高于設(shè)定溫度T_CS時，制冷劑低液位的報警將觸發(fā)。無論什么時候，當(dāng)制冷劑的壓力超過壓力上限P_H時，壓力加熱器將關(guān)閉直到壓力范圍低于壓力下限P_L。軟件控制模塊實(shí)時控制壓力加熱器的關(guān)閉來保持壓力在P_L和P_H之間。

增壓模塊200利用機(jī)械泄壓閥作為安全元件來限制在高壓存儲器206中累積的壓力。機(jī)械泄壓閥單獨(dú)工作并作為一級安全元件。當(dāng)高壓存儲器206中的壓力高于壓力上限P_H時，這些泄壓閥被設(shè)定到開啟狀態(tài)以釋放掉多余的壓力。增壓模塊包括3個機(jī)械泄壓閥216、220、222來避免系統(tǒng)過壓。這三個機(jī)械泄壓閥設(shè)定不同的開啟壓力。機(jī)械泄壓閥216是一個無聲閥，開啟壓力設(shè)定得最低。機(jī)械泄壓閥216的開啟壓力設(shè)定在壓力上限P_H。作為一種選擇，機(jī)械泄壓閥216的開啟壓力也可設(shè)定高于P_H，超出的壓力范圍在0bar到20bar或更高之間。更高的額外壓力需要一個更堅(jiān)固和更昂貴的設(shè)計。設(shè)置無聲的機(jī)械泄壓閥216的目的是為了在低噪條件下釋放累積的多余壓力并且盡可能地降低高壓泄壓閥開啟的機(jī)率。高壓泄壓閥是高壓流體器件并且開啟時噪聲很大。高壓的機(jī)械泄壓閥220和222的開啟噪聲是一種突然的讓人恐慌的聲波并且讓人感覺冷凍消融系統(tǒng)是不是哪地方壞了。降低流體的流速或減少這些閥的噪聲可能會影響到機(jī)械泄壓閥的正常工作繼而影響系統(tǒng)的安全。機(jī)械泄壓閥220是一個協(xié)調(diào)壓力閥通常啟動壓力設(shè)定在機(jī)械泄壓閥216和222之間。機(jī)械泄壓閥222具有最高的啟動壓力P_HPR，通常設(shè)定在等于或低于高壓存儲器206的壓力上限。一旦在高壓存儲器206中的制冷劑壓力達(dá)到P_HPR時，機(jī)械泄壓閥222將打開，另外機(jī)械泄壓閥216和220排出掉額外的壓力并降低制冷劑壓力使其達(dá)到或低于P_H或機(jī)械泄壓閥216的開啟壓力。

當(dāng)機(jī)械泄壓閥發(fā)生故障的時候，增壓模塊200啟用二級安全元件。參照圖3和4所示，在圖3中B點(diǎn)附近裝有一個電動排氣閥228。當(dāng)壓力傳感器214和218檢測到壓力超過機(jī)械泄壓閥222的開啟壓力P_HPR時，電動排氣閥228將打開。軟件控制系統(tǒng)將發(fā)送一個過壓報警信號并排掉高壓存儲器206中多余的壓力，直到壓力水平低于壓力上限P_H。冷凍消融單元100在使用之前將需要進(jìn)行一次所有安全元件的徹底核查和檢修。壓力表212可直觀的確定高壓存儲器206中的壓力水平。一級安全元件和二級安全元件協(xié)同作用使增壓模塊200在安全且最佳的狀態(tài)下工作。

在正常的操作下，在高壓存儲器206中的制冷劑被壓縮，壓力范圍在P_L和P_H之間，平均制冷劑壓力是P_C。當(dāng)存儲器中的制冷劑被消耗時，在高壓存儲器206中制冷劑流體的溫度上升。當(dāng)制冷劑溫度達(dá)到T_CS或0℃，制冷劑低液位的報警會被觸發(fā)。制冷劑流體溫度允許上升到室溫，然而一旦制冷劑溫度達(dá)到T_CS或更高，壓力加熱器208和210將不工作。壓縮制冷劑流體將直接從增壓模塊200進(jìn)入到調(diào)整模塊500。

參照圖5，調(diào)整模塊500與增壓模塊200相連，調(diào)整模塊500通過B點(diǎn)從增壓模塊200中接收具有第一級壓力水平的流體。在進(jìn)入升溫加熱器508之前流體先通過止回閥506和控制閥504。升溫加熱器508具有一個內(nèi)置溫度傳感器T_WH，進(jìn)口管溫度傳感器T_WHI和出口管溫度傳感器T_WHO(未示出)。以進(jìn)口管溫度傳感器作為測量基準(zhǔn)。進(jìn)口管溫度傳感器和出口管溫度傳感器提供反饋信號來控制升溫加熱器508。升溫加熱器的目的是進(jìn)一步提高進(jìn)入調(diào)整模塊500的流體的壓力和溫度。壓力水平應(yīng)該升高到超出調(diào)壓閥514設(shè)定的壓力點(diǎn)，但要低于泄壓閥512的開啟壓力P_RV。更高的流體壓力或調(diào)整模塊壓力P_RM使得流體存儲能量便于支持使用。另外，調(diào)壓閥514精確控制出口壓力或工作壓力P_W。當(dāng)進(jìn)口壓力高于出口壓力時調(diào)壓閥排出工作壓力。升溫加熱器508的功能是提高進(jìn)入調(diào)整模塊500的流體的溫度到高于-50℃直至室溫。這個使調(diào)壓閥514在它的溫度參數(shù)下達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

當(dāng)制冷劑流體溫度升高，在止回閥506和調(diào)壓閥514之間的流體壓力也會升高?？刂崎y504是阻止流體回流到增壓模塊200中去。壓力傳感器510監(jiān)控壓力的上升和實(shí)時控制升溫加熱器508的開關(guān)并使得控制閥504能保持調(diào)整模塊壓力P_RW在大于P_W和小于P_RV之間的可接受范圍內(nèi)。排氣閥502作為調(diào)整模塊500的第二級安全元件。當(dāng)壓力達(dá)到P_ORV或者超過P_RV2bar時，排氣閥502將打開，排掉多余的流體，并觸發(fā)過壓警報。排氣閥保持打開狀態(tài)直到壓力區(qū)間降到低于P_RV的可接受水平。

把調(diào)整模塊500的第二級增壓階段整合到冷凍消融單元100具有優(yōu)勢但也伴隨著風(fēng)險。優(yōu)勢是調(diào)整模塊500的第二級增壓階段能使增壓模塊200的第一級增壓階段被設(shè)計成相對于需要的流體工作壓力P_W要低的多的耐壓水平。對于增壓模塊而言，低的壓力等級設(shè)計使它有更高的性價比、更小巧及更容易大規(guī)模生產(chǎn)。第二級增壓階段帶來的風(fēng)險是需要控制增加的流體壓力。控制壓力增加的幅度是通過實(shí)時操縱控制閥504的開關(guān)使得每次一定量的制冷劑進(jìn)入調(diào)整模塊500來實(shí)現(xiàn)。這個步驟使得少量的制冷劑可以隨時被加熱從而限制了壓力的累積。另外一種途徑是在加熱器后面添加一個壓力儲存器(未示出)使之為制冷劑的進(jìn)一步膨脹提供空間，為流體運(yùn)動提供充足的動力。

參照圖6是調(diào)整模塊500的控制流程圖。流體壓力P_RM第一個被檢測。如果這個壓力等于或低于P_W，控制閥504將打開。在此之后，取決于流體出口管的溫度T_WHO和升溫加熱器508的內(nèi)部溫度T_WH，升溫加熱器508打開或關(guān)閉，或者控制閥將關(guān)閉。在另外一種情形下，當(dāng)調(diào)整模塊的壓力P_RM升高到泄壓閥510的開啟壓力，升溫加熱器將關(guān)閉。一旦壓力水平達(dá)到P_ORV，排氣閥502將打開排掉多余的流體直到壓力低于P_RV時關(guān)閉。軟件控制系統(tǒng)持續(xù)的監(jiān)控壓力水平和流體溫度以確保正常的操作和必要時提供報警。

調(diào)整模塊500具有一個非常艱巨的任務(wù)，就是調(diào)整為控制模塊300準(zhǔn)備的流體的壓力和溫度。在正常的操作模式下，從調(diào)整模塊500中釋放的工作流體具有一個工作壓力PW和一個大于-50℃到室溫的流體溫度。工作流體從調(diào)整模塊500直接流到控制模塊300中。

參照圖7，控制模塊300和調(diào)整模塊500相連，控制模塊300通過E點(diǎn)接收來自調(diào)整模塊500的工作流體，凈化后，再輸送到冷卻通路或復(fù)溫通路。所述復(fù)溫通路的遠(yuǎn)端與所述冷凍單元600連接，所述復(fù)溫通路的近端與所述控制模塊1300連接，在所述復(fù)溫通路和所述冷凍通路之間設(shè)置切換閥門，所述工作流體在進(jìn)入復(fù)溫通路時被預(yù)溫到室溫以上。工作流體進(jìn)入控制模塊首先通過一個可選擇的水氣過濾器314再通過一個顆粒過濾器316。這個步驟將剔除掉污染物，否則顆粒將順流堵塞冷凍單元600的孔隙，降低冷凍單元的性能。冷凍閥320在冷凍循環(huán)中引導(dǎo)流體到C點(diǎn)，復(fù)溫閥308在復(fù)溫循環(huán)中引導(dǎo)流體到D點(diǎn)。泄壓閥304、壓力傳感器318和排氣閥302是安全元件來防止在冷凍閥320和復(fù)溫閥308之間的流體過壓。復(fù)溫加熱器312是復(fù)溫液體發(fā)生器，復(fù)溫使流體溫度升高到超過室溫，為復(fù)溫循環(huán)做準(zhǔn)備。排氣閥310也是作為安全元件來防止由于加熱器312而導(dǎo)致的過壓及釋放在管路里聚集的流體。例如，在冷凍循環(huán)過程中，流體在冷凍單元600中堵塞。閥310在冷凍循環(huán)和復(fù)溫循環(huán)結(jié)束時從系統(tǒng)中排掉工作流體。

參照圖8，冷卻模塊400包含一個雙層真空絕熱的杜瓦瓶402。杜瓦瓶402是一個敞口的、不耐壓的、充滿制冷劑的存儲器。杜瓦瓶中的制冷劑和增壓模塊200中所用的冷凍流體是一樣的。它的目的是在整個系統(tǒng)中使用一種類型的冷凍流體。它提供一個好處是不需要購買不同種類的流體，而且允許流體從一個模塊到另外一個模塊中混合。例如，從增壓模塊200出來的壓縮流體從冷凍單元流回到冷卻模塊400。在正常的操作模式下，冷卻模塊400和控制模塊300相連，冷卻模塊400通過C點(diǎn)和D點(diǎn)接收來自控制模塊300的流體。冷凍通路延伸進(jìn)入冷卻模塊400內(nèi)部，冷卻模塊400將冷凍通路內(nèi)部的工作流體轉(zhuǎn)換成工作制冷劑。在冷凍單元的冷凍循環(huán)中，工作流體從C點(diǎn)流過熱交換器404或者冷凍流體發(fā)生器，這個冷凍流體發(fā)生器靠近杜瓦瓶402的底部并浸在制冷劑里。工作流體在通過熱交換器404時被二次冷卻再轉(zhuǎn)換成工作制冷劑。這個工作制冷劑通過止回閥406進(jìn)入到輸送管410，再進(jìn)入到與冷凍單元600的連接口A點(diǎn)。止回閥406阻止流體回流到熱交換器404中。當(dāng)從C點(diǎn)流到A點(diǎn)的流體通路處于真空條件時回流發(fā)生。因?yàn)锳點(diǎn)是開放口，污染物例如高濕度空氣中的水汽從冷凍結(jié)束后被吸進(jìn)，之后冷凍并阻塞輸送管410進(jìn)而阻止所需要的流體的流動。流體內(nèi)部的負(fù)溫梯度(這個梯度由于負(fù)壓中分子壓縮造成的)形成了從C點(diǎn)到A點(diǎn)的真空通路。灌滿制冷劑的杜瓦瓶402將使流體在輸送管410內(nèi)部，熱交換器404和從熱交換器到冷凍閥320和復(fù)溫閥308之間的通路由于收縮而產(chǎn)生一個真空空間。

工作制冷劑用一個可選的真空絕熱腔體(虛線414所示)保溫。超高真空系統(tǒng)416產(chǎn)生真空絕熱。真空絕熱系統(tǒng)保溫輸送管410、止回閥406、A點(diǎn)和冷凍單元600及回氣管408。從熱交換器404中出來的經(jīng)二次冷卻的流體流到冷凍消融單元100的A點(diǎn)的過程中得到保溫。工作制冷劑通過輸送管410在A點(diǎn)進(jìn)入冷凍單元600，也通過A點(diǎn)回流進(jìn)入回氣管408。冷凍單元回流流體通過一個可選的止回閥412排放到雙層真空絕熱的杜瓦瓶402中。止回閥412阻止不想要的污染物，例如從回氣管408中進(jìn)入的冷凝水汽。特別是當(dāng)冷凍單元連接在冷凍消融單元上，輸送管410和回氣管408還有殘留流體。例如上面描述的任何的真空或負(fù)壓都將在回氣管408內(nèi)部產(chǎn)生虹吸效應(yīng)。因?yàn)榛貧夤?08的開口靠近杜瓦瓶402的底部，顆粒污染物以及水汽將被吸進(jìn)并產(chǎn)生污染。一個可選的用于監(jiān)控回流壓力并反饋信息到軟件控制系統(tǒng)的壓力傳感器418被整合到冷卻模塊400中。從基準(zhǔn)和安全性考慮，傳感器418用于測量下游的壓力。當(dāng)一個不正常的高壓情況，例如回氣管408被堵塞，被檢測到時，它能觸發(fā)控制模塊300上的排氣閥310的開關(guān)。

本發(fā)明第一個實(shí)施例是一個冷凍消融單元，包括一個增壓模塊、一個壓力調(diào)整模塊、流體控制模塊和一個制冷劑冷卻模塊，所述冷凍消融單元和一個冷凍單元一起工作組成一個冷凍消融系統(tǒng)。增壓模塊在一個大氣壓下接收流體制冷劑，之后壓縮它到第一級壓力水平。第一級壓力水平可以從2bar到100bar或更高。第一級壓力水平可以高于或低于調(diào)整模塊出口的工作壓力。調(diào)整模塊進(jìn)一步壓縮流體到第二級壓力水平。第二級壓力水平高于工作流體壓力。此外，調(diào)整模塊能提高流體質(zhì)量，優(yōu)化流體溫度并調(diào)整出口壓力，將其調(diào)整為工作壓力水平?？刂颇K之后預(yù)溫流體為復(fù)溫做準(zhǔn)備或在輸送到冷凍單元之前將其引入冷卻模塊進(jìn)行二次冷卻。冷凍單元被連接到冷凍消融單元并接收工作制冷劑或復(fù)溫流體。從冷凍單元排出的流體回流到冷凍消融單元。整個冷凍消融系統(tǒng)10利用熱能從流體制冷劑中產(chǎn)生正壓，控制流體溫度，之后輸送它到冷凍單元從而到達(dá)治療的目的。它是一個單獨(dú)的冷凍消融系統(tǒng)，其集成了一個自我增壓的子系統(tǒng)，而不需要從外部氣罐里獲得持續(xù)的氣體來為冷凍單元提供工作流體。

上述的描述是本發(fā)明的第一個實(shí)施例。然而進(jìn)一步改進(jìn)將簡化該實(shí)施例使得整個系統(tǒng)更緊湊、更簡單和精煉。為了達(dá)到以上的目標(biāo)，第一，把增壓模塊重新放到冷卻模塊里來減少空間。第二，在第二個實(shí)施例里去掉調(diào)整模塊來創(chuàng)造一個一級增壓的冷凍消融單元。這樣在一個模塊里控制流體壓力及流體溫度將更容易。調(diào)整后的優(yōu)點(diǎn)是簡化了軟件控制，更經(jīng)濟(jì)，具有更高的制冷劑使用效率。因?yàn)橄鄬τ谠诟叩臏囟认罗D(zhuǎn)換工作流體到工作制冷劑，將壓縮制冷劑轉(zhuǎn)換到工作制冷劑需求的制冷劑量更少，就像在本發(fā)明第一個實(shí)施例所示。參照圖9，冷凍消融系統(tǒng)10的冷凍消融單元1100的第二個實(shí)施例示意圖。冷凍消融單元1100包括增壓模塊200、控制模塊1300和冷卻模塊400。一個大氣壓的冷凍流體在增壓模塊200中轉(zhuǎn)換成壓縮制冷劑，并直接流到控制模塊1300中。冷卻模塊接收壓縮制冷劑并轉(zhuǎn)化成工作制冷劑。增壓模塊200和冷卻模塊400和上述的一樣。然而，控制模塊1300和上述的控制模塊300不一樣。

參照圖10，控制模塊1300的示意圖?？刂颇K1300和增壓模塊200相連，控制模塊1300在B點(diǎn)處接收來自增壓模塊200的壓縮制冷劑。在冷凍循環(huán)過程中，制冷劑通過冷凍閥1302輸送到C點(diǎn)。在冷凍和復(fù)溫循環(huán)結(jié)束時，冷凍閥用來排掉工作流體之后排氣閥1304開始工作。在復(fù)溫循環(huán)過程中，壓縮制冷劑通過復(fù)溫閥1306流進(jìn)復(fù)溫加熱器1308。壓縮制冷劑在復(fù)溫加熱器出口處轉(zhuǎn)換成復(fù)溫流體，之后流進(jìn)D點(diǎn)再在A點(diǎn)處流進(jìn)冷凍單元。在第二個實(shí)施例中去掉了二級增壓階段以及機(jī)械調(diào)壓閥。工作壓力在增壓模塊200中被軟件控制系統(tǒng)調(diào)整。因?yàn)樵诘诙€實(shí)施例中沒有機(jī)械調(diào)壓閥，在增壓模塊中的制冷劑壓力P_C變成工作壓力P_W?？刂葡到y(tǒng)很好的調(diào)整壓力水平，使工作壓力維持在公差范圍在±1bar到±10bar?；蛘弑M可能的像本發(fā)明中第一個實(shí)施例里描述的一樣，有一個壓力上限P_H和一個接近的壓力下限P_L。

冷凍單元

參照圖11，它是一個典型的冷凍單元600的示意圖。所述的冷凍單元600優(yōu)選為導(dǎo)管。冷凍單元在A點(diǎn)連接到冷凍消融系統(tǒng)10上。冷凍單元具有熱絕緣部分506、冷凍部分508和遠(yuǎn)端頭部510。熱絕緣部分506包括A點(diǎn)。冷凍單元600的輸送管502和冷凍單元600的回氣管504連接到A點(diǎn)。從A點(diǎn)直到與冷凍部分508相交的熱絕緣部分506由真空系統(tǒng)416真空絕熱。

冷凍部分508是沒有熱絕熱部分的。冷凍單元600通過A點(diǎn)與冷凍通路連接，用于接收工作制冷劑，冷凍能量是通過輸送管和回氣管提供，通過所述冷凍單元600的冷凍部分508將工作流體輸送到治療部位，冷凍單元600的遠(yuǎn)端部分為工作制冷劑的冷源釋放區(qū)域。冷凍能量直接接觸待治療組織或是通過用醫(yī)用球囊或其他等效方法封裝的熱交換介質(zhì)來提供。熱交換介質(zhì)是鹽水或者其他在室溫下的非揮發(fā)的生物相容性流體。冷凍單元600的輸送管502和回氣管504延長超過熱絕緣506部分進(jìn)入冷凍部分508及部分進(jìn)入遠(yuǎn)端頭部510。

遠(yuǎn)端頭部510從冷凍部分508中伸出。頭部通常被設(shè)計成柔軟的、彈性的、光滑的，使冷凍單元能在沒有損傷周圍組織的情況下通過復(fù)雜的通路。

以上所述是本發(fā)明較佳的具體實(shí)施例，我們必須承認(rèn)在不偏離本發(fā)明精神的情況下還有很多替換改進(jìn)方式，下面的權(quán)利要求是為了盡可能地包含落入本發(fā)明精神和原則范圍內(nèi)的所有修改方式。