新型多刀肿瘤超低温冷冻治疗设备的研制及性能试验

　　目前综合治疗已成为肿瘤治疗的主要方向.在肿瘤的各种辅助治疗方式中,超低温冷冻治疗效果高于其他的治疗方式[1].低温治疗具有悠久的历史,并应用到临床多个科室[2,3].低温治疗具有许多独特的优越之处[2,4],如止血、无痛,而且能形成较强的低温免疫效应,可与局部化疗相结合等.

　　1961年,美国神经外科医生Cooper研制出液氮冷冻治疗仪[5],对直径为几厘米的脑部肿瘤进行了成功消融.但在过去数十年里,肿瘤低温治疗的基础和临床研究进展渐趋缓慢,其应用一直局限于表面肿瘤的治疗[6].直到上世纪90年代,由于经皮穿刺技术、超声波和CT图像检测技术的发展普及,尤其是Chang等[7]利用液氮相变吸热的5冷刀系统的研制成功,使肿瘤低温冷冻治疗重新恢复了活力,且在许多情况下成为肿瘤治疗的最佳甚至惟一选择.

　　对于任何一种肿瘤微创介入治疗设备,以下几个指标至关重要:安全性高、创伤小、单针毁损范围大、术中病人痛苦少、病人经济上易接受.作为第1代的低温治疗系统,多刀液氮系统[7]促进了低温外科的发展,但也有其本身固有的一些缺点[8,9],如反应速度慢、系统体积大、冷刀及输送管路粗而不利于手术操作等.随后出现的多刀气体节流系统利用高压氩气和氦气的绝热节流效应来降温和复温,具有反应迅速、系统体积小等优点,最小的节流探针直径仅1.7 mm,可直接经皮插入,但冷量低于液氮系统.该系统所用氩气压力高达40 MPa,作为危险品运输和使用,国内只有北京等极少数城市能提供,且氩气和氦气是稀有气体,成本较高.这种情况严重阻碍了肿瘤低温治疗设备在国内的推广使用.

　　本文介绍的氮气预冷节流肿瘤治疗系统,使用常温高压(14 MPa)氮气预冷到适当温度后进一步节流降温,具有使用成本低、安全性高,尤其是冷量大等优点,是第3代肿瘤低温治疗设备.

　　1　系统总体结构

　　系统设计的原则是以尽量细的刀径获得最大的冷冻范围,在尽量短的时间内刀头温度下降到最低值,复温时以适当的速度将冷冻区溶化.配置5把冷刀的系统总体结构如图1所示.该系统由预冷、加热、气体输送、控制、温度测量、气体节流冷冻刀、手术计划及操作软件组成.

　　1.1　气体输送系统

　　气体输送系统由高压氮气瓶、快速接头、常温高压氮气管路、常温高压电磁阀、氮气预冷电磁阀及单向阀组成.气体从高压氮气瓶引出后,经高压气体输送管路、常温高压电磁阀到预冷电磁阀,预冷电磁阀控制每把刀的开关及治疗的功率.管路上连接的安全阀作用是卸掉高于安全设定值的压力,用压力传感器测量管路内的压力,用测温热电偶测量输送气体的温度.常温高压排放电磁阀的作用是必要时排放管路内的气体.采用快速接头可节省术前准备时间,操作便利.