Методы интенсификации криотерапевтического воздействия, страница 3

     Под инерционностью системы следует понимать время, которое потребуется системе управления температурой в зоне криовоздействия, для того чтобы обработать сигнал, поступающий от датчиков температуры поверхности кожи, сформировать управляющий сигнал на изменение режима  работы системы охлаждения и довести температуру в зоне криовоздействия до нужного температурного уровня. Даже из короткого описания необходимых действий видно, что время срабатывания системы управления температурой газа в процедурной зоне может быть достаточно велико. В некоторых случаях для такого переключения может потребоваться  несколько минут. В тоже время существуют крайне малоинерционные системы, основанные на применении контактного теплообмена, которые способны менять температуру продуцированного газа в течение нескольких секунд.

В задачу данного исследования не входит анализ возможных методов получения теплоносителя, а скорее наоборот предполагается в рамках этого исследования обозначить минимальные требования к инерционной системе криостатирования, которые могут быть использованы при постановке задачи на проектирование систем криостатирования криотерапевтических комплексов второго поколения. Соответственно, постоянное среднее  и предполагает минимально допустимую разность температур между текущей температурой кожи и температурой, соответствующей внешнему условию гипотермической безопасности, которое может быть технически реализовано.

По достижению на поверхности кожи пороговой температуры необходимо перейти к режиму криостатирования поверхности объекта на достигнутом температурном уровне: t_э ≈ const.

С учетом того, что по мере приближения температуры кожи к минимальному значению гиперболически возрастает эффективность процедуры, следует стремиться к минимальным значениям ∆t_ср, т.е.:

0 < ∆t_ср ≤ 1

     Как уже говорилось, после  достижения на поверхности из эпителия температуры, соответствующей гиперболической зоне, необходимо перейти в режим криостатирования объекта воздействия. При этом под криостатированием понимается не постоянство температуры газа в процедурной зоне, а примерное постоянство температуры поверхности объекта. С учётом того, что процесс идёт в условиях вынужденного конвективного теплообмена, а объект постепенно исчерпывает запас аккумулированной теплоты, для поддержания постоянства температуры поверхности необходимо снижать плотность теплового потока с поверхности тела. Основным способом снижения интенсивности теплоотвода является постепенное повышение температуры теплоносителя, находящегося в контакте с объектом охлаждения.

После перехода от  охлаждения к криостатированию температура поверхности эпителия не должна снижаться в течение максимально возможного времени: Т_{2 i=1}≈ const.

Условия криостатирования определяются тепловым балансом поверхностного слоя  кожи:

∆h_i=1= q_конв+ q_λ = 0,

где q_конв − теплота, отводимая с поверхности тела конвекцией, q_λ− подвод теплоты от внутренних слоев оболочки:

Из−за постоянного охлаждения внутренних тканей  происходит выравнивание температурыТ₂→Т₁, следовательно подвод теплоты от центра к периферии снижается:  q_λ → 0.

Для криостатирования поверхности необходимо обеспечивать адекватное снижение конвективного охлаждения по мере распространения зоны переохлаждения вглубь тела:  q_конв→ 0.

Сочетание интенсивного охлаждения в первой фазе процедуры и ослабление отвода теплоты во второй позволит значительно увеличить продолжительность гиперболической фазы и физиотерапевтический эффект криовоздействия.

Для оценки величины возможных позитивных последствий перехода на криовоздействие с регулируемой интенсивностью охлаждения была выполнена серия экспериментов на математической модели  покровных тканей. В эксперименте учитывалась  инерционность системы криостатирования,  которая определялась величиной ∆t_ср, которая изменялась от 0,1 до 1 ˚С с шагом 0,1˚С.

Очевидно, что диапазон варьирования температурного запаса, выбранного в численном эксперименте, достаточно узок. На практике большинство действующих криотерапевтических систем не способно изменять температуру в процедурной зоне с такой скоростью,  чтобы создать условия, необходимые для перехода к управляемому криовоздействию. Однако увеличение температурного запаса до более 1 К приведёт к тому, что работа в условиях управляемого температурного режима не вызовет существенного физиотерапевтического эффекта процедур.