Управление подачей криоагента в теплообменник криохирургической системы. Условия безопасности пациента и обслуживающего персонала

17 УПРАВЛЕНИЕ ПОДАЧЕЙ КРИОАГЕНТА В ТЕПЛООБМЕННИК КРИОХИРУРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПАЦИЕНТА И ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА.

режим криовоздействия определяются комплексным влиянием двух основных факторов: условиями взаимосвязи криоинструмента с тканью и тепловыми процессами, протекающими в рабочем элементе криохирургической аппаратуры.

Исследования показали, что оптимальной эффективности криовоздействия и воспроизведения его результатов можно достичь только при наличии адгезии рабочей части криоинструмента (криоаппликатора) и ткани.

В случае контактирования предварительно охлажденного аппликатора ниже области адгезивных температур (273-197 К) не происходит его примораживания к ткани, что существенно увеличивает тепловое сопротивление между аппликатором и тканью и приводит к значительному неуправляемому разбросу значений параметров криовоздействия на ткань.

Для повышения эффективности криовоздействия и воспроизведения его результатов криохирургическая аппаратура должна создавать условия адгезивной связи криоинструмента с тканью. Применяемый в аппаратуре тип системы охлаждения должен обеспечивать максимально быстрый выход криоинструмента на режим рабочих температур, что позволяет в начальный момент криовоздействия контактировать криоинструменту с тканью при температурах, близких к температуре ткани. Кроме того, введение в зону оперативного вмешательства криоинструмента при нормальной температуре в значительной мере расширяет круг технологических приемов криовоздействия, поскольку отсутствует опасность криоповреждения здоровых  тканей в процессе подвода криоинструмента к нужному участку органа.

Распределение температурных полей в области криовоздействия наряду с определением зоны замораживания и зоны деструкции является предметом многих исследований.

В процессе охлаждения криоинструмента, контактирующего с тканью, в ней создается температурное поле, соответствующее фронту замораживания. Через некоторое время достигается стационарное состояние, когда скорость отводимого криоинструментом тепла равна скорости, с которой тепло отводится к тканям. Прогнозирование температурного поля, а значит, и управление процессом являются задачей теплопроводности, которая усложнена фазовыми превращениями в тканях. Процессы передачи тепла, включающие фазовые переходы, - одни из наиболее сложных для аналитической обработки. В отличие от другой среды ткани in vivo постоянно снабжаются кровью и лимфой, а также содержат собственные источники теплообразования, обусловленные метаболизмом.

Большинство авторов при анализе температурных полей в тканях используют дифференциальное уравнение теплопроводности. Для одномерной полусферической и цилиндрической модели по уравнению теплопровдности можно найти распределение температуры в замороженной и незамороженной областях ткани. Используя условия теплового потока на границе раздела, получают аналитическое выражение для стационарного радиуса шарика или цилиндра льда.  В решаемых задачах значительно упрощается реальное состояние теплопроводности биоткани, метаболизм, фазовые переходы, что приводит к большим погрешностям, особенно недопустимым при использовании криохирургии в онкологии.

В объеме зоны криовоздействия резко изменяются определяющие деструкцию параметры – теплопроводность и теплоемкость тканей, а также криохирургическая аппаратура должна обеспечивать условия, достаточные для разрушения клеток не только вблизи криоинструмента, но и на периферии прогнозируемой зоны некроза.

В зависимости от области применения криохирургических устройств и выбора хладагента в современных криомедицинских установках применяются следующие метолы охлаждения: за счет теплоты фазового перехода хладагента, расширения рабочего тела в дроссельных устройствах и детандерах, термоэлектрического охлаждения.

В первых двух методах теплообменник или холодопроизводящая часть системы охлаждения могут быть установлены в рабочей части криоинструмента, в непосредственной близости к замораживаемой ткани. Такое расположение теплообменника позволяет использовать максимальную холодопроизводительность, присущую той или иной системе охлаждения.

В зависимости от решаемой конкретной задачи теплообменник может быть вынесен в нерабочую часть криоинструмента, в результате чего отвод теплоты от тканей осуществляется через подводящий элемент к теплообменнику. В случае использования в качестве теплового моста стержня с высокой теплопроводностью можно определить количество тепла, переносимого по стержню:

 [Вт],                                              (2.1)

В криомедицинской аппаратуре, использующей термоэлектрическую систему охлаждения, как правило, применяется метод переноса тепла от криоинструмента к модулю через подводящий элемент и материала с высокой теплопроводностью.

Системы охлаждения для криохирургической аппаратуры, использующие теплоту перехода криоагента. В криомедицинских установках с системой охлаждения, работающих по этому принципу, минимальная температура рабочей части криоинструмента может поддерживаться близкой к точке кипения криоагента или точкам его плавления и сублимации.

Наибольшее распространение в медицинской практике получили криохирургические приборы, использующие в качестве криоагента жидкий азот, который отличается своими физическими свойствами. Жидкий азот имеет довольно низкую точку кипения (77,8 К), высокую удельную теплоту парообразования: испарение 1 л жидкого азота обеспечивает «теплосъем», равный 162,7 кДж. Он удобен в обращении, нетоксичен, невоспламеняется, дешев. При соответствующей системе регулирования температуру рабочей поверхности криоинструмента можно поддерживать между температурой окружающей среды и точкой кипения жидкого азота, кроме того, наряду с аппликационным воздействием, аппаратура такого класса позволяет осуществлять криовоздействие путем криораспыления на пораженные участки тканей парожидкостной струи азота.