低溫外科醫(yī)治機是選用某種物質(zhì)作為制冷介質(zhì)，利用該介質(zhì)節(jié)流時吸收熱量發(fā)生的制冷效果效果于人體安排部位經(jīng)歷降溫,、凍住,、復(fù)溫的進程，形成安排 發(fā)生冷凍壞死,、冷凍阻滯,、炎性反應(yīng)及冷凍粘連等需求的效果,。*要用于皮膚科、耳鼻喉科,、肛腸科,、婦科、消化科,、神經(jīng)外科等簡直一切外科科室的相關(guān)醫(yī)治,。其 醫(yī)治機理是利用深低溫冷卻并凍住增生或腫瘤安排，使病變細胞發(fā)生生理或代謝性抑制,，包含物理的,、化學(xué)的和電解質(zhì)的改變，使安排細胞遭到損害從而摧毀病灶組 織,，抵達臨床醫(yī)治的目的[1-2],。

本所經(jīng)過多年的研討與嘗試，開發(fā)了以液氮為制冷介質(zhì)的低溫外科醫(yī)治機,，本文從硬件和軟件兩個方面論述了設(shè)備的開發(fā)進程,。查特杜瓦瓶

一、液氮低溫外科醫(yī)治機的硬件規(guī)劃

液氮低溫外科醫(yī)治機硬件*要由:液氮存貯器,、加熱自增壓模塊,、液位計、壓力傳感器,、低溫電磁閥,、運送管路、加液罐,、泄壓閥,、醫(yī)治探頭、溫度傳感器,、復(fù)溫模塊,、收集轉(zhuǎn)化模塊、可編程操控器和五顏六色觸摸屏等組成,。

體系的作業(yè)原理為:阻隔變壓器為加液罐加熱模塊,、液氮存貯器加熱模塊以及PLC供給作業(yè)電壓。PLC選用三菱PLC-FX1N系列可編程操控 器,，是硬件部分的核心器件,，它一方面經(jīng)過收集轉(zhuǎn)化模塊獲得醫(yī)治探頭以及周圍安排的溫度信息，以及液氮存貯器內(nèi)壓力信息,，并輸出到觸摸屏,，便利用戶監(jiān)測;另 一方面用戶經(jīng)過觸摸屏設(shè)定溫度參數(shù)或壓力參數(shù)，當(dāng)超越設(shè)定溫度或壓力時，PLC宣布操控信號,，使卸壓閥翻開,，下降液氮存貯器內(nèi)壓力，從而使溫度或壓力保持 在設(shè)定值,，完結(jié)體系功用,。

【研討】液氮深冷處理

1、要害部件的規(guī)劃

神經(jīng)外科低溫醫(yī)治機*要有以下3個要害部件組成:液氮存貯器,、液氮運送管和冷凍醫(yī)治探頭

(1)液氮存貯器

液氮存貯器是供給冷源的場所,，是整機中的一個重要部件,。依據(jù)臨床需求,，冷凍探桿直徑比較細，一般在6 mm以下,，并且探桿真空*熱層占了必定的空間,，所以液氮運送的實踐通道很窄，直徑1. 6 mm左右,，對流體傳輸阻力很大,，因而液氮需求選用受壓強制運送。

液氮容器一般應(yīng)滿足以下要求: (1)容器必須能接受液氮運送壓力,，耐壓功用可靠; (2)容器自身具有必定的*熱性,，以有效存貯液氮; (3)需求有必定的容積，所存貯的液氮量滿足一次手術(shù)之用,。在全面剖析了醫(yī)治設(shè)備的工況后,，認為液氮存貯器雖然需求有必定的*熱功用要求，以防止容器內(nèi)液 氮迅速汽化,，但對*熱要求不高,，由于存貯器需求保存液氮的

時刻不長，從將液氮注入到存貯器至*終手術(shù)結(jié)束,，大約僅50 min—60 min時刻,，并且設(shè)備作業(yè)時，也需求有部分的液氮汽化,，以抵達容器增壓運送的目的,。

依據(jù)上述剖析，選用填充式結(jié)構(gòu)液氮存貯器,。這種存貯器為表里套筒結(jié)構(gòu),，表里筒體為1Cr18Ni9Ti不銹鋼資料，中心隔層填充珠光砂*熱材 料,，筒體口用夾布膠木制成的環(huán)將內(nèi)筒體定位,，以堅持表里兩筒體的同心度一致。這種結(jié)構(gòu)的液氮存貯器有以下3個特點: (1)當(dāng)體系密閉增壓時，其壓力上升平穩(wěn)緩慢,，不會呈現(xiàn)驟變,，壓力易于操控，安全性好; (2)由于選用填充式結(jié)構(gòu),，*熱效果始終不會有多大的改變,，運用壽數(shù)長; (3)加工工藝簡略，制形成本低,。

(2)液氮運送管

液氮運送管是銜接液氮存貯器與醫(yī)治探頭的部件,，它要求將液氮迅速可靠地傳輸?shù)嚼鋬鎏筋^，盡可能削減運送進程中的汽化丟失,。液氮從液相蒸發(fā)變?yōu)闅?相是一個氣液平衡的傳導(dǎo)進程,，它跟傳熱進程和壓強改變有關(guān)，故氣,、液兩相成分的比例決定于*熱和流動阻力,，為了進步液相成分，需求對影響換熱和流動阻力的 幾個因素進行剖析[4],。

基于上述剖析,，規(guī)劃了表里雙管式液氮運送管，內(nèi)管為直徑2 mm的不銹鋼管,，外管為直徑12 mm的不銹鋼波紋管,，兩管之間選用聚四氟乙烯三角形支撐片定位，一起在夾層抽取真空,，液氮在內(nèi)管中傳輸,，運送管兩頭為不銹鋼螺母接頭，其一端銜接冷凍探 頭,，另一端接液氮存貯器上的液氮出口,。依據(jù)手術(shù)要求，一般運送管長度為1. 5m—1. 7m為宜,，運送管太短,，手術(shù)醫(yī)生不便利，太長了會增加液氮在運送途中的損耗,。查特杜瓦瓶

(3)冷凍醫(yī)治探頭

醫(yī)治探頭是與患者相觸摸的部件,，是液氮低溫醫(yī)治機的核心部件，它的好壞直接影響設(shè)備的功用,。為防止冷凍探頭損害相觸摸的正常安排,，冷凍探頭非冷 凍區(qū)應(yīng)具有杰出的*熱功用。別的,，為了便于探頭順利刺入病灶安排,，還應(yīng)在在*端安裝刀頭。依據(jù)這些臨床要求，規(guī)劃了3套管式結(jié)構(gòu),，即為3根不同直徑的不銹 鋼管套接而成,。其外管直徑為6 mm，壁厚0·2mm;中心管直徑為4mm,，壁厚0. 2mm;內(nèi)管直徑為2 mm,，壁厚0. 2 mm。液氮經(jīng)內(nèi)管流入汽化腔,，汽化制冷后經(jīng)中心管與內(nèi)管的空腔排出,。外管與中心管之間為真空腔體，一方面使非冷凍區(qū)探桿表面堅持常溫,，另一方面能夠有效地 削減液氮的汽化丟失,。

依據(jù)臨床運用需求，冷凍探頭工藝上還具有以下要求: (1)醫(yī)治探頭和探桿便于消毒,，與安排觸摸部分的壁面四周鍍銀,，以防止氧化,。(2)醫(yī)治探頭端部需安裝測溫的銅,、康銅熱電偶，用以測驗和操控冷凍手術(shù)的溫 度,。(3)為了能使冷凍探頭進步傳熱效果,，需將其做成薄壁空心形狀，資料選用導(dǎo)熱較好的紫銅,。為充分利用液氮的潛熱,。

2、功用模塊規(guī)劃

與PLC銜接的硬件*要有加熱自增壓模塊,、收集轉(zhuǎn)化模塊和復(fù)溫模塊,。

(1)加熱自增壓模塊

加熱自增壓模塊是為液氮在管道內(nèi)流動供給動力的功用模塊。它有兩個效果,，一是加液時為加液罐供給壓力,，二是設(shè)備作業(yè)時為刀桿供給壓力。

手術(shù)前,，需求將液氮加入到液氮存貯器內(nèi),，這就靠加液罐中的加熱自增壓模塊完結(jié)。*先銜接好加液罐與液氮存貯器之的管路,，然后經(jīng)過觸摸屏的加液開 關(guān),，操控加液與否。別的,，在液氮存貯器和外置儲液罐中都安裝了液位計,，一方面能夠在顯現(xiàn)屏上顯現(xiàn)當(dāng)時液位量，便于實時監(jiān)測，另一方面當(dāng)在液氮存貯器液位達 到*高或許外置儲罐液氮缺乏時,，能夠主動切斷加液開關(guān),，完結(jié)人性化規(guī)劃。液位計選用了比較器的翻轉(zhuǎn)原理,，電路如圖2所示,。

手術(shù)時，液氮從存貯器中經(jīng)液氮運送管抵達刀頭,，汽化釋放冷量后排出,。由于管路細且長，需求很高的壓力,，加熱自增壓模塊應(yīng)能為其供給滿足的壓力,。 一起，存貯器內(nèi)壓力應(yīng)能自由操控,，當(dāng)液氮存貯器內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力時,，應(yīng)中止加熱，必要時翻開卸壓閥下降壓力,，以保持存貯器內(nèi)壓力,。

(2)收集轉(zhuǎn)化模塊

不同人體部位或安排，會對制冷效果發(fā)生不同的影響,。例如大血管中血液的流動會帶走相當(dāng)?shù)睦淞?，而在人體安排中，由于熱阻,，每1 cm大約形成35℃的溫差[3-4] ,。為了掌握在醫(yī)治區(qū)域鴻溝上的溫度，以免醫(yī)治進程中損害正常安排,，需求實時監(jiān)測醫(yī)治區(qū)域的溫度,。因而，設(shè)備配備了多路外置針式溫度傳感器,，便于操作者監(jiān)督 冷凍探頭周圍安排溫度,。溫度探針的資料為T分度熱電偶線，其一端銜接到收集轉(zhuǎn)化模塊,，另一端插入人體安排中,。作業(yè)時，熱電偶線將溫度信號轉(zhuǎn)化成熱電動勢信 號,，經(jīng)過收集轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)化為溫度,，并經(jīng)通訊線在觸摸屏上顯現(xiàn)出來。壓力的收集則是經(jīng)過T分度熱電偶將壓力信號轉(zhuǎn)化成4mA-20 mA標(biāo)準信號,，經(jīng)過收集轉(zhuǎn)化模塊再轉(zhuǎn)化為壓力,，并在觸摸屏上顯現(xiàn)出來,。

(3)復(fù)溫模塊

冷凍手術(shù)在操作完結(jié)后，如何加熱使探頭與凍住的安排能夠快速脫離,，是一個技術(shù)難題,。傳統(tǒng)的計劃是在醫(yī)治探頭的端部布置電加熱元件，可是電加熱元 件在液氮的低溫和加熱發(fā)生的高溫的重復(fù)更迭下,，線路,、焊點以及元件自身很容易由于熱脹冷縮呈現(xiàn)故障，壽數(shù)無法進步,。本設(shè)備則將儲罐中液氮蒸發(fā)所發(fā)生的氮氣 收集起來,，在加熱到室溫后經(jīng)過原有的液氮運送管路送至醫(yī)治探頭，完結(jié)探頭復(fù)溫,。這樣的計劃由于加熱元件不在低溫下作業(yè),，具有更高的可靠性和壽數(shù)，運用時也 更為安全,，在某些特殊運用場合(如心臟手術(shù)中)不會由于電壓對病人形成傷害,。

二、液氮低溫外科醫(yī)治機的軟件規(guī)劃

1,、主程序規(guī)劃

規(guī)劃軟件時遵循模塊化規(guī)劃原則,，分別規(guī)劃了主程序和模塊子程序。除主程序外,，針對不同功用規(guī)劃了子程序,，*要包含:溫度檢測子程序,、加液操控子程序,、過壓放氣子程序和復(fù)溫子程序等。液氮低溫外科醫(yī)治機的軟件主程序流程圖如圖3,。

經(jīng)過觸摸屏和按鍵配合操作可完結(jié)各種功用擇和參數(shù)的設(shè)置,。開機后一切外圍器件和按鍵狀況都復(fù)位到初始化狀況。用戶在操控界面中的“數(shù)據(jù)監(jiān)控”分 界面上設(shè)置醫(yī)治手術(shù)所需的壓力和溫度參數(shù)值,。當(dāng)罐內(nèi)壓力小于設(shè)定值時,，加熱模塊作業(yè)，使液氮加速氣化,，快速進步存貯器中壓力,。當(dāng)存貯器中實踐壓力值大于用 戶所設(shè)定的壓力參數(shù)值時，操控體系主動封閉加熱模塊,，并翻開卸壓閥放出必定量的氣體,，以使罐內(nèi)壓力保持在設(shè)定壓力。查特杜瓦瓶

用戶按下開端作業(yè)開關(guān),，低溫電磁閥開端向低溫探頭運送液氮使探頭降溫,。當(dāng)溫度降到設(shè)置溫度參數(shù)值以下時,，體系主動封閉低溫電磁閥，中止繼續(xù)降 溫,。由于手術(shù)醫(yī)治并不是溫度抵達醫(yī)治溫度時就完結(jié),，而是需求繼續(xù)醫(yī)治溫度必定時刻后才能抵達醫(yī)治目的，所以在溫度高于設(shè)定值時,，體系將再度翻開低溫電磁 閥,，使溫度堅持在設(shè)定值，直至手術(shù)結(jié)束時手動中止作業(yè)開關(guān),。

手術(shù)完結(jié)后翻開復(fù)溫模塊作業(yè),，儲氣罐中的熱氣經(jīng)過運送管運送到探頭處開端復(fù)溫，等待探頭溫度抵達0℃以上時,，將低溫探頭從病體中拔出,，并封閉復(fù)溫電磁閥。

2,、用戶操控界面開發(fā)

用戶操控模塊完結(jié)運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測以及用戶對體系參數(shù)的實時操控,。觸摸屏是人機交互的窗口，一切操控均由觸摸屏完結(jié),，顯現(xiàn)操控界面由組態(tài)軟件 編寫,，清晰易懂，便于操作,。一起,，傳感器信息經(jīng)過PLC*終顯現(xiàn)在屏幕上，能夠讓操作人員更全面的了解設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況,。別的反饋操控體系依據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)進行調(diào) 節(jié),，較人工操控更為精確和快捷。反饋的信息包含壓力,、液位,、探頭內(nèi)置和外置傳感器溫度以及包含閥門開閉、作業(yè)狀況等操控參數(shù),。

三,、功用測驗

選用4%明膠溶液作為測驗對象，由于這種溶液的凝膠體挨近實在生物安排,。測驗條件為:刀頭直徑5 mm,、環(huán)境溫度20℃、液氮運送壓力0. 25MPa,。在距刀頭8 mm,、13 mm、18 mm,、23 mm,、28 mm,、33 mm、38 mm放置外置溫度傳感器,，得到溫度隨時刻的改變曲線如圖5,。由圖可知，在間隔刀頭約10 mm之內(nèi),，溫度抵達-50℃以下,，可滿足大部分手術(shù)要求，如需范圍更大的低溫,，可經(jīng)過調(diào)高液氮運送壓力來完結(jié),。

液氮低溫外科醫(yī)治機以液氮為作業(yè)介質(zhì)，適用于外科多種相關(guān)病癥的醫(yī)治,。該設(shè)備*要特點有自增壓加液功用,、溫度監(jiān)測功用和人性化用戶操控界面等。

自增壓加液功用由PLC操控,，一方面完結(jié)向液氮存貯器加液時的一鍵式操作,，另一方面為液氮從存貯器流向刀頭供給滿足的穩(wěn)定的壓力;溫度監(jiān)測功用用于監(jiān)測治 療探頭與外置溫度傳感器的溫度，經(jīng)PLC輸出到顯現(xiàn)屏,，一起主動記錄各路傳感器的溫度改變曲線,，便利用戶術(shù)后查閱與剖析;用戶操控界面選用觸摸屏方法，由 組態(tài)軟件編寫,，清晰易懂,，完結(jié)人性化人機交互。