一种冷冻消融系统
阅读：471发布：2023-02-06
专利汇可以提供一种冷冻消融系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种冷冻 消融 系统，包括： 增压 模 块 、调整模块、控 制模 块、冷却模块和冷冻单元，所述增压模块将接收的液态制冷剂增压至第一级压 力 水 平；所述调整模块和所述增压模块相连，接收第一级压力水平的 流体 ，把所述流体增压到第二级压力水平，再将它调整为具有工作压力水平的 工作流体 ；所述 控制模块 和所述调整模块相连，接收所述工作流体并把所述工作流体输送到冷冻通路；所述冷却模块和所述控制模块相连，所述冷冻通路延伸进入所述冷却模块内部，所述冷却模块将所述冷冻通路内部的所述工作流体转换成工作制冷剂；所述冷冻单元与所述冷冻通路连接，用于接收所述工作制冷剂，所述冷冻单元的远端部分为所述工作制冷剂的冷源释放区域。，下面是一种冷冻消融系统专利的具体信息内容。
1.一种冷冻消融系统，包括：
增压模块，所述增压模块将接收的液态制冷剂增压至第一级压力水平；
调整模块，所述调整模块和所述增压模块相连，接收第一级压力水平的流体，把具有第一级压力水平的所述流体增压到第二级压力水平，再将它调整为具有工作压力水平的工作流体；
控制模块，所述控制模块和所述调整模块相连，接收所述工作流体并把所述工作流体输送到冷冻通路；
冷却模块，所述冷却模块和所述控制模块相连，所述冷冻通路延伸进入所述冷却模块内部，所述冷却模块将所述冷冻通路内部的所述工作流体转换成工作制冷剂；
冷冻单元，所述冷冻单元与所述冷冻通路连接，用于接收所述工作制冷剂，所述冷冻单元的远端部分为所述工作制冷剂的冷源释放区域。
2.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，在所述的冷冻消融系统中还包括复温通路，所述复温通路的远端与所述冷冻单元连接，所述复温通路的近端与所述控制模块连接，在所述复温通路和所述冷冻通路之间设置切换阀门，所述工作流体在进入复温通路时被预温到室温以上。
3.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述增压模块利用热能蒸发所述液态流体来产生压力。
4.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述增压模块包括作为一级安全元件的机械泄压阀及作为二级安全元件的电动排气阀。
5.根据权利要求4所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述的机械泄压阀包括3个分别设定不同的开启压力的机械泄压阀，其中设定最低开启压力的所述机械泄压阀是一个无声泄压阀。
6.根据权利要求4所述的冷冻消融系统，其特征在于，当压力达到开启压力时，作为二级安全元件的所述电动排气阀打开，所述开启压力是所述机械泄压阀所设定的最高压力。
7.根据权利要求4所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述调整模块控制所述工作流体排出的温度和压力。
8.根据权利要求7所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述工作流体的温度保持在高于-50℃但小于或等于室温，所述工作流体的压力保持在高于工作压力但小于所述机械泄压阀的设定压力。
9.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述控制模块具有一个使所述工作流体加热到超过室温的加热器，以便复温流体。
10.据权利要求1所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述控制模块具有一个在每个冷冻循环和复温循环结束时排掉所述工作流体的排气阀。
11.一种冷冻消融系统，包括：
增压模块，所述增压模块接收来自于外部的液态制冷剂，并将所述液态制冷剂增压到具有工作压力水平的工作流体；
控制模块，所述控制模块和所述增压模块相连，所述控制模块接收来自于所述增压模块的所述工作流体，并把工作流体输送到冷冻通路；
冷却模块，所述冷却模块和所述控制模块相连，所述冷冻通路延伸进入所述冷却模块内部，所述冷却模块将所述冷冻通路内部的所述工作流体转换成工作制冷剂；以及冷冻单元，所述冷冻单元与所述冷冻通路连接，用于接收所述工作制冷剂，所述冷冻单元的远端部分为所述工作制冷剂的冷源释放区域。
12.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，在所述的冷冻消融系统中还包括复温通路，所述复温通路的远端与所述冷冻单元连接，所述复温通路的近端与所述控制模块连接，在所述复温通路和所述冷冻通路之间设置切换阀门，所述工作流体在进入复温通路时被预温到室温以上。
13.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述增压模块被安装在所述冷却模块内。
14.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述增压模块利用热能蒸发所述液态流体来产生压力。
15.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述增压模块包括作为一级安全元件的机械泄压阀及作为二级安全元件的电动排气阀。
16.根据权利要求15所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述的机械泄压阀包括3个分别设定不同的开启压力的机械泄压阀，其中设定最低开启压力的所述机械泄压阀是一个无声泄压阀。
17.根据权利要求15所述的冷冻消融系统，其特征在于，当压力达到开启压力时，作为二级安全元件的所述电动排气阀打开，所述开启压力是所述机械泄压阀所设定的最高压力。
18.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述控制模块具有一个使所述工作流体加热到超过室温的加热器，以便复温流体。
19.根据权利要求11所述的冷冻消融系统，其特征在于，所述控制模块具有一个在每个冷冻循环和复温循环结束时排掉所述工作流体的排气阀。
一种冷冻消融系统
技术领域
背景技术
[0002] 冷冻手术治疗是利用极低温度和所设计的复杂系统适当地冷冻待治疗的目标生物组织。很多这类系统都要使用工作流体，这个工作流体是在一个可重复充装的气罐里预先加压。这些气罐通常具有一个很大的内部容积来存储足够多的流体，以保证一个正常的冷冻手术过程。它们通常是由壁厚很厚的钢制作成的，这样能达到耐高压要求，但这样通常也使气罐非常笨重。考虑到尺寸，可重复充装的气罐通常是放在冷冻消融单元的外面，这就使整个系统在操作上非常笨拙。本发明的目的是去掉外面的气罐，并开发出一种集成的冷冻单元，它能产生加压工作流体并转换成工作制冷剂，此制冷剂输送到冷冻单元的消融组件。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种改进的用来冷冻和破坏生物组织的冷冻消融系统。
[0004] 为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 一种冷冻消融系统，包括：
[0007] 调整模块，所述调整模块和所述增压模块相连，接收第一级压力水平的流体，把具有第一级压力水平的所述流体增压到第二级压力水平，再将它调整为具有工作压力水平的工作流体；
[0009] 冷却模块，所述冷却模块和所述控制模块相连，所述冷冻通路延伸进入所述冷却模块内部，所述冷却模块将所述冷冻通路内部的所述工作流体转换成工作制冷剂；
[0010] 冷冻单元，所述冷冻单元与所述冷冻通路连接，用于接收所述工作制冷剂，所述冷冻单元的远端部分为所述工作制冷剂的冷源释放区域。
[0011] 在一个实施方式中，在所述的冷冻消融系统中还包括复温通路，所述复温通路的远端与所述冷冻单元连接，所述复温通路的近端与所述控制模块连接，在所述复温通路和所述冷冻通路之间设置一个切换阀门，所述工作流体在进入复温通路时被预温到室温以上。
[0013] 在一个实施方式中，所述增压模块包括作为一级安全元件的机械泄压阀及作为二级安全元件的电动排气阀。
[0014] 在一个实施方式中，所述的机械泄压阀包括3个分别设定不同的开启压力的机械泄压阀，其中设定最低开启压力的所述机械泄压阀是一个无声泄压阀。
[0015] 在一个实施方式中，当压力达到开启压力时，作为二级安全元件的所述电动排气阀打开，所述开启压力是所述机械泄压阀所设定的最高压力。
[0016] 在一个实施方式中，所述调整模块控制所述工作流体排出的温度和压力。
[0017] 在一个实施方式中，所述工作流体的温度保持在高于-50℃但小于或等于室温，所述工作流体的压力保持在高于工作压力但小于所述机械泄压阀的设定压力。
[0018] 在一个实施方式中，所述控制模块具有一个使所述工作流体加热到超过室温的加热器，以便复温流体。
[0019] 在一个实施方式中，所述控制模块具有一个在每个冷冻循环和复温循环结束时排掉所述工作流体的排气阀。
[0020] 为了进一步简化系统设计和控制，本发明的冷冻消融单元具有一个流体增压阶段，它和一个控制模块和一个冷却模块一起工作。为了实现这个目的，本发明所采用的技术方案是：
[0021] 一种冷冻消融系统，包括：
[0022] 增压模块，所述增压模块接收来自于外部的液态流体，并将所述液态流体增压到具有工作压力水平的工作流体；
[0023] 控制模块，所述控制模块和所述增压模块相连，所述控制模块接收来自于所述增压模块的所述工作流体，并把工作流体输送到冷冻通路；
[0024] 冷却模块，所述冷却模块和所述控制模块相连，所述冷冻通路延伸进入所述冷却模块内部，所述冷却模块将所述冷冻通路内部的所述工作流体转换成工作制冷剂；以及[0025] 冷冻单元，所述冷冻单元与所述冷冻通路连接，用于接收所述工作制冷剂，所述冷冻单元的远端部分为所述工作制冷剂的冷源释放区域。
[0026] 在一个实施方式中，在所述的冷冻消融系统中还包括复温通路，所述复温通路的远端与所述冷冻单元连接，所述复温通路的近端与所述控制模块连接，在所述复温通路和所述冷冻通路之间设置切换阀门，所述工作流体在进入复温通路时被预温到室温以上。
[0027] 在一个实施方式中，所述增压模块被安装在所述冷却模块内。
[0028] 在一个实施方式中，所述增压模块利用热能蒸发所述液态流体来产生压力。更优选的，所述热能来自于集成了温度传感器的压力加热器。
[0029] 在一个实施方式中，所述增压模块包括作为一级安全元件的机械泄压阀及作为二级安全元件的电动排气阀。
[0030] 在一个实施方式中，所述的机械泄压阀包括3个分别设定不同的开启压力的机械泄压阀，其中设定最低开启压力的所述机械泄压阀是一个无声泄压阀。
[0031] 在一个实施方式中，当压力达到开启压力时，作为二级安全元件的所述电动排气阀打开，所述开启压力是所述机械泄压阀所设定的最高压力。
[0032] 在一个实施方式中，所述控制模块具有一个使所述工作流体加热到超过室温的加热器，以便复温流体。
[0033] 在一个实施方式中，所述控制模块具有一个在每个冷冻循环和复温循环结束时排掉所述工作流体的排气阀。
[0034] 同现有技术相比，本发明提供一个独立的集成冷冻消融单元，此冷冻消融单元能自己产生正压流体，控制流体温度，并引导流体到冷冻单元以实现治疗。这个系统利用多级增压，一种类型的制冷液原料、一个复温液体发生器，及一个冷冻液储存器，制冷剂由液态变成气态的体积膨胀产生正向的流体压力。热能被引进到每个增压阶段为蒸发液态制冷剂来提供热焓能量或者为每个增压阶段的冷冻液体进一步体积膨胀提供动能。本系统使用一种类型的制冷液，优选是液态流体。液态流体既可用作工作流体也可用作一种制冷液体存储器里的制冷剂。本发明包含一个内置的加热器来加热流体以达到复温的目的。本系统使用的增压模块包括作为一级安全元件的机械泄压阀及作为二级安全元件的电动排气阀，所述的机械泄压阀包括3个分别设定不同的开启压力的机械泄压阀，其中设定最低开启压力的所述机械泄压阀是一个无声泄压阀，当压力达到开启压力时，作为二级安全元件的所述电动排气阀打开，所述开启压力是所述机械泄压阀所设定的最高压力，一级安全元件和二级安全元件协同作用使增压模块在安全且最佳的状态下工作。附图说明
[0035] 图1显示本发明的冷冻消融系统。
[0036] 图2是图1所示系统中消融单元的示意图。
[0037] 图3是图2所示增压模块的示意图。
[0038] 图4是图3所示增压模块的控制流程图。
[0039] 图5是图2所示调整模块的示意图。
[0040] 图6是图5所示调整模块的控制流程图。
[0041] 图7是图2所示控制模块的示意图。
[0042] 图8是图2所示冷却模块的示意图。
[0043] 图9是图1所示消融单元的第二个实施例的示意图。
[0044] 图10是图9所示控制模块的示意图。
[0045] 图11是图1所示冷冻消融系统的冷冻单元的示意图。
具体实施方式
[0047] 消融单元
[0048] 参照图1和图2，本发明提供一种冷冻消融系统10，此冷冻消融系统10能将冷的和热的能量以液态制冷剂(例如液态流体、液氦、液氩、液氖等)的形式输送到冷冻单元600的末端。冷冻消融系统10包括一个冷冻消融单元100，所述冷冻消融单元100有一个增压模块200，此增压模块200接收约为一个大气压的液态制冷剂并将其增压到第一级压力水平。被增压的流体从增压模块200直接输送到调整模块500。此调整模块500加热流体到一个更高的温度范围，进一步加压流体到第二级压力水平，并且调节出口压力到工作压力水平，以便输送具有工作压力水平的工作流体。控制模块300配合安全元件对从调整模块500中流出的工作流体的状态进行改善，引导工作流体的流动。所述工作流体被输送到冷冻通路，或者产生复温流体被输送到复温通路。工作流体在进入冷冻单元600前由冷却模块400进行再次冷却并转换成工作制冷剂。从冷冻单元600中回流的流体将再次进入并排到冷却模块400中。
[0050] 增压模块200具有一个双层真空绝热的圆筒型高压存储器206，高压存储器206通过阀202来灌装液态制冷剂。在灌装过程中蒸发的气体通过阀224排出。阀202和阀224既能手动操作也能电动操作。集成了温度传感器的压力加热器208和210提供热能把制冷剂从液态转换成气态，以在高压存储器206内部产生正压。液态制冷剂蒸发产生大量的气体，会在固定的空间内累积很高的压力。高压存储器206通常被设计成耐压力等级从2bar到100bar或更高。本实施例的高压存储器206的最佳设计压力是43bar。在高压存储器206中的制冷剂压力Pc被压缩到等于或低于存储器压力。本实施例的高压存储器206中的冷冻流体被压缩的平均压力大约是35bar，它在压力上限PH和压力下限PL之间变化，具体取决于压力加热器蒸发制冷剂产生压力的性能。理想中，PH和PL优选是相等的。实际上，一般将PH和PL控制在平均压力±1bar到±10bar的波动区间是可行的。
[0051] 在增压模块200中使用的集成了温度传感器的压力加热器是非常重要的元件。温度传感器的输出信号是控制压力加热器的变量之一，这部分将在下面具体描述。温度传感器的读数可间接的来测量高压存储器206中制冷剂的液位/容积。因为随着存储器中制冷剂的消耗，内部冷冻流体的温度上升。在高压存储器206中制冷剂的液位和制冷剂的温度和压力是相关的。可以说，一旦制冷剂的温度读数上升超过制冷剂的设定温度TCS，存储器中的制冷剂将被认为是低液位。制冷剂的设定温度能被设置成任何室温或低于室温的温度。在本实施例中，0℃是优选的制冷剂的设定温度。当压力加热器是关闭状态时，冷冻流体的温度读数如果一直大于或等于0℃将触发软件报警，提示制冷剂液位低并将阻止加热器工作直到制冷剂温度冷却到低于设定的温度TCS。此外，压力加热器208和210具有一个不能超出的高温限制值THH，因为当压力加热器温度达到THH时，软件控制模块会被触发以关闭压力加热器直到温度冷却到低于这个极限值，这个极限值将在下面讨论。高温极限THH将被设定低于加热器最大额定温度。例如，THH将是最大额定温度的50％或者本实施例的200℃。这个安全范围避免加热器温度过高。
[0052] 参照图4是增压模块的控制流程，制冷剂压力PC被压力传感器214和218检测用来控制压力加热器208和210。制冷剂压力被监控和反馈到软件控制模块(未示出)中。当制冷剂压力低于低压限制值PL以及加热器温度低于高温限制值THH时，压力加热器打开。否则，当压力加热器温度大于或等于THH时，压力加热器关闭。另外一种情况是，当制冷剂压力低于低压限制值PL以及制冷剂温度低于设定温度TCS时，压力加热器打开。同样，当制冷剂温度等于或高于设定温度TCS时，制冷剂低液位的报警将触发。无论什么时候，当制冷剂的压力超过压力上限PH时，压力加热器将关闭直到压力范围低于压力下限PL。软件控制模块实时控制压力加热器的关闭来保持压力在PL和PH之间。
[0053] 增压模块200利用机械泄压阀作为安全元件来限制在高压存储器206中累积的压力。机械泄压阀单独工作并作为一级安全元件。当高压存储器206中的压力高于压力上限PH时，这些泄压阀被设定到开启状态以释放掉多余的压力。增压模块包括3个机械泄压阀216、220、222来避免系统过压。这三个机械泄压阀设定不同的开启压力。机械泄压阀216是一个无声阀，开启压力设定得最低。机械泄压阀216的开启压力设定在压力上限PH。作为一种选择，机械泄压阀216的开启压力也可设定高于PH，超出的压力范围在0bar到20bar或更高之间。更高的额外压力需要一个更坚固和更昂贵的设计。设置无声的机械泄压阀216的目的是为了在低噪条件下释放累积的多余压力并且尽可能地降低高压泄压阀开启的机率。高压泄压阀是高压流体器件并且开启时噪声很大。高压的机械泄压阀220和222的开启噪声是一种突然的让人恐慌的声波并且让人感觉冷冻消融系统是不是哪地方坏了。降低流体的流速或减少这些阀的噪声可能会影响到机械泄压阀的正常工作继而影响系统的安全。机械泄压阀
220是一个协调压力阀通常启动压力设定在机械泄压阀216和222之间。机械泄压阀222具有最高的启动压力PHPR，通常设定在等于或低于高压存储器206的压力上限。一旦在高压存储器206中的制冷剂压力达到PHPR时，机械泄压阀222将打开，另外机械泄压阀216和220排出掉额外的压力并降低制冷剂压力使其达到或低于PH或机械泄压阀216的开启压力。
220是一个协调压力阀通常启动压力设定在机械泄压阀216和222之间。机械泄压阀222具有最高的启动压力PHPR，通常设定在等于或低于高压存储器206的压力上限。一旦在高压存储器206中的制冷剂压力达到PHPR时，机械泄压阀222将打开，另外机械泄压阀216和220排出掉额外的压力并降低制冷剂压力使其达到或低于PH或机械泄压阀216的开启压力。
[0054] 当机械泄压阀发生故障的时候，增压模块200启用二级安全元件。参照图3和4所示，在图3中B点附近装有一个电动排气阀228。当压力传感器214和218检测到压力超过机械泄压阀222的开启压力PHPR时，电动排气阀228将打开。软件控制系统将发送一个过压报警信号并排掉高压存储器206中多余的压力，直到压力水平低于压力上限PH。冷冻消融单元100在使用之前将需要进行一次所有安全元件的彻底核查和检修。压力表212可直观的确定高压存储器206中的压力水平。一级安全元件和二级安全元件协同作用使增压模块200在安全且最佳的状态下工作。
[0055] 在正常的操作下，在高压存储器206中的制冷剂被压缩，压力范围在PL和PH之间，平均制冷剂压力是PC。当存储器中的制冷剂被消耗时，在高压存储器206中制冷剂流体的温度上升。当制冷剂温度达到TCS或0℃，制冷剂低液位的报警会被触发。制冷剂流体温度允许上升到室温，然而一旦制冷剂温度达到TCS或更高，压力加热器208和210将不工作。压缩制冷剂流体将直接从增压模块200进入到调整模块500。
[0056] 参照图5，调整模块500与增压模块200相连，调整模块500通过B点从增压模块200中接收具有第一级压力水平的流体。在进入升温加热器508之前流体先通过止回阀506和控制阀504。升温加热器508具有一个内置温度传感器TWH，进口管温度传感器TWHI和出口管温度传感器TWHO(未示出)。以进口管温度传感器作为测量基准。进口管温度传感器和出口管温度传感器提供反馈信号来控制升温加热器508。升温加热器的目的是进一步提高进入调整模块500的流体的压力和温度。压力水平应该升高到超出调压阀514设定的压力点，但要低于泄压阀512的开启压力PRV。更高的流体压力或调整模块压力PRM使得流体存储能量便于支持使用。另外，调压阀514精确控制出口压力或工作压力PW。当进口压力高于出口压力时调压阀排出工作压力。升温加热器508的功能是提高进入调整模块500的流体的温度到高于-50℃直至室温。这个使调压阀514在它的温度参数下达到最佳工作状态。
[0057] 当制冷剂流体温度升高，在止回阀506和调压阀514之间的流体压力也会升高。控制阀504是阻止流体回流到增压模块200中去。压力传感器510监控压力的上升和实时控制升温加热器508的开关并使得控制阀504能保持调整模块压力PRW在大于PW和小于PRV之间的可接受范围内。排气阀502作为调整模块500的第二级安全元件。当压力达到PORV或者超过PRV2bar时，排气阀502将打开，排掉多余的流体，并触发过压警报。排气阀保持打开状态直到压力区间降到低于PRV的可接受水平。
[0058] 把调整模块500的第二级增压阶段整合到冷冻消融单元100具有优势但也伴随着风险。优势是调整模块500的第二级增压阶段能使增压模块200的第一级增压阶段被设计成相对于需要的流体工作压力PW要低的多的耐压水平。对于增压模块而言，低的压力等级设计使它有更高的性价比、更小巧及更容易大规模生产。第二级增压阶段带来的风险是需要控制增加的流体压力。控制压力增加的幅度是通过实时操纵控制阀504的开关使得每次一定量的制冷剂进入调整模块500来实现。这个步骤使得少量的制冷剂可以随时被加热从而限制了压力的累积。另外一种途径是在加热器后面添加一个压力储存器(未示出)使之为制冷剂的进一步膨胀提供空间，为流体运动提供充足的动力。
[0059] 参照图6是调整模块500的控制流程图。流体压力PRM第一个被检测。如果这个压力等于或低于PW，控制阀504将打开。在此之后，取决于流体出口管的温度TWHO和升温加热器508的内部温度TWH，升温加热器508打开或关闭，或者控制阀将关闭。在另外一种情形下，当调整模块的压力PRM升高到泄压阀510的开启压力，升温加热器将关闭。一旦压力水平达到PORV，排气阀502将打开排掉多余的流体直到压力低于PRV时关闭。软件控制系统持续的监控压力水平和流体温度以确保正常的操作和必要时提供报警。
[0060] 调整模块500具有一个非常艰巨的任务，就是调整为控制模块300准备的流体的压力和温度。在正常的操作模式下，从调整模块500中释放的工作流体具有一个工作压力PW和一个大于-50℃到室温的流体温度。工作流体从调整模块500直接流到控制模块300中。
[0061] 参照图7，控制模块300和调整模块500相连，控制模块300通过E点接收来自调整模块500的工作流体，净化后，再输送到冷却通路或复温通路。所述复温通路的远端与所述冷冻单元600连接，所述复温通路的近端与所述控制模块1300连接，在所述复温通路和所述冷冻通路之间设置切换阀门，所述工作流体在进入复温通路时被预温到室温以上。工作流体进入控制模块首先通过一个可选择的水气过滤器314再通过一个颗粒过滤器316。这个步骤将剔除掉污染物，否则颗粒将顺流堵塞冷冻单元600的孔隙，降低冷冻单元的性能。冷冻阀320在冷冻循环中引导流体到C点，复温阀308在复温循环中引导流体到D点。泄压阀304、压力传感器318和排气阀302是安全元件来防止在冷冻阀320和复温阀308之间的流体过压。复温加热器312是复温液体发生器，复温使流体温度升高到超过室温，为复温循环做准备。排气阀310也是作为安全元件来防止由于加热器312而导致的过压及释放在管路里聚集的流体。例如，在冷冻循环过程中，流体在冷冻单元600中堵塞。阀310在冷冻循环和复温循环结束时从系统中排掉工作流体。
[0062] 参照图8，冷却模块400包含一个双层真空绝热的杜瓦瓶402。杜瓦瓶402是一个敞口的、不耐压的、充满制冷剂的存储器。杜瓦瓶中的制冷剂和增压模块200中所用的冷冻流体是一样的。它的目的是在整个系统中使用一种类型的冷冻流体。它提供一个好处是不需要购买不同种类的流体，而且允许流体从一个模块到另外一个模块中混合。例如，从增压模块200出来的压缩流体从冷冻单元流回到冷却模块400。在正常的操作模式下，冷却模块400和控制模块300相连，冷却模块400通过C点和D点接收来自控制模块300的流体。冷冻通路延伸进入冷却模块400内部，冷却模块400将冷冻通路内部的工作流体转换成工作制冷剂。在冷冻单元的冷冻循环中，工作流体从C点流过热交换器404或者冷冻流体发生器，这个冷冻流体发生器靠近杜瓦瓶402的底部并浸在制冷剂里。工作流体在通过热交换器404时被二次冷却再转换成工作制冷剂。这个工作制冷剂通过止回阀406进入到输送管410，再进入到与冷冻单元600的连接口A点。止回阀406阻止流体回流到热交换器404中。当从C点流到A点的流体通路处于真空条件时回流发生。因为A点是开放口，污染物例如高湿度空气中的水汽从冷冻结束后被吸进，之后冷冻并阻塞输送管410进而阻止所需要的流体的流动。流体内部的负温梯度(这个梯度由于负压中分子压缩造成的)形成了从C点到A点的真空通路。灌满制冷剂的杜瓦瓶402将使流体在输送管410内部，热交换器404和从热交换器到冷冻阀320和复温阀308之间的通路由于收缩而产生一个真空空间。
[0063] 工作制冷剂用一个可选的真空绝热腔体(虚线414所示)保温。超高真空系统416产生真空绝热。真空绝热系统保温输送管410、止回阀406、A点和冷冻单元600及回气管408。从热交换器404中出来的经二次冷却的流体流到冷冻消融单元100的A点的过程中得到保温。工作制冷剂通过输送管410在A点进入冷冻单元600，也通过A点回流进入回气管408。冷冻单元回流流体通过一个可选的止回阀412排放到双层真空绝热的杜瓦瓶402中。止回阀412阻止不想要的污染物，例如从回气管408中进入的冷凝水汽。特别是当冷冻单元连接在冷冻消融单元上，输送管410和回气管408还有残留流体。例如上面描述的任何的真空或负压都将在回气管408内部产生虹吸效应。因为回气管408的开口靠近杜瓦瓶402的底部，颗粒污染物以及水汽将被吸进并产生污染。一个可选的用于监控回流压力并反馈信息到软件控制系统的压力传感器418被整合到冷却模块400中。从基准和安全性考虑，传感器418用于测量下游的压力。当一个不正常的高压情况，例如回气管408被堵塞，被检测到时，它能触发控制模块
300上的排气阀310的开关。
300上的排气阀310的开关。
[0064] 本发明第一个实施例是一个冷冻消融单元，包括一个增压模块、一个压力调整模块、流体控制模块和一个制冷剂冷却模块，所述冷冻消融单元和一个冷冻单元一起工作组成一个冷冻消融系统。增压模块在一个大气压下接收流体制冷剂，之后压缩它到第一级压力水平。第一级压力水平可以从2bar到100bar或更高。第一级压力水平可以高于或低于调整模块出口的工作压力。调整模块进一步压缩流体到第二级压力水平。第二级压力水平高于工作流体压力。此外，调整模块能提高流体质量，优化流体温度并调整出口压力，将其调整为工作压力水平。控制模块之后预温流体为复温做准备或在输送到冷冻单元之前将其引入冷却模块进行二次冷却。冷冻单元被连接到冷冻消融单元并接收工作制冷剂或复温流体。从冷冻单元排出的流体回流到冷冻消融单元。整个冷冻消融系统10利用热能从流体制冷剂中产生正压，控制流体温度，之后输送它到冷冻单元从而到达治疗的目的。它是一个单独的冷冻消融系统，其集成了一个自我增压的子系统，而不需要从外部气罐里获得持续的气体来为冷冻单元提供工作流体。
[0065] 上述的描述是本发明的第一个实施例。然而进一步改进将简化该实施例使得整个系统更紧凑、更简单和精炼。为了达到以上的目标，第一，把增压模块重新放到冷却模块里来减少空间。第二，在第二个实施例里去掉调整模块来创造一个一级增压的冷冻消融单元。这样在一个模块里控制流体压力及流体温度将更容易。调整后的优点是简化了软件控制，更经济，具有更高的制冷剂使用效率。因为相对于在更高的温度下转换工作流体到工作制冷剂，将压缩制冷剂转换到工作制冷剂需求的制冷剂量更少，就像在本发明第一个实施例所示。参照图9，冷冻消融系统10的冷冻消融单元1100的第二个实施例示意图。冷冻消融单元1100包括增压模块200、控制模块1300和冷却模块400。一个大气压的冷冻流体在增压模块200中转换成压缩制冷剂，并直接流到控制模块1300中。冷却模块接收压缩制冷剂并转化成工作制冷剂。增压模块200和冷却模块400和上述的一样。然而，控制模块1300和上述的控制模块300不一样。
[0066] 参照图10，控制模块1300的示意图。控制模块1300和增压模块200相连，控制模块1300在B点处接收来自增压模块200的压缩制冷剂。在冷冻循环过程中，制冷剂通过冷冻阀
1302输送到C点。在冷冻和复温循环结束时，冷冻阀用来排掉工作流体之后排气阀1304开始工作。在复温循环过程中，压缩制冷剂通过复温阀1306流进复温加热器1308。压缩制冷剂在复温加热器出口处转换成复温流体，之后流进D点再在A点处流进冷冻单元。在第二个实施例中去掉了二级增压阶段以及机械调压阀。工作压力在增压模块200中被软件控制系统调整。因为在第二个实施例中没有机械调压阀，在增压模块中的制冷剂压力PC变成工作压力PW。控制系统很好的调整压力水平，使工作压力维持在公差范围在±1bar到±10bar。或者尽可能的像本发明中第一个实施例里描述的一样，有一个压力上限PH和一个接近的压力下限PL。
1302输送到C点。在冷冻和复温循环结束时，冷冻阀用来排掉工作流体之后排气阀1304开始工作。在复温循环过程中，压缩制冷剂通过复温阀1306流进复温加热器1308。压缩制冷剂在复温加热器出口处转换成复温流体，之后流进D点再在A点处流进冷冻单元。在第二个实施例中去掉了二级增压阶段以及机械调压阀。工作压力在增压模块200中被软件控制系统调整。因为在第二个实施例中没有机械调压阀，在增压模块中的制冷剂压力PC变成工作压力PW。控制系统很好的调整压力水平，使工作压力维持在公差范围在±1bar到±10bar。或者尽可能的像本发明中第一个实施例里描述的一样，有一个压力上限PH和一个接近的压力下限PL。
[0067] 冷冻单元
[0068] 参照图11，它是一个典型的冷冻单元600的示意图。所述的冷冻单元600优选为导管。冷冻单元在A点连接到冷冻消融系统10上。冷冻单元具有热绝缘部分506、冷冻部分508和远端头部510。热绝缘部分506包括A点。冷冻单元600的输送管502和冷冻单元600的回气管504连接到A点。从A点直到与冷冻部分508相交的热绝缘部分506由真空系统416真空绝热。
[0069] 冷冻部分508是没有热绝热部分的。冷冻单元600通过A点与冷冻通路连接，用于接收工作制冷剂，冷冻能量是通过输送管和回气管提供，通过所述冷冻单元600的冷冻部分508将工作流体输送到治疗部位，冷冻单元600的远端部分为工作制冷剂的冷源释放区域。
冷冻能量直接接触待治疗组织或是通过用医用球囊或其他等效方法封装的热交换介质来提供。热交换介质是盐水或者其他在室温下的非挥发的生物相容性流体。冷冻单元600的输送管502和回气管504延长超过热绝缘506部分进入冷冻部分508及部分进入远端头部510。
冷冻能量直接接触待治疗组织或是通过用医用球囊或其他等效方法封装的热交换介质来提供。热交换介质是盐水或者其他在室温下的非挥发的生物相容性流体。冷冻单元600的输送管502和回气管504延长超过热绝缘506部分进入冷冻部分508及部分进入远端头部510。
[0070] 远端头部510从冷冻部分508中伸出。头部通常被设计成柔软的、弹性的、光滑的，使冷冻单元能在没有损伤周围组织的情况下通过复杂的通路。
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