液体二氧化碳冷冻刀的研制与初步实验

摘要

冷冻外科的热质传输理论研究已成为前沿热门课题，研究生物组织冻融过程的传热传质规律具有重要的理论意义和实用价值。 本文首先进行了负压减小血流灌注的机理分析及初步实验，分析表明血流灌注对生物传热的影响很大；初步实验表明局部负压作用时间的长短对组织的充血和淤血影响较小，局部负压的大小是影响组织充血甚至淤血的主要因素；采用真空泵的抽吸使组织处于负压状态，既可减少组织的血流灌注，又有助于减小癌细胞的扩散几率，提高手术成功率，为此本文首次提出采用自吸式结构的液体CO2冷冻刀的概念。 研制出负压式、导热式和直喷式等三种结构，并搭建了冷冻刀系统实验装置。在实验过程中提出增加中间加热容器的方法，使液体CO2在节流过程中避免进入固体、蒸气两相区，创新性的解决了干冰堵塞问题，为冷冻刀提供连续可靠的冷源。 文中首次对生物组织进行了二维温度场分布实验研究，得出： （1）当刀头大小一定，对同一组织冷冻时，流量越大，降温速度越快，降温影响区域越大； （2）随着冷刀直径的增加，降温速度随着增加；温度影响区域明显增大；冰球直径也随着增大，热量平衡后温度几乎不随时间变化； （3）对于结构疏松组织比如猪肺脏，单次冻融对组织已造成较大的机械破损；对于结构较致密组织，多次反复冻融可以使降温和复温速率增加，单次冻融的热应力造成的机械破损较小，多次冻融后造成的机械破损比单次冻融所造成的机械破损大； （4）直喷式刀头比导热式节能约15％。 本文研究表明：冷冻刀效果较明显，本文得出了不同刀头直径冷冻不同组织时冰球的生长速度及大小以及其对热流密度的响应，从而为临床应用提供了重要的理论依据，有望推动冷冻外科手术和器械的发展应用。