工质输送控制方法及低温冷冻治疗系统

摘要

本发明涉及一种工质输送控制方法及低温冷冻治疗系统，涉及消融治疗技术领域，用于解决无法兼顾降温速度快和节省液氮的技术问题。本发明的工质输送控制方法，根据治疗端的温度和/或该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统调节当前输送的工质状态，从而低温冷冻治疗系统可通过控制不同状态的工质的输出时机和输出的持续时间，从而使运行时治疗端降温速度快并稳定保持在最低温度，由此可达到兼顾降温速度和节省工质的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及消融治疗技术领域，特别地涉及一种工质输送控制方法及低温冷冻治疗系统。

背景技术

癌症已成为当前威胁国人健康的主要杀手。除了手术、化疗、放疗三板斧之外，近年来，低温冷冻消融治疗恶性肿瘤已经成为一种新的选择。其采用的低温冷冻治疗设备一般采用液氮工质对病灶组织进行低温冷冻来达到治疗的目的。但是在运行时如果仅使用单一工质的单一状态进行降温，则无法兼顾降温速度快和节省液氮两个目的。

发明内容

本发明提供一种工质输送控制方法及低温冷冻治疗系统，用于解决无法兼顾降温速度快和节省液氮的技术问题。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种工质输送控制方法，包括以下操作步骤：

S1：所述低温冷冻治疗系统将工质输送至其治疗端；

S2：获取所述治疗端的温度以及该温度所持续的时间；

S3：根据所述治疗端的温度和/或该温度所持续的时间，所述低温冷冻治疗系统调节当前输送的工质状态；

其中，所述工质为单一工质。

在一个实施方式中，步骤S3包括以下子步骤：

S31：根据所述治疗端的温度和该温度所持续的时间，所述低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第一状态调节为第二状态，并输送第二状态工质；

S32：根据所述治疗端的温度和该温度所持续的时间，所述低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第三状态或第一状态，并输送第三状态工质或第一状态工质；

S33：根据所述治疗端的温度所持续的时间，所述低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第三状态调节为第二状态，并输送第二状态工质。

在一个实施方式中，步骤S31包括以下子步骤：

S311：判断治疗端的温度是否满足第一温度条件，若是，则执行步骤S312；

S312：判断治疗端的温度所持续的时间是否满足第一时间条件，若是，则执行步骤S313；

S313：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第一状态调节为第二状态，并以输送第二状态工质。

在一个实施方式中，步骤S32包括以下子步骤：

S321：判断治疗端的温度是否满足第一温度条件，若是，则执行步骤S322；

S322：判断治疗端的温度所持续的时间是否满足第一时间条件，若是，则执行步骤S323；

S323：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第三状态，并以输送第三状态工质。

在一个实施方式中，步骤S321中，若治疗端的温度不满足第一温度条件，则执行步骤S324；

S324：判断治疗端的温度是否满足第二温度条件，若是，则执行步骤S325；

S325：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第一状态，并以输送第一状态工质。

在一个实施方式中，步骤S33包括以下子步骤：

S331：判断治疗端的温度是否满足第二温度条件，若是，则执行步骤S332；

S332：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第三状态调节为第二状态，并以输送第二状态工质。

在一个实施方式中，所述第一温度条件为治疗端的温度小于-190℃，所述第二温度条件为治疗端的温度大于-180℃。

在一个实施方式中，所述第一时间条件为治疗端的温度持续60s±5s。

在一个实施方式中，所述第一状态为高压气体状态；所述第二状态为液态；所述第三状态为低压气体状态。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种低温冷冻治疗系统，所述低温冷冻治疗系统采用上述的工质输送控制方法输送工质。

与现有技术相比，本发明的优点在于，根据治疗端的温度和/或该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统调节当前输送的工质状态，从而低温冷冻治疗系统可通过控制单一工质的不同状态的输出时机和输出的持续时间，从而使运行时治疗端降温速度快并稳定保持在最低温度，由此可达到兼顾降温速度和节省工质的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中工质输送控制方法的流程图；

图2是本发明的实施例中低温工质的不同相（状态）对应的温度-时间相关的降温速率曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种工质输送控制方法，适于低温冷冻治疗系统，包括以下操作步骤。

S1：低温冷冻治疗系统将工质输送至其治疗端。

其中，低温冷冻治疗系统包括冷源（例如容纳有冷工质的冷罐）、治疗器械以及控制系统。控制系统控制冷源将其中的冷工质以某一状态输出至治疗器械的治疗端，冷工质在治疗端与目标区域进行热交换。

S2：获取治疗端的温度以及该温度所持续的时间。

需要说明的是，本文所述“治疗端的温度”可以是一个温度区间，因此“该温度所持续的时间”是指治疗端的温度保持在这一温度区间内的时间。换言之，治疗端的温度可以具有小幅波动，这种波动并不认为是治疗端的温度发生了改变。因此只有当治疗端的温度超出该温度区间时，才会认为该温度所持续的时间结束。

S3：根据治疗端的温度和/或该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统调节当前输送的工质状态。

虽然上述工质为单一工质，但是本发明通过调节当前输送的工质状态，使得在不同的治疗端的温度和/或该温度所持续的时间下，匹配相应状态的工质进行输出，从而即可实现改变降温速度的目的，同时还可达到降低工质的消耗率的目的，因为在-196℃下，氮气的密度是液氮的约200倍，1L液氮可蒸发成200L的氮气。所以在低温冷冻治疗系统运行时，将工质状态从液氮切换为氮气可节省液氮工质的消耗。由此解决了现有的系统中单一工质的单一状态无法兼顾降温速度和节省工质两个方面的问题。

具体来说，步骤S3包括以下子步骤。

S31：根据治疗端的温度和该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第一状态调节为第二状态，并输送第二状态工质。

S32：根据治疗端的温度和该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第三状态或第一状态，并输送第三状态工质或第一状态工质。

S33：根据治疗端的温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第三状态调节为第二状态，并输送第二状态工质。

下面将分别说明步骤S31、S32和S33。

首先，对步骤S31进行详细地说明，步骤S31包括以下几个步骤。

S311：判断治疗端的温度是否满足第一温度条件，若是，则执行步骤S312。其中，第一温度条件可以是治疗端的温度小于-190℃。

S312：判断治疗端的温度所持续的时间是否满足第一时间条件，若是，则执行步骤S313。其中，第一时间条件可以是治疗端的温度持续60s±5s。优选地，第一时间条件为治疗端的温度持续60s。

需要说明的是，治疗端的温度所持续的时间是指，治疗端的温度满足第一温度条件时所持续的时间。换言之，治疗端的温度不小于-190℃时，治疗端的温度所持续的时间即结束。也就是说，治疗端保持其温度小于-190℃至少55s（优选60s）才可执行步骤S313。

S313：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第一状态调节为第二状态，并输送第二状态工质。

优选地，工质为高压氮气、低压氮气或液氮。其高压气态、液态和低压气态均为不同的压力和温度条件下所呈现的不同相。

因此上述的第一状态即工质是高压氮气，第二状态即工质是液氮，第三状态即工质是低压氮气。

如图2所示，曲线A、B、C分别对应工质为液氮、高压氮气和低压氮气时三种不同的降温速率曲线。当高压氮气的压力超过约30MPa时，可得到B曲线，其降温速率高于工质为液氮时的降温速率曲线；反之，当工质为低压氮气时，可得到C曲线或比C曲线降温速率更低的曲线。

根据图2可知，B曲线的降温速率大于A曲线的降温速率，而C曲线的降温速率小于A曲线的降温速率。在图2所示的曲线，其横轴为时间（单位为s），纵轴为温度（单位为K）。其中，图2中纵轴显示的T1例如可以是77K，T2例如可以是300K。因此根据该不同的降温速率曲线，可调节工质的状态，从而满足不同的需求。

因此，步骤S31中，低温冷冻治疗系统当前输送的工质为第一状态工质，例如高压氮气。此时，当第一温度条件和第一时间条件均满足时，则表明当前第一状态工质（高压氮气）不仅能够满足治疗要求，并且还有余量，从而低温冷冻治疗系统可通过调节其状态，例如将其调节为液氮，从而使其降温速度和工质消耗率相应的改变。

需要说明的是，“高压”是指表压高于1个标准大气压，“低压”是指表压低于1个标准大气压。

其次，对步骤S32进行详细地说明，步骤S32包括以下几个步骤。并且根据步骤S31可知，低温冷冻治疗系统当前输送的工质为第二状态。

S32：根据治疗端的温度和该温度所持续的时间，低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第三状态或第一状态，并输送第三状态工质或第一状态工质。

在一些具体的实施例中，步骤S32可以按照以下步骤进行实施。

S321：判断治疗端的温度是否满足第一温度条件，若是，则执行步骤S322；若否，则执行步骤S324。其中，第一温度条件可以是治疗端的温度小于-190℃。

S322：判断治疗端的温度所持续的时间是否满足第一时间条件，若是，则执行步骤S323。第一时间条件可以是治疗端的温度持续60s±5s。优选地，第一时间条件为治疗端的温度持续60s。

因此类似地，步骤S322中，治疗端同样需要保持其温度小于-190℃至少55s（优选60s）才可执行步骤S323。

S323：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第三状态，并输送第三状态工质。

S324：判断治疗端的温度是否满足第二温度条件，若是，则执行步骤S325；若否，则执行步骤S326。其中，第二温度条件可以是治疗端的温度大于-180℃。

S325：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第二状态调节为第一状态，并输送第一状态工质。

S326：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质维持在第二状态，并输送第二状态工质。

因此，步骤S32中，低温冷冻治疗系统当前输送的工质为第二状态工质，例如液氮。此时，当第一温度条件和第一时间条件均满足时，则表明当前第二状态工质（液氮）不仅能够满足治疗要求，并且还有余量，从而低温冷冻治疗系统可通过调节其状态，例如将其调节为低压氮气，从而使其降温速度和工质消耗率相应的改变。

反之，步骤S32中，当不能满足第一温度条件，且能够满足第二温度条件时，表明出现温度不稳定的情况，即当前工质已经不能满足治疗要求，从而低温冷冻治疗系统可通过调节其状态，例如将其调节为高压氮气，从而增加其降温速度。

此外，如果治疗端的温度满足第一温度条件，但不满足第二温度条件时，例如治疗端的温度在[-190℃,-180℃]的温度区间内，则表明治疗端的温度产生了较小幅度的波动，该波动可被认为是正常水平，因此低温冷冻治疗系统可将当前输送的工质维持在第二状态，并输送第二状态工质，例如液氮。

第三，对步骤S33进行详细地说明。步骤S33包括以下几个步骤。并且根据步骤S32可知，低温冷冻治疗系统当前输送的工质为第三状态。

S331：判断治疗端的温度是否满足第二温度条件，若是，则执行步骤S332；若否，则低温冷冻治疗系统将当前输送的工质维持在第三状态，并输送第三状态工质。其中，第二温度条件可以是治疗端的温度大于-180℃。

S332：低温冷冻治疗系统将当前输送的工质由第三状态调节为第二状态，并以输送第二状态工质。

因此，步骤S33中，低温冷冻治疗系统当前输送的工质为第三状态工质，例如低压氮气。此时，当不能满足第一温度条件，且能够满足第二温度条件时，表明出现温度不稳定的情况，即当前工质已经不能满足治疗要求，从而低温冷冻治疗系统可通过调节其状态，例如将其调节为液氮，从而增加其降温速度。

此外，如果治疗端的温度不满足第二温度条件，可认为当前第三状态工质能够满足治疗的要求，因此低温冷冻治疗系统可将当前输送的工质维持在第三状态，并输送第三状态工质，例如低压氮气。

如图1所示，下面以输送的工质在高压氮气、液氮和低压氮气之间切换为例，对本方面的方法进行详细地说明。

第1步，低温冷冻治疗系统开始运行。

第2步，向治疗端输送高压氮气。

需要说明的是，由于开始运行时，低温冷冻治疗系统的初始温度较高，因此需要以高压氮气作为当前工质进行输送，以达到快速降温的目的。但是低温冷冻治疗系统可以选择以液氮或者低压氮气进行输出，因此图1中所示第1步至第9步之间，以及第1步至第17步之间显示为虚线。

第3步，获得治疗端的温度A1，并开始计时T1。其中，可以通过治疗器械的治疗端的测温元件来获得上述温度A1。

第4步，判断治疗端的温度A1是否小于-190℃。

若第4步中判断的结果为治疗端的温度A1小于-190℃，则继续判断时间T1是否大于60s（第5步）。若时间T1大于60s，则将T1重置为零（第6步），并且低温冷冻治疗系统可将当前输送的高压氮气调节为液氮（第7步）。

反之，若第4步中判断的结果为治疗端的温度A1不小于-190℃，则将T1重置为零（第8步），并返回第3步，即重新获取温度并开始计时。

此外，在第6步中，若时间T1不大于60s，则表明治疗端的温度A1并未能持续所要求的时间，因此需要返回第4步，继续判断治疗端的温度A1是否小于-190℃。

第9步，向治疗端输送液氮。

第10步，根据上述第4步，当前向治疗端输送的工质为液氮。因此，继续获得治疗端的温度A2，并开始计时T2。其中，可以通过治疗器械的治疗端的测温元件来获得上述温度A2。

第11步，判断治疗端的温度A2是否小于-190℃。

若第11步中判断的结果为治疗端的温度A2小于-190℃，则继续判断时间T2是否大于60s（第12步）。若时间T2大于60s，则将T2重置为零（第13步），并且低温冷冻治疗系统可将当前输送的液氮调节为低压氮气，并向治疗端输送低压氮气（第14步）。

反之，若第11步中判断的结果为治疗端的温度A2不小于-190℃，则继续判断治疗端的温度A2是否大于-180℃（第15步）。如果治疗端的温度A2大于-180℃，则表明当前温度已经不能满足治疗要求，因此需要低温冷冻治疗系统将当前输送的液氮调节为高压氮气，并向治疗端输送高压氮气（即转至第2步）。

另外，若第15步中判断的结果为治疗端的温度A2不大于-180℃，则表明治疗端的温度A2具有小幅波动，该波动被认为是正常水平，因此将T2重置为零（第16步），并返回第10步，重新开始获取温度并及计时。

此外，在第12步中，若判断结果为时间T2不大于60s，则表明治疗端的温度A2并未能持续所要求的时间，因此需要返回第11步，继续判断治疗端的温度A2是否小于-190℃。

第17步，向治疗端输送低压氮气。

第18步，根据上述第14步，当前向治疗端输送的工质为低压氮气。因此，继续获得治疗端的温度A3。其中，可以通过治疗器械的治疗端的测温元件来获得上述温度A3。

第19步，判断治疗端的温度A3是否大于-180℃。

若第19步中判断的结果为治疗端的温度A3大于-180℃，则表明当前温度已经不能满足治疗要求，因此需要低温冷冻治疗系统将当前输送的低压氮气调节为液氮，并向治疗端输送液氮（即转至第9步）。

若第19步中判断的结果为治疗端的温度A3不大于-180℃，则表明治疗端的温度A2具有小幅波动，该波动被认为是正常水平，因此将返回第18步，重新开始获取温度。

由于以低压氮气作为工质进行输送时，其降温速度和氮气的消耗率均为最低水平，因此无需再获取温度所持续的时间。

因此本发明的工质输送控制方法，是根据治疗端的温度以及该温度所持续的时间，按照高压氮气→液氮→低压氮气逐级切换，从而在保证治疗端温度不会因为工质变化而导致大幅波动的前提下，达到调节降温速度或是节省液氮的效果。并且如果当前输送的工质不能满足要求，则会切换到冷却速度更快的工质进行输送，因此能够进一步提高控制方式在量产设备间的适应性。

根据本发明的第二个方面，本发明提供一种低温冷冻治疗系统，其采用上述的工质输送控制方法输送工质。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。