申请/专利权人：上海交通大学

申请日：2023-01-04

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN116172687B

主分类号：A61B18/02

分类号：A61B18/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2023.06.16#实质审查的生效;2023.05.30#公开

摘要：本发明涉及一种负压调控式冷冻治疗系统及控制方法，属于生物医学工程领域，所述系统包括了换热制冷探头，小型常压液氮瓶，氮气传输通道，负压调控单元，采集控制单元。所述的系统通过采集控制单元设置治疗条件，控制负压调控单元调节常压液氮流通管路中的负压强度，促使常压液氮瓶内部的液氮沿着负压管路流入到换热制冷探头，在换热制冷探头内部进行换热制冷，从而将冷量传输到需要治疗的组织或细胞，实现组织或细胞的冷冻治疗或冷冻实验研究。本发明创造性的提出了利用管路负压的方式形成压力差，让常压液氮主动流向治疗探头内部进行换热制冷，提高液氮的利用率，节约成本，同时采用常压液氮提高了冷冻治疗或实验研究的安全性。

主权项：1.一种负压调控式冷冻治疗系统，其特征在于，所述系统包括小型常压液氮瓶1、换热制冷探头2、氮气传输通道3、负压调控单元4以及采集控制单元5；所述小型常压液氮瓶1，用于存储制冷液氮，为系统提供冷源；小型常压液氮瓶的结构包括液氮瓶瓶体11、自动泄压阀12以及一体化接头13，其中液氮瓶瓶体11由用于对液氮进行绝热保温的真空绝热层111、存放液氮的液氮存储瓶内心112、方便进出液氮的KF40法兰瓶盖113、用于方便提取液氮瓶的液氮瓶提手114、用于对真空层进行抽真空的真空抽气口115组成；液氮进出的一体化接头13包括了用于保护液氮出口的堵头131，方便更换进出液氮接头的外丝接头132，液氮进出管133；液氮通过导管连接到液氮进出的一体化接头13的外丝接头上，将液氮通过液氮进出管133装入液氮瓶体内，缺液氮时，可通过管路充液氮，工作时通过管路排出液氮；或打开KF40法兰瓶盖113，将液氮通过瓶口灌入；所述换热制冷探头2，将流入探头的液氮进行相变换热后吸收组织的热量，从而对组织进行冷冻治疗，同时将流入的液氮转换成氮气排出；所述换热制冷探头2包括了制冷腔体22、微型温度传感器24、液氮进入管23；所述液氮进入管23中流入的液氮进入到制冷腔体22内部后进行相变换热，将液氮转化成氮气，所述的微型温度传感器24安装在探头底部用于实时监测探头换热后的温度，所述液氮进入管23的外表面设计有增强换热扰动的螺纹；所述氮气传输通道3，用于传输氮气，同时将低温氮气转化成常温气体排出；所述氮气传输通道3上配置有第一压力传感器31、第二压力传感器32、散热器33、温度传感器34；其中所述第一压力传感器31用于监测流入的液氮压力，维持流入液氮的稳定；所述第二压力传感器32用于监测换热后的氮气压力；所述散热器33用于将低温氮气转化成常温氮气；所述温度传感器34用于监测管路的实际温度，起到控制保护作用；所述散热器33采用板式散热器，内部为U型结构循环管路，管路外面为散热片，同时在散热器的出气口连接有所述温度传感器34，用于监测出气口氮气的温度；所述的负压调控单元4，用于调控氮气传输通道3中管路的负压量，从而调控液氮的流入速率与制冷量，实现冷冻治疗过程中温度的调控；所述负压调控单元4在出气口管路上并联了多个真空调控泵，根据治疗需求选择真空调控泵的工作方式，调节管路的负压量；负压调控单元，包括以下操作步骤：利用定时器进行固定周期定时，开启负压调控单元的第一真空调控泵，控制PWM信号的占空比控制真空调控泵的工作；采集控制单元实时采集管路与治疗参数，反馈到自整定PID控制算法的输入，系统根据控制算法实时输出PWM的调控信号，调节真空调控泵每个周期的开关时间，从而控制管路的负压度；判断是否达到设置的目标冷冻量，达到系统只自动调控第一真空调控泵的工作，若不能达到预期制冷要求，开启第二真空调控泵；同时采用自整定PID控制算法控制第二真空调控泵，如果第二真空调控泵在最大占空比输出时，仍未达到冷冻要求，开启第三真空调控泵；采用自整定PID控制算法控制第三真空调控泵的工作，直到冷冻达到目标控制温度；所述采集控制单元5，用于实时采集与监控系统的参数，并且将采集的参数反馈到控制单元，实时控制负压调控单元的工作，从而控制液氮的治疗量，实现冷冻治疗过程中冷冻温度的实时可控；所述采集控制单元5包括负压调控控制电路54，数据采集处理电路52、微控制器控制电路51；采集控制单元5用于实时采集系统工作参数，并且根据采集的参数实时控制负压调控单元的工作，从而控制系统的冷冻治疗过程与治疗温度；负压调控式冷冻治疗系统工作原理是：系统从管路的输出端开始进行抽取负压，在系统的管路中形成负压环境，从而促使处于常压液氮瓶中的液氮由于出气口处于负压状态，形成的压力差，并且随着管路中的负压度越高，压力差越大，在压力差的作用下使得液氮沿着液氮出口主动流入到传输管路中；液氮流入到换热制冷探头的制冷腔体内，由于冷冻腔体中的体积比液氮流入管的体积大，导致液氮压力发生巨大改变，使得液氮在探针内部进行相变换热；同时氮流入管上雕刻有纹路，增加出气的流阻，从而使得液氮在探头内部充分换热。

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百度查询： 上海交通大学 一种负压调控式冷冻治疗系统以及控制方法

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