王宏宇 张绍志 陈光明 吕维敏 姜红强

(1浙江大学制冷与低温研究所 杭州 310027)

(2浙江省医疗器械研究所 杭州 310009)

(3浙江省建筑设计研究院 杭州 310006)

1 引言

长期以来中国肿瘤治疗以手术切除、放疗和化疗为主，但是治愈率不高，患病部位不能手术切除的癌症病人的治疗是临床难题［1］。微创低温冷冻治疗利用尺寸很小的探针做穿刺插入病变组织，具有出血少、反应轻、安全性高、康复时间短等优点，一定程度上防止肿瘤扩散，综合治疗疗效显著［2-4］。在肺癌、肝癌、前列腺癌和乳腺癌等多发性肿瘤的治疗中，微创低温冷冻治疗的应用广泛［5-12］。目前，微创低温冷冻治疗的主要设备是“氩氦刀”，其低温探针内部包含一个小型J-T节流制冷器，通过高压氩气节流获得冷量，为了获得更低的制冷温度和更大的制冷量，如何设计逆流换热器和节流喷嘴是关键［13］。Chou等人对节流喷嘴处的膨胀过程进行了理论研究［14］，Chien等人对J-T节流制冷器的瞬态过程进行了数值模拟［15］，Xue等、Ng等、Chua等和 Hong等分别对应用于J-T节流制冷器的不同尺寸大小的小型逆流换热器进行了模拟和实验研究［16-19］，Kylie等和 Nellis等采用ε-NTU法对低温探针的结构尺寸进行了设计优化［20-21］，Yu等人对Endocare公司生产的不同直径的低温探针进行了性能测试［22］。鉴于中国国内“氩氦刀”设备仍严重依赖进口的现状，本文作者设计制作了5 mm直径的低温探针，并对其性能进行了试验研究。

2 低温探针结构

图1为设计制作的5 mm直径低温探针内部结构示意图，探针主要包括，外管、芯轴、螺旋翅片管逆流换热器、膨胀空间和节流喷嘴。……