КРИОХИРУРГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ, ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПОТОКОМ НЕДОГРЕТОГО ЖИДКОГО АЗОТА

Цель. Для проведения абляции опухолей успешно применяют криогенные хирургические инструменты. Длительное время процедуры криоабляции в России проводили при помощи криодеструкторов, охлаждаемых жидким азотом, которые способны отводить теплоту от объекта абляции с высокой плотностью теплового потока и быстро формировать зону криоабляции, при этом относительно дешевы и просты в эксплуатации. Однако эти инструменты оказались не пригодны для малоинвазивных операций, поэтому их вытесняют из практической медицины криохирургические инструменты охлаждаемы за счет дросселирования газообразного аргона. Это и обусловило цель исследования - выбор аппаратуры для организации локального переохлаждения патологической ткани.

Метод. Для решения задачи оптимизации криогенного трубопровода был выбран метод поиска Парето-оптимального решения. Для решения данной задачи достаточно повысить давление в потоке жидкости направляемой в NCS при помощи жидкостного микронасоса. В роли критериев качества в данной задаче выбраны: мощность гидравлических потерь и мощность тепловых потерь.

Результат. Получены следующие результаты: минимальное давление в сосуде, обеспечивающее движение жидкости в однофазном состоянии по магистрали длиной 1 м составляет 0,75 МПа; при таком давлении через магистраль диаметром 1 мм поддерживается расход жидкости до 6 кг/ч; теплоотводящая способность инструмента достигает 608 Вт. Тепловая нагрузка на систему охлаждения теплоотводящего устройства аппарата для CA носит нестационарный характер и формируется за счет аккумулированного в тканях пациента запаса теплоты.

Вывод. Использование в криохирургической аппаратуре жидкого азота в недогретом состоянии позволяет преодолеть отмеченные недостатки жидкостных криодеструкторов.

1. Sumida S. Mechanism of tissue injury in cryosurgery. In: 16th World Congress of the ISC. October 29–

2. November 2, 2011; Hofburg, Vienna, Austria. Korpan N.N., Sumida S. (editors). Vienna: University Facultas Publisher; 2011; p. 55–56.

3. Беляев А.М., Прохоров Г.Г. Криогенные технологии в онкологии. Вопросы онкологии 2015; 61(3): 317–322.

4. Robilotto A.T., Baust J.M., Van Buskirk R.G., Gage A.A., Baust J.G. Temperature-dependent activation of differential apoptotic pathways during cryoablation in a human prostate cancer model. Prostate Cancer Prostatic Dis 2013; 16(1): 41– 49, https://doi.org/10.1038/pcan.2012.48.

5. Xu K., Korpan N.N., Niu L. Modern cryosurgery for cancer. World Scientific Publishing; 2012, https://doi. org/10.1142/8004.

6. Wojciech R. The importance of cryosurgery in gynecological practice. Ginekol Pol 2011; 82(8): 618–622.

7. Govorov A.V., Vasilyev A.O., Pushkar D.U. Specifics of prostate cryoablation. Biomedical Engineering 2015; 49(1): 54–59, https://doi.org/10.1007/s10527-015-9496-8.

8. Berglund R.K., Jones J.S. Cryotherapy for prostate cancer. In: Interventional urology. Rastinehad A.R., Siegel D.N., Pinto P.A., Wood B.J. (editors). Springer International Publishing; 2016; p. 165–171, https://doi.org/10.1007/978-3- 319-23464-9_13.

9. . Korpan N.N. Modern cryosurgery: present and future. In: 16th World Congress of the ISC. October 29–November 2, 2011; Hofburg, Vienna, Austria. Korpan N.N., Sumida S. (editors). Vienna: The University Publisher Facultas; 2011; p. 29–30.

10. Butorina A., Arkharov A., Matveev V. Dreams and reality of cryogenic technology in surgery. In: The 12th CRYOGENICS IIR International Conference. September 11–14, 2012; Dresden, Germany. Czech Republic; 2012; p. 467–474.

11. Erinjeri J.P., Clark T.W.I. Cryoablation: mechanism of action and devices. J Vasc Interv Radiol 2010; 21(8): S187– S191, https://doi.org/10.1016/j.jvir.2009.12.403.

12. Шакуров А.В., Пушкарев А.В., Пушкарев В.А., Цыганов Д.И. Предпосылки для разработки нового поколения криохирургического оборудования (обзор) // Современные технологии в медицине. - 2017. Т. 9. № 2. с. 178-189.

13. Кондратенко Р.О. Разработка и создание аппаратуры для криохирургии и криотерапии: дисс. на соискание уч.степени канд.техн.наук по спец. 05.04.03. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 140 с.

14. Цыганов Д.И. Криомедицина: процессы и аппараты. Монография. - Москва: САЙНС-ПРЕСС, 2011 - 304 страницы.

15. Баранов А.Ю., Соколова Е.В. Новые технологии снабжения криохирургических инструментов жидким азотом // VIII Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 15-17 ноября 2017 г.): Материалы конференции - 2017. - c. 112-114

16. Соколова Е.В. Использование недогретой криогенной жидкости для отвода теплоты от объекта криохирургического воздействия // Криотерапия в России: материалы X Международной научно- практической конференции (Санкт-Петербург, 18 мая 2017 г.) - 2018. - с. 83-88.

17. Зайцев А.В., Логвиненко Е.В. Расчет течения вязкой жидкости в канале с учетом изменения фазо- вого состояния // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1. Математика. Механика. Астрономия - 2012. - № 4. - с. 87-91

18. Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Зайцев А.В. Теплофизические свойства и фазовое равновесие крио- генных продуктов: справочник-Санкт-Петербург: Государственный университет низких темпера- тур и пищевых технологий, 2009- 567 с.

19. Bankoff S.G. A variable density single-fluid model for two-phase flow with particular reference to steamwater flow// J. Heat Transfer. 1960. Vol.82, p.265-272

20. Козлов Б.К. Режимы и формы движения воздухо-водяной смеси в вертикальной трубе. Сб. «Гидродинамика и теплообмен в котлах высокого давления». Изд.АН СССР, 1955

21. Костюк В.В. Методы расчета процессов заполнения и охлаждения емкостей и магистралей крио- генными жидкостями.- Новосибирск: Академия наук СССР Сибирское отделение Институт теплофизики,1990

22. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике. М.: Изд-во МЭИ, 2000

23. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках: Пер. с анг./ Великобритания.–М.:Недра,1986.–204 с.

24. Зайцев А.В., Логвиненко Е.В. Оптимизация криогенного трубопровода // Омский научный вестник - 2014. - № 3 (133). - c. 164-168.

25. Зайцев А.В., Логвиненко Е.В. Решение задачи оптимизации криогенного трубопровода методом поиска Парето-оптимального решения // Вестник Международной академии холода - 2015. № 2. - с. 55-60

26. Логвиненко Е.В. Оптимизация криогенного трубопровода методом поиска Парето-оптимального решения // В сборнике: Альманах научных трудов молодых ученых Университета ИТМО-2015. - с. 110-112.

27. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. – М.: Наука, 1981. – 111 с.

28. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. – М.: Наука, 1982.

29. Архаров А.М., Архаров И.А., Тычкова С.О. К задаче об изменении температуры криогенных жидкостей при откачке их паров и хранении // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2010. – С. 41–45

30. Иванов В.И., Еремеев В.А. Исследование процесса получения переохлажденного сжиженного при- родного газа. Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. Том 1. – СПб.: Университет ИТМО, 2017. – 348 с.

31. Баранов А.Ю., Малышева Т.А., Сидорова А.Ю. Моделирование процесса конвективного охлаждения тела на компьютере: Метод. указания для студентов спец.140401 всех форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2011. – 38 с.