автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка криогенных аппаратов на основе математического прогнозирования температурно-временных характеристик криовоздействия на патологические ткани

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХОЛОДА И ПИЩЕШХ ТЕХНОЛОГИЙ

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. » 013

ГЛАДЕНКО Алексей Анатольевич

УДК 615.471:616.36-089:621.59

РАЗРАБОТКА КРИОГЕННЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕШ1ЕРАТУРН0-БРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КРИОВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ

Специальность 05.04.03 - Машины и аппараты холодильной

я криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнена в Санкт-Пзтербургокой государственной академии холода и пищевых технологий

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Головко Г.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Иванов Б. А.

доктор технических наук, профессор Дэн Г.Н.

доктор технических наук, профессор Шлейфер А. А.

Ведущее предприятие: АО "Сибкриотехника"

С* /У

Защита состоится " ^ " ^¡К / ?Ур--У 199а г. в ! (

таци

часов в ауд. ¿£19 на заседании диссертационного Совета Л 063.02.01 в Санкт-Потербургской Государственной академии холода и лицевых технологий по адресу: 191002, Санк?-11етербург, ул.Ломоносова, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Санкт-Петербургской государственной академии холода и пищевых технологий.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направить в диссертационный Совет академии.

Автореферат разослан " " еЪЯ'и^ Ср^ 1995 г.

. Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

Л.С.Тиыофеевский

ОИЩ ХАРЖГЕЕИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научно-техничеекая революция создала необходима условия для внедрения в медицину достижений науки и техники. С каждым годом лечебные учреждения оснащаются всо более современными и эффективными техническими средствами. Ультразвуковая, лазерная и высокочастотная техника стали обычными явлениями в клинике. Широков применение в медицине находят достижения электроники как основы создания совершенных диагностических и лечебных средств. Большие перспективы открывает использование в медицине низких температур.

Анализ состояния криогенных методов лечения показывает,что с созданием и внедрением в практику криохирургических инструментов, а танке разработкой на их основе рэяимов крнодеструкции но исчерпываются пути повышения эффективности криохирургии. Проблема применения низких температур требует решения сложных задач криобиологии, создания научно обоснованных рекомендаций относительно цели и области применения метода, разработки теоретических ослов процесса локального замораживания, проведения широкого круга экспериментальных и исследовательских работ по изучению теплорзнческих характеристик биотканей, включая и новообразования, изучения и совершенствования криогенных систем для широкого использования в медицине.

Основным условием прогнозирования результатов криоЕоздей-ствия является применение по возможности более простых, но надежных схем. Б этом отношении наиболее оправданным является метод математического моделирования, который основан на точных математических решениях задачи Степана при наличии фазовых превращений. Он обеспечивает возможность получения наибольшего объема информации о динамике развития зоны замораживания, позволяет выработать рациональный подход к управлению процессом замораживания и прогнозированию результатов криовоздействия. Предлагаемый метод дает возможность по новому решать проблемы создания новых типов криогенных аппаратов.

Для отражения наиболее полной картины прогнозирования результатов криовоздействия при помощи математического моделирования одной из важнейших проблем является изучение теплофизиче-ских характеристик биологических тканей в широком диапазоне температур. Опыт показал, что именно исследование теплорзиче-с!сих характеристик позволит понять И уточнить механизм криопо-

ерездешя, разработать методики криодестдгкции, наметить пути поиска новых эффективных режимов криовоздействия и разработать конструкции более совершенных криоахшаратов.

Это вызвано-тем, что при криодеструкции больших по объему новообразований с большим кровотоком известными методами на удается достичь положительного эффекта, поэтому изучение и поиск новых возможностей усиления результатов криодеетрукции является актуальной задачей криохирургии.

Совершенствованию криохирургических систем также посвящено" очбнь много исследований. Достаточно указать на решение таких .сложных проблем, как подбор эффективных способов интенсификации процесса теплообмена, обеспечивающих высокие скорости замораживания. Однако эти методы, сыграв полозительную роль и исчерпав свой возможности, в настоящэе время объективно одерживают производство универсальных и дешевых криохирургических систем.

Вместе с тем трудности интенсификации процесса теплообмена в крионаконечциках могут быть преодолены путем повышения эффективности теплообмена, например путем использования насадки из свинцовых частиц различных диаметров. При этом требуется проведение углубленных теоретических и экспериментальных исследований по определению процесса теплообмена в криохирургических наконечниках, определению оптимальных режимов криовоздействия, определению теплофизических характеристик биотканей. Потребуется разработка новых математических моделей по прогнозированию конечных результатов криовоздействия и на этой основе разработка и создание высокоэффективных универсальных криохирургических систем для воздействия на крупные органы с интенсивным кровотоком.

Исследования в данном направлении проводились в соответствии с Координационным планом ШР РАН на 1987-2005 гг. по комплексной проблеме "Охрана здоровья населения". Программа направления - криогенная медацилекая техника.

Цели и задачи работа. Процессы, протекающие в биологических тканях, в результате локального замораживания чрезвычайно сложны по своей природе. Они являются результатом взаимосогласованности закономерностей теории кристаллизации из шдкой фазы, динамики температурных полей, теплофизики и физики процессов теплообмена, в криохирургических инструментах. Отсюда большое число разноплановых факторов, регламентирующих работу криохирургических систем, е невозможность предсказания характера развития температурного поля в биологической ткани с локальными источниками теплота, •

Основная цель работы заключалась в разработке криогенных аппаратов на основе математического прогнозирования тилппратурио -времонных характеристик криовоздействия на патологические ткани заданных размеров.

Исходя из основной цели работ.ч, вытекают соответствующие задачи исследования. Важнейшие из них следующие: "

- анализ особенностей применения криохирургических систем для локального замораживания биологических тканей со сг ясной структурой и методов прогнозирования результатов криовоздействля , вшвлеш" условий и факторов, определяющих интенсивность теплообмена в зоне контакта крюинструмент-тканъ;

- разработка методики оценки эффективности результатов криовоздействия на биоткани с локальными источниками топлоты;

- определение коэффициентов теплопроводности и эффективной теплоемкости ряда биологических тканей з широком диапазоне температур;

- определение динамики температурного поля в тканях со сложной структурой и поиск путей усиления криодеструкции;

- анализ теоретических подходов к оптимальным рекимам замораживания и дальнейшее их развитие;

- исследование влияния параметров процесса теплообмена на тепловые характеристики слоя замороженной зонц;

- оообщение полученных результатов исследований, разраб^ка методики прогнозирования результатов криовоздействия;

- на основании получении* результатов работы разработать образцы новых криохирургических инструментов с поименной оффектиа-иостыо ..зплооймена.

Научная новизна. Предложенные технологические принципы разработки криогенных аппаратов на основе математического прогнозирта-ния тешшратурно-времэнных характерютш: криовоздействия на патологические ткани сложных органов с активнга кровотоком, могут бить квалифицированы как законченный научный труд, в котором на основании выполненных исследований осуществлено реяоние научной проблемы, имешцей важное народнохозяйственное значение.

Основные положения, научная новизна которых защищаются автором диссертационной работы, являются:

- результаты теоретической модели процесса замораживания сложной биологической ткани с локальшми источниками теплоты, основанные на представлениях о подвшшой границе раздела вода-лед;

- новые данные результатов экспериментальных исследований эффективной теплоемкости и теплопроводности биологических тканей;

- обоснование г емп е ра турно-врем енных режимов криовоздействия как показателя эффективности криохирургического оборудования, способного отводить больше тепловые потоки о локального участка органа; —

- конструкции криохирургических аппаратов, позволяющие максимально интенсифицировать процеоо теплообмена в зоне контакта крио-инструмент-биоткань.

Птюктическая ценность и внедрение результатов. Новые подхода в прогнозировании результатов криовоздействия позвол1ши разработать достаточно надежную методику инженерного расчета в смысле совладения результатов расчета с данными наблюдений динамики температурных полей биологических тканей со сложной структурой в процессе локального замораживания, которая позволяет отслеживать изменения скорости фронта замораживания во времени.

Особенность проведонного исследования заключается в его комплексном и завершенном характере. Основные идеи и технические решения, содержащиеся в работе, получили не только теоретическое обоснование, но прошли широкую и серьезную апробацию и получили подтверждение в практическом здравоохранении. Вопросы, относящиеся непосредственно. к теме диссертационной работы, доведены до практических рекомендаций, методик расчета, конструкций аппаратов, конкретных технологических процессов, схем установок.

Новые подходы к прогнозированию результатов криовоздействия позволили разработать ряд криогонных аппаратов, обеспечивающих тем-пературно-временные характеристики криовоздействия на патологические ткани сложных органов о активным кровотоком в процессе локального замораживания.

По всему комплексу решенных вопросов проведен тщательный патентный поиск и подано восемь заявок на изобретения, большая часть из которых защищена авторотами свидетельствами СССР ц патонтом Российской Федерациг.

Разработанное автором криохирургическое оборудование внедрено в йазоЕ|« клиниках Омской государственной медицинской академии, городской больнице № 2 г. Тобольска Тюменской области, женской консультации £ 2 г. Барнаула Алтайского края, АО Санаторий "Друкба" Голенджик1су]юртсершс Краснодарского края и др.

Аптобадая таботн. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсулздались на 1У Всесоюзной научно-технической конференция по криогенной технике (Москва, 1987); 2-й итоговой научной сессии "Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургии (г. Иркутск, 1984); Республиканской научно-технической конференции "Инженерные вопросы крио- и СВЧ техники в медицине (г. Киев, 1987); 4-й межреспубликанской нв-учной конференции студентов ВУЗов СССР "Холодильные и компрессорные машины и установки" (г. Казань, 1988); Всесоюзной конференции "Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение" (Москва,1989); 1Ъродской конференции аспирантов и с о не кат слей (г.Омск, 1989); конференции "Заболевания поджелудочной железы" (г. Новосибирск,1992); научно-практической конференции КАЗ НИИ клинической и экспериментальной хирургии (г.Алма-Ата, 1993); XXX научной конференции профессорско-преподавательского состава "Ресурсосберегающие технологии" (г.Омск, 1994); 2-й конференции хярургов-гепатологов "Очаговые поражения печени и гилгосныо опухоли печеночных протоков" (г. Киров, 1994); Всероссийское совещание. "Холодильная техника России. Состояние и перспективы ^Санкт-Петербург, 1925) ; Ш - конференции хирургов - гепатоло-гов "Новые технологии в хирургической гепатологин (Санкт - Петербург, 1995).

Дуб/икдции. По теме диссертации опубликовано 28 работ. На новые аппараты и способы лечения получено 5 авторских свидетельств СССР на изобретения и патент Р2 на промышленный образен.

Обг зм и структура диссер лии. Диссертация состоит из введения, 5 глав, закхоченит, при-ожоштй и содерюгг 202 странный машинописного текста, 9 таблиц, 79 рисунков, список использованной литературы из 200 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснованно актуальности решаемой задачи, краткое содеркэнге работы, апробация и реализация работы.

Проблема криогенного воздействия на локальнне участки биологической ткани является настолько многоплановой, что имеет смысл круг вопросов, требующих решения, разбить на четыре основные группы.

Во-первых, необходимо было определиться с,оптимальной глубиной изотермы, характеризующей зону некроза конкретного типа биологической ткани.

Во-вторых, предстояло изучить, в какой мере различные факторы криохирургического оборудования оказывают влияние на теплообмен в криохирургических инструментах, с тем чтобы иметь представление о развитии динамики температурного поля в биологических тканях.

В-третьих, для прогнозирования результатов криовоздействия на биологических тканях, обладающих мощным рассредоточенным и локальным энерговыделением, предстояло определить основные теп-ло^изические характеристики.

И, наконец, необходимо было с новь* позиций подойти к самим процессам отвода теплотн от биологической ткани к теялопе-редавщей поверхности криоинструмента и от теплолередающей поверхности к хладагенту, чтобы снять существующие противоречия между теорией и экспериментальными результатами.

Проьеденний критический анализ работ по локальному воздействию низкими температурами на биологические ткани, по оценке эффективности прогнозирования результатов криовоздействия, методам определения теллофизических характеристик, криохирургическому оборудованию и теплообменных процессов в криохирургических инструментах позволил определить их основные достоинства и недостатки, а также области их рационального использования.

Из анализа литературы удалось установить, что различные биологические ткани индивидуально реагируют на низкие температуры, Поэтому скорость достижения требуемой температуры на определенной глубине и времени пребывания ее при низкой температуре в основном определяется интенсивностью теплообмена в криохирургических инструментах (работы Будрика В.В., Филиппова ЮЛ., Муськи на Ю.Н.).

В настоящее время опубликован ряд работ, в которых предложены численные и приближенные аналитические методы расчета динамики температурного поля в процессе криовоздействия на Оиоло-

гическяе ткани.

Обзор показал, что при решении численных методоз использовались недостаточно эффективные алгоритмы расчета. Ta:t в большинстве случаев рассматривались одномерные модели с различными допущениями относительно теплофизическях свойств биотканей, условий теплоотдачи к хладагенту в рабочей кг lepe криохирургического инструмента. Что касается расчета двумерных моделей, то эти допущения были еце существенней и не отражали реальной картины динамики температурных полей в биологических тканях. Получении© различными авторами приближенные аналитические выражения, описывающие фронт замораживания в биологической ткани от времени, построены также при значительных допущениях и упрощениях, которые искажают реальную картину процесса. Считалось, что тепло-физические свойства биоткани не зависят от температуры, а температура поверхности крионаконечника уменьшается со временем п линейному закону, граница фазового фронта движется с постоянной скоростью. Ни в одной работе авторы не учитывали локальних источников теплоты в биологических тканях, вносимых кровью, и утверждали, что распределение температурных полей в ткани имеет <*орму полусферы. Почти все приближенные аналитические зависимости получены с допущением, что на теплопередающей поверхности криоинзт-румента выполняется граничное условие первого рода. Поэтому в полученных выражениях не учитывался коэффициент теплоотдачи к кипящему азоту, что также оказывает существенное гтиянле г т. процесс замораживания. По этой причине до настоящего времени не удавалось получить зависимости с достаточной степенью точности апроксишрующей точное решение. .

Анализ данных по теллофизическим характеристикам биологических тканей показал, что их объем недостаточен, они разрознены и яосят фрагментарный характер.

Широкая область применения, многообразие требований и условий эксплуатации, а также различие используемых методов криогенного охлаждения обусловили появление криохирургических инструментов различных типов и конструкций. Выбор той или иной системы криогенного обеспечения в каждом конкретном случае обусловливается комплексом показателей и требований, выполнение которых обеспечивает нормальное функционирование криоянструмента.

Следует отметить, что в последнее время из множества хлад-

агентов, использующихся в криохирургических аппаратах (жидкая и твердая углекислота, закись азота, фреоны, жидкий азот и кислород), наибольшее предпочтение отдается жидкому азоту. Это обусловлено целым рядом его преимуществ по отношению к другим хладагентам: жидкий азот достаточно дешев к широко доступен на значительной части территории нашей страны, не воспламеняется, не токсичен (хотя его избыток и приводит к снижению концентрации кислорода); инертен по отношению к биологическим тканям, стерилен, используя жидкий азот, можно изменять температуру в широком диапазоне.

За последние годы число работ, посвященных интенсификации процесса теплообмена в криохирургических инструментах, значительно увеличилось. Ряд авторов предлагают применение специальных мер по интенсификации теплообмена в виде увеличения шероховатостей внутренней поверхности теплообменной камеры, нанесение малотеплопроЕодного покрытия теплопроводностью не более 0,ЗВТ/(м-К), использование пористой структуры, выполнение лабиринтных каналов и т.д., однако эти меры не обеспечивают, особенно при рабочей глошада краокакоаечника более 3 а!2, необходимой скорости промораживания биологической ткани.

Практически доказано, что использование в качестве насадки свинцовых шариков в системе охлаждения наиболее полно отвечает вопросам интенсификации теплообмена, однако требует решения ряда задач по оптимизации параметров этой структуры.

Имеющийся в области криохирургии опыт показывает, что основным фактором, определяющим применение метода, является хищническая оценка степени поражения ткани и объема ее замораживания. В большинстве криохирургических операций результаты лечения определяются только на основании клини?еской оценки. Это является одним из источников погрешности метода, так как о температуре замороженной ткани нельзя судить по ее виду.

Актуальность прогнозирования результатов криовоздействия объясняется расширившимися за последние годн областями применения метода. Необходим простой, доступный метод прогнозирования результатов криоьоздействия, основанный на взаимосвязи небольшого количества переменных данных: температурн и геометрии крло-инструмента, скорости охлаждения и времени воздействия, объема и структуры тканей, подлежащих криодеструкции. Наиболее перепек-

тивннм в методическом отношении является математический метод расчета и прогноза динамики роста зони замораживания биологической. ткани, основанный на исследовании специальных задач теплопроводности при наличии фазового перехода типа вода-лед.

На рис. I показана физическая модель процесса локального замора'кивания биологической ткгш. КриовоядеГ чгвие осуществляется следующим образом. Еидкий азот по каналу 3 (рис. Я) и отверстиям 5 подается на теплопередающуто поверхность криоинстру-мента, за счет теплоты, поступающей от ткани II, испаряется и по каналу обратного потока 7 уходит в атмосферу. Б результате чего температура ткани, понижается. Образуются дно области - замороженная с параметрами Т, , А, , С, (температура, теплопроводность, теплоемкость) и незамороженная с параметрами Т2 , Аг , С2 , разделенные меяду собой свободной границей (разового перехода £ . Данная модель предусматривает учет наиболее важных локальных источников теплоты (крупные кровеносные сосуды), присутствие которых вблизи патологического очага екосит существенные коррективы в динамику температурного поля.

Математическое обоснование постановки задачи процесса локального замораживания можно сформулировать следующим образом, Пусть имеются две фазы и локальные области с интенсивным тепловыделением (в нашем случае кровеносные сосуды либо вены), которые имеют различные коэффициенты теплопроводности А,- и теплоемкости С{ от температуры. Характерные размеры окальнь... областей сравнимы с характерными параметрами задачи. Б каждой фазе и области температура Т удовлетворяет двумерному уравнению теплопроводности (аксиальная симметрия).

где Циег* @ 1ос ~ тепловыделение за счет метаболических процессов 0. мет по всему объему печени и локальные тепловыделения в крупных сосудах, венах и протоках, присутствующих в ткани печени.

Тепловыделение в крупных сосудах и генах задавалось однородным по сечению и зависящим от температуры

Рис. I. Расчетная схема процесса замораживания биоткани о локальными источниками теплоты плоским криохирургическим инструментом .

и и

Рис. 2. Схема криохирургического инструмента

г- ъ л?

> Гп

. < Го

Омет ф О,

вас * о,

где Г - радиус-вектор; - радиус-вектор центра сосуда;

Г0 - радиус сосуда. На границе раздела фаз традлература постоянна и равна температуре фазового перехода Т(4,1) =-0,56 °С..

Скорость движения V грагицы раздела фаз задается соотношением

В)

Здесь Т, , Т2 . А, > Л2 - температуры к теплопроводности в тпер-ой и яшдкой фазах; Г - теплота плавления.

УраЕне/шя (I) и (2), которые представляют собой задачу Г э-фана, удобно записать в виде

^[С1Т)+Г- 5(т- ту] Л и (Л (7-;<7га</г)+7,

(3)

где

ОТ, Г<Г* С(Т)- Сг(Т), Т>Т* Г-Ж <-'/"«. ОТ> Г<7> Г-/?,- - ГС,

\ Г — - расстояние от центра вены до точк,. г ; 7"* - температура плавления; 5 - дельта функции Дирака.

Для решения задачи Стефана применяется метод сглаживания: 6 - дельта функции заменяется 3 - образной функцией 8(Т~ Т^, Л), отличной от нуля лишь в интервале (Т^-й, + Л) и удовлетворяющей условиям нормировки.

• Таким образом, мы пришли к одному уравнению без явного выделения фаз, что упрощает дальнейшие численные расчеты.

Начальные и граничные условия к уравнению (3) имеют вид

Та-о) = тс ■> дт

ог(г-ив)-о>

дТ

(4)

Основными отличитатышми особенностями математического моделирования процесса 'заморалавшшя с локальнтш источниками азплоты является то, что рассматриваемая двумерная задача управляемой плоско-параллельной криодеструкции позволяет просчитать ряд типичных случаев замораживания биотканей, с достаточной точностью определить частные и общие закономерности процесса, составить серил номограмм и таблиц, необходимых для использования в практической медицине.

По результатам математического моделирования было сделано программное обеспечение в виде программ для персональных компьютеров класса IBM PC AT/XT. Результатом работы программы /шляется определение положения изотерм с интересующей оператора температурой и положением фронта замораживания в различные моменты времени'. Для этого было составлено меню (табл. I).

Практическая ценность данного программного .обеспечения для здравоохранения состоит в том, что оно позволяет с точностью до 90^ моделировать на экране патологический очаг в органе, аналогичный снимку компьютерного томографа или УЗИ.

Таблица I

МЕНЮ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

■видима кмчмм 'ЕД.КЗМ шло мнн MU

1ШСЯММАН0СП иимчкш ll(V/ij5.00E*02 o.io- 03 500« 03

МШДМОЧЕНШЕ ЭНЕГГС1ЫДЕЛСНКЕ Им' 1-ЬОЕ* 00 *o.oo ♦ 00 3.00» 01

МИТОВИДЕКНКЕ В ВЕКЕ «Т/см 5.00Е 01 ООО« 00 3.00« 02

ИДЯ (С МУШИ см <ШЕ« 00 *0.00« 00 1.00» 02

ГМММ ШЖ.ГРШВДЧ СИГИ»« см 3.00E« 03 0.00- 00 1.00« 01

МДИУС HHU см I.OOE ♦ 00 "о.оо» 00 3.00 «00

' ГЛУШИЛ МШЕЯ ГРАНИЦЫ кны i З.ООЕ ♦ 00 'о 00« 00 5.00« 00

СМЩЕЮЕ ВСШ 01 11ШР4 СИ З.ООЕ ♦ GO ~0.00« 00 3.00» 00

! ВДУС и«м ~ см Ч.ООЕ» 00 0.10 * 00 1.00« 01

ЦАУЕМЛ ИСИТЮИ ОКАИСТИ см j 1.00Е ♦ 01 100« 00 ' ¿00* 02

| мдигс тчггиоя си<сгк см j I.OOE « oi \оо 00 : 1.00« 02

j ВШМЕ тая «мю кадмии» 1 ши 12.50Е 01 [5.00 «00 i 1.00» 02

* Программа позволяет разместить таким образом локальные источники теплоты, как это требует анатомическое строешш органа. Основным недостатком полученных уравнений яеляются громоздкость

и интегродиф$еренцйальннй вид, что дает возможность использовать только численные решения. Б следствие этого, разработан аналитический метод расчета процесса замораживания биоткани от времени.

Чтобы правчльно пайти поток теплоты через -аппликатор, необходимо рассмотреть двумерную задачу

где П - нормаль к поверхности <5* (г, Г).

Для того, чтобы получить аналитическое гьраченпа необходимо задаться зависимостью , 6 (г)

(6)

^г-и-¿/¿„с/г ■ ^ г-цг о-г/а) с/г (7)

//? 5 Л* 1» 4-хи+х)

В результате получим

г А- £ _у (9)

Г" ¡о А Ь А-/-2Х л '

Т Тц

Гц

коэффициенты были найдены численно:

для здоровой ткани 4, 'Ь'К = 3,338; ]0 - 0,503 Вт/см2; П = 470,467 Лж/сМ3;

для ^патологической ткани 4 '¡о'К~ 4,601; ]„ = 0,508 ЕТ/аг; и = 227,081 дя/см3.

Суть решения нестационарной двумерной задачи процесса локального замораживания состоит в том, чтобы определить темпера-

турное поде в биологической ткани о учетом различных факторов, влияющих на его формирование, Б расчетах принимались переменными размеры крионаконечника, условия теплообмена на границе крипнаконечкик-ткань. теплота, выделяемая за счет крово- и лим-фотока, и тепловыделения в крупных локальных источниках, таких каз. печеночная вена, печеночная артерия, желчный проток, воротная вена, а также состояние органа (патологическая и нормальная печень).

Гри наложении охлажденного крионаконечника на кивую ткань в начальный момент температура на границе контакта равна температуре живой ткани, т.е. 38 °С. В таком случае ЛТ будет очень высокой, эхо соответствует пленочному режиму юшеиия. Поэтому у стояки камеры образуется кипящий слой, характеризуемый коэффициентом теплоотдачи (X . Установление температуры во времени на повэрхности контакте крионаконечник-ткань при различных режимах имеет свои особенности. В расчетах выбором параметра СХ детерминировался режим отвода теплоты в Крионаконечник, Результаты расчетов показывают, что время установления требуемой температуры при о( = 8'103 ВТДм^-К) более чем на порядок меньше, чем то же время при <Х - 2-10^ Ет/(м^ К), а минимальная температура на границе крионаконечшк-ткань почти совладает с темпера'^урой жидкого азота.

Температура крионаконечника при пленочном режиме кипения стабилизируется за 3-4 мин, В данном случае при моделировании локального охлаждения необходимо решать сопряженную задачу, учитывая изменения температуры на границе крионаконечшт-ткань, так как характерные времена криовоздействия и стабилизация температуры на поверхности контакта крионаконечник-ткань сравнимы по величине.

Иная ситуация имеет место при пузырьковом режиме кипения. Примерно за 15с температура падает на 90 % от полного значения изменения температуры. Минимальная температура на поверхности контакта крионакопечквк-ткань составляет минус 191 °С. За это время фронт замораживания проникает в биоткань только на 10... 15 % от максимальной глубины замораживания. Погрешность полученных результатов при. выборе х'рашчных условий первого рода Тс CO/7St для случая СС - 8-Ю3 Вг/(м2-К) составляет несколько процентов, а для С( - 2-Ю2 Вт/ЪД К) составляет 40 %.

Игаи,предположение о поотоянстзэ во времени температуры поверхности крион '.онечника не вносит существенных погрешностей в результаты расчетов, если в наконечнике установился пузырьковый режим кипения. В случае пленочного режима кипения необходимо учитывать изменения температуры поверхности за интервал времени, сравнимый с характерным Бременем замораживания.

Установлено, что при коэффициенте теплоотдачи (X = 8-10^ Вт/ (м2-К) (пузырьковый режим кипения) время достижения нижнего края опухоли примерно в пять раз меньше, чем аналогичное время при пленочном режиме кипения азота, но дальнейшее увеличение коэффициента теплоотдачи не меняет времени замораживания. Следовательно, увеличена коэффициента теплоотдачи 0( по сравнению с величиной, соответствующей пузырьковому рекиму кипения, не приведет к болеэ интенсивному процессу охлаждения.

По результатам расчетов была составлена сводная табл. 2 данных процесса замораживания биологической ткани с локальными источниками теплоты, из которой видно, что распределение.температурных полей в ткани существенное влияние оказывают диаметр и температура криоинструмента, а такке локальные источник» теплоты.

Известно, что при составлении математической модели процесса замораживания необходимо решать дифференциальные уравнения теплопроводности, в которых учитываются основные теплефпзиче-екпе характеристики Л — /(Т) , С — ^ (Т).

Несмотря на большой теоретический материал, представленный в литературе по определению генлофлзических характеристик биологических тканей, большая часть свойств тканей получена экспериментальным путем авторш.га Латышевым В Л., Резяицким В,Г., Цыгановым Д .И.

Для биологических тканей организма человека до появления работ Никулина Е.И. и Р^зницкого В.Г. сведения о теплопроводности и теплоемкости были немногочисленны и разрозненны и только в некоторых случаях описывалась методика их определения.

Определение теплофйзических характеристик тканей человека, особенно живой, является весьма сложной задачей, ибо наличие, кровотока, способствующего обмену веществ в организме, оказывает существенное влияние на теплопроводность и теплоемкость тка-

ни . Это привело к тому, что в литература содержится ограниченное число работ, связанных с экспериментальным определением теплофизических характеристик в области положительных температур, а данные по теплофизическим характеристикам новообразований широкого диапазона температур почти отсутствует. В связи с этим в работе был создан автоматизированный экспериментальный стевд, работающий в режиме динамического лямбда-калориметра, на котором Епервие были определены основные теплофизические характеристики À и Cv различных патологий, альвеококк, эхинококк, карциноид, паразитарные и непаразитарные кисты, а также большое количество нормальных тканей, в том числе и кровеносных сосудов, оказывающих существенное влияние на процесс замораживания. Елервые экспериментально был установлен факт отличия показателей коэффициентов А и С3<р для новообразований^ различной природы от нормальной ткани.

Таблица 2

РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФРОНТА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ДО ТЕМПЕРАТУРЫ 213К. ПРОХОДЯЩЕГО ЧЕРЕЗ ЦЕНТР АППЛИХАТОРА

. ; ~~щГ~ 15 ~ 20" "

О1 211 2^.3 ' 213 273 2WT|3 273_2<.3_2Ï3 273 2*3 213

1 20 20.0 17.2 13.9 22.7 19.5 15.9 24.7 21.1 17.2'26.0 223 18.1

2 | 19.6 16Л13.1 22.0Ш.2 U.2_22.9t9.0 J4.9 23.7 19.G 15.2

3 3° 18.7 15.3 12.1 20.3*16.2 i?.6_21.l 16,7 »2.8 21.3 16.8 12.8 L'30 20Л 17.77 23.6 20.5 16 8 25.7 223 »8.7 27.1 23.6 20.1 '2.1 20.0 I7.J1'».! 22.2'».t" 14.9 J3.I_I9.2 15.2 23.5 19Л 15.3 3 ,3 20.0 16.9 J35'21.8 17.8 13.9.22.1 IB.I .H.I 22A 18.l'l<..2 tJ20 16.9 15.5 13.V 22 19.3 "Ï6.1 21.7 2I.),I7.<i 26.2 22Л ».« m 15.0 R0 123 J5.3 ÏV5 U 2J9.9 I9.V15.9 25.1 21.6 17.8 lia "13.1,12.3 lil.Ô I IJ.2;i2,<;il. 3,13,'.;i2.6|ll.5.135.12.7-1)7

1.2.3 »g,0(a 10.20.30 Вт/сл» "»no.. = 30«. ; R,i>w = 5wn :

mwu «mim гнием «гил • 20 *»

Для получешш информации, необходимой для математического моделирования, проверки их адекватности и экспериментального исследования новых конструкций криохирургических систем были разработаны и изготовлены экспериментальные стенды. Экспериментальные исследования проводились на печени животных. Экспериментальный стенд криохирургической установки позволял проводить исследования динамики температурного поля в биологических тканях от.давления в криостате, геометрических размеров тепло-

обменных устройств, условий подачи хладагента в рабочую камеру, параметров насади и стабилизации температуры на теплопередаю-щей поверхности криоинструмента. Особое место в экспериментальных исследованиях занимают вопросы определения критических температур, при которых наступает состояние некроза.

Для определения критических температур проводилось однократное замораживание печени до температуры 173...93 К с экспозицией от I до 15 мин и двукратное замораживание до температуры 173...83 1 с экспозицией 5...6 мин. Гистологически определялась (в первые сутки после криовоздействия) полная деструкция патологических тканей и окружающей их нормальной ткани с общей площадью, несколько мывшей площади аппликатора. На препаратах определялась гомогенная, аморфная некротическая ткань, которая ограничена мощным лейкоцитарным валом, замещающимся постепенно соединительной тканью.

Как показали экспериментальные исследования оболочка патологической ткани теряет свое слоистое строение, превращаясь в аморфную массу» Отмечается полная гибель клеток при 123 К. Недостижение требуемой температуры на определенной глубине приводит к возобновлению рецидивов, переход зоны некроза Sa патологический очаг вызывает нежелательные функциональные изменения в нормальной ткани, особенно, когда патология находится вблизи жизненно важных элементов данного органа.

Экспериментальные исследования по определению динамики температурного поля в замороженной ткани показали, что объем между изотермой 273 К я поверхностью криоинструмента, в котором распределены изолинии с температурами, определяющими зону некроза, находятся в прямой зависимости от температуры и геометрии криоинструмента, состояния биологической ткани и эяерговцделе-1Шя в локальных источниках теплоты.

Экспериментально подтверждено, что скорость распределения температурных полей в патологической ткани движется значительно быстрее чем в нормальной. Следовательно, выбор наиболее оптимального температурно-временного режима криовоздействия позволит уменьшить соотношение зоны замораживания к зоне некроза, что приведет к минимальной травматизации нормальной ткани, прилегающей к патологическому очагу.

Проведенное сопоставление результатов теоретического и экспериментальных исследований (рис. 3) выявило их полное ка-

честзенное совпадете и удовлетворительное количественное, Расхождение в определении глубины зоны замораживания составляет не болео 15...22 % в зависимости от времени криовоздействия.

Подводя итог работы по изучению динамики температурных полей в биологических тканях, можно отметить, что полученные результаты позволяют огэнивать ситуацию в замороженном слое, т.е. в зоне фазового перехода, если заданы температура криоинстру-мента и темп замораживания.

Изложенная модель процесса и базирующаяся на ней методика расчета'температурного поля е биологической ткшш в результате криовоздействия были проверены в эксперименте на ткани печени - органе, богатом кровеносными сосудами и бедном коллагеновой тканью.

г.мм

Рис. 3. Сравнение расчетных и экспериментальных данных процесса локального замораживания биоткани (Т=253 К)

х - расчет;

о - эксперимент

Г.иин

»-расчет : О-ЭКСПЕРИМЕНТ.

Ь качестве примера на рис. 4 и 5 показан ход реального развития процесса замораживания во времени. Их удовлетворительная согласованность позволяет утверждать, что в целом подход к данной проблеме оказался верным, а разработанные модель процесса замораживания и методики расчета доказали свою работоспособность, показав хорошее соответствие опытам при определении скорости замораживания, а такяе удовлетворительно прогнозируя развитие процесса криовоздействия во времени.

Бее это позволило по-новому подойти к вопросу о конструировании криохирургической аппаратуры для различных областей медицины.

Важнейшая часть работа посвящена проектированию и изготовлению криохируриг 'ской аппаратуры с системой охлаждения, использующей теплоту фазового перехода жидкого азота.

Существенное значение при проектировании медицинской аппаратуры имеют вопросы надежности, универсальности, стоимости и эксплуатации.

В процессе работы были разработаны и изготовлены несколько типов криохирургического оборудования, обеспечивающего эффективный теплообмен между теплоносителями и тканью. При их создании использовались оригинальные технические решения, совершенная технология и новне материалы (см. табл. 3).

Разработанное криохирургическое оборудование обладает большим набором сменных криойнструментов при холодопроизводи-тельности 100 Вт обеспечивает минимальную температуру рабочей поверхности в контакте криоинструмента с тканью [п vivo лживая ткань) 63 К при скорости достижения этой температуры 200...250 К/мин.

Таблица 3

Характеристики криохирургических аппаратов разработанных автором

¡¿а

НАЗВАНИЕ «ИД

' 7стднэми *с1анаваи

s. t а

i Sí* 2» .8= =

I SIS lis Illf I

"хяаЗ* a ex a sí el в л. 4. а и

2 ,ЕС

вмд

ищиты

здмм wwn еО-273 130-200 100 260 «5

л С СССР

0.63

<РМ01КГГРГ СТ1ЦМОМДРИ 1стдмс " " " — 'IIH

«АА-1

АВТОНОМН МААОГАКДР AfWAPkT

1 А*-01

ГНИ8ЕКААШ — И-IHHOAtCTPY*

а*-о?

мчдоги-

ЧЬСМ* АРМ» ИРГ Р<

гичесхми клюсчнис

77 2 8-ю

77-273 60 60 30 и 60-273 120 ; 100 I-

80-273

п*»1м| pdc-пл m«k«as-U Htli-WS»

0.55 -и- :

„, tccccr 01 1Г«03«1

1. - i -

Рассмотрен ряд вопросов, связанных с выбором схем и эств-тико-зргономических требований, предъявляемых к медицинскому оборудованию. В частности показано, что конструирование и совершенствование стационарных криохирургических систем расходного и

•4 0 ' ^ттгг1 ] Т7;;

Ч

-м 5 -3 0 -15 0 15 ?*. . !

-4 5 -3.0 -1.5

Рис. 4. Положение фронта замораживания до температуры О С в момент времени Г -15 мин. в зависимости от мощности локального источника теплоты при краовоздействии аппликатором 0 4 см, « =8*10° ЕТ/СкГ- К):

а - 0[ос = Ю Бт/аГ; б - 01ос= 20 Вт/Ы3;

в - й1ос = 30 Б т/см3

Рис. 5. Положение фронта замораживания при различных геометриях залегания опухоли и локальных источников тепло-выведения 0/ аппликатора 4 см: а - радчус опухоли 1,5 см, глубина залегания 2,9 см; б, в - радиус опухоли 2,5 см, глубина залегания 2 см; радиус вены 0,5 см

дроссельного типа, когда крионаконочник и источник холода соединены посредство . теплоизолированного.хладопровода, в настоящее время объективно сдерживают производство универсальных и дешевых криохирургических систем. Вместе с тем в работе рассмотрены вопросы изоляции и свободы манипуляция криоинструмента.

Значительно расширены функциональные возможности разработанного криохирургического инструмента за счет многообразия сменных крионаконечников, способных отводить большее количество теплоты от биологической ткани за меньшие промежутки времени. Отличительной чертой предлагаемых крионаконечников является использование в испарительном режиме свинцовых сферических • кадок и возможность смены каналов подачи прямого и обратного потоков.

В процессе экспериментов разработанное оборудование показало хорошую воспроизводимость результатов криовоздействия, стаби- 1 лизацио температуры наконечника с точностью до 2.. .4 %.

Проведенные клинические испытания разработанного' криохирургического оборудования показали высокую эффективность данного метода лечения различных типов новообразований в абдоминальной хирургии, где радикальность хирургического лечения повышена до 57 %, в гинекологии в зависимости от'гистологического диагноза удалось повысить процент оздоровления до 60...90 %, в дерматологии и косметологии до 95 % случаев. Следовательно, можно утверждать, что метод и полученные твмпературно-временные режимы могут оказаться весьма эффективны)™, а в ряде случаев единственно возможными продлить жизнь больного.

В период с 1983 по 1994 год разработанным автором криохирургическим оборудованием проведено несколько тысяч различной степени сложности криохирургических операций. Криохирургические аппараты неоднократно демонстрировались на ряде выставок, в том числе и международных, о' чем свидетельствуют полученные Почетные дипломы.

Далее в работе рассмотрен вопрос об оптимизации геометрии криохирургического инструмента и частиц насадки для интенсификации процесса теплообмена в рабочих полостях крионаконечников. При локальном замораживании биологических тканей геометрия крио-инструмента приобретает особое значение. Как было показано ранее,

коэффициент отношения глубины замораживания к зоне некроза, близкий к единице, определяет эффективность процесса криовоз-действия. Следовательно, для повышения коэффициента отношения зоны заиораживания к зоне некроза, прежде всего, следует подавить максимальное количество теплоты, поступающей от локальных источников, а для этого необходимо интенсифицировать процесс теплообмена в рабочих полостях криовнструмонта, развивая поверхность, и распределить эти потоки по возможности равномерно. Ь этом суть оптимизации геометрии криоинструмента, а достигалась она моделированием тепловых потоков в пористом слое насадки.

Для этого была ислользовайа теория Даниловой Г.Н. - теплообмен при кипении хладагентов, и метод Маньковского О.Н., поскольку он полностью адекватен физической природе процесса кипения на затопленных поверхностях с капиллярно-пористым покрытием.

Б работе проведены экспериментальные исследования теплообмена в зоне контакта криоинструмента с биологической тканью. Главной задачей интенсификации теплообменных процессов в криохи-рургичэских наконечшшах с вынужденной циркуляцией криоагента является поддержание минимальной разности температур между хладагентом и рабочей поверхностью криоинструмента, а также высокой скорости достижения минимальной температуры. Отвод теплоты от биологической ткани осуществляется через теплопередающую поверхность рабочего наконечника, омываемого хладагентом. Интенсификация передачи теплоты является одним из наиболее важных критериев и отражает качественный уровень разрабатываемой аппаратуры. Процесс теплообмена в криохирургических инструментах с использованием свинцовой насадки ранеэ не рассматривался. Эффективность данного способа интенсификации теплообмена подтверждена собственными многочисленными исследованиями на модельных средах и тканях in vitro.

На разработанном экспериментальном стенде был проведен комплекс исследований по выявлению наиболее эффективных условий теплообмена азот-наконечник-ткань и конструктивных параметров наконечника, позволяющих максимально интенсифицировать процесс теплообмена. Первая стадия экспериментальных исследований состояла в том, чтобы определить максимальную холодопроизводи-

тельность установки на модатьной среде. Перемешшми величинами били приняты давление, которое варьировалось от 0,03 до 0,13 Ша, диаметр частиц насадки на теплопередаодей поверхности,равный от 0,3 до 3 мм, количество слоев укладки, равное от I до 3 шт., и последнее, и очень важное - была изменена подача прямого потока с центрального на соосный ему. Исследования проводились криохирургическим чаконечником различных диаметров 20, 30, 40, 60 мм. Экспериментальные исследования показали, что увеличение объема замороженной зоны наблюдается в зависимости от давления, диапазон которого составляет от 0,06 до 0,13 Ша. Максимальный объем замороженной зоны получен при давлении 0,11 №а для наконечников 20, 30, 40 мм. ¿ля наконечников диаметром 30...40 мм процесс теплоотдачи поддеряиьается более стабильнкм при давлениях 0,09...0,13 Ша, однако увеличение объема замороженной зоны от 0,11 до 0,13 Ша практически не происходит.

Необходимо отметить, что проведенные экспериментальные исследования наконечников с организацией прямого потока как показано на рис. 2 позволяют получить больший объем замороженной зоны на 15 % в отличив от подачи прямого потока по центральному каналу. Однако это условие выполняется для наконечников диаметром не менее 20 мм и сферических насадок, уложенных и один слой.

Установлено, что лучшую способность интенсифицировать процесс теплообмена показала насадка меньших диаметров (от 0,3 до I мм), но использование насадки диаметром 0,3...0,46 мм крайне осложнено тем, что технология установки ограничительной сетки н её параметры вызывают дополнительное гидравлическое сопротивление на обратном потоке.

На рис. 6 представлены экспериментальные данные, отражающие влияние различных параметров насадки на теплообмен и критический тепловой поток при пузырьховом и пленочном кипении.

Можно отметить, что использование свинцовых шариков для интенсификации теплообмена в криохирургических наконечниках мечет существенным образом повлиять на слоившуюся ситуацию в криохирургии.

Анализ полученных данных показывает, например, что установление основных параметров, окаэю'-ялцих влияние на процесс замораживания и коэффициент отношения зоны замораживании к зоне некроза, позволяет повысить эффективность криохирургического воз-

кэ ПОКРЫТИЯ

Т.МИМ.

Рис. 6. Зависимость объема замороженной зоны от времени для различных диаметров насадки свинцовыми шариками, наконечник 20 мм:

0 - без покрытия; I1 - малотеплопроводное покрытие из ({тгоропласта о =0,4 мм; I - диаметр свинцовых шариков 3 мм; 2 - 2,5; 3 - 2,0; 4 - 1,0; 5 - 0,46;

6 - 0,3; Р =0,ПШа, толщина теплопередающей стенки

1 мм

действия на биологические ткани с различным локальным и рассредоточенным энерговыделением. Для практики это важный результат, поскольку он подсказывает дальнейшие пути совершенствования метода, чтобы обеспечивать управляемую криодеструкцию патологических тканей любых локализаций в строго ограниченных размерах за минимальное время.

В следующем разделе данной главы дается теоретическая оценка оптимизации параметров насадки.

На основе известных решений задач теплопроводности, теплообмена и нуклеацяя строится выражение для теплового потока при заданной разности температуры поверхности подложки ТСт и температуры насыщения жидкости

т

>ШТТ ' (10)

где £ - пористость; Л*, Л - .теплопроводность жидкости и материала слоя;

*Т-Тсг-Ти , (П)

ат~//х, ("I

вдесь б - поверхностное натяжение жидкости; Г - теплота парообразования; рж плотность жидкости и пара;^/* , //л -вязкость жидкости и пара; (X - 10,95 ^ ; ё - диаметр частиц слоя; 0 - угол смачивания; 8 - толщина стенки канала;

Ь - высота канала, равная глубине слоя; П) - число жидкостных (парогенерирующих) каналов, прлходяицися. на один пароотводл--щий капилляр.

Величины ¿Г и Ь выбираются из соображений гидравлической эквивалентности пористого слоя и системы капилляров. Тогда воли-чина будет пропорциональна количеству ряд.ов нпсадки в

рассматриваемом нами случае. Соотношения (10)...(16) дают функцию теплового потока в насадке в зависимости от параметров тед-кости, материала насадка, /ЗТ , б и Л/с/. Максимальная интенсивность теплообмена будет реализована при значоиии диаметра паров насадки, при котором достигается максимум'теплового потока для фиксированного дТ.

Зависимость у и (] олредаляется соотношениями (10), (12) ...(14), (16) и входит через комплекс '

у = А~Т-йТ* 1 МГ| о

(17)

При кипении Al = I...IOO К и для правдоподобных значений диаметра насадки, больких 10"^ м, можно пренебречь Q/d, по сравнению с ЛТ, , тогда

<ю>

С ростом ЛТ диаметр оптимальных шаров растет и для однорядной насадки С d - h )и ЛТ = 100 К равен 0,4 мм, что совпадает с данными, приведенными в обзоре.

Б последнем разделе данной главы приводится оценка эффективности процесса замораживания биологической ткани.

Режим теплообмена на подложке с насадкой определяется ее температурой и, в меньшой степени, предысторией поведения теплового потока, так как критические тепловые потоки перехода пузырькового кипения в пленочное и пленочного в пузырьковый сближаются с применением насадки.

Приводится оценка соотношений Т, , Тг , сопровождающихся

пленочным и пузырьковым кипением, а также соотношения количества

• _

теллоты, уносимой пленочным и пузырьковым кипением. В принятом приближении уравнение теплопроводности записывается в следующем

виде

„г дт-ъ дгт

JDCdZ~AW' (19)

с граничным условием ка охлаждающей поверхности

Л~ = 0( (Тп- Тн) для i = 0, (20)

где Тп ~ Т(о) - температура поверхности; Тн - температура насыщения охлаждающей жидкости.

Пленочное кипение сменяется пузырьковым не ранее, чем Тп -jH станет меньше 40 К. Если начальная температура за-морахивания объекта равна То = 310 К, Т = 78 К, то Тп~Ти -40 К, когдадр = о,17.

То есть в случае

С( = 2-Ю2 Бт/ (м^К), Г = 22,6 мин. (21)

Для болев интенсивного охлаждения

<У= 8 . Ю3 Вт/ (м2. К), Г = 0,85 мин. (22)

Из (21) и (22) видно существенное влияние интенсификации теплообмена в насадке на скорость быстрого замораживания. Доля теплоты, уносимой в процессе (21) и (22), определяется

(23)

а(т0-тн)

где =

и равна для с(с- , I " - а>/ (Т0-Т„)/ (

То есть для меньшей интенсивности теплообмена время захола-живания и доля уносимой теплоты меньше, чем для высокой интенсивности теплообмена, а следовательно, и глубина охлаждения в первом случае меньше при достижении одной и той ке Тп .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения теоретических и экспериментальных исследований обоснован и разработан комплексный подход к использованию криосистем в медицине, позволяющий прогнозировать ро-зультати криогенного воздействия на биологические ткани со сложной структурой.

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследовании новые типы криохирургической аппаратуры позволили получать заданные температурао-времешше характеристики крновоздействия на патологические ткани со ело ясной структурой обладающие самыми высокими локальными тепловыделениями. При этом была повшена надежность, продлен ресурс работы, улучшен дизайн, снижена стоимость, многие технические решения защищены авторега:-лш свидетельствами СССР и патентами РФ.

2. Полученные новые данные по теплофизическим характеристикам ряда элементов составляющих нормальную и патологическую биоткань в широком интервале температур 273-110 К, позволили болоо точно рошггь дгумернуп нестационарную задачу тепло передо-

чи для прогнозирования температурного поля в процессе криовоз-действия на сложных органах с активным кровотоком. Расхождение экспериментальных данных от численных расчетов не превышает 22%.

3. Разработанный метод'математического моделирования процесса локального замораживания биологической ткани крионаконечником с плоской гедлолередавщей поверхностью, с учетом основных тепло-физических характеристик локальных источников теплоты и условий тедтообмена в наконечнике, приьел к созданию программного обеспечения, позволяющего с высокой степенью точности (до 90$) моделировать патологический очаг в любом месте сложного органа и получать близкий к реальному характер развития температурного поля в биоткани при криодесгрукцки.

4. В результате теоретического анализа по улучшению интенсификации теплообмена в криохирургических наконечниках с использованием различных металлов, именвдк накболэо високую теплопроводность в интервале температур 77-65 К, такие как серебро, золото, медь, -свинец, латунь установлено, что интенсивность теплообмена будет увеличена на*медной теплопередавдей поверхности с насадкой из серебра в 1,6 раза по сравнению со свинервой, В этом случае материальные затраты конструкции криохирургического наконечника

с насадкой из серебра возрастут в 27 раз. Учитывая не очень высокую разницу в увеличении интенсивности теплообмена между серебром и свинцом, и очень высокую стоимость серебра, поэтому в разрабатываемых конструкциях в качестве насадки используются сферические насадки из свинца.

5. Эксцердаентально-теоротическке исследования позволили вачвить характер зависимости интенсивности теплообмена от типа^ сферической свинцовой насадки. Установлено, что оптимальным коэффициентом теплоотдачи обладают частицы сферической формы диаметром от 0,4 до I мм с одним слоем укладки для крионаконечников диаметром от 20 до 50 мм.

6. Криохирургические системы, разработанные автором и изготовленные при участии автора, применяемые в базовых клиниках Омской академии медицинских наук, городской больнице 14 2 г, Барнаула, в в/ INCORPORATED, USA и ряде санаториев г. Геленджика, показали высокую надежность и эффективность их использования.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Использование криометода при альвеококкозе печени / В.А. Рудаков, Ф.П.Коваленко, Е.А.Бабенко, A.A.Гладенко и др. // Тезисы докладов 2-й итоговой научной сессии. Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургия. - Иркутск, 1984. -С. 208-209.

2. Применение криохирургического метода у больных с заболеваниями печени и поджелудочной железы / H.G. йакоха, Б.А. Рудаков, Е.А.Бабенко, А.А.Гладенко и др. // Диагностика и лечение опухолевых заболеваний панхсреатодуоденальной и гепатабшшарной зон: Сборник научных трудов. - Омск, 1985. - С. 83-95.

3. A.c. 1258395'(СССР). МИ3 A6I В 17/36. Устройство для локального замораживания ткани / Е.А. Бабенко, A.A. Гладенко, U.C. Макоха, В.А.Рудаков. - Опубл. в Ш, 1986, №35.

4. A.c. I303I5I (СССР). Ш®3 A6I В 17/36. Криохирургический наконечник / Е.А. Бабенко, A.A. Гладенко, P.A. Рудаков, H.H. Иваненко. - Опубл. в ЕИ, 1937, JS 14.

5. Бабенко Е.А., Гладенко A.A., Рудаков В.А. Криохирургическая установка и наконечник о повышенной интенсивностью теплообмена 7/ Повышение эффективности холодильных и компвессоршх машин. - Омск: ОмПИ, 1988. - С. II9-I22.

6. Дубова Е.А., Гладенко A.A. Разработка криохирургической аппаратуры с повышенной интенсивностью теплообмена // Тезисы докладов. четвертая межреспубликанская научная конференция студентов вузов СССР. Холодильные и компрессорные машины и установки. - Казань, 1988. - С. 3.

7. A.c. I39884I (СССР). ГЖИ3 A6I В 17/00. Способ лечения эхинококкоза печени / В.А. Рудаков, ¡O.A. Зыков, Е.А. Бабенко, A.A. Гладенко и др. - Опубл. в St, 1988, Je 20.

8. Свидетельство СССР fi 24I7I. Установка криохирургическая / Е.А. Бабенко, A.A. Гладенко, Г.В. Павлов, В.Е, Банников. Промышленный образец. - Опубл. в Et, 1988, й 3.

9. Гладенко A.A., Данилов C.B., Рудаков В.А. Теплоемкость альвеококка печени // Тезисы докладов. Всесоюзная конференция. Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение, - Москва, 1989. - С. 106.

10. Бабенко Е.А., Гладенко A.A., Рудаков В.А. Математическое моделирование процесса локального замораживания биологической ткани внешним источником холода // Междузовекий сборник научных трудов: Тепломассоперенос в системах холодильной техники. - Ленинград, 1990. - С. 15-18. »

11. К вопросу криохирургического лечения очаговых заболеваний печени / Л.В. Полуэктсв, В.А. Рудаков, О.Э. Воронов,

С.Н. Еломенко, A.A. Гладенко и др. - Минск, 1992. - 15 с. - Деп. в В/ИГГИ 04.02.92 370-В 92.

12. Лечение очаговых поражений печени / О.Э. Воронов, В.А. Рудаков, Ю.Л. Сэл-оков, В.Ю. Шутов, A.Ar Гладенко и др. //

Медицинские аспекты изучения организма в ноше и патологии: Сборник научных трудов. - Омск, 1992. - С. 20-21.

13. Амелин С.П., Гладенко A.A. Лечение деструктивного панкреатита // Материалы конференции: Заболевания поджелудочной железы. - Новосибирск, 1992. - С. 68-69.

14. Гладенко A.A. Математическое прогнозирование процесса замораживания биологической ткани с учетом локальных источников тепла // Биомедицинская технология и приборостроение. - Омск, 1993. -С. 15-51. ДСП.

15. Гладенко A.A. Вывод аналитического выражения, описывающего глубину проникновения фронта замораживания от времени // Биомедицинская технология и приборостроение. - Омск, 1993. - С. II5-I2I. ДСП.

16. Использование криометода при обширных резекциях печени

/ В.А. Рудаков, JI.B. Полуэктов, В.А. Самойлов, Ю.Л. Салюков, A.A. гладенко и др. // Материалы научно-практической конференции КазНИИ клинической и экспериментальной хирургии им. А.Н. Сызганова. -Алметы, 1993. - С. Б6-69.

17. Применение криометода в хирургии паразитарных и непаразитарных кист печени / Л.В. Полуэктов, Е.А. Рудаков, В.А. Самойлов, Ю.Л. Салэков, Е.А. Бабенко, A.A. Гладенко П Материалы научно-практической конференции КазНИИ клинической и экспериментальной хирургии им. А.Н. Сызганова. - Алматы, 1933. - С. 88-91.

18. Патент 38799 (Р1>). Аппарат криохирургический / A.A. Гладенко, А.Н. Марчихин, С.П. Амелин, E.D. Новосельцев. Пршшлешшй образец, 1993.

19. Использование криодеструкшга в комплексном хирургическом лечении очаговых поражений печени / Л.В. Полуэктов, В.А. Рудаков, О.Э. Воронов, В.Л. Полуэктов, A.A. Гладенко и др. // Материалы 2-й коншерендаи хлрургов-гапатологов: Очаговые поражения печени и гилюсныё опухоли печеночных протоков. - Киров, 1994. - С. 84-87.

20. Хирургическое лечение кист и жидкостных образований печени / Л.В. Полуэктов, В.А. Рудаков, Б.Л.Полуэктов, Н:Д. Широченко, Б.А. Самойлов, Ю.Л. Салюков, A.A. Гладенко и др. // Материалы 2-й конференции хирургов-гепатологов: Очаговые поранения печени и гилюсныё опухоли печеночных протоков. - Киров, 1994. - С. I5I-I53. ■

21. Патент PS & 2029510. Способ лечения очаговых заболеваний печени / Л.В. Полуэктов, В.А. 1^даков, О.Э. Воронов, A.A. Гладенко л др. 1995.

22. Гладенко A.A., Бабенко Е.А., 1^даков В.А. Исследование температурного поля в биологической ткани при локальном криовоз-действил // Всероссийское совещание. Холодильная техника России. Состояние и перспективы. С-Петербург, 1995. - С.12.

23. Головко Г.А., Гладенко A.A. Разработка криогенного автономного аппарата для замораживания биологических тканей // Всероссийское совещание. Холодильная техника России. Состояние и перспективы. С-Петербург, 1995. - С.13.

24. Криохирургическое лечение эхинококкоза печени / Л.В. Полуэктов, В.А. Рудаков, В.Ю. Шутов, A.A. Гладенко и др. // Материалы !П --конференции хирургов гепатологов. С.-Петербург, 1995; -С. 136—137.

Подписано к печати 30.08.95. Фоомат £Юх84 1/16. Бум. газетная. Печать офсетная, Печ.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № к.

Уьлое поодприятие "ТеплоКон" Санкт-аетет)б,'пгекой госудапетвенной академии холода и пищевых технологий. 191002, Санкт-Петербург, у;1..:.сио1'ссона, 9