微型節(jié)流制冷器廣泛用于冷卻紅外探測器，是一種比較成熟的技術。20 世紀90 年代，美國ENDOCARE公司利用微型節(jié)流制冷器技術發(fā)明第一代CRYOCARE(氬氦刀)系統(tǒng)。氬氦刀系統(tǒng)原理是利用焦耳-湯姆遜效應，在常溫下高壓氬氣節(jié)流快速降溫，高壓氦氣節(jié)流快速制熱，高低溫快速交替殺死癌變細胞。該技術在低溫醫(yī)療中已快速推廣應用，并在各種癌癥治療中取得了比較好的治療效果。國內在微型節(jié)流制冷器技術上已開展了多年研究，積累了豐富的技術基礎，但在低溫醫(yī)療上的應用還處于起步階段。文章提出低溫醫(yī)療在未來有廣闊的發(fā)展前景，倡議國內相關微型節(jié)流制冷器的研制單位將該技術應用于低溫醫(yī)療。

　　引言

　　微型節(jié)流制冷器長期用于冷卻紅外探測器組件，由于啟動時間快、干擾小、成本低廉等原因，在紅外制導等武器系統(tǒng)中得到廣泛應用。如何將軍工高科技轉化為民用技術，一直是該領域科研人員不斷探索的問題。1993年6月，美國ENDOCARE公司利用微型節(jié)流制冷器技術發(fā)明第一代CRYO⁃CARE(氬氦刀)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多項美國航天技術專利研制而成，將微型節(jié)流制冷技術引入低溫醫(yī)療，該技術兼具超低溫冷凍、介入治療和免疫治療等多重效能。1999年，我國張積仁教授引進亞洲第一臺CRYOCARE系統(tǒng)，首次將其命名為“氬氦刀”。

　　1、原理

　　氬氦刀的工作原理是利用焦耳-湯姆遜原理，即當氣體在管道中流動時，由于局部阻力，如遇到縮口和調節(jié)閥門時，其壓力顯著下降，這種現象叫做節(jié)流。大多數氣體遭遇節(jié)流后溫度將下降，如氬氣和氧氣。而某些氣體，例如氫氣和氦氣，溫度反而上升。

　　在紅外制導中，微型節(jié)流制冷器只考慮制冷。但在低溫醫(yī)療系統(tǒng)中，需要高低溫快速交替殺死癌變細胞，因此在氬氦刀系統(tǒng)中，需要增加制熱系統(tǒng)。氬氦刀系統(tǒng)[2-3]主要由冷刀、制冷系統(tǒng)、制熱系統(tǒng)、溫度檢測系統(tǒng)構成，有些設備集成了CT、B超等監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)簡要結構如圖1所示。

圖1 氬氦刀系統(tǒng)簡要結構

　　氬氦刀的工作原理：利用在常溫下氬氣快速節(jié)流制冷原理產生快速降溫，利用在常溫高壓下氦氣節(jié)流制熱原理快速恢復溫度。氬氣和氦氣儲存于氣瓶中。氬氣的降溫和氦氣的升溫均在極短時間內發(fā)生。氬氦刀的工作壓力在31 MPa，采用氬氣作為制冷工質，數十秒(一般小于50 s)內即可使針尖溫度降至-175 ℃，根據治療需要，冷凍幾分鐘到十幾分鐘之后又采用氦氣作為制冷工質，在數十秒(一般小于50 s)內使溫度升至45 ℃，根據治療需要，如此往復治療多次。降溫和升溫速度(通過調節(jié)氣體壓力和氣體流量實現)、制冷時間和溫度，可通過冷-熱轉換系統(tǒng)預先精確設定或自動控制，其結構如圖2所示。

　　氬氦刀冷刀為中空穿刺刀，直徑從1.47~8 mm。翅片管采用螺旋繞制的方式纏繞在芯軸的外表面，構成氬氦刀的熱交換器，工作時高壓氬氣通過翅片管的內部進入，在氬氦刀的前端節(jié)流噴嘴處發(fā)生節(jié)流制冷，將氬氦刀尖快速冷卻，回流氣體從翅片管外部走，與翅片管內的氣體發(fā)生熱交換，預冷翅片管內的入流氣體。刀尖可在幾十秒內達到-175 ℃。為了保護穿刺過程中，對正常組織的保護，只對癌變細胞進行治療，氬氦刀的刀柄采用絕熱層，只在刀尖2～3 cm處產生制冷。氬氦刀的頂端有測溫元件，可實時獲取刀尖的溫度。當需要快速制熱回溫時，氬氣關閉，進入的氣體變成高壓氦氣，節(jié)流制熱，將刀尖快速回溫到45 ℃。

圖2 氬氦刀自測溫冷刀內部解剖圖

　　3、治療原理與應用

　　3.1、治療原理

　　氬氦刀系統(tǒng)快速冷凍和快速升溫使冰晶迅速在細胞內外形成并崩解，細胞線粒體消失，血管基底膜斷裂，細胞核碎裂或溶解，直接導致細胞死亡。冷刀治療迅速引起細胞結構損害，腫瘤細胞膜離子通道障礙，細胞內外電解質和滲透壓失衡和蛋白質變性，從而殺死癌細胞。

　　3.2、應用

　　從美國氬氦刀和以色列伽利略的網站報道的數據可知，目前美國已有450多家醫(yī)院，1 500多名醫(yī)生，每年采用氬氦刀進行1 萬多例腫瘤患者治療。而以色列的伽利略生產的氬氦刀目前在歐美及全球已銷售400多臺。國內的幾十家著名的腫瘤醫(yī)院也開展了這方面的工作，并進行了各類腫瘤手術治療幾千起。從這些報道看，進行低溫冷刀治療后，都取得了較好的治療效果。

　　采用氬氦刀治療腫瘤操作簡單、腫瘤消融效果確切、適應癥廣、對病人損傷小、靶向性強、治療中靶區(qū)可實時監(jiān)測，能迅速減輕中晚期癌癥患者的痛苦和提高生存質量，已成為目前國際上低溫靶向治療領域高科技發(fā)展的更新換代技術。

　　目前，氬氦刀已廣泛應用于各種癌癥、腫瘤治療。適用于肝癌、肺癌、腦瘤、胰腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌、腎及腎上腺腫瘤、腹腔及盆腔腫瘤、骨腫瘤、軟組織腫瘤、頭頸及皮膚腫瘤、轉移性胃腸腫瘤等實體腫瘤、良性腫瘤及良性增生病變、前列腺增生、乳腺腫瘤、血管瘤、肉瘤、子宮肌瘤、囊腫、疣、痔瘡、癌前病變、口腔白斑病等。是一種多用途、有效的治療手段。

　　4、優(yōu)缺點

　　與傳統(tǒng)的液氮刀采用的液氮浸泡式或蒸發(fā)液氮方式相比，氬氦刀的結構要更復雜，設備成本也相對昂貴，但氬氦刀相對于傳統(tǒng)的治療手段有以下優(yōu)點;

　　(1)手術時間比常規(guī)手術大大縮短，冷刀直徑比傳統(tǒng)的液氮刀小，創(chuàng)傷很小，出血極少，有利于保護機體免疫力;(2)氬氦刀插入到病變組織后再啟動，避免在插入的過程中凍傷無病變組織;(3)可以反復做手術，對復發(fā)或多器官轉移者尤為適宜;(4)減少擴散機會;(5)手術成功率可達到98 % 以上;(6)手術并發(fā)癥少;(7)適合綜合治療;(8)適應性廣，可用于多種腫瘤癌癥的治療;(9)采用氬氣、氦氣作為制冷工質，手術費用較低。

　　5、小結

　　從國內外的應用和治療效果可見，低溫微型醫(yī)療技術有廣闊的應用和發(fā)展前景。國內的相關科研單位，早在上世紀，就開展了很多關于微型節(jié)流制冷技術的研究，取得了可喜的成果，奠定了該領域研究的堅實基礎，但并未轉化為民用技術。相關院校和單位也進行了這方面的研究，但未形成產品。基于成熟的技術和廣闊的市場前景，建議從事該領域的科研人員和單位，抓住微型節(jié)流制冷低溫冷凍醫(yī)療仍然處于起步階段和已掌握的成熟技術，盡快將該技術民用化、產品化，占領這個市場。