一种用于医用冰浆制备的非金属通道促核装置

本发明属于医疗器械及多相流热工控制，具体涉及一种用于心外科微创手术中靶器官局部深低温降温防护的直供式封闭可注射医用冰浆机，及其之间的核心部件，用于医用冰浆制备的非金属通道促核装置。

背景技术：

1、心外科手术中，为实现心脏停跳期间的心肌保护，需对心脏等靶器官进行快速、均匀的局部深低温降温，以此降低心肌代谢速率、延长器官安全缺血时限、减轻缺血再灌注损伤。随着体外循环下小切口瓣膜置换术、胸腔镜辅助冠状动脉旁路移植术等微创术式的普及，手术操作空间极度受限，对降温载体的流动性、可注射性及无菌安全性提出了更高要求。

2、目前临床常规采用的降温方式为术前人工刮取冰屑外敷，护士需在开放环境下用器械从冰块上刮取冰屑，手动敷贴于心脏表面。该操作完全依赖人工经验，刮取的冰屑粒径极差大、棱角尖锐，既易划伤脆弱心肌组织，又难以与靶器官表面充分贴合，降温均匀性无法保证；同时冰屑全程暴露于大气环境，存在极高的微生物污染风险，且无法适配微创手术狭小操作空间的定点注射需求，已完全不符合现代心外科临床要求。

3、医用冰浆因兼具液体的高流动性与固体的高相变潜热，被公认为理想的靶器官局部降温载体。然而，现有可用于临床的冰浆生成装置多由工业制冰设备改造而来，无菌安全隐患突出。现有装置普遍采用敞开式架构，配套机械刮刀刮冰结构或带大型中间储冰槽的循环系统，冰浆在刮削、存储、搅拌、泵送全流程均与外界大气直接接触，极易发生微生物交叉污染；同时装置的热交换管路、刮刀等多采用铜、铝、不锈钢等金属材质，在流体长期冲刷及高频剪切作用下，存在金属离子析出并随冰浆注入人体的毒性风险，完全不满足手术室最高等级的无菌管控标准。

4、因此，现有医用冰浆生成装置无法同时满足无菌安全、微创适配、稳定运行的核心临床诉求，因此亟需开发一种专用于心外科手术的直供式封闭可注射医用冰浆机。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于医用冰浆制备的非金属通道促核装置，包括密闭承压壳筒、穿设于所述密闭承压壳筒内部的螺旋通道管；所述密闭承压壳筒上开设有供冷介质进口和供冷介质出口，所述密闭承压壳筒的内壁与所述螺旋通道管的外壁之间围合形成封闭式壳程换热腔，换热腔用于供外部供冷介质流入所述壳程换热腔并流出；所述螺旋通道管的第一端设置有伸出所述密闭承压壳筒的生理盐水进口段，第二端设置有伸出所述密闭承压壳筒的冰浆出料口段；所述螺旋通道管采用医用非金属材料制备而成。

2、本发明采用密闭承压壳筒内置螺旋通道管的结构，在受限的壳筒空间内有效延长了换热流道的有效长度，增大了管内外流体的换热接触面积与接触时长，有利于管内生理盐水充分吸收壳程冷量完成受控相变，提升冰浆生成效率；同时壳筒的承压设计可适配不同压力的供冷介质循环需求，而密闭承压壳筒与螺旋通道管外壁围合形成的封闭式壳程换热腔，实现了供冷介质与管内医用盐水的完全物理隔离，既避免了冷媒与医用流体混合污染，也杜绝了外界环境中的微生物、杂质侵入换热腔。当管程内生理盐水在壳程冷量作用下于近壁区域析出初生微观冰晶核时，前述螺旋流道产生的近壁剪切应力可对初生冰核施加持续的机械剥脱力，实现对壁面新生冰晶的原位切削作用，冰晶尚未在管壁牢固附着即被剥离进入主流区，既避免了冰晶在壁面积聚形成冰堵，也阻止了冰晶在壁面持续生长导致的粒径粗大化，保障生成的冰浆具备良好的流动性，适配后续微创注射需求。该切削作用完全依托流体自身流动特性产生，无额外运动部件，避免了机械刮擦带来的金属污染与部件磨损风险。而且，螺旋通道管采用医用非金属材料制备，本身对冰晶的界面附着亲和力低，与上述螺旋流道的近壁剪切切削作用形成双重协同，进一步降低冰晶挂壁概率；同时非金属材质在深低温工况下无金属离子析出、无有害物质释放，从根本上消除了冰浆被污染的风险，满足手术室最高等级的无菌安全要求，且材料可耐受高温高压灭菌，适配临床复用或一次性替换需求。

3、优选的，还包括集成于所述装置本体上的防堵检测传感组件；所述防堵检测传感组件包括分别集成于所述螺旋通道管进口段的第一温度传感器、第一压力传感器，以及集成于所述螺旋通道管出口段的第二温度传感器、第二压力传感器，所述第一压力传感器与第二压力传感器用于检测所述螺旋通道管进出口的流体压力以获取压降参数，所述第一温度传感器与第二温度传感器用于检测所述螺旋通道管进出口的流体温度以获取温差参数；所述防堵检测传感组件还设置有对外通讯接口，用于将所述压降参数、温差参数传输至外部设备。

4、在螺旋通道管进出口段分别集成温度、压力传感器，形成了覆盖热力学与流变学的多维感知能力，与螺旋通道管固有的剪切切削特性高度适配，第一温度传感器与第二温度传感器分别采集管程进出口流体温度，通过计算获得的温差参数，可直接反映管程内冰浆相变的潜热释放程度，辅助外部设备判断冰晶生成稳定性，也可作为过冷度的间接表征指标，为冰堵风险的热力学预判提供依据；第一压力传感器与第二压力传感器分别采集管程进出口流体压力，通过计算获得的压降参数，能够灵敏反映螺旋通道管内的流道通畅度：当管内因冰晶微量堆积导致流通截面积减小时，压降会先于温度发生可识别的异常抬升，为冰堵前兆的判断依据，外部设备可通过压降、温差的参数变化趋势，验证螺旋流道近壁剪切作用的有效性，即若压降维持稳定波动区间、温差处于相变合理温区，则说明剪切切削效果正常，冰晶无堆积风险。

5、优选的，所述防堵检测传感组件还包括集成于所述螺旋通道管出口段的交流电导率计，用于检测出口冰浆的电导率以辅助计算含冰率参数，所述含冰率参数通过所述对外通讯接口传输至外部设备。

6、医用冰浆为固液两相混合介质，其中纯冰晶为电绝缘相，剩余未冻结的生理盐水为离子导电相，冰浆的整体宏观电导率与液相盐水的电导率、冰浆的体积含冰率之间存在确定的物理映射关系，整体电导率随含冰率升高呈规律性降低，该特性为含冰率的电学检测提供了理论基础。交流电导率计本身为现有技术，本技术创新点在于将其置于螺旋通道管的出口段，工作时向流经的冰浆施加特定频率的交变激励信号，采集冰浆的整体阻抗响应，反演得到实时电导率值；相较于直流检测模式，交流激励可从原理上规避电极表面极化效应、双电层电容对检测信号的干扰，适配高固相含量、高剪切流场的冰浆检测场景；螺旋通道管内的流动扰动使生成的冰晶均匀分散于液相中，避免了局部冰晶团聚、管壁贴壁导致的电导率检测失真，保障了检测样本的代表性，使测得的电导率值能够真实反映整管冰浆的平均状态。

7、优选的，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器及交流电导率计均采用嵌入式安装结构，检测探头与螺旋通道管的内壁平齐。

8、本技术方案中，嵌入式平齐安装结构未破坏螺旋通道管内壁的光滑连续性，既不会干扰螺旋流道内天然形成的近壁剪切应力场，也不会在探头根部形成流动死区或涡流区，从根源上避免了因探头凸起导致的冰晶附着、堆积问题，保障了螺旋流道自带的冰晶剪切剥离作用正常发挥，消除了传感器安装本身带来的额外冰堵风险。

9、优选的，所述螺旋通道管的医用非金属材料制为医用级硅胶、聚四氟乙烯或医用聚氨酯中的任意一种。

10、上述提及的非金属材料无细胞毒性、致敏性及溶血风险，且在生理盐水长期冲刷下无小分子添加剂、金属离子或其他有害成分析出，从根本上保障了医用冰浆的输注安全性，满足心外科微创手术直接注射入体内的严苛临床要求。

11、优选的，所述螺旋通道管与所述密闭承压壳筒采用整体插拔式模块化安装结构,所述螺旋通道管可整体从所述密闭承压壳筒内移出或置入。

12、螺旋通道管作为全程接触医用盐水的核心功能部件，可整体从壳筒中拔出，可直接替换为预灭菌的一次性无菌模块，无需对壳筒、供冷介质接口等外围部件进行额外拆洗，从根源上规避了不同手术患者间的交叉感染隐患，整体插拔式结构无需拆解壳筒、断开外部供冷介质管路或重新调试传感组件，医护人员或工程师仅需徒手操作即可完成模块的拆装更换。一体成型结构避免了分段拼接带来的缝隙，杜绝了冰晶卡滞形成局部冰堵诱因，保障流道工作的稳定性。

13、优选的，所述密闭承压壳筒内设有医用非金属材质的支撑支架，所述支撑支架与所述螺旋通道管的外壁适配卡接，二者预组装为可随所述螺旋通道管同步移出或置入所述密闭承压壳筒的一体化促核模块。

14、支撑支架与螺旋微通道管通过适配卡接预组装为不可拆分的一体化促核模块，可随插拔操作同步整体移出或置入密闭承压壳筒，避免了插拔过程中螺旋管松散变形、螺距变化、嵌入式传感器移位等问题。

15、本技术的其他有益效果将在具体实施方式中进一步展开说明。