[发明专利]流体除气中的热交换

说明书

技术领域

本发明涉及对流体除气，更具体而言，涉及利用热交换的除气系统。

背景技术

在临床和临床前应用当中，需要低粘度的流体将高强度聚焦超声（HIFU）换能器耦合至目标组织/器官，例如腹部。另一非常薄的耦合介质（例如凝胶）层介入，以与患者的皮肤直接接触。

诸如水的液体应当相对纯净，其溶解氧含量应当小于或等于三百万分率（3PPM）。否则，高强度聚焦场能够易于在耦合流体中产生空化气泡，这能够阻挡和/或扭曲超声场。HIFU换能器中的低效主要是其局部生成的热量的形式。通过沿换能器的面，即超声分界面横向流动并经过所述面的液体耦合介质连续去除热量。

在换能器质量控制和校准程序期间，在超声换能器行业中也常规使用经除气的水。

在一种除气方法中，流体通过由半渗透性材料制成的管而除气，该材料只允许气体穿过膜渗透，而不允许流体渗透。这是由于该管的内部疏水（即排斥水的）涂层的原因。在该管的外表面周围应用真空。所产生的压力梯度将溶解气体从溶液中抽出。可以在Etchells等人的美国专利公开No.2005/0154309（下文称为“Etchells公开”）中找到这种方案的例子，通过引用将其全文并入本文。由于除气室呈管状，因而其很适用于闭合回路（即，管线内）操作。

在另一种方法中，使密闭容器中的流体受到真空作用。真空降低沸点，从而将流体中的溶解气体去除（即，沸腾去除）。由于流体必须在一定时间内处于真空条件下的密闭容器中，因而这一方案不适用于闭合回路/管线内操作。相反，这些除气器通常将按照“批量”模式工作，其中，在进行了一定时间的除气之后就将有一定量的水准备好被使用。一般需要大量的用户交互来生成经除气的水，对其进行保持，并将其转移至其最终应用。

这两种方案都能够相当容易地将水除气以使溶解氧含量小于或等于1PPM，假设施加至半渗透管（就中空过滤筒而言）外部或施加至密闭容器（就批量除气器而言）外部的真空很高。通常，需要处于-27至-29英寸汞柱（Hg）之间的压力。

发明内容

一方面，耦合介质越冷，其从HIFU换能器去除热量的效率就越高；然而，当其温度升高到室温以上时上面描述的两种方案都不能对水适当地除气。

对于临床前研究而言，使（与动物接触的）除气水的温度保持在动物的体温是有利的。否则，动物（其体型有时能够与较大尺寸的耦合水团剂（bolus）相当）将遭受不必要的应激和不适感，因为其尝试对其代谢进行升高调节，以补偿其身体对（较冷的）耦合流体的热量损失。这对通常在这些程序中处于麻醉状态下的动物而言尤为艰难，这将进一步妨碍该动物适当调节体温的能力，从而潜在导致不正确的实验条件和结果，尤其是在依赖于正常的血液流动条件的临床前实验（即，药物运送实验）当中。小型动物（即，老鼠、大鼠）尤其处于体温过低风险当中，因为很多用于临床前研究的超声施加器相对于该动物而言很大，并且能够相当有效地充当热沉。

在临床应用（即，使用经由含有除气水的耦合团剂耦合至患者皮肤的体外HIFU施加器）中，患者的热量损失并不像小型动物研究的情况下那样成为一个大的问题，而是通过对耦合水浴温度的温度控制能够增加舒适感。而且，由于HIFU换能器的效率通常不是100%，因而在处置期间对耦合水有着稳定的增温。尽管可能会使患者感到舒适，但是太过增温能够导致皮肤灼伤，还能够使HIFU超声换能器的性能劣化。因而，为了实现下述目的还需要对耦合流体进行有源温度调节：对换能器冷却并使不必要的患者皮肤灼伤/皮肤过热最小化，同时始终保持溶解气体的可接受水平（即，≤3ppm或者≤3mg/L）以避免形成空化气泡。

需要一种能够对耦合流体除气、对其温度加以控制并且按照闭合回路/管线内方式工作的系统。

如上文指出的，在本专利申请的“背景技术”部分描述的两种方案都不能当水的温度升高到室温以上时对其适当地除气。

更具体而言，温水更易于生成水汽，真空也如此。

其本身不会造成问题。但是，在温水（即，通过加热元件或热交换器）被生成并同时被除气的情况中，特定实际问题将妨碍适当的除气系统工作。