專(zhuān)利名稱(chēng)：具有增強(qiáng)的熱傳遞的冷凍外科儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式總體上涉及冷凍手術(shù)裝備，并且更具體地，涉及冷凍手術(shù)治療方法和裝置，該方法和裝置在外表面與內(nèi)部流體冷凍劑之間具有增強(qiáng)的熱傳遞。2.相關(guān)技術(shù)的說(shuō)明冷凍探針眾所周知用于執(zhí)行冷凍手術(shù)程序，當(dāng)液體冷凍劑從外部來(lái)源供應(yīng)至冷凍探針時(shí)這些冷凍探針“沸騰”液體冷凍劑。通常，冷凍劑以?xún)上嗔黧w的形式被輸送至冷凍探針。這由于以下事實(shí)引起，即液體冷凍劑的某一小部分在到達(dá)冷凍探針的途中，因?yàn)檩斔蛙浌懿煌昝赖臒峤^緣而不可避免地被蒸發(fā)。不應(yīng)用特殊的措施，就不能通過(guò)在冷凍尖頭(冷凍探針的遠(yuǎn)側(cè)段)的內(nèi)部腔室中完全分開(kāi)液體相和氣體相來(lái)改善冷凍劑的兩相條件。另外，特別對(duì)于作為冷凍劑的氮的使用，液體氮通過(guò)產(chǎn)生氮?dú)鈮|與更溫暖的實(shí)心表面相互作用，其稱(chēng)為賴(lài)登福效應(yīng)(Liedenfrost effect)，因而相當(dāng)大地降低從較溫暖表面吸收熱量的能力。不應(yīng)用這樣的特殊手段，就不能完全地使用冷凍劑的液體小部分，來(lái)促使盡可能靠近目標(biāo)表面發(fā)生流體冷凍劑的部分相變而有效地冷凍被治療的組織。已知該問(wèn)題的解決方法。例如，美國(guó)專(zhuān)利No. 4，726，194以導(dǎo)管及其主動(dòng)加熱為特征，液體氮流動(dòng)通過(guò)該導(dǎo)管。為了擴(kuò)大沸騰可利用的容積，該導(dǎo)管在填充有原棉的膨脹室中終止。另外一個(gè)實(shí)例是美國(guó)專(zhuān)利No. 4，082，096，其以接收液體氮的可變形塊為特征，該塊被液體氮不能透過(guò)的膜所包圍。其他的實(shí)例包括美國(guó)專(zhuān)利No. 5，520，682、No. 6，565，556、No. 4，946，460、 No. 7，189，228和No. 5，674，218，其中的每一個(gè)都以膨脹室為特征。

發(fā)明內(nèi)容
背景技術(shù)并未提供一種克服以下問(wèn)題的解決方法，該問(wèn)題是在冷凍外科儀器(例如冷凍探針)內(nèi)引起靠近較溫暖表面發(fā)生沸騰。申請(qǐng)人:通過(guò)考慮沸騰的氮流體流動(dòng)的性質(zhì)，已發(fā)現(xiàn)對(duì)于背景技術(shù)中這些問(wèn)題的有利解決方法。他們的發(fā)現(xiàn)提供了不受背景技術(shù)的缺點(diǎn)阻礙的解決方法。本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種冷凍外科儀器，其具有獨(dú)特定位和布置的熱交換器。 該熱交換器位于冷凍劑供應(yīng)通道和/或冷凍尖頭中。該構(gòu)造/布置促進(jìn)與冷凍劑的熱交換。本發(fā)明的實(shí)施方式克服背景技術(shù)中的以上問(wèn)題，這是通過(guò)以下方式促使流體流過(guò)環(huán)形通道，促使流體在壓力下流至冷凍手術(shù)儀器的內(nèi)表面，或者通過(guò)冷卻一個(gè)增強(qiáng)元件， 該增強(qiáng)元件的至少一部分直接與冷凍手術(shù)儀器的外表面接觸，或者它們的組合?？拷诶鋬鍪中g(shù)儀器內(nèi)表面的減小的用于流動(dòng)的橫截面，以及通過(guò)部分相變過(guò)程的流體的膨脹，使得相當(dāng)大地增加流動(dòng)的速度，并且因而增加從內(nèi)表面至流體的熱傳遞。在
5控制該結(jié)構(gòu)內(nèi)的期望特殊位置或元件上的溫度傳遞的同時(shí)，該結(jié)構(gòu)允許兩相冷凍劑流入和流出冷凍外科儀器。在將流體壓在儀器內(nèi)表面上的情形中，沸騰更靠近該表面發(fā)生，因而增加熱傳遞。將流體的液體相帶至靠近冷凍尖頭的內(nèi)表面附近，以及在內(nèi)表面上引導(dǎo)獲得的隨后沸騰和蒸發(fā)的液體相，以便解決以上問(wèn)題。該元件可由金屬或陶瓷或其他任何材料制成，該材料在冷凍劑流體的沸騰條件的低溫下保持其完整性。本發(fā)明的一方面是提供一種冷凍外科儀器，其包括管狀殼體，具有縱向軸線，近端(proximal end)和在遠(yuǎn)端處的尖頭(tip)；冷凍劑供應(yīng)通道，沿縱向軸線從近端延伸至遠(yuǎn)端，該冷凍劑供應(yīng)通道具有接近于近端的上游部分和接近于遠(yuǎn)端的下游部分；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于殼體中，沿縱向軸線布置，并且圍繞供應(yīng)通道的下游部分中的至少一些；環(huán)形冷卻通道，位于熱交換增強(qiáng)構(gòu)件與管狀殼體之間，該環(huán)形冷卻通道與冷凍劑排出通道相通， 環(huán)形冷卻通道中的冷凍劑吸收環(huán)形冷卻通道中的熱量；尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段(tip cooling and cryogen flow directing section),位于遠(yuǎn)端處并且與冷凍劑供應(yīng)通道相通，該尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段使冷凍劑流的流動(dòng)偏轉(zhuǎn)至尖頭，以便冷卻該尖頭；以及絕緣元件，位于管狀殼體中，沿縱向軸線布置，圍繞冷凍劑供應(yīng)通道的一部分，并且在近端和熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，該絕緣元件和冷凍劑供應(yīng)通道的下游端限定熱交換區(qū)域的邊界。本發(fā)明的另一方面提供一種冷凍外科儀器，其包括管狀殼體，具有縱向軸線、近端、和尖頭遠(yuǎn)端；冷凍劑供應(yīng)通道，沿縱向軸線從近端延伸至遠(yuǎn)端，該供應(yīng)通道具有接近于近端的上游部分和接近于遠(yuǎn)端的下游部分；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于殼體中，沿縱向軸線布置，并且圍繞供應(yīng)通道的下游部分中的至少一些，該增強(qiáng)構(gòu)件具有圍繞縱向軸線沿圓周布置并縱向延伸穿過(guò)該增強(qiáng)構(gòu)件的多個(gè)返回通路；流偏轉(zhuǎn)器(flow deflector，導(dǎo)流片)，位于尖頭與供應(yīng)通道之間，該流引導(dǎo)器被適配并構(gòu)造成將從供應(yīng)通道流出的冷凍劑流偏轉(zhuǎn)至返回通路并且吸收熱量，由此冷卻尖頭，該流引導(dǎo)器固定地并且與供應(yīng)通道隔開(kāi)地布置。冷凍劑供應(yīng)通道中的冷凍劑流推動(dòng)從冷凍劑供應(yīng)通道流出的冷凍劑流入返回通路中。多個(gè)返回通路的橫截面積的總和大約等于供應(yīng)通道的橫截面積。本發(fā)明的另一方面提供一種冷凍探針，其包括管狀殼體，具有縱向軸線、近端和在遠(yuǎn)端處的尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于殼體中，沿縱向軸線布置，接近于遠(yuǎn)端，該增強(qiáng)構(gòu)件具有沿縱向軸線延伸穿過(guò)其中的冷凍劑供應(yīng)通道并且具有徑向流動(dòng)段(radial flow section)，冷凍劑通過(guò)該段徑向流過(guò)該增強(qiáng)構(gòu)件；外圍返回通道，位于增強(qiáng)構(gòu)件與管狀殼體之間，該外圍返回通道與徑向流動(dòng)段和冷凍劑排出通道相通；以及尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段，位于遠(yuǎn)端處并與冷凍劑供應(yīng)通道相通，尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段將冷凍劑流的溫度傳導(dǎo)至該尖頭。在冷凍劑供應(yīng)通道中的冷凍劑流推動(dòng)冷凍劑穿過(guò)徑向流動(dòng)段進(jìn)入外圍返回通道中。本發(fā)明的又一方面提供一種冷凍外科儀器，其包括軸，具有中心軸線、上游冷凍劑供應(yīng)段、下游熱交換區(qū)域、以及在軸的與冷凍劑供應(yīng)段相對(duì)一端處的實(shí)心尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于軸中的熱交換區(qū)域中并沿中心軸線延伸，該增強(qiáng)構(gòu)件具有沿中心軸延伸穿過(guò)其中的軸向冷凍劑輸送通道；冷凍劑返回通道，位于熱交換增強(qiáng)構(gòu)件與軸之間；以及冷凍劑流偏轉(zhuǎn)器，位于尖頭與熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，該偏轉(zhuǎn)器與該增強(qiáng)構(gòu)件隔開(kāi)并且被適配并構(gòu)造成將膨脹的冷凍劑偏轉(zhuǎn)至返回通道。該冷凍外科儀器不包括冷凍劑膨脹室。又一方面提供了一種冷凍外科儀器，其包括軸，具有中心軸線、上游冷凍劑供應(yīng)段、下游熱交換區(qū)域、及在軸的與冷凍劑供應(yīng)段相對(duì)一端處的實(shí)心尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件， 位于軸中的熱交換區(qū)域中并沿中心軸線延伸，該增強(qiáng)構(gòu)件具有沿中心軸線延伸穿過(guò)其中的軸向冷凍劑輸送通道和冷凍劑返回通道；以及冷凍劑流偏轉(zhuǎn)器，位于尖頭與熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，該偏轉(zhuǎn)器與該增強(qiáng)構(gòu)件隔開(kāi)并且被適配并構(gòu)造成將冷凍劑偏轉(zhuǎn)至返回通道中。該冷凍外科儀器不包括冷凍劑膨脹室。本發(fā)明的進(jìn)一步方面提供一種使用冷凍外科儀器的治療方法。該方法包括提供冷凍外科儀器；將該冷凍外科儀器插入待治療的組織中；將冷凍劑輸送至冷凍外科儀器的供應(yīng)通道；通過(guò)封閉冷凍手術(shù)裝置的尖頭的反射表面，從供應(yīng)通道反射冷凍劑；以及迫使冷凍劑穿過(guò)冷凍外科儀器的熱交換區(qū)域，以便在反射表面處以及熱交換區(qū)域處發(fā)生部分相變。本發(fā)明的又一方面提供一種使用冷凍外科儀器的治療方法。該方法包括提供冷凍外科儀器；將該冷凍外科儀器插入待治療的組織中；通過(guò)冷凍外科儀器的供應(yīng)通道輸送冷凍劑至冷凍外科儀器的中空尖頭，以便冷凍劑在該尖頭處沸騰；以及通過(guò)封閉冷凍手術(shù)裝置的尖頭的反射表面，從供應(yīng)通道反射冷凍劑本發(fā)明的這些、另外的和/或其他方面和/或優(yōu)點(diǎn)在以下的詳細(xì)描述中闡述；可能從詳細(xì)描述中推斷出；和/或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐獲知。


從結(jié)合附圖的對(duì)實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，本發(fā)明將變得更容易理解，附圖中圖Ia是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有為返回流提供的環(huán)形冷卻通道和封閉尖頭；圖Ib更詳細(xì)示出圖Ia的冷凍探針的一部分；圖Ic是沿圖Ia的線I的冷凍探針的橫截面圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有環(huán)形冷卻通道，該通道設(shè)置用于開(kāi)放冷凍尖頭的返回流；圖3a是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有多個(gè)凹槽，這些凹槽設(shè)置用于封閉冷凍尖頭的返回流并且用于改進(jìn)溫度傳遞；圖北是沿圖3a的線II截取的冷凍探針的橫截面圖；圖如是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有多個(gè)凹槽，這些凹槽設(shè)置用于封閉冷凍尖頭的返回冷凍劑流；圖4b是沿圖如的線II的冷凍探針的橫截面圖；圖5是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有環(huán)形冷卻通道，該通道設(shè)置用于開(kāi)放冷凍尖頭的返回流；圖6是依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍探針的縱向橫截面圖，具有環(huán)形冷卻通道，該通道設(shè)置用于封閉、任選的實(shí)心冷凍尖頭的返回流；以及圖7和圖8是流程圖，圖解治療的各自示例方法，其每個(gè)都依照本發(fā)明的實(shí)施方式。
具體實(shí)施方式
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現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的實(shí)例在附圖中被圖解，其中貫穿全文，同樣的參考標(biāo)號(hào)涉及同樣的元件。通過(guò)參照附圖，下面描述這些實(shí)施方式以解釋本發(fā)明。除非另外定義，此處使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)都具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的相同意思。雖然類(lèi)似或等價(jià)于在此描述的方法和材料的一些方法和材料可用于實(shí)踐或測(cè)試本發(fā)明，在以下描述適當(dāng)?shù)姆椒ê筒牧?。在沖突的情形下，專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)(包括定義)將進(jìn)行控制。另外，這些材料、方法和實(shí)例僅為示例性的而非旨在限制。術(shù)語(yǔ)“冷凍外科儀器(cryosurgical instrument) ”在此涉及任何類(lèi)型的冷凍儀器，包括但不限于冷凍探針和冷凍導(dǎo)管(cryocatheter)。雖然說(shuō)明書(shū)中心圍繞冷凍探針，其僅為示例性的目的，而非旨在限制。參照?qǐng)Dla-lc，冷凍探針100包括管狀殼體108，該殼體具有縱向軸線、近端和在遠(yuǎn)端處的尖頭105(冷凍尖頭)。優(yōu)選尖頭105是封閉的、任選的實(shí)心尖頭，在其近端處由反射表面110封閉，該反射表面用作冷凍劑引導(dǎo)段，以倒轉(zhuǎn)冷凍劑的流動(dòng)。反射表面110還將冷凍劑流的溫度傳導(dǎo)至尖頭105，并且還將尖頭105從冷凍劑供應(yīng)通道102分離。冷凍劑供應(yīng)通道102沿縱向軸線從近端延伸至遠(yuǎn)端，冷凍劑供應(yīng)通道102具有接近于近端的上游部分和接近于遠(yuǎn)端的下游部分。冷凍劑供應(yīng)通道102從冷凍劑進(jìn)口 109接收冷凍劑，并且將冷凍劑供應(yīng)至反射表面110。反射表面110示出為相對(duì)于流動(dòng)方向的平坦垂直表面，然而反射表面可使用其他形狀和方向，以改變引入流朝向返回冷卻通道的方向。如所示出的，任選地并優(yōu)選地，冷凍探針100缺乏膨脹室。返回冷凍劑進(jìn)入熱交換增強(qiáng)元件101與管狀殼體104的內(nèi)表面之間的環(huán)形冷卻通道107，增加冷凍劑的速度并且增強(qiáng)冷凍探針100與冷凍劑之間的熱傳遞。熱交換區(qū)域111 如箭頭所示在熱交換區(qū)域111處從外部環(huán)境吸收熱量。然后冷凍劑通過(guò)冷凍劑排出通道 103離開(kāi)冷凍探針。熱絕緣體104優(yōu)選地終止從冷凍探針100和冷凍劑排出通道103中的冷凍劑流的熱傳遞，由此確定熱交換區(qū)域111的邊界。圖Ib更詳細(xì)地示出熱交換增強(qiáng)元件101、尖頭105、環(huán)形冷卻通道107和管狀殼體 108。另外，通過(guò)箭頭106示出冷凍劑流的方向，當(dāng)冷凍劑到達(dá)反射表面110時(shí)，并然后通過(guò)環(huán)形冷卻通道107返回。環(huán)形冷卻通道107的尺寸優(yōu)選被調(diào)整以便提供上述增加的冷凍劑速度，從而優(yōu)選地，環(huán)形冷卻通道107的橫截面面積與供應(yīng)通道102的橫截面面積具有相同的等級(jí)，并且其中返回通道107中的冷凍劑流動(dòng)的速度比在供應(yīng)通道102中的冷凍劑流動(dòng)的速度大；對(duì)于典型的冷凍探針，環(huán)形冷卻通道107的這些尺寸將任選地并優(yōu)選地達(dá)到 l-2mm，但是更優(yōu)選為0. Imm至0. 3mm。反射表面110還優(yōu)選地由任何適合傳導(dǎo)冷至尖頭105 的材料構(gòu)造，該尖頭自身由適合變冷的材料構(gòu)造；用于兩個(gè)部件的材料的非限制性實(shí)例包括但不限于導(dǎo)熱的金屬，或者純金屬、合金或者合成物。在冷凍探針100的操作中，冷凍劑通過(guò)冷凍劑進(jìn)口 109進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道102， 并且沿冷凍劑供應(yīng)通道102向下移動(dòng)直到其到達(dá)反射表面110。然后，冷凍劑冷卻尖頭105， 并且然后通過(guò)環(huán)形冷卻通道107返回，并且通過(guò)環(huán)形排出通道103被排出。參照?qǐng)D2，冷凍探針200與冷凍探針100構(gòu)造類(lèi)似，除了探針200特征是中空尖頭 205。膨脹室210位于尖頭105中(取代上述圖Ia和圖Ib中的冷凍探針100的反射表面)。
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在冷凍探針200的操作中，冷凍劑通過(guò)冷凍劑進(jìn)口 209進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道202， 并且沿冷凍劑供應(yīng)通道202向下移動(dòng)直到其進(jìn)入膨脹室210。然后冷凍劑在膨脹室210中膨脹并直接冷卻尖頭205。然后部分相變的冷凍劑通過(guò)環(huán)形冷卻通道207返回，并且通過(guò)冷凍劑排出通道203排出。膨脹室210與供應(yīng)通道202的下游部分相通，并且被布置(i)以允許冷凍劑從供應(yīng)通道202流出以膨脹并且冷卻尖頭205，并且(ii)以引導(dǎo)已流出冷凍劑供應(yīng)通道202的膨脹冷凍劑流入環(huán)形冷卻通道207中。由于在與205接觸的周?chē)鼰?，熱交換區(qū)域211增加至包括尖頭205。參照?qǐng)D3和北，冷凍探針300特征是封閉、任選地實(shí)心尖頭305，以及反射表面310 優(yōu)選位于尖頭305處。如所示出的，與冷凍探針100同樣的，冷凍探針300優(yōu)選地缺乏膨脹室。與冷凍探針100不同的，冷凍探針300特征是多個(gè)凹槽307，這些凹槽優(yōu)選為直凹槽，并且起用于接收膨脹的返回冷凍劑的多個(gè)返回通路的作用；凹槽307優(yōu)選與冷凍劑排出通道 303相通，用于然后將冷凍劑排出冷凍探針300。凹槽307圍繞供應(yīng)通道302的下游部分的至少一部分，并且優(yōu)選關(guān)于縱向軸線沿圓周布置并縱向延伸。以上構(gòu)造增加返回流的速度。通過(guò)增加返回流的速度并且促使在凹槽307中發(fā)生冷凍劑的部分相變，熱量通過(guò)在凹槽307處的沸騰直接從冷凍探針300吸收，并且通過(guò)引導(dǎo)熱量通過(guò)接觸表面301與308間接地吸收。熱絕緣體304終止從冷凍探針300的熱傳遞。 熱交換區(qū)域311如箭頭所示熱量在熱交換區(qū)域311處從外部環(huán)境吸收。如圖北中所示，冷凍劑通過(guò)冷凍劑供應(yīng)通道302移動(dòng)，并且通過(guò)直凹槽307返回， 這些凹槽位于管狀殼體308的邊緣處。在冷凍探針300的操作中，冷凍劑通過(guò)冷凍劑進(jìn)口 309進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道302， 并且沿冷凍劑供應(yīng)通道302向下移動(dòng)直到其到達(dá)反射表面310。然后冷凍劑通過(guò)冷卻反射表面310并且還通過(guò)冷卻凹槽307來(lái)冷卻尖頭305。膨脹的冷凍劑然后通過(guò)凹槽307返回， 并且通過(guò)冷凍劑排出通道303排出。優(yōu)選地，多個(gè)凹槽307的橫截面面積總和大約等于供應(yīng)通道302的橫截面面積，并且由于部分相變，凹槽307中的冷凍劑流動(dòng)的速度比供應(yīng)通道302中的冷凍劑流動(dòng)的速度大。參照?qǐng)D^-4c，冷凍探針400與冷凍探針300的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，除了直凹槽407位于內(nèi)部，接近冷凍劑供應(yīng)通道402但是在其外部，并且被管狀殼體408的內(nèi)表面密封地覆蓋 (capped)。熱交換區(qū)域411如箭頭所示在熱交換區(qū)域411處從外部環(huán)境吸收熱量。冷凍劑從熱交換增強(qiáng)元件401吸收熱量，熱交換增強(qiáng)元件進(jìn)而通過(guò)熱傳導(dǎo)性從熱交換區(qū)域411 中的管狀殼體408吸收熱量。僅通過(guò)冷凍劑供應(yīng)通道402和直凹槽407冷卻401。在冷凍探針300和400兩者中，冷凍劑的兩相流(液體和氣體)優(yōu)選進(jìn)入尖頭305 或405。然后該兩相流暴露于尖頭305或405的吸熱表面部分，并且又以?xún)上嗔鞅慌懦觥Ｔ谂懦龅膬上嗔髦?，氣體比液體的比率更高，然而，開(kāi)口橫截面與冷凍劑排出通道303或403 的橫截面大小類(lèi)似，以便排出的兩相流的速度更快。參照?qǐng)D5，冷凍探針500的特征是中空尖頭505，該中空尖頭直接從冷凍劑供應(yīng)通道502接收冷凍劑，并且隨后冷卻。冷凍劑通過(guò)多個(gè)徑向通孔510返回至環(huán)形冷卻通道507。 優(yōu)選地，在中空尖頭505和環(huán)形冷卻通道507表面上冷凍劑在壓力下被迫穿過(guò)通孔510。因此，通孔510優(yōu)選地延伸至中空尖頭505中，該中空尖頭用作膨脹室。環(huán)形冷卻通道507如上述操作。在冷凍探針500的操作中，冷凍劑通過(guò)冷凍劑進(jìn)口 509進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道502， 并且沿冷凍劑供應(yīng)通道502向下移動(dòng)直到其到達(dá)中空尖頭505。然后冷凍劑膨脹并冷卻尖頭505。如所示出的，尖頭505任選地特征是中空尖頭505上的另外的實(shí)心尖頭530，其在中空尖頭505被冷卻時(shí)被冷卻。膨脹的冷凍劑然后通過(guò)通孔510返回至環(huán)形冷卻通道507， 由此提供對(duì)中空尖頭505的另外冷卻，并且通過(guò)冷凍劑排出通道303排出。冷凍劑流的方向如箭頭506所示。優(yōu)選地，返回通道507的橫截面面積大約等于供應(yīng)通道502的橫截面面積，并且還優(yōu)選地，冷凍劑供應(yīng)通道502中的冷凍劑流推動(dòng)冷凍劑穿過(guò)徑向流動(dòng)段進(jìn)入外圍返回通道 507。參照?qǐng)D6，冷凍探針600在有些方面類(lèi)似冷凍探針100，在于反射表面610封閉尖頭605，尖頭可任選地為實(shí)心。反射表面610優(yōu)選地在尖頭605與供應(yīng)通道602之間起流偏轉(zhuǎn)器的作用，并且固定地且與供應(yīng)通道602隔開(kāi)地布置。冷凍劑被推動(dòng)通過(guò)環(huán)形冷卻通道 607，該環(huán)形冷卻通道優(yōu)選地特征是在徑向流動(dòng)段中的多個(gè)徑向通孔631。這樣的徑向通孔 631增加用于冷凍劑沸騰的空間，從而冷凍劑冷通過(guò)冷卻反射表面610和返回通道607中的徑向通孔631冷卻尖頭605。圖7是流程圖，其圖解依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍外科儀器的治療方法。該冷凍外科儀器可為作為非限制性實(shí)例的冷凍探針100、300、400和600中的任何一個(gè)。在操作10中，提供冷凍外科儀器。在操作20中，將冷凍外科儀器插入待治療的組織中。在操作30中，冷凍劑進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道。在操作40中，冷凍劑被封閉尖頭的反射表面反射，該尖頭任選地為實(shí)心。在操作50中，冷凍劑被迫通過(guò)冷凍外科儀器的熱交換區(qū)域，從而在反射表面處和在熱交換區(qū)域處發(fā)生部分相變。在操作60中，沸騰的冷凍劑引起在冷凍尖頭處形成冰球，并且引起周?chē)M織結(jié)冰。圖8是流程圖，其圖解依照本發(fā)明實(shí)施方式的冷凍外科儀器的治療方法。該冷凍外科儀器可為作為非限制性實(shí)例的冷凍探針200或500中的任何一個(gè)。在操作10中，提供冷凍外科儀器。在操作20中，將冷凍外科儀器插入待治療的組織中。在操作30中，冷凍劑進(jìn)入冷凍劑供應(yīng)通道。在操作40中，冷凍劑移動(dòng)至中空的冷凍尖頭。在操作50中，冷凍劑被壓在冷凍尖頭的表面上，從而在冷凍尖頭處發(fā)生沸騰(以及任選地也發(fā)生在冷凍手術(shù)裝置的熱交換區(qū)域中)。在操作60中，部分相變的冷凍劑引起在冷凍尖頭處形成冰球，并且引起周?chē)M織結(jié)冰。已提供各種特征/方面/部件/操作的實(shí)例，從而促進(jìn)對(duì)本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施方式的理解。另外，已討論不同的優(yōu)選物，從而促進(jìn)對(duì)本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施方式的理解。應(yīng)理解的是， 在此公開(kāi)的所有實(shí)例和優(yōu)選物旨在是非限制性的。雖然已示出并個(gè)別地描述了本發(fā)明的所選實(shí)施方式，應(yīng)理解的是，可組合所描述實(shí)施方式的至少一些方面。同樣雖然已示出并描述了本發(fā)明的所選實(shí)施方式，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施方式。而是，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對(duì)這些實(shí)施方式做出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等價(jià)物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種冷凍外科儀器，包括管狀殼體，具有縱向軸線、近端、和在遠(yuǎn)端處的尖頭；冷凍劑供應(yīng)通道，沿所述縱向軸線從所述近端延伸至所述遠(yuǎn)端，所述冷凍劑供應(yīng)通道具有接近于所述近端的上游部分和接近于所述遠(yuǎn)端的下游部分；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于所述殼體中，沿所述縱向軸線布置，并且圍繞所述供應(yīng)通道的下游部分中的至少一些；環(huán)形冷卻通道，位于所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件與所述管狀殼體之間，所述環(huán)形冷卻通道與冷凍劑排出通道相通，所述環(huán)形冷卻通道中的冷凍劑吸收所述環(huán)形冷卻通道中的熱量；尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段，位于所述遠(yuǎn)端處并且與所述冷凍劑供應(yīng)通道相通，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段使冷凍劑流的流偏轉(zhuǎn)至所述尖頭，以便冷卻所述尖頭；以及絕緣元件，位于所述管狀殼體中，沿所述縱向軸線布置，圍繞所述冷凍劑供應(yīng)通道的一部分，并且位于所述近端與所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，所述絕緣元件和所述冷凍劑供應(yīng)通道的下游端限定熱交換區(qū)域的邊界。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍外科儀器，其中，所述環(huán)形冷卻通道具有大約0.Imm至 0. 3mm之間的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍外科儀器，其中，所述絕緣元件包括其中的環(huán)形排出通道，所述環(huán)形排出通道與所述環(huán)形冷卻通道相通并且為所述冷凍劑排出通道的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍外科儀器，其中，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段由布置在所述尖頭與所述冷凍劑供應(yīng)通道之間的流偏轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述流引導(dǎo)器固定地并且與所述冷凍劑供應(yīng)通道隔開(kāi)地布置，以便允許從所述冷凍劑供應(yīng)通道流出的冷凍劑從所述管狀殼體吸收熱量，并且其中，所述冷凍劑供應(yīng)通道中的冷凍劑流推動(dòng)已流出所述冷凍劑供應(yīng)通道的冷凍劑流入所述環(huán)形冷卻通道中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍外科儀器，其中，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段由所述尖頭中的冷凍劑膨脹室構(gòu)成，所述膨脹室與所述供應(yīng)通道的下游部分相通并且被布置 (i)以允許從所述供應(yīng)通道流出的冷凍劑膨脹并冷卻所述尖頭，并且(ii)以引導(dǎo)已流出所述冷凍劑供應(yīng)通道的膨脹的冷凍劑流入所述環(huán)形冷卻通道中。
6.一種冷凍外科儀器，包括管狀殼體，具有縱向軸線、近端、和尖頭遠(yuǎn)端；冷凍劑供應(yīng)通道，沿所述縱向軸線從所述近端延伸至所述遠(yuǎn)端，所述供應(yīng)通道具有接近于所述近端的上游部分和接近于所述遠(yuǎn)端的下游部分；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于所述殼體中，沿所述縱向軸線布置，并且圍繞所述供應(yīng)通道的下游部分中的至少一些，所述增強(qiáng)構(gòu)件具有圍繞所述縱向軸線沿圓周布置并縱向延伸穿過(guò)所述增強(qiáng)構(gòu)件的多個(gè)返回通路；以及流偏轉(zhuǎn)器，位于所述尖頭與所述供應(yīng)通道之間，所述流引導(dǎo)器被適配并構(gòu)造成將從所述供應(yīng)通道流出的冷凍劑流偏轉(zhuǎn)至所述返回通路并且吸收熱量，由此冷卻所述尖頭，所述流引導(dǎo)器固定地并且與所述供應(yīng)通道隔開(kāi)地布置，其中，所述冷凍劑供應(yīng)通道中的冷凍劑流推動(dòng)已從所述冷凍劑供應(yīng)通道流出的冷凍劑流入所述返回通路中，并且其中，所述多個(gè)返回通路的橫截面積的總和大約等于所述供應(yīng)通道的橫截面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍外科儀器，其中，所述返回通路是直的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍外科儀器，其中，所述冷凍劑吸收所述返回通路中的熱量，并且在所述供應(yīng)通路和所述返回通路中呈現(xiàn)兩相流。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍外科儀器，其中，所述多個(gè)返回通路布置在所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件的圓周外圍并且由所述管狀殼體的內(nèi)表面密封地覆蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍外科儀器，其中，所述多個(gè)返回通路布置在所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷凍外科儀器，其中，所述返回通路鄰近于所述冷凍劑供應(yīng)通道的圓周外圍。
12.—種冷凍探針，包括管狀殼體，具有縱向軸線、近端和在遠(yuǎn)端處的尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于所述殼體中，沿所述縱向軸線布置，接近于所述遠(yuǎn)端，所述增強(qiáng)構(gòu)件具有沿所述縱向軸線延伸穿過(guò)所述增強(qiáng)構(gòu)件的冷凍劑供應(yīng)通道并且具有徑向流動(dòng)段， 冷凍劑通過(guò)所述徑向流動(dòng)段徑向流過(guò)所述增強(qiáng)構(gòu)件；外圍返回通道，位于所述增強(qiáng)構(gòu)件與所述管狀殼體之間，所述外圍返回通道與所述徑向流動(dòng)段和冷凍劑排出通道相通；以及尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段，位于所述遠(yuǎn)端處并與所述冷凍劑供應(yīng)通道相通，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段將冷凍劑流的溫度傳導(dǎo)至所述尖頭，其中，所述冷凍劑供應(yīng)通道中的冷凍劑流推動(dòng)冷凍劑穿過(guò)所述徑向流動(dòng)段進(jìn)入所述外圍返回通道中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的冷凍外科儀器，其中，所述徑向流動(dòng)段包括多個(gè)徑向通孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的冷凍外科儀器，其中，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段包括開(kāi)放尖頭，所述開(kāi)放尖頭與所述冷凍劑供應(yīng)通道的下游部分相通，其中，所述增強(qiáng)構(gòu)件延伸至所述開(kāi)放尖頭的至少一部分中，其中，所述外圍返回通道在所述增強(qiáng)構(gòu)件與所述開(kāi)放尖頭之間延伸，并且其中，從所述室中的徑向通孔流出的冷凍劑進(jìn)入所述返回通道中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的冷凍外科儀器，其中，所述徑向流動(dòng)段包括多個(gè)徑向通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷凍外科儀器，其中，所述尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段由所述尖頭與所述冷凍劑供應(yīng)通道之間的流偏轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述段固定地并且與所述冷凍劑供應(yīng)通道隔開(kāi)地布置，所述流引導(dǎo)器被布置成促使從所述冷凍劑供應(yīng)通道的下游端流出的冷凍劑流推動(dòng)冷凍劑進(jìn)入所述外圍返回通道中。
17.—種冷凍外科儀器，包括軸，具有中心軸線、上游冷凍劑供應(yīng)段、下游熱交換區(qū)域、及在所述軸的與所述冷凍劑供應(yīng)段相對(duì)一端處的實(shí)心尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于所述軸中的所述熱交換區(qū)域中并沿所述中心軸線延伸，所述增強(qiáng)構(gòu)件具有沿所述中心軸線延伸穿過(guò)所述增強(qiáng)構(gòu)件的軸向冷凍劑輸送通道； 冷凍劑返回通道，位于所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件與所述軸之間；以及冷凍劑流偏轉(zhuǎn)器，位于所述尖頭與所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，所述偏轉(zhuǎn)器與所述增強(qiáng)構(gòu)件隔開(kāi)并且被適配并構(gòu)造成將膨脹的冷凍劑偏轉(zhuǎn)至所述返回通道中，其中，所述冷凍外科儀器不包括冷凍劑膨脹室。
18.—種冷凍外科儀器，包括軸，具有中心軸線、上游冷凍劑供應(yīng)段、下游熱交換區(qū)域、及在所述軸的與所述冷凍劑供應(yīng)段相對(duì)一端處的實(shí)心尖頭；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于所述軸中的所述熱交換區(qū)域中并沿所述中心軸線延伸，所述增強(qiáng)構(gòu)件具有沿所述中心軸線延伸穿過(guò)所述增強(qiáng)構(gòu)件的軸向冷凍劑輸送通道和冷凍劑返回通道；以及冷凍劑流偏轉(zhuǎn)器，位于所述尖頭與所述熱交換增強(qiáng)構(gòu)件之間，所述偏轉(zhuǎn)器與所述增強(qiáng)構(gòu)件隔開(kāi)并且被適配并構(gòu)造成將冷凍劑偏轉(zhuǎn)至所述返回通道中，其中，所述冷凍外科儀器不包括冷凍劑膨脹室。
19.一種使用冷凍外科儀器的治療方法，包括提供冷凍外科儀器；將所述冷凍外科儀器插入待治療的組織中；將冷凍劑輸送至所述冷凍外科儀器的供應(yīng)通道；通過(guò)將所述冷凍手術(shù)裝置的尖頭進(jìn)行封閉的反射表面，反射來(lái)自所述供應(yīng)通道的冷凍劑；以及迫使冷凍劑穿過(guò)所述冷凍外科儀器的熱交換區(qū)域，以便在所述反射表面處和在所述熱交換區(qū)域處發(fā)生部分相變。
全文摘要
利用改進(jìn)的熱傳遞特性的冷凍外科儀器和方法。冷凍手術(shù)裝置包括管狀殼體；冷凍劑供應(yīng)通道；熱交換增強(qiáng)構(gòu)件，位于殼體中，沿殼體的縱向軸線布置；環(huán)形冷卻通道，位于熱交換增強(qiáng)構(gòu)件與管狀殼體之間；尖頭冷卻和冷凍劑流引導(dǎo)段，將冷凍劑流的溫度傳導(dǎo)至尖頭；以及絕緣元件，位于管狀殼體中。
文檔編號(hào)A61B18/02GK102378600SQ201180000141
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者伊加爾·施泰曼, 尼爾·貝扎克, 艾坦·希爾德, 西蒙·沙倫 申請(qǐng)人:艾斯酷瑞醫(yī)藥有限公司