相關(guān)申請的交叉引用

本國際pct專利申請要求2014年11月13日提交的美國臨時專利申請第62/079,299號的權(quán)益。

發(fā)明背景

1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冷凍手術(shù)且更特定來說冷凍消融導(dǎo)管，其包括接近其臨界點操作的流體。

2.相關(guān)領(lǐng)域的描述

冷凍消融是通過冷卻或冷凍組織至致死程度來消融組織的外科技術(shù)。冷凍消融具有盡可能減小永久性附帶組織損傷的益處且具有在大范圍療法的適用性，包括癌癥和心臟疾病的治療。

然而蒸發(fā)過程會給某些冷凍手術(shù)系統(tǒng)帶來缺點。液化氣體的蒸發(fā)過程會導(dǎo)致隨著液體轉(zhuǎn)化為氣體而出現(xiàn)巨大膨脹；體積膨脹接近200倍。在小直徑系統(tǒng)中，這種程度的膨脹一致地導(dǎo)致在本領(lǐng)域中稱為“汽塞”的現(xiàn)象。該現(xiàn)象通過冷凍劑在薄直徑管中的流動得到例證。相對大體積膨脹氣體的形成阻礙液體冷凍劑向前流動通過管。

已被用于避免汽塞的傳統(tǒng)技術(shù)包括對管直徑的限制，要求其充分大以適應(yīng)導(dǎo)致汽塞的蒸發(fā)效應(yīng)。已利用其它復(fù)雜低溫設(shè)備和布管構(gòu)造以在沿運輸管線形成n2氣體時將其“排放”。這些設(shè)計還會限制成本效益和管直徑。

因此需要提供盡可能小侵入性、安全且高效的改良型組織低溫冷卻的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明概述

用于在組織中形成損傷的血管內(nèi)近臨界流體型冷凍消融系統(tǒng)包括近臨界流體壓力源或發(fā)生器；用于冷卻近臨界流體的近臨界流體冷卻器；與發(fā)生器流體連通的近臨界流體型冷凍消融導(dǎo)管；和可操作以控制從導(dǎo)管的遠治療段遞送至組織以冷卻組織的冷卻力的控制器。所述控制器基于導(dǎo)管啟動期間的條件將壓力從相對高(例如近臨界)壓力調(diào)節(jié)至基本上較低的壓力。

在實施方案中，基于導(dǎo)管的溫度調(diào)控壓力。當導(dǎo)管的溫度達到目標溫度時，降低壓力。

本發(fā)明的描述、目的和優(yōu)點將通過以下詳細描述以及附圖而變得明了。

附圖簡述

圖1圖示常見冷凍劑相圖；

圖2是低溫冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖3是對應(yīng)于圖2所示系統(tǒng)的冷凍劑相圖；

圖4提供概括圖2冷卻方法方面的流程圖；

圖5是概括另一冷卻方法方面的流程圖；

圖6是包括第二流動路徑的低溫冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖7是包括壓力調(diào)控器的低溫冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖8是包括活塞或隔膜的低溫冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖9a-9d是對應(yīng)于各個壓力調(diào)控的低溫冷卻系統(tǒng)的壓力時間曲線；

圖10a是冷凍消融導(dǎo)管的透視圖；

圖10b是沿圖10a的線10b-10b獲取的視圖；

圖11是包括冷凍消融導(dǎo)管的冷凍消融系統(tǒng)的圖示；和

圖12是圖11所示冷凍消融導(dǎo)管的遠段的放大透視圖。

具體實施方式

在詳細描述本發(fā)明前，應(yīng)理解本發(fā)明不限制于本文陳述的特定變化例，因為可以對所描述發(fā)明作出各種變化或修改且可以在不脫離本發(fā)明精神和范圍下替代等效內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開內(nèi)容后將明白，本文所描述并圖示的每個單獨實施方案具有分立組件和特征，在不脫離本發(fā)明范圍或精神下，其可以輕易地與任何其它幾個實施方案的特征分離或組合。此外，可以作出許多修改以使特定情況、材料、物質(zhì)組成、工藝、工藝行動或步驟適應(yīng)本發(fā)明的目的、精神或范圍。預(yù)期所有這類修改落于本文權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

本文引述的方法可按照邏輯上可行的任何引述事件的順序以及引述的事件順序進行。此外，在提供值的范圍時，應(yīng)理解本發(fā)明涵蓋在那個范圍的上限與下限之間的每一個中間值和在那個聲稱范圍內(nèi)的任何其它聲稱或中間值。而且，預(yù)期所描述發(fā)明變化例的任何任選特征可以獨立地，或與本文描述特征中的任何一個或多個組合地陳述和要求。

本文提及的所有現(xiàn)有主題(例如公開、專利、專利申請和硬件)是通過引用其全文的方式并入本文，除非主題與本發(fā)明矛盾(在這種情況中以本文內(nèi)容為準)。

本發(fā)明實施方案利用了使用冷凍劑的熱力學(xué)過程，所述冷凍劑在不遭遇汽塞現(xiàn)象下提供冷卻。

冷凍劑相圖和近臨界點

本申請利用相圖圖示并比較各個熱力學(xué)過程。圖1示出實例相圖。圖的軸對應(yīng)于壓力p和溫度t，且包括相線102，其描繪了液體與氣體共存時的所有(p，t)點的軌跡。對于相線102左側(cè)的(p，t)值，冷凍劑呈液態(tài)，基本上通過較高壓力和較低溫度實現(xiàn)，而相線102右側(cè)的(p，t)值則界定冷凍劑呈氣態(tài)時的區(qū)域，基本上通過較低壓力和較高溫度實現(xiàn)。相線102突然地終止于稱為臨界點104的單點。在氮n2的情況中，臨界點在pc＝3.396mpa且tc＝-147.15℃處。

當流體在壓力漸增期間同時具有液相和氣相時，系統(tǒng)沿液-氣相線102上移。在n2的情況中，低壓力下的液體比氣相致密高達兩百倍。壓力持續(xù)增大導(dǎo)致液體的密度減小且氣相的密度增大，直至它們只在臨界點104處相等。液體與氣體之間的區(qū)別在臨界點104消失。因此通過被本文定義為“近臨界條件”的在臨界點周圍的條件避免由于氣體先于液體冷凍劑膨脹所導(dǎo)致的向前流動受阻。允許較大地脫離臨界點同時維持功能性流動的因素包括較大的冷凍劑流動速度、較大的流動內(nèi)腔直徑和在熱交換器或冷凍治療區(qū)域尖端上的較低熱負荷。

當從下方接近臨界點時，汽相密度增大且液相密度減小直至剛好在臨界點，此時這兩個相的密度剛好相等。在臨界點上方，液相與汽相的區(qū)別消失，只留下單一超臨界相。所有氣體十分好地服從以下范德華狀態(tài)方程：

(p+3/v²)(3v-1)＝8t[方程1]

其中p＝p/pc，v＝v/vc且t＝t/tc，且pc、vc和tc分別是臨界壓力、臨界摩爾體積和臨界溫度。

變量v、p和t通常分別稱為“降低的摩爾體積”、“降低的壓力”和“降低的溫度”。因此，具有相同p、v和t值的任何兩種物質(zhì)在接近其臨界點時處于相同熱力學(xué)狀態(tài)。方程1因此稱為體現(xiàn)“相應(yīng)狀態(tài)定律”。這更充分描述于h.e.stanley,introductiontophasetransitionsandcriticalphenomena(oxfordsciencepublications,1971)，該文章的全文內(nèi)容以引用的方式針對所有目的并入本文。

在本發(fā)明實施方案中，將降低的壓力p固定在大約為一的恒定值，并因此固定在接近臨界壓力的固定物理壓力處，同時降低的溫度t隨著施加于器械的熱負荷變化。如果降低的壓力p是通過系統(tǒng)工程化設(shè)定的常量，那么降低的摩爾體積v是降低的溫度t的精確函數(shù)。

在本發(fā)明的其它實施方案中，可調(diào)節(jié)操作壓力p以使在器械溫度t變化的過程中，v維持低于將出現(xiàn)汽塞條件的一些最大值。一般希望將p維持在最低值，在這個值下真實情況是激增壓力以實現(xiàn)較高p值可涉及使用更復(fù)雜且更昂貴的壓縮機，導(dǎo)致整個設(shè)備支持系統(tǒng)的采購和維護更為昂貴且降低整體冷卻效率。

需要投放在v的條件以復(fù)雜且非解釋方式取決于液體和蒸汽兩者中的體積流動速率dv/dt、液相和汽相的熱容和運輸性質(zhì)如熱導(dǎo)率、粘度等。本文未按代數(shù)封閉形式推導(dǎo)這個準確關(guān)系，但可以通過對描述器械內(nèi)的物料和熱傳輸?shù)哪Ｐ头匠谭e分在數(shù)字上加以確定。概念上，汽塞發(fā)生在針頭(或用于傳輸冷凍劑并冷卻組織的其它器械結(jié)構(gòu))的加熱速率產(chǎn)生汽相的時候。這個汽相的冷卻力(與蒸汽的流速乘以其熱容除以其摩爾體積成比例)無法跟上針頭的加熱速率。當發(fā)生這種情況時，形成越來越多汽相以通過在冷凍劑流動中液相向蒸汽的轉(zhuǎn)化吸收過量的熱。這創(chuàng)造了逃逸條件，此時液體轉(zhuǎn)化為汽相填充針頭，并且由于流入針頭的熱快速增大其溫度和壓力時導(dǎo)致這個汽相的大壓力，實際上所有冷凍劑停止流動。這種情況稱為“汽塞”。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，液相和汽相在其摩爾體積上基本上一致。冷卻力在臨界點，且冷卻系統(tǒng)避免汽塞。此外，在稍低于臨界點的條件下，設(shè)備也可避免汽塞。

冷凍消融系統(tǒng)

圖2提供在一個實施方案中的低溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局的示意圖，且圖3提供圖示當操作圖2的系統(tǒng)時冷凍劑所取的熱力學(xué)路徑的相圖。在兩個圖中的圓圈數(shù)字識別符對應(yīng)，以使圖2指示達到沿熱力學(xué)路徑識別的操作點的物理位置。因此，以下描述有時同時參考圖2的結(jié)構(gòu)圖示和圖3的相圖來描述冷卻流的物理和熱力學(xué)方面。

出于圖示的目的，圖2和圖3具體引述了氮冷凍劑，但這不希望加以限制。本發(fā)明可更一般地配合任何合適冷凍劑使用，如例如氬、氖、氦、氫和氧。

在圖3中，液-氣相線用參考標簽256識別且冷凍劑所跟隨的熱力學(xué)路徑用參考標簽258識別。

利用低溫發(fā)生器246供應(yīng)某一壓力下的冷凍劑，在圖2和圖3中由①標出的其出口處，所述壓力超過冷凍劑的臨界點壓力pc。冷卻循環(huán)一般可以始于相圖中具有高于或稍低于pc的壓力的任何點，但所述壓力宜接近臨界點壓力pc。本文所描述過程的冷卻效率一般在初始壓力接近臨界點壓力pc時較大，如此一來，在較高壓力下，實現(xiàn)所要求流動可能存在增大的能量要求。因此，實施方案有時可并入各個較高上限壓力，但基本上接近臨界點開始，如pc的0.8與1.2倍之間，且在一個實施方案中，為pc的約0.85倍。

如本文所使用，術(shù)語“近臨界”意指接近液-汽臨界點。這個術(shù)語的使用等效于“接近臨界點”且其是液-汽系統(tǒng)充分接近臨界點、流體的動態(tài)粘度接近正常氣體且遠低于液體；但同時其密度接近正常液態(tài)的區(qū)域。近臨界流體的熱容甚至高于其液相的熱容。氣體樣粘度、液體樣密度和極大熱容的組合使其成為極高效冷卻劑。近臨界點是指液-汽系統(tǒng)充分接近臨界點以使液相和汽相的波動足夠大以創(chuàng)造相對于其背景值的大熱容增強的區(qū)域。所述近臨界溫度為在臨界點溫度的±10％內(nèi)的溫度。近臨界壓力介于臨界點壓力的0.8與1.2倍之間。

再參考圖2，冷凍劑流過管，其至少一部分被處于液態(tài)的冷凍劑的儲集器240包圍，從而在基本上不改變其壓力下降低其溫度。在圖2中，儲集器示為液體n2，熱交換器242提供在儲集器240內(nèi)以從流動的冷凍劑提取熱。在儲集器240外，可圍繞管提供熱絕緣以防止當冷凍劑從冷凍劑發(fā)生器246流動時發(fā)生的不希望升溫。在點②，在通過與液體冷凍劑接觸而被冷卻后，冷凍劑具有較低溫度但基本上處于初始壓力下。在一些情況中，如圖3中所示，可以按壓力稍微下降的方式存在壓力變化，條件是壓力不會下降至基本上低于臨界點壓力pc，即不下降至低于確定的最低壓力。在圖3所示的實例中，溫度降由于流過的液體冷凍劑為約50℃。

隨后將冷凍劑提供給器械供用于低溫應(yīng)用。在圖2所示的例示實施方案中，將冷凍劑提供至導(dǎo)管224的入口236，如可用于醫(yī)療低溫血管內(nèi)應(yīng)用，但這不是要求。

實際上，醫(yī)療器械的形式可以變化很大且包括但不限制于：儀器、電器、導(dǎo)管、器械、工具、設(shè)備和探針，不論這類探針為短且剛硬或是長且柔軟，且不論其用于開放、微創(chuàng)、非侵入性、手動或是機器人手術(shù)。

在實施方案中，冷凍劑可通過導(dǎo)管的近部導(dǎo)入，沿導(dǎo)管的柔軟中間段繼續(xù)前行并進入導(dǎo)管的遠治療段中。當冷凍劑傳輸通過導(dǎo)管并跨過圖2和圖3中的標簽②與標簽③之間的冷凍消融治療區(qū)域228時，冷凍劑的壓力和/或溫度會因其移動通過與器械的界面，例如圖2中的冷凍消融區(qū)域228而存在輕微變化。這類變化一般可表現(xiàn)為輕微溫度升高和輕微壓力下降。假如冷凍劑壓力保持高于確定的最低壓力(和相關(guān)條件)，那么輕微溫度升高不會顯著影響性能，因為冷凍劑會簡單地移動返回至臨界點而不遇上液-氣相線256，從而避免汽塞。

沿冷凍療法導(dǎo)管(或設(shè)備、電器、針頭、探針等)的軸和沿將近臨界冷凍能力遞送給這些針頭的支持系統(tǒng)的熱絕緣可使用真空。

在圖示實施方案中，可用包括止回閥216、流動阻抗和/或流動控制器的總成控制從冷凍劑發(fā)生器246通過導(dǎo)管224或其它器械的冷凍劑的流動。導(dǎo)管224本身可包括沿其長度的真空絕緣232(例如覆蓋或護套)且可具有用于低溫應(yīng)用的低溫冷凍消融區(qū)域228。與工作冷凍劑的壓力在探針尖端顯著變化的joule-thomson探針不同，本發(fā)明的這些實施方案提供在整個設(shè)備上相對很小的壓力變化。因此，在點④，冷凍劑的溫度已升高至大約環(huán)境溫度，但壓力保持為高。當冷凍劑傳輸通過導(dǎo)管時通過維持壓力高于或接近臨界點壓力pc，避免了液-氣相線256和汽塞。

在點⑤，冷凍劑壓力返回至環(huán)境壓力。隨后可在基本上環(huán)境條件下通過排放口204排放冷凍劑。

近臨界流體冷凍消融系統(tǒng)、其部件和各種布局的實例描述于美國專利申請第10/757,768號，其作為美國專利第7,410,484號，于2008年8月12日發(fā)表，標題為“cryotherapyprobe”，由peterj.littrup等人于2004年1月14日提交；美國專利申請第10/757,769號，其作為美國專利第7,083,612號，于2006年8月1日發(fā)表，標題為“cryotherapysystem”，由peterj.littrup等人于2004年1月14日提交；美國專利申請第10/952,531號，其作為美國專利第7,273,479號，于2007年9月25日發(fā)表，標題為“methodsandsystemsforcryogeniccooling”，由peterj.littrup等人于2004年9月27日提交和美國專利第8,387,402號(屬于littrup等人)，所有這些文獻是以引用其全文的方式針對所有目的并入本文。

圖4的流程圖圖示了用于冷卻目標組織的方法，其中冷凍劑跟隨類似于圖3所示的熱力學(xué)路徑。在框310，產(chǎn)生具有超過臨界點壓力的壓力且接近臨界點溫度的冷凍劑。所產(chǎn)生的冷凍劑的溫度在框314處通過與具有較低溫度的物質(zhì)熱交換而被降低。在一些情況中，這可通過與環(huán)境壓力的液態(tài)冷凍劑熱交換方便地實施，但在不同實施方案中，熱交換可在其它條件下實施。例如，在一些實施方案中可能使用不同冷凍劑，如當工作流體為氬時，通過與液氮熱交換。且，在其它替代實施方案中，可與處于不同于環(huán)境壓力的壓力下的冷凍劑熱交換，如提供處于較低壓力的冷凍劑以創(chuàng)造更冷環(huán)境。

在框318處將經(jīng)進一步冷卻的冷凍劑提供給低溫應(yīng)用器械，其可在框322處用于冷卻應(yīng)用。冷卻應(yīng)用可視乎是否用冷卻應(yīng)用冷凍物體而包括激冷和/或冷凍。冷凍劑的溫度由于冷凍劑應(yīng)用而升高，且加熱的冷凍劑流動至在框326處的控制臺。雖然可存在一些變化，但冷凍劑壓力在框310-326期間基本上維持大于臨界點壓力；在這些階段，冷凍劑的主要熱力學(xué)性質(zhì)變化是其溫度。在框330，隨后讓經(jīng)加熱冷凍劑的壓力降低至環(huán)境壓力，以使可在框334排放或再循環(huán)冷凍劑。在其它實施方案中，框326處的其余加壓冷凍劑還可沿路徑返回至框310進行再循環(huán)而不是在環(huán)境壓力下排放冷凍劑。

壓力調(diào)控

圖5是圖示本發(fā)明另一實施方案的流程圖500。

步驟510敘述產(chǎn)生處于或接近臨界壓力和溫度的冷凍劑?？衫绨瓷衔膮⒖紙D2-3所描述般執(zhí)行步驟510。

步驟520敘述降低冷凍劑溫度。還可例如按上文參考圖2-3所描述般執(zhí)行步驟520。

步驟522敘述確定導(dǎo)管溫度是否低于閾值?？衫梅胖迷谥委煻文┒松匣騻鬏斖ǖ纼?nèi)或在其它情況中沿流動路徑放置的熱偶實施溫度測定，以測定設(shè)備本身、冷凍劑和/或組織的溫度。實際上，可在整個尖端、治療段、進入流動路徑、返回流動路徑和優(yōu)選直接接觸冷凍劑地放置多個溫度傳感器以獲得實時溫度、經(jīng)時溫度變化和進入冷凍劑與外出冷凍劑的溫度差異的準確測定。

如果溫度不低于閾值，那么不降低壓力。

如果溫度低于閾值，那么按步驟524所指示將壓力降低至預(yù)設(shè)值。在實施方案中，在將低溫設(shè)備治療段放置在待冷卻目標組織附近，且確認溫度低于閾值后，一旦設(shè)備尖端或組織達到目標溫度，便將壓力從第一相對高(近臨界)壓力基本上降低至第二較低壓力。

在確定溫度是否低于預(yù)設(shè)值且是否要降低壓力后，步驟530敘述將冷凍劑提供給導(dǎo)管。還可按上文參考圖2-3所描述般執(zhí)行步驟530。

在不希望受理論約束下，一旦導(dǎo)管冷凍元件或組織溫度降低至目標冷溫度(例如-100℃)，與汽塞相關(guān)的上述問題被降至最小，因為圍繞設(shè)備治療段的組織被降溫(即冷凍)。激冷的組織不會像原本充當熱沉升溫冷凍劑的組織那樣充當熱沉(并升溫)流動的冷凍劑。冷凍劑應(yīng)不具有在設(shè)備內(nèi)從液相向汽相轉(zhuǎn)化的趨勢。預(yù)期在流動循環(huán)期間冷凍劑保持為液體且氣體摩爾體積不增大。因此，圖5所描述的實施方案提供了初始(或第一)高壓力冷凍劑操作階段和第二低壓力治療階段。在低壓力治療階段期間的例示壓力在200至0psi范圍內(nèi)且溫度在-50至-150℃范圍內(nèi)。此外，初始高壓力和較低治療階段的時間段分別在10秒至1分鐘和30秒至4分鐘范圍內(nèi)。

可采用各種不同的系統(tǒng)在高(近臨界)壓力至相對低壓力之間調(diào)控壓力。圖6-8是圖示具有壓力調(diào)控或調(diào)節(jié)組件的各種冷凍消融系統(tǒng)的示意圖。

參考圖6，例如冷凍消融系統(tǒng)600包括第一冷凍劑流動路徑，其包括高壓冷凍劑供應(yīng)或發(fā)生器610，冷卻部件620、冷凍消融導(dǎo)管630和高壓止回閥640。止回閥640可操作以在介于例如400至480psi范圍內(nèi)的壓力下打開。第一流動路徑優(yōu)選在近臨界壓力下將第一或初始階段的冷凍劑傳輸至導(dǎo)管治療段。避免了汽塞。

在初始階段后，或在測得溫度達到指示鄰近組織被基本上冷卻且汽塞風(fēng)險降至最低的閾值溫度的時間點，閥660被打開。冷凍劑流動至低壓閥662，其在比止回閥640基本上更低的第二壓力下打開。第二低壓閥可被編程為在介于300至0psi范圍，且更優(yōu)選低于或等于200psi的壓力下打開。隨后可進一步處理冷凍劑或釋放至環(huán)境。

本文描述的閥可手動操作或在實施方案中，通過使用更精細設(shè)備如控制器操作?？刂破骺刹僮饕詫⑿盘柊l(fā)送至閥和其它系統(tǒng)組件以實施冷凍消融治療。

本文描述的壓力調(diào)控系統(tǒng)具有超越靜態(tài)近臨界型冷凍消融系統(tǒng)的實際和安全優(yōu)勢。低壓冷凍劑更易操控，因為達到操作壓力所需的能量更小，低壓力下不太可能存在泄漏的風(fēng)險，使用在較低壓力下的冷凍劑時因泄漏引發(fā)的后果或破壞更小。實際上，低壓冷凍劑泄漏比高壓冷凍劑泄漏對設(shè)備、患者安全性和操作員具有更小影響。此外，可將低壓冷凍劑直接排放至大氣。

圖7圖示能夠調(diào)控壓力的另一個冷凍消融系統(tǒng)700。類似于上述系統(tǒng)，冷凍消融系統(tǒng)700包括高壓冷凍劑供應(yīng)或發(fā)生器710、冷卻部件720、冷凍消融導(dǎo)管730和第一止回閥740。第一流動路徑優(yōu)選在近臨界壓力下將第一或初始階段的冷凍劑傳輸至導(dǎo)管的治療段。避免了汽塞。

參考圖9a，在初始時間段ti后，壓力調(diào)控器750被啟動以導(dǎo)致壓力降低至第二低壓力pt。隨后，將低壓冷凍劑傳輸通過冷凍消融導(dǎo)管730用于治療鄰近組織。雖然壓力下降至基本上低于近臨界壓力的壓力，但因為儀器末端段和周圍組織是冷的且即使壓力下降也不會導(dǎo)致冷凍劑流體相變，所以避免了汽塞。

壓力調(diào)控器和閥可手動操作，或更優(yōu)選地，使用更精細設(shè)備如控制器操作，所述控制器將信號發(fā)送至閥和其它系統(tǒng)組件以實施如本文所描述的冷凍消融治療。

圖8圖示能夠調(diào)控壓力的另一個冷凍消融系統(tǒng)800。冷凍消融系統(tǒng)800包括冷凍劑供應(yīng)810、單向閥812、冷卻部件820、冷凍消融導(dǎo)管830和止回閥840。

此外，圖8所示的系統(tǒng)包括在單向閥812下游的活塞850。啟動活塞以將單向閥812下游的冷凍劑壓力增大至處于或高于近臨界壓力的高壓力。優(yōu)選地，活塞是快速啟動構(gòu)件，其可即時增大壓力并將所需高壓力維持一段選擇時間。例如，可如圖9b所示周期性地將壓力p增大至近臨界壓力pc。因此，可將壓力時間曲線定義為具有振幅和頻率的波形。儀器和組織的溫度降低至較低穩(wěn)態(tài)致死目標溫度。時間段(tt)表示儀器消融維持在低壓力pt的第二治療階段。

或者，可按圖9c所示的階梯調(diào)控壓力。階梯可按等增量，或非線性下降。

在另外一個實施方案中，壓力可按圖9d所示在連續(xù)速率下下降。雖然圖9d圖示了直線圖樣，但圖樣可向低治療壓力pt彎曲或在其它情況中傾斜。

再次參考圖8。在初始階段后，啟動活塞850，并打開閥814和閥862。隨后，將低壓冷凍劑傳輸通過冷凍消融導(dǎo)管830用于治療鄰近組織。雖然壓力下降至基本上低于近臨界壓力的壓力，但因為儀器末端段和周圍組織是冷的且即使壓力下降也不會導(dǎo)致冷凍劑流體相變，所以避免了汽塞。

如本文進一步描述，系統(tǒng)組件(包括但不限制于活塞、閥、泵、開關(guān)和調(diào)控器)可手動啟動或在其它實施方案中經(jīng)由控制器啟動。可提供如圖11所示且在相應(yīng)文字中描述的工作站或控制臺以允許操作員方便地操作冷凍消融儀器。

冷凍消融導(dǎo)管

本發(fā)明的冷凍消融設(shè)備可具有各種不同的構(gòu)造。例如，本發(fā)明的一個實施方案是如圖10a所示的柔軟導(dǎo)管400。導(dǎo)管400包括適用于流體連接至流體源(未示出)的近端布置外殼或連接器410。

示出從連接器410延伸的多個流體輸送管420。這些管包括用于接收連接器的進入流動的一組進入流體輸送管422和用于將連接器410的出路流動排出的一組出路流體輸送管424。在實施方案中，每個流體輸送管422、424由在-200℃至環(huán)境溫度的全范圍內(nèi)維持柔軟的材料形成。在實施方案中，每個流體輸送管具有在介于約0.10mm與1.0mm之間(優(yōu)選介于約0.20mm與0.50mm之間)范圍內(nèi)的內(nèi)徑。每個流體輸送管可具有在介于約0.01mm與0.30mm之間(優(yōu)選介于約0.02mm與0.10mm之間)范圍內(nèi)的壁厚。

將端蓋440安置在流體輸送管422、424的末端以提供從進入流體輸送管422向出路流體輸送管424的流體輸送。示出具有無損傷尖端的端蓋。端蓋440可以是提供從進入流體輸送管422向出路流體輸送管424的流體輸送的任何合適元件。例如，端蓋440可界定用于流體連接管422、424的內(nèi)部腔室、空洞或通路。

圖10b還示出包圍管束420的外護鞘430。外護鞘用于將管保持管狀布局，并保護結(jié)構(gòu)免受外來物體和障礙物刺穿或折斷。

示出溫度傳感器432在遠段的表面上。溫度傳感器可以是感測對應(yīng)于鄰近組織的溫度并通過管束中的線將信號發(fā)送返回至控制臺供處理的熱偶。溫度傳感器可放置在沿桿部的其它位置或在流體傳輸管的一個或多個內(nèi)以確定流入與流出之間的溫度差異。

在實施方案中，流體輸送管420由退火不銹鋼或聚合物如聚酰亞胺形成。在這類構(gòu)造中，材料在近臨界溫度下可維持柔軟。在其它實施方案中，輸送管可成形、可偏轉(zhuǎn)或可導(dǎo)向以與各種解剖結(jié)構(gòu)形成持續(xù)穩(wěn)固接觸。包括可偏轉(zhuǎn)設(shè)計的其它合適器械描述于2015年4月7日提交，標題為endovascularnearcriticalfluidbasedcryoablationcatheterhavingpluralityofpreformedtreatmentshapes的國際專利申請pct/us2015/024778中。

管布局存在許多構(gòu)造。在實施方案中，流體輸送管由環(huán)形陣列形成，其中進入流體輸送管組包括界定環(huán)的中心區(qū)域的至少一個進入流體輸送管且其中出路流體輸送管組包括按環(huán)形模式圍繞所述中心區(qū)域分隔的多個出路流體輸送管。在圖10b所示的構(gòu)造中，流體輸送管422、424屬于這類實施方案。

在操作期間，冷凍劑流體從處于接近-200℃的溫度的合適冷凍劑源通過供應(yīng)線到達導(dǎo)管。冷凍劑循環(huán)通過暴露流體輸送管所提供的多管狀冷凍區(qū)并返回至連接器。

在實施方案中，氮流在任何熱負荷下在小直徑管內(nèi)不形成氣泡，從而不制造限制流動和冷卻力的汽塞。通過在近臨界條件下在至少能量施用的初始時段內(nèi)操作，汽塞得以消除，因為液相與氣相之間的區(qū)別消失。

多管狀設(shè)計優(yōu)于單管設(shè)計，因為其它管可以在冷凍劑與組織之間提供實質(zhì)增大的熱交換面積。視乎所使用的管的數(shù)目，低溫儀器可將接觸面積相對于具有類似大小直徑但使用單桿的先前設(shè)計增大幾倍。然而，本發(fā)明不希望限制于單或多管設(shè)計，除非在隨附權(quán)利要求中具體說明。

冷凍消融控制臺

圖11圖示冷凍消融系統(tǒng)950，其具有推車或控制臺960和經(jīng)由柔軟細長管910可拆卸連接至控制臺的冷凍消融導(dǎo)管900。將在下文中結(jié)合圖12更詳細描述的冷凍消融導(dǎo)管900含有一個或多個流體傳輸管以移除來自組織的熱。

控制臺960可包括或容置各種不同組件(未示出)如例如發(fā)生器、控制器、罐、閥、泵等。圖11示出安置在推車頂部上以便用戶操作的計算機970和顯示器980。計算機可包括控制器、定時器或與外部控制器通信以驅(qū)動冷凍消融系統(tǒng)的組件如泵、閥或發(fā)生器?？商峁┹斎胙b置如鼠標972和鍵盤974以允許用戶輸入數(shù)據(jù)并控制冷凍消融器械。

在實施方案中，計算機970被構(gòu)造或編程為如本文所描述控制冷凍劑流速、壓力和溫度。目標值和實時測定可發(fā)送至并顯示在顯示器980上。

圖12示出冷凍消融設(shè)備900的遠段的放大視圖。遠段900在設(shè)計上類似于上文描述，除了治療區(qū)域914包括柔軟保護覆蓋924。覆蓋在流體傳輸管之一裂開的事件中用于容納冷凍劑泄漏。雖然不希望或不預(yù)期任何流體遞送傳輸管發(fā)生泄露，但保護覆蓋提供了額外或冗余屏障，使得冷凍劑在手術(shù)期間必須刺穿才能逃出導(dǎo)管。在實施方案中，保護覆蓋可由金屬形成。

此外，可將熱傳導(dǎo)液體布置在傳輸管與覆蓋的內(nèi)表面之間的空間或間隙內(nèi)以增強治療期間器械的熱學(xué)冷卻效率。在實施方案中，所述熱傳導(dǎo)液體是水。

示出覆蓋924呈管狀或圓柱形且終結(jié)于遠尖端912。如本文所描述，冷卻區(qū)域914含有多個流體遞送和流體返回管以將冷卻流體傳輸通過治療區(qū)域914，導(dǎo)致向/從目標組織傳遞/移除熱。在實施方案中，流體在接近相圖中流體的臨界點的物理條件下，在第一時間段內(nèi)被傳輸通過管束，且隨后降低壓力并維持如本文所描述的第二時間段。在遞送管之一形成泄漏的事件中，覆蓋尤其用于容納冷卻流體并防止其逃出導(dǎo)管。

雖然覆蓋示于圖11-12中，但本發(fā)明不希望限制于此，除非在權(quán)利要求中說明。設(shè)備可具有或不具有保護覆蓋且用于冷卻目標組織。

應(yīng)用

本文所描述的系統(tǒng)和方法可用于各種不同的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括例如腫瘤學(xué)和心血管應(yīng)用。計劃用冷凍能消融的候選腫瘤包括胸腔和上及下gi中的目標組織和腫瘤。本文所描述的器械還可應(yīng)用于摧毀或減小頭和頸中的目標組織。

例示心血管應(yīng)用是形成長形連續(xù)損傷的血管內(nèi)型心臟消融。如本文所描述，在心臟某些位置形成細長的連續(xù)損傷可用于治療各種病況如例如心房纖維顫動。見例如2014年4月17日提交，標題為endovascularnearcriticalfluidbasedcryoablationcatheterhavingpluralityofpreformedtreatmentshapes的專利申請第61/981,110號。

本文所描述的方法和系統(tǒng)用于形成具有在1-15cm或2-10cm范圍內(nèi)，且更優(yōu)選介于5-8cm之間的長度的損傷。損傷優(yōu)選是連續(xù)且線型，而不是如一些先前點式消融技術(shù)中的一系列點。根據(jù)上述設(shè)計，可將冷凍能和熱傳遞聚焦于心內(nèi)膜上，從而形成完全穿過心內(nèi)膜的損傷(透壁損傷)。此外，在實施方案中，導(dǎo)管通過調(diào)控冷卻流體的壓力獲得無汽塞的冷卻力。冷卻流體優(yōu)選在接近其在相圖的臨界點處，在能量啟動的至少一段時間內(nèi)傳輸，且隨后任選降低至較低壓力。

可將根據(jù)本發(fā)明原理的心臟消融導(dǎo)管沿左心房的內(nèi)襯放置成直接接觸，從而在消融向外進行時避開在心臟內(nèi)的流動血液的大部分巨大熱沉。

此外，導(dǎo)管構(gòu)造可包括大量彎曲或環(huán)路，其提供圓周以及線性消融。本文描述的導(dǎo)管可加以操控以在例如肺血管入口附近或周圍形成環(huán)形損傷。

根據(jù)以上教導(dǎo)可對本發(fā)明進行許多修改和變化。因此應(yīng)理解在隨附權(quán)利要求范圍內(nèi)，可按照具體描述以外的方式實踐本發(fā)明。