专利名称:采用单冷冻剂的冷冻外科器械的加热和冷却的制作方法
背景技术没有提供能克服向末端提供有效和充分的冷却和加热的挑战的解决方案。本发明的实施例通过如下方式来面对这种挑战,S卩,提供一种冷冻外科系统,该系统特征在于利用单种类型的冷冻剂、但从两个不同的源来进行冷却和加热。液态冷冻剂冷却冷冻外科系统内的冷冻外科器械的末端,冷冻外科器械诸如是冷冻探头或冷冻导管。气态冷冻剂进一步由加热元件、较佳是电加热元件来加热,从而供给冷冻治疗术的融化和释放部分所需的热量。因此,冷冻外科系统可支持冷冻外科器械的操作的冷冻/融化循环。本发明的示例性实施例可不同地提供一种具有冷冻探头末端的冷冻外科系统,该末端位于冷冻探头的冷冻剂供给通道内或附近,并且主要优点是解决上述技术问题。本发明的一个方面提供一种冷冻外科系统,该系统包括:冷冻外科器械,该冷冻外科器械包括末端,该末端被流体状态下的冷冻剂冷却,通过加热气态下的相同类型的冷冻剂来加热;流体冷冻剂源,该流体冷冻剂源将液态冷冻剂供给到冷冻外科器械;气态冷冻剂源,该气态冷冻剂源将气态冷冻剂供给到冷冻外科器械;以及加热元件,该加热元件选择性地加热气态冷冻剂。气态冷冻剂和流体冷冻剂不同时供给到冷冻外科器械,而是依次供给,以使流体冷冻剂源与冷冻外科器械流体连通,气态冷冻剂源不与冷冻外科器械流体连通;因而,所述气态冷冻剂源与冷冻外科器械连通,所述流体冷冻剂源不与冷冻外科器械连通。气态冷冻剂源和流体冷冻剂源供给相同类型的冷冻剂。本发明的另一方面提供一种冷冻外科系统,该系统包括:第一冷冻剂源,提供冷冻剂的该第一源是气相的;第二冷冻剂源,提供冷冻剂的该第二源是液相的;冷冻剂加热部段,该冷冻剂加热部段选择性地加热所提供的气相冷冻剂;以及冷冻外科器械,该冷冻外科器械具有末端,并接纳所提供的两相状态下的冷冻剂。所提供的液相冷冻剂冷却该末端。在通过加热部段被加热之后,所提供的冷冻剂加热末端。仅采用所提供的冷冻剂来实现对末端的加热和冷却。本发明的又一方面提供一种系统,该系统包括:冷冻外科器械,该冷冻外科器械具有末端;第一容器,该第一容器储存气态的冷冻剂;第二容器,该第二容器储存液态的冷冻剂;以及气态冷冻剂加热器,当气态冷冻剂从第一容器行进到冷冻外科装置时,气态冷冻剂加热器对气态冷冻剂加热。当液态冷冻剂行进到冷冻外科装置时,加热的气态冷冻剂与液态冷冻剂相结合。液态冷冻剂和加热的气态冷冻剂协作,以选择性地对末端加热和/或冷却。本发明的另一方面提供一种冷冻外科系统,该系统包括:冷冻外科器械,该冷冻外科器械具有末端,该末端通过加热的气态冷冻剂来加热,并通过液态冷冻剂来冷却;用于供给气相的冷冻剂的装置;用于供给液相的冷冻剂的装置;用于将所提供的气态冷冻剂和所提供的液态冷冻剂混合在一起的装置,以将两相冷冻剂递送到冷冻外科器械,该两相冷冻剂包括液相和气相的冷冻剂;以及用于选择性地加热气态冷冻剂的装置。本发明的这些、附加的和/或其它方面和/或优点:在下面的详细说明中进行阐释;可以从详细说明中推断出;和/或通过实践本发明来了解。`从结合附图考虑的实施例的详细说明中会更容易理解本发明,附图中:图1是与本发明的实施例相一致的、具有冷冻外科器械的冷冻外科系统的示意图,其中,加热元件位于冷冻外科器械内部;图2是与本发明的实施例相一致的、具有冷冻外科器械的冷冻外科系统的示意图,其中,加热元件位于冷冻外科器械外部;图3是与本发明的实施例相一致的系统的示意图,其中,来自两相“液体”冷冻剂源的气相转换成气态冷冻剂源和/或液相被加热以充填气态源;图4是与本发明的实施例相一致的系统的示意图,其中,冷冻剂的气相通过将返回的冷冻剂传递到液相/两相冷冻剂源或气态冷冻剂源来再循环;图5a是可用于图1的系统的第一示例性冷冻外科器械的纵向剖视图;图5b是沿图5a的线1_1剖取的、图5a的第一示例性冷冻外科器械的剖视图;图5c是图5a的冷冻外科器械的换热元件的立体图;图6a是可用于图1的系统的第二示例性冷冻外科器械的纵向剖视图;图6b是沿图6a的线I1-1I剖取的、图6a的第一示例性冷冻外科器械的剖视图6c是图6A的冷冻外科器械的换热元件的立体图;图7a是可用于图1的系统的第三示例性冷冻外科器械的纵向剖视图;图7b是沿图7a的线II1-1II剖取的、图7a的第三示例性冷冻外科器械的剖视图;图7c是图7a的冷冻外科器械的换热元件的立体图;以及图8是采用图1的系统的示例性、说明性治疗方法的流程图。参照图3,示出有系统300,该系统包括气态冷冻剂源302、液态冷冻剂源304和冷冻外科器械306。系统200的许多结构与系统300相同。每个冷冻剂源302和304采用诸如氮气之类的相同冷冻剂。同样,每个冷冻剂源302和304与冷冻外科器械306流体连通。系统200和300之间的一个差别是将来自液态冷冻剂源304的气相传递到气态冷冻剂源302。该气相通过用液态冷冻剂源304内或与其相邻的电加热器331加热气相来产生。如所示,电加热器331较佳地放置在液态冷冻剂源304内。附加地和/或替代地,加热元件331可以沉浸在液相内、与液态冷冻剂的总体积直接接触,或插入液态冷冻剂源304内的小容器(未示出)内。该小容器可通过管路329连接到气态冷冻剂源302。可选地和较佳地,电加热器331并不在流体液体连接器管路318周围,并且电加热器331不放置成与液体连接器管路318串联。有利地,电加热器331根据探测到的性能/操作参数来激活和/或失效,这些参数借助非限制的示例诸如是由压力计384记录的压力、温度、时刻(例如根据冷冻剂从液态冷冻剂源304流出的时间段)或其组合。在操作时,液态冷冻剂源304内的加热元件331加热其内的液态冷冻剂的一部分,并将这部分转换成气体。额外的热能造成液态冷冻剂源304内的压力增大,这促使气相传递到气态冷冻剂源302。通过阀330和322的选择性操作,产生的气相在冷冻剂源302和304之间经由管路329和管路309传递。加热元件331的尺寸和类型可取决于获得期望压力的速度。用于实施加热元件331的一个有利示例是采用250-1000瓦之间的绝缘电气型加热元件。在不期望受制于封闭列表(closed list)的情况下,发明人已发现这种元件能有效地将液态冷冻剂源304内的压力在分钟量级的合理短的时间内增大到IOOpsi。压力增大通常使冷冻剂的沸点温度上升。采用`电加热器331来增大液态冷冻剂源304内的压力的益处在于简化了直接将能量转换成压力的能量源的使用。另一要求是需要较少的时间,以及为了相同目的便于对泵进行控制。在冷冻剂源302和304之间泵送气态冷冻剂需要泵和附加的管道,这通过采用加热元件331来避免。更具体地,系统300内的加热器331用于通过使储存于其内的液态冷冻剂沸腾来升高液态冷冻剂源304和302内的压力,直至压力到达由压力计384测量的规定阈值。这通过保持阀330和309打开以及使阀312和320关闭来完成。特别有利的阈值可以例如在约 40-100psi 之间。对于融化的操作模式,另一加热元件326定位在冷冻外科器械306外部,并还在液态冷冻剂源302的外部。如所示,加热元件326可位于气态冷冻剂源302下游,与气体连接器308串联。例如,加热元件326可选地定位在单向阀314后面。加热元件326也可以是电(电阻)加热元件。其它加热结构也是可以的且可设想的。例如,附加地和/或替代地,力口热元件326可以是对用户的抓持敏感的压电元件。在系统300中,为了在主动融化期间监测气相的加热,热电耦328还可定位成与气体连接器308串联。如图3中所示,热电耦328可定位在加热元件326后面。然而,该热电耦328可定位在进入腔316上游的其它位置。监测加热的热电耦328的位置还可以可选地定位在末端330处,而热电耦332的位置还可以可选地定位在返回/排出管路319处。因此,如所示,有相同冷冻剂的两个分立的源,一个源供给液态的冷冻剂(304),另一个源供给气态的冷冻剂(302)。在操作时,这些冷冻剂源与加热元件326协作来提供冷冻外科器械106的可选的冷却和加热。更具体地,当期望对冷冻外科器械306进行加热时,来自气态源302的气态冷冻剂选择性地由加热元件326来加热。气体在进入腔316的上游被加热。为了提供附加的气态冷冻剂并有助于该过程,可选地并较佳地通过用气态冷冻剂源304内或与其相邻的电加热器331来加热气相而将来自液态冷冻剂源304的气相传递到气态冷冻剂源302。参照图4,示出有系统400,该系统包括气态冷冻剂源402、液态冷冻剂源404和冷冻外科器械406。系统100的许多结构与系统400相同。还由系统400提供冷冻/融化循环,这些冷冻/融化循环如图1的系统所述地通过交替应用液态冷冻剂和气态冷冻剂来提供。然而,系统400如下所述还具有再循环方案,以使附加的气态冷冻剂能返回到气态冷冻剂源402,由此有利地加满对气态冷冻剂源402内的气态冷冻剂的供给。系统100和400之间的一个差别在于排出腔419,在液体(两相)冷冻剂已沸腾而使末端424冷却之后,气相通过该排出腔返回。如由双向阀432调节的,返回的气相用于充填气态冷冻剂源402内的气态冷冻剂,这是通过用泵434将返回的气相泵送经过连接器管路433和另一泵连接器管路431来实现的。在系统400中,泵434压缩来自管路419的返回冷冻剂,并通过打开阀432和430将返回冷冻剂经由管路433、431和429返回到气态冷冻剂源404。此操作增大气态冷冻剂源404内的压力。附加地和/或替代地,系统400的泵434通过以下方式增大气态冷冻剂源402内的压力,S卩,压缩管路419内的返回流体,并通过打开阀432和420将返回流体经由管路433和431传递到气态冷冻剂源402。压力计409较佳地控制泵434的工作,例如通过使泵434接通和断开,因而,如果气态冷冻剂源404处的压力到达一定阈值,则泵434断开和/或安全阀491打开。作为非限制的示例,对于液态冷冻剂来说较佳的压力范围是40psi到IOOpsi,但较佳地对其它类型的冷冻剂而言可调节该范围。`由系统400提供用于主动融化的完整的再循环方案。在此操作模式期间,阀432和412打开,而阀430和420关闭。气态冷冻剂通过泵经由管路433、431、408、416和419来循环。转到图5a_5c,示出有可用于系统100、200、300或400中的任一个系统的冷冻外科器械500的示例。冷冻外科器械500包括外轴杆508,该外轴杆具有隔热件504和进口 509,根据冷冻剂如前所述所流出的源,流体和气态冷冻剂经由该进口流到内轴杆509。然后,冷冻剂被反射表面510反射,该反射表面较佳地位于末端505处,但与末端在空间上间隔开,该末端是闭合的,较佳是实心的末端。然后,反射的冷冻剂快速地进入并流经换热加强元件501的多个排出凹槽507 (图5B和5C中示出)。凹槽507较佳地是平直的凹槽,并起到用于接纳膨胀的返回冷冻剂的多个返回通道的作用。凹槽507较佳地与出口 503连通,以随后将冷冻剂排到冷冻外科器械500外。凹槽507可沿周向、围绕换热加强元件501的纵向轴线来设置。在操作的冷冻部分期间,液态冷冻剂进入进口 509,并行经内轴杆509。然后,液态冷冻剂被反射源510反射,并行经排出凹槽507。由箭头所示的传热区511由隔热件504的边界所限定。传热区511使末端505激冷,并因此形成冰球。在操作融化部分期间,气态冷冻剂进入进口 509,并作为液态冷冻剂行进。尽管流经排出凹槽507,但加热元件515加热气态冷冻剂,该气态冷冻剂又加热轴508 (与组织接触),并增大经过凹槽507的流速。然后,气态冷冻剂经出口 503离开。如图5b和5c中所示,加热元件515可以是电加热线圈元件,该电加热线圈元件具有设置在换热加强元件501的凹槽507内的多个线圈。如所示,凹槽507设置在换热加强元件501的外部周围。通过电路512将电力供给到加热元件515 (还在图5a中示出)。线圈513较佳地被覆盖成仅使热量传递经过线圈。如上所述,隔热件504终止来自冷冻外科器械500的传热,由此限定传热区511的端部,其中,在换热区511处吸收来自外部环境的热量。如上解释,上述构造增大返流的速度。通过增大返流的速度,改善换热区511处的轴508之间的换热。放置于凹槽507内的加热线圈对气态冷冻剂加热,从而将热直接传递到轴508,并间接地通过与换热加强元件501接触的表面来传导热量,从而在换热区511处使冰球解冻。 转到图6a_6c,示出有可用于系统100、200、300或400中的任一个系统的冷冻外科器械600的不例。冷冻外科器械600具有与图5a_5c的冷冻外科器械相同的许多特征,具有相同或相似功能的元件是在相同数字加上100。冷冻外科器械600的功能也与冷冻外科器械500高度相似。然而,较佳的是将金属丝613设置成使多个金属丝613在每个凹槽607内平行延伸,以产生被电流加热的一个长电阻元件。如图6c中所示,金属丝613示出为沿凹槽607设置,从而像电机的转子那样包裹换热加强元件615。转到图7a_7c,示出有可用于系统100、200、300或400中的任一个系统的冷冻外科器械700的示例。冷冻外科器械700具有与图5a-5c的冷冻外科器械相同的许多特征,且具有相同或相似功能的元件具有相同数字加上200。冷冻外科器械700的功能也与冷冻外科器械500高度相似。然而,较佳地凹槽707定位在换热加强元件701内部,但在内冷冻剂供给通道的外部。金属丝713较佳地作为线圈定位在凹槽707内。图8示出执行冷冻外科消融的方法800。在随后对方法800的说明中,一致参照图1的系统100。这种一致的参照仅便于理解方法800。应理解到该方法不必一定用于系统100,并可用于具有其它构造的系统。在操作810中,液态的冷冻剂充填液态冷冻剂源/储存器(104)。在操作820中,气态的冷冻剂传递到气态冷冻剂源/储存器(102)。接下来,在操作830中,将与冷冻剂源/储存器连通的冷冻外科器械的末端(124)插入目标组织内,以准备好进行冷冻消融。方法800的冷冻消融过程由冷冻和融化的一个或多个两步循环构成。在操作840中,末端通过冷的液态冷冻剂流来冷却。在操作850中,末端通过热的液态冷冻剂流来加热。在操作860中,确定是否应重复两步冷冻/融化循环。当确定应重复两步循环时,方法回到操作830。当确定不应重复两步循环时,方法继续到操作860,其中,冷冻外科器械通过热气态冷冻剂流来加热,以便于从目标组织释放。操作840-860可重复进行,直至实现期望的冷冻消融结果。如前面所示,实施例提供了利用从液态冷冻剂源和气态冷冻剂源递送的单冷冻剂来冷却和加热的选择。液态冷冻剂冷却诸如是冷冻外科器械或冷冻导管之类的的冷冻外科器械的末端。气态冷冻剂通过加热元件、较佳的是电加热元件来加热,从而加热末端。已提供各种特征/方面/部件/操作的示例以便于理解本发明的公开的实施例。此外,已讨论各种优先性来便于理解本发明的公开的实施例。应理解到在此公开的所有示例的优先性意在非限制性的。尽管已单独地示出和描述本发明的选择实施例,但应理解到可以结合所述实施例的至少各方面。
尽管已示出和描述本发明的选择的实施例,但应理解到本发明不限于所述的实施例。相反,应理解到可对这些实施例作变化,而不脱离本发明的原理和精神,本发明的范围由权利要求书及其等同物来限定。
冷冻外科系统的特征在于,利用单种类型的冷冻剂、但由两个不同的源来冷却和加热。液态冷冻剂冷却诸如是冷冻探头或冷冻导管之类的冷冻外科系统内的冷冻外科器械的末端。气态冷冻剂进一步由加热元件、较佳是电加热元件来加热,从而供给冷冻治疗术的融化和释放部分所需的热量。因此,冷冻外科系统可支持冷冻外科器械的操作的冷冻/融化循环。
采用单冷冻剂的冷冻外科器械的加热和冷却制作方法
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