液体输送系统和治疗方法
【专利说明】液体输送系统和治疗方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年3月13日提交的美国临时申请号61/779，371的权益，其通过引用整体并入本文中。
技术领域
[0003]本发明通常涉及用于在患者治疗期间输送冷却后的液体的系统和相关方法。
【背景技术】
[0004]几种常规的医疗包括将冷却后的液体直接地供应至人体。例如，冷却后的液体可以提供至血流以冷却器官，例如大脑，从而保护器官免受损伤。
[0005]其他常规的医疗包括将冷却后的液体供应用于治疗人体的装置。例如，几种用于有效治疗肺部疾病的方法在以下专利中公开:题为"用于治疗支气管树的系统、组件和方法〃的第8，088，127号美国专利和题为〃具有可冷却能量发射组件的输送装置〃的第2011/0152855号美国公开。在这些文件中描述的一个示例性治疗中，肺部治疗系统输送能量以损坏沿患者的呼吸道延伸的神经干。在该实施例中，能量输送至可冷却能量发射组件，并且同时冷却后的液体被输送至能量发射组件以冷却能量发射组件，从而避免或限制非目标组织的破坏。
[0006]常规的冷却剂供给系统通常包括栗，栗将液体冷却剂从储存器栗送到患者和/或治疗设备。根据被执行的治疗类型，常规的液体冷却剂供应系统可以包括较大的储存器，容纳五加仑之多的液体冷却剂，液体冷却剂从储存器提供至热疗导管。多数情况下，在大的储存器中容纳的液体冷却剂简单地维持在室温。其他常规的液体冷却剂供应系统具有闭环系统，其中液体从储存器抽出，在通过患者体内的装置循环之后回到储存器。
【发明内容】
[0007]已经认识到在治疗期间将液体冷却剂输送至患者体内的治疗点对于操作者而言可能有一些困难。例如，需要在治疗期间将患者体内的治疗点处的期望温度维持期望间隔。这部分地是因为在从液体被冷却的时间到液体被提供至用于治疗组织的患者的时间中可能存在的热损失。
[0008]已经认识到常规的液体冷却剂供应系统未能提供充分紧凑且有效的闭环系统，以允许控制提供至在患者体内设置的治疗设备的液体冷却剂的温度和压力。此外，常规的液体冷却剂供应系统可能是昂贵的，并且在某些情况下可能在不同患者治疗时需要彻底的和费时的杀菌。但是，已经认识到常规的液体冷却剂供应系统可能在某些治疗期间不能理想地使用，例如上述的肺部治疗，因为与插入装置的尺寸、治疗点处的温度、治疗持续时间、系统的可控性有关的要求及可能特定于患者的某些治疗的其他要求。
[0009]根据本公开的一个方面，治疗系统包括用于治疗患者的液体冷却供应系统，并且配置为冷却液体并且循环冷却后的液体通过患者体内设置的治疗设备，例如能量输送装置。液体冷却供应系统可以包括(或耦接至)其中含有液体或冷却剂的液体储存器。液体冷却供应系统可以包括具有用于热处理液体的保温板的冷却装置。热交换器可以通过给定偏置力可移除地耦接至冷却装置，以实现来自热交换器或通过热交换器的液体的热传递。热交换器可以是可替换的或一次性的热交换器筒，包括导热表面和延伸通过筒的流道。筒中流道的至少一部分布置在导热表面附近。在通过冷却装置热处理液体期间，流道允许液体通过。因此，当筒耦接至冷却装置时，导热表面和保温板偏置至彼此，以便操作冷却装置从筒的流道中所含的液体中吸取热量。然后冷却后的液体可以提供至患者，用于治疗。
[0010]在一个方面中，热交换筒是柔性的且优选是一次性的热成形托盘，热成形托盘结合至具有导热表面的板。柔性热成形托盘包括当托盘结合至板时限定流道的凹入迂回结构。通道的第一端包括用于耦接至入口供应线路的入口端口，并且通道的第二端包括用于耦接至出口供应线路的出口端口。凹入迂回结构的深度和宽度基于液体出口筒的期望停留时间来确定，停留时间基于液体流速流速和从筒的入口到出口的液体的期望温度变化来计笪弁ο
[0011]在其他方面中，热交换器是通过给定偏置力可移除地耦接至冷却装置的袋，以实现来自袋中所含的或通过袋的液体的热传递。袋可以通过板可移除地耦接至冷却装置，以使袋设置在冷却装置和板之间，或袋可以通过其他附接装置被附接。实现适当的热传递以达到期望液体温度的共同特征是确保热交换器的给定偏置力施加至冷却装置。因此，袋可以通过夹子、具有紧固件的板或其他这种装置偏置至冷却装置。袋可以包括延伸通过袋和遍及袋迂回的流道。袋的至少一部分布置在冷却装置附近并且被相对于冷却装置偏置，因此操作冷却装置从袋的流道中所含的液体中吸取热量。然后冷却后的液体可以提供至患者，用于治疗。
[0012]液体冷却供应系统还可以包括用于将液体量供应至患者和/或循环液体量的栗。至少一个控制器可以耦接至冷却装置和栗，用于调节提供给患者的热传递量以及栗量和压力。液体冷却供应系统还可以包括供应路径和返回路径，供应路径和返回路径可以包括一系列线路或管或者液体通道。供应路径起始于液体储存器，其中液体穿过用于冷却液体的热交换器筒，然后穿过至患者体内的用于在治疗点处进行冷却的治疗设备。返回路径起始于患者体内的治疗设备，然后返回路径可以穿回用于通过系统的液体的连续循环的液体储存器。因此，液体储存器、供应和返回管、筒的流道和治疗设备都彼此流体连通。因此，冷却装置冷却在患者治疗期间通过栗遍及系统循环的液体。
[0013]如在本公开的任何方面中可以理解的，液体冷却供应系统可以是闭环系统或开环系统。在闭环系统中，从用于再次循环的液体储存器连续地提供液体，并且液体连续地返回液体储存器。在开环系统中，液体从液体储存器提供到治疗设备，然后在通过治疗设备循环之后被舍弃。
[0014]对于上面介绍的和根据某些方面的液体冷却供应系统的某些部件，液体储存器可以是能够保存液体的袋或其他装置。在闭环系统中，液体储存器可以是可折叠袋(例如，用于保存和提供生理盐水或其他液体的IV袋)，可折叠袋具有用于提供液体的供应端口和一旦通过系统被循环用于接收液体的返回端口。使用可折叠袋可以有利地容纳由通过系统从液体储存器栗送液体所引起的液体压力的变化，无论栗处于正向方式还是反向方式。
[0015]在某些方面中，液体储存器可以经由共轴的袋钉组件流体地连接至闭环系统。共轴的双钉可以包括插入阴鲁尔接口的腔内且通过阴鲁尔接口的腔的海波管，从而限定内部通道和外部通道的共轴设置。组件还可以包括袋钉适配器，袋钉适配器具有两个端口，用于将液体供应线路和液体返回线路与组件的内部通道和外部通道连接。例如，内部通道与返回线路流体连通，并且外部通道与供应线路流体连通。在可替代实施方式中，外部通道与返回线路流体连通，并且内部通道与供应线路流体连通。因此，通过允许液体同时流出和流入液体储存器，共轴的袋钉组件避免需要分开的供应钉和返回钉。这还允许标准的市售IV袋被使用为冷却液储存器。
[0016]冷却装置可以是任何适当的冷却装置，例如热电冷却器(以下"TEC")，冷却装置具有用于当热交换器耦接至保温板时有效地进行来自液体的热传递的保温板。TEC通常用于冷却用药并且控制来自材料或液体的热传递量，如本领域所周知的。TEC使用珀尔帖效应(Peltier effect)(或热电效应)来形成两个不同类型材料的接合点之间的热流。因而，通常的TEC包括具有夹在板之间的多个p型和η型半导体的“加热板”和“冷却板”。当电压施加在半导体上时，TEC将热量从冷却板传递至加热板，并且例如通过散热器和风扇散发来自加热板的热量。因此，本公开所述冷却装置优选是具有相对于热交换器筒偏置的热(冷)板的TEC，以将筒中所含的液体移除热量。应当理解，其他冷却装置或系统可用于冷却液体的达到相同结果，例如耦接至或包括热交换器的制冷系统或其他冷却系统。
[0017]栗配置为供应和循环冷却后的液体通过治疗设备。栗还可以配置为调节通过系统的液体的量和压力。在某些方面中，栗是耦接在冷却装置和筒附近的蠕动栗。蠕动栗具有在不接触液体以保持液体的无菌性的情况下通过管来吸取和推动液体的能力。在一个实施例中，栗设置在热交换器筒和患者(或筒的下游)之间的供应路径中，以使栗在负压下吸取液体通过筒并且在正压下供应冷却后的液体至治疗设备。用这样的方式在筒的下游设置栗提供几个优点。例如，筒中产生的负压允许材料更大的柔性和筒的更大的设计选择。更小或更薄的部件可被用于筒，产生系统操作期间来自液体的更大的热传递。在某些方面中，提供至能量输送装置的正压至少是80psi，并且液体以等于或小于lOpsi的压力从治疗设备返回液体储存器和/或筒，但是系统中的压力可以基于系统和患者的要求超过该值进行变化。
[0018]在某些方面中，栗配置为以每分钟毫升至160毫升的液体流动速率循环液体通过系统，但是流速可以超过该范围变化。优选地，流速是每分钟100毫升。在某些方面中，栗配置为在25psi至150psi的压力下将冷却后的液体供应至治疗设备，但是流速超过该范围变化。优选地，压力为80psi至lOOps1
[0019]在某些方面中，栗包括正向齿轮和反向齿轮。反向齿轮适于反向通过系统的液体的流动，以在患者治疗之前或期间从系统去除气体。从系统去除气体或气泡允许在治疗期间连续供应液体并且最大化筒中液体的冷却。筒还可以设置成相对于水平面大体垂直，并且包括设置在筒的上部分的入口端口和设置在筒的下部分的出口端口。通过该设置，使栗方向反向将驱动液体返回通过系统，从而从筒的流道去除气体。尤其是，气体通过筒垂直地上升，并且最后进入用于排出的液体储存器。栗然后可以通过其正向齿轮接合，以在患者治疗期间供应冷却后的液体。及时在栗的正向正常操作期间，因为筒的特定设置和配置，可能存在于筒中的气体可以趋向于向上上升。
[0020]在某些方面中，流道包括在流道的第一侧壁和第二侧壁之间的过渡部分附近的至少一个角部分。至少一个角部分配置成使得气泡不会在系统操作期间在至少一个角部分近处或附近被困住。角部分可以具有在通道的第一和第二侧壁之间的过渡部分处的半径或倒角。此外，流道可以具有截面轮廓，截面轮廓在截面轮廓的上角及下角处具有圆角部分。减小流道垂直定向横截面积的这些特征可以协助克服气泡的表面张力，其中因为筒的垂直方向，气泡可能另外地卡在角中。
[0021]在一个方面中，热交换器筒包括彼此耦接的第一板和第二板。第一板包括导热表面，导热表面可以由铜、铝和/或不锈钢组成。导热表面优选由铜组成，更优选由诸如阳极化铝或镀银的铜的电镀或阳极化的金属组成。第二板包括热绝缘材料，例如聚合物或塑料，第二板包括限定流道的至少一部分的迂回槽。迂回槽可以具有相对于保温板的大体平坦轮廓，以便最大化来自液体的热传递。筒可以包括耦接至供应液体的液体储存器的输入端口、和耦接至用于供应冷却后的液体的治疗设备的输出端口。因而，输入端口和输出端口与流道和治疗设备流体连通。在某些方面中，筒包括筒中所包含的可变容量储存器，以便仅从可变容量储存器吸取液体，而不是从任何其他源吸取液体。在该方面，然后可以在通过治疗设备循环后丢弃液体(开环系统)，或者液体可以返回可变容量储存器的入口(闭环系统)。在某些方面中，返回流道延伸通过筒的一部分，返回流道的至少一部分布置在导热表面附近，以便返回流道中的液体以前返回用于再次循环的液体储存器之前被预冷却。
[0022]在一个方面中，液体冷却供应系统可以包括至少一个偏置机构，以在筒和冷却装置之间提供充分的且给定的偏置力。偏置机构可以是设置成将筒可移除地耦接至冷却装置的至少一个磁体。至少一个磁体可以磁性地耦接至冷却装置的保温板附近的至少一个相应的磁体，或者可以磁性地耦接至冷却装置的磁性吸引元件。至少一个偏置机构可以包括两对磁体，两对磁体设置在筒的相对端上，并且每对磁体可耦接至保温板附近的相应对磁体。相应对磁体可以紧固至与冷却装置的保温板耦接的偏置框架。偏置框架可以在保温板的周边周围延伸。偏置框架的相应对磁体与筒的一对磁体对准且可被吸引至筒的一对磁体，以提供给定偏置力将筒偏置至保温板。利用自然产生装置和机构的结果是筒的导热表面的表面区域的大部分或全部在给定偏置力下相对于冷却装置的保温板的表面区域的大部分或全部进行偏置，以有效且高效地在冷却液体期间传递来自液体的热量。
[0023]在本公开的几个方面中，冷却系统包括用于通过充分且给定的力将筒偏置至冷却装置以实现和改进来自液体的热传递的特征。显著地，可获得的TEC通过能够通过TEC散发的热流量来限制；因此，在某些应用中稍微限制液体的期望热传递。此外，已知的是TEC的效率稍微低于其他冷却装置，所以重要的是在例如系统中的筒的设计和其他部件的配置的其他方面中减少系统的效率，就像栗的设置。而且，筒的导热表面和冷却装置的保温板之间的充分的偏置力是重要的，因为彼此偏置的表面的材料的性质。导热表面可以是铜，并且保温板通常是陶瓷基底。在显微镜下，即使最光滑的铜和陶瓷表面也示出无数的脊和谷，这样如果在热传递期间充分的偏置力未被施加和维持，可能影响两个材料之间的导热性。因此，本公开提供有效的装置和各种机构，以将筒充分地偏置至冷却装置，以增加偏置表面之间的面-面接触，从而有效地在患者治疗期间冷却液体。该改进的表面接触最终减小系统中的热损失，以便恒定的和可控制的液体温度提供至患者体内的治疗设备。这在以下情况下是特别重要的:当在肺部治疗期间操作冷却系统时，在某些间隔处需要在疗程期间将恒定的液体温度和恒定的液体压力持续特定的时间。
[0024]在一个方面中，筒可以形成和提供成预应力配置，以改进热传递和减小热损失。因此，当从冷却装置脱离时筒可以制造成第一状态(预应力)，并且当接合至冷却装置时筒可以制造为第二状态。通过形成筒以具有相对于冷却装置的保温板成凸形的轮廓来实现第一状态，从而筒的侧弧部从筒的左侧延伸至筒的右侧。因此，当凭借凸形和磁体的力使筒接合至保温板时(即，例如通过利用筒的左侧和右侧上的一对磁体)，筒的导热表面将具有相对于保温板呈大体平面形状的轮廓，因为筒的侧部的磁体将趋向于使筒的轮廓"变平"。该预应力配置趋向于筒可能受到的轻微的"屈曲"，因此结果将是凹形的筒不被完全地或充分地偏置至冷却机。因此，筒的预应力配置提供导热表面和保温板之间的更大的面-面接触，从而导致改进的热传递，同时减小系统中的热损失。当在患者治疗期间操作冷却系统时，这是特别重要的，因为该特定的肺部治疗在某些间隔处需要在疗程期间将患者因为这些持续特定的时间。
[0025]提供一种方法用于将热交换器筒附接至用于患者治疗的冷却系统或从其移除。在某些方面中，方法包括将热交换器筒偏置至冷却装置的保温板，例如具有与本公开中讨论的相同或相似的特征的筒和冷却装置。方法包括从冷却装置移除热交换器筒，其可以在一个或多个患者的治疗或疗程之后进行。方法包括将替换的热交换器筒偏置至冷却装置的保温板。偏置筒的步骤可以包括接合磁体或其他偏置机构，以便给定偏置力施加于筒，从而实现来自液体的有效的热传递。在优选的配置中，给定偏置力是至少10镑的力，以及10至60镑的力，但是给定偏置力可以超过该值和范围变化。通过磁体提供的给定偏置力允许筒的导热表面偏置至冷却装置的保温板。因为磁体的该配置，将筒偏置至冷却装置自动发生，以使筒设置在具有每个替换筒的冷却装置上的约相同设置处。这提供了一个系统优点，保持耦接至冷却装置的每个可替换的筒的位置的一致性，因此通过反复使用系统和替换筒来提供冷却筒中液体的效率的一致性。方法还可以包括将液体栗送通过热交换器筒，以在将热交换器筒从冷却装置移除之前将液体输送至患者。方法还包括在肺部治疗期间，将冷却后的液体供应至位于患者的肺部组织附近的治疗设备(例如，能量输送装置)中。
[0026]在另一方面，液体冷却供应系统可以包括用于冷却液体的具有保温板的冷却装置、可移除地耦接至保温板的一次性热交换器筒、和耦接至筒和冷却装置以从筒中所含的液体传递热量的至少一个偏置机构。筒可以包括彼此耦接的第一板和第二板，其中第一板包括导热表面，诸如铜、铝和/或不锈钢，第二板包括热绝缘材料，诸如聚合物、ABS、尼龙或聚碳酸酯。第二板可以包括限定流道的迂回槽，类似于参考磁性可被吸引的筒讨论的筒。在一个配置中，筒包括将被接收到前板中用于偏置至冷却装置的上倾斜表面和相应的下倾斜表面。筒可以包括筒的端部处的把手，用于容易地移除和替换筒。第二板的后侧可以包括多个凹部，用于改进经由冷却装置的液体的热传递。
[0027]筒可以包括用于供应通过系统的液体的液体储存器；液体储存器可以全部包含于筒中，或者可以耦接至筒的外部分。因此，第二板包括与流道流体连通的且设置在筒的上部分处的液体储存器。在此方面中，液体储存器可以是设置在第二板中的腔中的可折叠袋。液体从液体储存器提供到治疗设备，并且在闭环系统中可以返回液体储存器，或者开环系统中可以丢弃为废品。在筒本身内部提供液体储存器提供减少部件数量和创建和操作系统的步骤的优点，因为其减少了因为未消毒部件的不正确安装和使用所导致的人为误差的风险，所以可以确保液体的无菌性。还提供了在操作期间通过冷却装置冷却储存器中液体的优点，与从外部的液体储存器提供室温的液体相反。
[0028]至少一个偏置机构可以是凸轮系统，凸轮系统具有用于将筒接合到冷却装置的第一位置和用于将筒从冷却装置脱离的第二位置。如本公开中所讨论的，提供偏置机构(诸如该凸轮系统)提供有效的方式，以通过充分的且给定的力来相对于冷却装置保温板保温板充分地偏置筒的导热表面，从而增加筒和冷却装置之间的面-面接触。在某些方面中，前板耦接至包含冷却装置的壳体的前部。凸轮系统、前板和筒共同操作，以将筒偏置至保温板。前板包括开口，以接收冷却装置的保温板和便于将筒偏置至保温板。前板可以具有缝，缝的尺寸设计成可滑动地接收筒。前板的缝包括上偏置表面和下偏置表面。上偏置表面和下偏置表面的每个都与保温板不平行，并且可以对应于筒的上倾斜表面和下倾斜表面。因此，缝可以具有梯形形状的截面轮廓，该轮廓对应于筒的梯形形状的截面轮廓。因此，当凸轮系统被脱离(或开锁)时，筒可以可滑动地接收在前板的缝中。一旦筒设置在缝中，凸轮系统就可以被接合以相对于冷却装置将给定偏置力施加至筒，从而实现系统操作期间的液体的冷却。
[0029]在某些配置中，凸轮系统包括凸轮杆、具有至少一个凸轮凸角的凸轮轴、耦接至筒的致动构件、和親接至致动构件和可親接至凸轮凸角的至少一个致动设备。凸轮杆直接地附接至凸轮轴或者动态地与凸轮轴关联。在某些配置中，四个凸轮凸角沿凸轮轴的长度形成并且彼此空间上分离，但是四个凸轮凸角可以是单个凸轮凸角或凸轮装置。与四个凸轮凸角的位置对应的可以是四个致动设备，耦接至致动构件，并且设置在相应凸轮凸角的附近。当通过从使凸轮杆脱离状态移动到接合状态来旋转凸轮轴时，四个致动设备被通过相应的凸轮凸角向下致动。致动构件具有下致动表面，下致动表面可以形成为成一定角度，该一定角度可以对应于筒的上倾斜表面的角度。因此，接合凸轮系统将偏置下致动表面至筒的上倾斜表面，将趋向于朝向冷却装置对筒施加稍微向下且向内的力，因为当凸轮系统被接合时，缝和筒的梯形形状轮廓和下致动表面的角度共同地趋向于通过给定偏置力在横向中相对于冷却装置偏置筒。
[0030]提供一种方法，以利用凸轮系统将可替换的热交换器筒提供至冷却装置。该方法可以包括通过致动凸轮系统至接合状态来将筒偏置至冷却装置。该方法可以包括将凸轮系统致动至脱离状态，以释放筒上的偏置力。该方法可以包括移除筒以及使用替换筒来替换它，其可以在患者治疗期间通过凸轮系统偏置至冷却装置。
[0031]在另一方面中，至少一个偏置机构可以是铰接门，铰接门铰合耦接至冷却装置并且向关闭位置偏置，从而将筒夹在铰接门和冷却装置的冷却表面之间。在该实施方式中，一个或多个磁体可以使用在门和/或冷却装置的相对表面上，以提供充分的力，从而增加筒和冷却装置之间的面-面接触。在一个方面中，筒可以配置有在筒的至少一侧标远限定的