基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法
【专利说明】基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法
[0001] 背景 [0002] 领域
[0003] 本公开涉及冷冻手术，且更具体地涉及包括邻近其临界点操作的流体的冷冻消融 导管。
[0004] 相关技术的描述
[0005] 心房颤动是在其中心脏的左心房或右心房不正常跳动的心脏状况。该心脏状况通 常由心房壁的某些部分的异常的电行为引起。心房的某些部位或附近结构例如肺静脉可在 控制心脏收缩的电信号的产生或传导中失败，形成提示心房在由正常的电脉冲级联引起的 正常收缩之间收缩的异常的电信号。例如，这可以由被称为异位病灶的缺血组织斑点引起， 或者由肺静脉中的电活性纤维引起。目前，由James Cox医生在二十世纪八十年代研制的 Cox迷宫手术(Cox Maze procedure)是消除心房颤动的可靠方法。在Cox迷宫手术中，心房 壁用外科手术刀以从心房壁的剩余部分隔离心律不齐的病灶的特定模式切开，并且然后重 新缝合在一起。一经愈合，生成的疤痕组织有助于阻断异位再入路径和其它异常的电传导 以及防止心律不齐和颤动。Cox迷宫手术有几种变型，每一种涉及形成的损伤的数量和位置 的变型。
[0006] 最初的Cox迷宫手术是在开胸之后需要手术地打开心房的开胸手术。该手术本身 具有高成功率，但是由于手术的开胸/开心脏性质和停止心脏以及建立冠状动脉架桥术的 要求，因此该手术对于心房颤动的重症是保留的。
[0007] Cox迷宫手术已经在经胸廓的心外膜方法和经血管的心内膜方法中使用消融导管 进行。在经胸廓的心外膜方法中，导管或小探针用来沿着对应于Cox迷宫手术的迷宫的线形 成心脏壁中的直线损伤。在经血管的心内膜方法中，导管通过患者的血管被引至心房，压抵 心房内壁，并且被激发以形成对应于Cox迷宫手术的迷宫的损伤。
[0008] 在两者中的任一方法中，包括柔性冷冻探针或冷冻导管、双极射频导管、单极射频 导管(使用在患者的皮肤上的基础贴片）、微波导管、激光导管以及超声导管的各种消融导 管已经被提议用于损伤的形成。这些方法是有吸引力的，因为这些方法是微创的并且可以 在跳动的心脏上进行。但是，这些方法具有低成功率。该低成功率可能是由于不完整的损伤 形成导致的。完全透壁损伤需要确保引起心房颤动的电脉冲从心房的剩余部分完全隔离， 并且这用使心脏跳动的程序是难以实现的。
[0009] 对于不使用心肺机器(非体外循环）的心脏组织的消融能量源的有效的心外膜应 用的重大挑战是在正常的心脏功能期间，心房充满了穿过心房以大体上5升每分钟移动的 37°C的血液。如果低温热量能量应用在心外膜，那么这种心房血流充当"冷却槽"，使心脏壁 变暖并且使得难以让心房壁的心内膜表面温度降低到致死温度(大致上_30°C)。因此，损伤 透壁是非常难以实现的。
[0010] 同样，如果基于热的能量源例如射频、微波、激光、或者高强度聚焦超声(HIFU)施 加至心外膜表面而不使用心肺机器来清空心房，则流经心房的血液充当散热器，冷却心脏 壁使得难以将心房壁的心内膜表面提高到致死温度(大致上55°C)。
[0011] 某冷冻手术设备的另一个缺点由蒸发引起。当液体转变为气体时，液化气体蒸发 的过程导致巨大的膨胀;体积膨胀是近似于200倍的。在小直径系统中，这种膨胀程度一致 弓丨起在现有技术中被称为"气塞"的现象。该现象通过在小直径管中的冷冻剂流(例如通常 在冷冻探针中提供)来例证。在该现象前形成的相对大体积的膨胀气体阻碍了液体冷冻剂 的流动。
[0012] 已经用来避免气塞的传统技术包括关于管的直径的限制，要求管足够大以适应导 致气塞的蒸发效应。由于氮气沿着输送管形成，因此其它复杂的冷冻探针和管结构已经被 用来"排出"氮气。这些设计也有助于限制成本效益和探针直径。
[0013] 因此，有对于用于提供组织的微创的、安全的和有效低温冷却的改进方法和系统 的需要。
[0014] 概述
[0015]本公开的描述、目的和优点从后续的详细描述连同所附附图将变得明显。
[0016] 用于在组织中形成长形的纵向连续损伤的基于血管内近临界流体的冷冻消融导 管包括长形轴;柔性远端组织治疗部分；以及远端尖端。至少一个流体递送管延伸穿过该远 端治疗部分以朝着该远端尖端输送近临界流体。至少一个流体回流管延伸穿过该远端治疗 部分以远离该远端尖端输送近临界流体。远端治疗部分还包括环绕递送管的柔性流体密封 覆盖物或阻挡层。该覆盖物和管共同界定填充有流体导热介质的空间。导热介质、流体递送 管和覆盖物布置成使得穿过管束的近临界流体的流在目标组织和导管的远端治疗部分之 间传递热量，从而形成在组织中的长形的纵向连续损伤。
[0017] 在实施方案中，远端治疗部分沿着心内膜表面的轮廓偏转并且具有冷却功率以透 壁地形成长形的连续损伤。
[0018] 在实施方案中，基于血管内近临界的柔性多管状冷冻探针包括壳体，该壳体用于 容纳来自流体源的低温流体的输入流并且用于排出该低温流体的输出流。多个流体传输管 牢固地附接至壳体。这包括用于接收来自壳体的输入流的一组输入流体传输管和用于将输 出流排放至壳体的一组输出流体传输管。流体传输管中的每一个由在从-200°C到环境温度 的全范围温度中保持柔性的材料形成。每个流体传输管具有在约〇. 10毫米和1 .〇毫米之间 的范围中的内径和在约0.01毫米和0.30毫米之间的范围中的壁厚。端帽定位在多个流体传 输管的末端处以提供从输入流体传输管到输出流体传输管的流体传递。在实施方案中，多 个流体传输管用覆盖物和导热介质封装。
[0019]在实施方案中，用于形成组织中的长形的纵向连续损伤的基于血管内近临界氮的 冷冻消融系统包括近临界氮压力发生器；用于冷却近临界氮的近临界氮冷却器;与该发生 器流体连通的基于近临界氮的血管内冷冻消融导管；以及控制器，该控制器是可操作的以 控制从导管的远端治疗部分递送至组织的冷却功率以形成长形的纵向连续损伤。该远端治 疗部分具有有效形成沿着心脏的内壁的连续直线形损伤的形状，并且其中，该损伤具有从2 厘米到10厘米的范围的长度并且对于损伤的整个长度来说延伸穿过心脏的整个壁。在实施 方案中，该系统还包括当停止递送冷却功率时发出信号的计时器。
[0020]在实施方案中，用于治疗心房颤动的方法包括:a)将包括远端治疗部分的冷冻消 融导管插进患者的血管中；b)将该远端治疗部分指引至心脏，并且穿过心脏中的开口直到 该远端治疗部分在心脏中的空间内；c)沿着心脏内壁抵靠着心脏组织的线性布置的目标部 分来操控导管的远端治疗部分;d)通过穿过延伸通过远端治疗部分的至少一个流体递送管 和至少一个流体回流管循环近临界流体来形成长形的纵向连续损伤，同时用保护覆盖物以 及在覆盖物和管之间的空间中的导热介质来提供泄露保护。在实施方案中，在阈值条件被 建立后停止形成的步骤。在实施方案中，插入冷冻消融导管的步骤通过将冷却消融导管穿 过引导导管插入来进行。
[0021] 在实施方案中，用于形成组织中的长形的纵向连续损伤的基于血管内近临界流体 的冷冻消融导管包括长形轴;柔性远端组织治疗部分;远端尖端;延伸穿过远端治疗部分以 朝着远端尖端输送该近临界流体的多个流体递送管。流体递送管中的每一个被柔性流体密 封覆盖物环绕。在覆盖物和流体递送管之间的空间用导热介质填充。
[0022] 在实施方案中，导管另外包括延伸穿过远端治疗部分以远离该远端尖端输送该近 临界流体的多个流体回流管。流体回流管中的每一个被柔性流体密封覆盖物环绕。在覆盖 物和流体回流管之间的空间用导热介质填充。近临界流体的流穿过流体递送管和流体回流 管输送并且在目标组织和所述导管的远端治疗部分之间传递热量，从而形成组织中的长形 的纵向连续损伤。
[0023] 附图简述
[0024] 图1A图示了典型的冷冻剂相图；
[0025] 图1B提供了如何确定用于冷冻探针的最小操作压力的实施方案的图示；
[0026] 图1C采用冷冻剂相图说明用简单流动的冷冻剂冷却的气塞的发生；
[0027]图2A是低温冷却系统的实施方案的示意图；
[0028]图2B采用冷冻剂相图说明用于低温冷却的方法的实施方案；
[0029]图3提供了图2A的冷却方法的流程图；
[0030]图4是低温冷却系统的实施方案的示意图；
[0031]图5是低温冷却系统的另一个实施方案的示意图；
[0032] 图6是独立的手持型装置的实施方案的图示；
[0033] 图7采用冷冻剂相图说明在焦耳-汤姆逊冷却中用来避免气塞发生的冷却循环；
[0034] 图8提供了用于低温冷却过程的不同实施方案的冷却功率的图解比较；
[0035] 图9是冷冻探针的实施方案的透视图；
[0036] 图10是沿着图9的线10-10截取的视图；
[0037]图11是操作以产生冰球的图9的冷冻探针的实施方案的透视图；
[0038]图12是图9的冷冻探针的实施方案的透视图，该冷冻探针弯曲成约180°以形成相 称弯曲的冰球；
[0039]图13图示了弯曲以便形成环的冷冻探针的实施方案；
[0040]图14是具有柔性远端部分的冷冻探针的另一个实施方案的透视图；
[00411图15是沿着图14的线15-15截取的视图；
[0042]图16是包括手柄的冷冻探针的另一个实施方案的侧视图，该手柄具有在其中的入 口轴和出口轴；以及
[0043 ]图17 _图19是示出了流体传输管的示例的可选择布置的示意剖视图。
[0044]图20A是冷冻消融系统的实施方案的图示，该冷冻消融系统包括冷冻消融导管的 实施方案；
[0045] 图20B是图20A中示出的冷冻消融导管的实施方案的远端部分的放大的透视图；
[0046] 图21A-图21C是沿着线21-21截取的图20B中所示的导管的实施方案的各种管结构 的剖视图；
[0047] 图22是图20的冷冻消融导管的实施方案的远端部分的透视图，其中覆盖物被移 除；
[0048] 图23是包括弹簧构件的冷冻消融导管的实施方案的远端部分的图示；
[0049]图24是包括弹簧元件的冷冻消融导管的另一个实施方案的远端部分的透视图； [0050]图25是具有外覆盖物的冷冻消融导管的另一个实施方案的远端部分的透视图，该 外覆盖物包括波纹管元件；
[0051] 图26是沿着线26-26截取的图25中所示的导管的实施方案的剖视图；
[0052] 图27是沿着线27-27截取的图26中所示的导管的实施方案的纵向剖视图；
[0053] 图28是具有柔性远端治疗部分的冷冻消融导管的另一个实施方案的透视图；
[0054]图29A是沿着线29A-29A截取的图28中所示的导管的实施方案的剖视图；
[0055]图29B是图28A中所示的多层管中的一个的放大视图；
[0056]图30A是沿着线30A-30A截取的图28中所示的导管的实施方案的剖视图；
[0057] 图30B是管元件的近端和图28中所示的导管的实施方案的中间部分的远端的局部 分解图；
[0058] 图31是心脏和根据一些实施方案的各种损伤的位置的图示；
[0059] 图32是进入心脏的血管内插管的实施方案的图示；以及
[0060] 图33是放置在心脏腔室中的冷冻消融导管的实施方案的远端部分的图示。
[0061] 详细描述
[0062] 在详细描述本公开之前，应理解，由于对于描述的本公开可以做出各种改变或修 改并且等价物可以代替而不脱离本公开的精神和范围，因此本公开不限于本文所陈述的特 定变型。在阅读本公开时将对于本领域技术人员明显的是，本文描述和说明的单独实施方 案中的每一个具有可以容易地从其它几个实施方案中的任一个的特征分离或者与其它几 个实施方案中的任一个的特征组合的独立部件和特征而不脱离本公开的精神或范围。此 外，可以做出许多修改以适应于特定情况、材料、物质组成、过程、对于对象的处理行为或步 骤、本公开的精神或范围。所有这样的修改旨在落入本文提出的权利要求的范围内。
[0063] 本文列举的方法可以以逻辑上可能的列举事件的任何顺序以及事件的列举顺序 进行。此外，在提供值的范围的情况下，应理解，在该范围的上限和下限之间的每个中间值 和在该阐明范围中的任何其它阐明的或中间的值包含在本公开之内。此外，可以预期，描述 的本发明变型的任何可选择的特征可以独立地或与本文描述的特征中的任何一个或多个 组合地被陈述并要求保护。
[0064] 除了主题可能在与本公开的主题冲突之外（在这种情况下，应当以本文介绍的主 题为准），本文提及的所有现有的主题(例如，公布、专利、专利申请和硬件)通过引用以其整 体并入本文。引用项被提供仅因为其公开先于本申请的申请日。本文所有的内容都不解释 为承认本公开因为在先的公开而没有资格先于这些材料。
[0065] 提及单数项包括有存在多个相同项的可能性。更具体地，如本文和所附的权利要 求中使用的，单数形式"一个(a)"、"一个(