专利名称：有用于填充低温容器的停留站的冷冻消融系统和相关方法
技术领域：
本申请要求于2009年4月30日提交的、名称为“Single Phase liquid Cooling System(SPLCS) for Cryoablation ^Treatment (用于冷冻消融治疗的单相液体冷却系统 (SPLCS)) ”的第61/174132号临时专利申请的优先权。
背景技术：
本发明涉及用于执行冷冻手术的冷却系统。更具体地讲，本发明属于以下冷却系统，所述冷却系统使用以下热隔绝冷冻剂容器，所述热隔绝冷冻剂容器可连接到冷冻探针， 用于将生物组织冷冻到低温温度。本发明尤其但非排除性地用于冷冻系统中，其中液体冷冻剂在其流动通过低温容器和冷冻探针尖端之间的系统时保持液体状态。各种冷冻探针具有小的形状和尺寸以实现生物组织的选择性冷却。由将直接热接触将被治疗的目标生物组织的冷冻探针的一部分(例如冷冻探针尖端)提供冷却。对于许多冷冻治疗应用，低于-90°C的温度是期望的，但是特定应用将在达到0°C的更温暖的温度。诸如氮、氩、氧化亚氮、二氧化碳、各种碳氢化合物/碳氟化合物等各种液体冷冻剂已经被尝试用于冷冻治疗应用。液氮具有大约-200°C的非常理想的低温，但是当其被注入到与周围温暖生物组织热接触的冷冻探针的冷冻区时，其温度升高到高于沸点温度 (_196°C)。因此，其蒸发并在大气压下体积膨胀几百倍，并从探针尖端迅速吸收热。当冷冻探针的微针头被气氮“阻塞”时，这种体积的极大增长导致“气阻”现象。已经提出了若干液氮冷却系统。例如，用于将液氮供应到冷冻探针尖端的改进的冷冻手术系统在均被授予Baust等人的美国专利第5520682号和美国专利第719 号中公开。此外，用于将液氮直接和/或间接供给到冷冻探针尖端的系统在被授予Rubinsky等人的美国专利第5，334，181号中公开。对于这些和其它类似类型的系统，冷冻手术实践显示出基于使用液氮作为冷却微型冷却探针尖端的工具的当前冷却系统不是实际可行的。在大部分上，这是由于在不可避免的“气阻”之后，液氮迅速转变为气态。2009年4月17日提交的、授予Babkin等人的、名称为“Method and System for Cryoablation Treatment (用于冷冻消融治疗的方法和系统)，，专利申请第12/425，938号描述了一种单相液体冷却系统(SPLCS)，所述单相液体冷却系统用于利用以下冷冻探针执行冷冻手术，所述冷冻探针即使在液体冷冻剂与温暖的生物组织接触的同时，随着液体冷冻剂流动经过系统保持液体冷冻剂处于液体状态，该申请通过引用全文被包含于此。在 Babkin的申请中描述的系统避免了气阻问题。但是，其描述了包括通过低温冷冻器的通路的从冷冻剂源至冷冻手术装置的精细流动路径。尽管如上所述，仍希望改进的冷却手术冷却系统。
发明内容
一种用于治疗生物组织的冷冻消融系统，所述冷冻消融系统具有冷冻消融设备，所述冷冻消融设备包括液体冷冻剂停留站和一个或多个热隔绝容器。所述热隔绝容器适于保持所述液体冷冻剂并可置于或安装在所述停留站中，以被填充。可通过装填、补充或直接冷却液体冷冻剂来进行所述填充。冷冻器将液体冷冻剂冷却到预定低温温度(例如小于_100°C )。在一个实施例中， 脉冲管冷冻器(PTR)提供冷却能量以冷却所述冷冻剂。这种冷却的液体冷冻器随后被供给到热隔绝低温容器中。每个容器按此方式被补充或再装填。在另一实施例中，冷冻器包括冷冻器管线和冷冻器元件，当容器停留时冷冻器元件插入到所述容器中。所述冷冻器元件将热能传导到液体冷冻剂以在液体处于容器中的同时将所述液体冷冻剂直接冷却。容器与冷冻消融设备或冷冻探针可连接。第一容器或供给容器被填充或装填有预定低温温度的液体冷冻剂。供给容器随后经入口管线流体连接到冷冻探针。在一个实施例中，所述入口管线通过真空壳隔热。所述入口管线建立了低温供给容器和冷冻探针尖端部分之间的流体连通。所述冷冻探针还包括从冷冻探针尖端部分朝近端延伸至第二接收容器或空接收容器的返回管线。沿着液体冷冻剂的流动路径的泵驱动液体从第一容器到达冷冻探针尖端部分，然后到达第二容器或空容器。冷冻探针的轴可为柔性或刚性的。在一个实施例中，所述冷冻探针是气囊导管。所述冷冻探针可适于消融或执行多种治疗。热隔绝容器的形状和大小可变化。在一个实施例中，所述低温容器是手持大小的或微型的容器，所述手持大小的或微型的容器具有保护性隔热壳或盖。所述隔热件被去除并且所述容器被放置于冷却器或停留站的浴中，以将液体冷冻剂冷却到预定低温温度。在另一实施例中，所述容器以一个单元或模块的形式成对布置。每个模块因此包括供给容器和接收模块。所述模块停留在所述冷冻器中并在操作中作为一个单元连接到冷冻消融设备。在另一实施例中，所述容器是单个单元，停留在冷冻器中并作为单个单元连接到冷冻消融设备。在另一实施例中，用于治疗组织的冷冻消融设备包括冷冻消融探针，所述冷冻消融探针包括远端治疗部分、液体冷冻剂入口管线和液体冷冻剂返回管线。用于保持液体冷冻剂的第一热隔绝容器可拆卸地联接到所述入口管线。用于保持所述液体冷冻剂的第二热隔绝容器可拆卸地联接到所述返回管线。所述液体冷冻剂在保持液体状态而不蒸发的同时被从所述第一容器中抽吸，经过所述入口管线，抵达所述冷冻探针，并且通过所述返回管线抵达所述第二容器。在另一实施例中，利用容器上的多个口可将多于一个冷冻探针连接到单个容器，或者在液体冷冻剂入口管线上的“分裂件”接头导向多于一个冷冻探针。在另一实施例中，一种方法包括利用冷的液体冷冻剂填充一个或多个热隔绝容器。通过装填、冷却或补充来执行填充。低温容器中的一个通过入口管线与冷冻探针连接。 所述冷冻消融探针被激活。在液体冷冻剂基本保持在预定低温温度的同时，冷的液体冷冻剂被抽吸到其用于冷冻手术的冷冻探针尖端。所述第一容器变得基本清空液体冷冻剂。接着，所述方法包括将第一容器或供给容器从冷冻探针拆卸，并将第二冷却液体冷冻剂填充的容器连接到所述冷冻探针的入口管线。第一容器(现在是空的)或另一空容器随后连接到冷冻探针的返回管线。其成为接收容器。所述冷冻探针被激活，其中来自第二容器的冷却液体冷冻剂被供给通过所述入口管线到达所述冷冻探针，在所述冷冻探针处液体冷冻剂变温暖，并通过返回管线到达接收容器。利用泵驱动液体冷冻剂。在一个实施例中，执行抽吸所述液体冷冻剂，使得液体冷冻剂在从供给容器输送通过冷冻探针并抵达接收容器的同时保持单相液体状态。在另一实施例中，所述方法还包括将装填有温暖的返回液体的第一容器断开，并将其安装在停留站中，以被再填充。在另一实施例中，所述步骤重复至少一次，使得多于一个容器被填充、清空、再装填和再填充。在另一实施例中，通过从容器中去除隔热件和将容器置于冷却介质中执行所述填充。在另一实施例中，通过用来自停留站的冷的液体冷冻剂来补充来自容器的温暖的液体冷冻剂来执行所述填充。在另一实施例中，设置了一个或多个模块，每个模块包括供给容器和接收容器。所述模块可作为一个单元连接到所述冷冻探针或连接到停留站。在另一实施例中，所述冷冻探针在开环构造中操作，其中在所述液体冷冻剂被从冷冻探针朝下游输送并被注入到周围环境或别处之前，所述液体冷冻剂保持在液体状态下。本发明的描述、目的和优点将从以下结合附图的具体实施方式
中变得清楚。
图1-2是示出采用可互换液体冷冻剂容器的液体冷冻剂停留站(docking station)和冷冻探针的示意图。图3-4是示出采用可互换液体冷冻剂模块的液体冷冻剂停留站和冷冻探针的示意图。图5-6是示出采用可互换液体冷冻剂容器的另一液体冷冻剂停留站和冷冻探针的示意图。图7-8是示出采用可互换液体冷冻剂模块的另一液体冷冻剂停留站和冷冻探针的示意图。图9是示出在开放循环冷冻手术操作中采用可互换液体冷冻剂容器的液体冷冻剂冷冻探针的示意图。
具体实施例方式在详细描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文阐述的特定变形，这是由于在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对描述的本发明做出各种改变和修改，并且可用等同物进行替换。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，在阅读本公开之后，本文描述和示出的每个独立的实施例具有可容易地与任何其他几个实施例的特征分离或合并的离散组件和特征。此外，可做出许多修改以适应本发明的特定情形、 材料、物质的组合物、对对象的加工、加工行为或步骤、精神或范围。所有这些修改旨在落入本文限定的权利要求的范围内。
本文所述的方法可按照所述事件的逻辑上可行的任意次序来执行，如同事件的所述次序。此外，当提供值的范围时，应当理解，该范围的上限和下限之间的每个中间值以及在所述范围中的任何其他列出的或中间值被包括在本发明的范围内。另外，可以预期，所描述的本发明的变型的任何可选特征可独立地阐述和要求权利，或与本文描述的任何一个或多个特征结合地阐述和要求权利。本文描述的所有现有的主题(例如，公开、专利、真理申请和硬件)通过引用被全文包含于此，除非所述主体可能与本发明的主体抵触(在这种情况下，本发明应当占优势)。引用的项目被单独提供，它们的公开先于本申请的申请日。本文中的内容不应被理解为承认本发明没有权利凭借现有发明领先于这种材料。参照单数形式，包括存在多个呈现的相同的项的可能性。更具体地讲，如本文和权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”、“上述”包括多个指示物，除非上下文清楚地说明不是这样。还应注意，权利要求可被撰写为排除任何选择性的元件。这样，这种陈述旨在用作先成基础，以使用与所列举的要求权利的元件连用的这种排除性的术语，如“单独地”、“仅”等，或使用“消极”限定。最后，应当理解的是，除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的相同的含义。参照图1，冷冻消融系统10包括冷冻器11，冷冻器11具有处于预定低温温度(例如低于-100°C )的液体冷冻剂12和多个热隔绝容器或罐13a、13b、13c、13d。容器13c和 1 被显示为停留在停留站中或冷冻器的室14中。容器被显示为具有隔热件116。隔热件 116可为真空壳或另一类型，诸如隔热涂层或可拆卸盖或壳。容器13可由多种材料制成。合适的材料的实例包括但不限于不锈钢和铝。另外， 容器的大小可变化，并且优选的形状为手持式柱形瓶(例如300ml的水瓶)。容器13的容积可变化并在从30mL至200mL的范围内。容器的容积可对应于执行一个手术所需的液体冷冻剂的体积，并可能为执行10个手术所需的液体冷冻剂的体积，更优选在执行1 2个冷冻消融手术所需的液体冷冻剂的体积之间。在图1所示的实施例中，冷冻器11保持液体冷冻剂12并使液体冷冻剂12循环到容器13c、13b中。液体冷冻剂12—开始被冷却并随后供给到热隔绝低温容器中。冷冻器 11补充或填充容器中的液体冷冻剂12。具有温度调节装置的诸如例如脉冲管冷冻器(PTR) 或斯特林低温冷却器的冷冻器可用于冷却液体冷冻剂。优选的冷冻剂是在低压下工作的一种冷冻剂，是可市售的，并且是无毒的。适用于本发明的液体冷冻剂的非限制性实例在下表中列出。
冷冻剂化学式分子质量(kg/mol)正常凝固点(V )R124C2HClF4136. 5-199R218188. 02-150R290C3H844. 1-188R1270C3H642. 08-18权利要求
1.一种用于治疗生物组织的冷冻消融系统，所述系统包括一个或多个热隔绝低温容器，所述热隔绝低温容器用于保持液体冷冻剂；冷冻器，所述冷冻器包括容器停留站，所述容器停留站用于当所述容器停留在所述站中时冷却容纳在所述容器内的所述液体冷冻剂，其中每个所述容器包括连接器，该连接器适于可拆卸地连接到冷冻消融探针的入口管线，使得当所述冷冻探针与填充有冷却的液体冷冻剂的容器连接时，所述液体冷冻剂从所述容器通过所述入口管线被输送到所述冷冻探针。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷冻器包括冷冻剂元件，并且所述冷冻剂元件被放置为当所述容器停留时与所述容器内的所述液体冷冻剂直接接触，使得所述冷冻剂元件将热能传递到所述容器中的所述液体冷冻剂。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷冻器包括至少一个填充管线，所述填充管线当所述容器置于所述停留站中时能流体连接到所述容器中的一个容器，使得所述容器能够补充处于低温温度的液体冷冻剂。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括所述冷冻探针。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括沿着所述液体冷冻剂的流动路径设置的液体泵。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括沿着所述液体冷冻剂的流动路径的返回管线， 所述返回管线引导所述液体冷冻剂离开所述冷冻探针。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述返回管线能可拆卸地连接到所述容器的连接器，使得所述冷冻探针能够经所述入口管线连接到第一容器，并同时经所述返回管线连接到第二容器。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述入口管线、泵、冷冻探针和返回管线操作以用于将所述液体冷冻剂沿着所述流动路径保持处于单相液体状态。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体冷冻剂选自由R124、R218、R290,R1270 和R600A组成的组。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一容器和所述第二容器形成一个模块。
11.根据权利要求2所述的系统，其中所述容器包括可拆卸的隔热件。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述停留站是冷却室。
13.根据权利要求4所述的系统，其中所述冷冻探针是选自由柔性导管和刚性器械组成的组中的一种装置。
14.根据权利要求14所述的系统，其中所述冷冻探针是气囊导管。
15.一种用于治疗组织的冷冻消融设备，包括冷冻消融探针，所述冷冻消融探针包括远端治疗部分、液体冷冻剂入口管线和液体冷冻剂返回管线；第一热隔绝容器，所述第一热隔绝容器用于保持液体冷冻剂，所述第一容器可拆卸地联接到所述入口管线；和第二热隔绝容器，所述第二热隔绝容器用于保持所述液体冷冻剂，所述第二容器可拆卸地联接到所述返回管线，从而所述液体冷冻剂在保持液体状态而不蒸发的同时被从所述第一容器中泵送通过所述入口管线而到达所述冷冻探针，并且通过所述返回管线而到达所述第二容器，其中，所述第一容器和第二容器每个的尺寸被确定为用于当被填充时保持 30ml和2000ml之间的液体冷冻剂的体积。
16.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻消融探针包括围绕所述入口管线的真空空间。
17.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻消融探针还包括液体泵。
18.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻消融探针包括刚性轴。
19.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述第一容器和所述第二容器作为一个整体模块一起协同工作。
20.一种用于治疗生物组织的冷冻消融系统，所述系统包括多个手持大小的容器，所述容器用于保持液体冷冻剂；可拆卸的热隔绝壳，所述可拆卸的热隔绝壳围绕所述容器中的每个容器；和冷冻器，所述冷冻器包括容器外壳，用于当所述容器置于所述外壳中时冷却容纳在所述容器内的所述液体冷冻剂，其中每个所述容器包括连接器，该连接器适于可拆卸地连接到冷冻消融探针的入口管线，使得当所述冷冻探针与填充有冷却的液体冷冻剂的容器连接时，所述液体冷冻剂从所述容器通过所述入口管线被输送到所述冷冻探针。
21.一种用于使用手持式冷冻探针的方法，所述方法包括(a)利用停留站填充第一热隔绝容器和第二热隔绝容器，使得所述第一容器和所述第二容器中的每个保持处于低温温度的冷的液体冷冻剂；(b)将冷的液体冷冻剂填充的第一容器连接到所述冷冻探针的入口管线；(c)激活所述冷冻探针，直至所述第一容器基本清空所述液体冷冻剂为止；(d)将所述第一容器从所述冷冻探针拆卸下来；以及(e)将冷的液体冷冻剂填充的第二容器连接到所述冷冻探针的所述入口管线。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括(f)在所述步骤(c)之后，将所述第一容器连接到所述冷冻探针的返回管线；和(g)激活所述冷冻探针，其中来自所述第二容器的所述冷的液体冷冻剂通过所述入口管线被输送到所述冷冻探针，在所述冷冻探针处所述液体冷冻剂变暖，并通过所述返回管线到达所述第一容器。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括(h)在步骤(g)之后，将所述第一容器从所述返回管线断开；以及(i)将所述第一容器停留在所述停留站中，以用冷的液体冷冻剂填充所述第一容器。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括(j)将所述第二容器从所述入口管线拆卸，并将所述第二容器连接到所述冷冻探针的所述返回管线；以及(k)将所述冷冻探针的所述入口管线与包括冷的液体冷冻剂的来自所述停留站的容器连接起来。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括将从所述冷冻探针返回的液体冷冻剂释放到大气中。
26.根据权利要求21所述的方法，其中步骤(a)中的所述填充利用在所述停留站中循环的中间液体冷冻剂来执行。
27.根据权利要求22所述的方法，还包括在所述激活步骤中利用液体泵泵送所述液体冷冻剂，使得所述液体冷冻剂在从所述第二容器通过所述冷冻探针被输送到所述第一容器的同时保持在单相液体状态。
28.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一容器是第一模块的组件，并且所述第一模块还包括接收容器，并能作为一个单元与所述冷冻探针连接。
29.根据权利要求21所述的方法，其中所述填充通过利用来自所述停留站的冷的液体冷冻剂来补充来自所述容器的温暖的液体冷冻剂来实现。
30.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻消融探针包括柔性导管。
31.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，还包括第一冷冻消融探针和第二冷冻消融探针。
32.根据权利要求31所述的冷冻消融系统，还包括所述入口管线，并且其中所述入口管线包括分裂件，所述分裂件将所述冷冻剂从所述容器沿着第一分支管线引导至所述第一冷冻消融探针，并沿着第二分支管线引导至所述第二冷冻消融探针。
33.根据权利要求31所述的冷冻消融系统，其中所述容器中的每个容器适于与多个入口管线连接，用于将所述冷冻剂从所述容器中的每个容器输送到多个冷冻消融探针。
全文摘要
一种冷冻消融系统包括用于保持液体冷冻剂的热隔绝容器。所述容器被置于停留站中，停留站利用适于执行外科手术的低温温度的液体冷冻剂填充所述容器。被填充的容器能可拆卸地与冷冻消融探针的入口管线连接。当冷冻探针被激活时，冷的液体冷冻剂从供给容器输送经过冷冻探针并到达回收容器。所述回收容器在设计方面优选地与供给容器相同。所述再装填的回收容器随后置于停留站中以被填充。在另一实施例中，模块包括结合作为一个单元的供给容器和回收容器。本发明还描述了方法。
文档编号A61B18/02GK102413785SQ201080018877
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者威廉·尼达姆, 巴龙·尼达姆, 彼得·利特拉普, 阿莱克谢·巴布金 申请人:克莱米迪克斯有限责任公司