具有冷却剂流体冷却的热电模块的冷却导管的制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明总的来说涉及导管，并且具体来说涉及用于在治疗部位进行冷冻疗法的冷冻导管（cryocatheter)〇【
背景技术：
】[0002]本发明涉及具有伸长柔性导管部件和短刚性导管尖端（cathetertip)的导管。根据预期临床应用而定，导管部件通常大约〇.5m到1.5m长。刚性导管尖端通常大约0.8cm到1.5cm长。导管部件和导管尖端具有2.3mm到3.3mm的外径，对应于法式孔径计7-10。导管尖端在引导导管圆顶中收端，引导导管圆顶通常由例如铂、铱及其类似物的生物相容性材料形成。对于某些手术程序，在单次临床程序中，导管尖端意在经由可从外部接入的接入端口（操控将沿着人体内腔执行）引入到人体内腔中，到达治疗部位以在此处执行治疗，然后沿人体内腔拉回导管尖端，在接入端口处离开人体内腔。更具体地说，本发明针对用于在冷冻温度下在治疗部位执行冷冻疗法的冷冻导管，在本发明的情形下，冷冻温度是-l〇°C和更冷的零下尖端温度。[0003]目前利用焦耳-汤姆森效应实施冷冻导管，亦即，使得液体、气体或蒸汽制冷剂通过70巴到150巴的压力线，以通过导管尖端处的约束件离开，从而产生压力损失，随之产生热损失和快速冷却，以将导管尖端冷冻到冷冻温度。示范性的现有技术专利公开案尤其包含授予Wijkamp的名称为"冷冻消融导管（Cryo-AblationCatheter)"的美国专利No.5,807,391、名称为"具有冷冻和电热消融的导管（CatheterwithCryogenicandElectricalHeatingAblation)"的美国专利申请公开案No.2011/0196359、名称为"尤其适合于经支气管镜活检的冷冻手术工具（CryosurgicalInstrumentparticularlysuitablefortransbronchialbiopsy)"的PCT国际公开案No.TO2010/121739等等。[0004]冷冻导管可以用几个商标名称从MedtronicCryoCath,Inc.www.cryocath.com购买到，其中尤其包含Freezor?MAX心肌冷冻消融导管、和ArcticFront?心肌冷冻消融导管。冷冻导管利用氧化亚氮或氩制冷剂，并且能够在4到5分钟时间从人体组织热传递几十瓦的热能，用于将导管尖端冷冻到-150Γ那么低，以形成高达20mm直径的大小的所谓的冰球，以用于高冷冻能量目的，例如冷冻消融等等。冷冻导管还在部分冷冻能力下操作，以用于低冷冻能量和中等冷冻能量目的，例如在通常-l〇°C到-20°C的狭窄的温度范围下的冷冻标测程序等等。冷冻导管被认为比非冷冻导管更难操控，因为其构造能经受住高压，这样可能导致更难操控导管将其送到期望的治疗部位。此外，冷冻导管非常昂贵。【
发明内容】[0005]本发明针对包含冷冻导管的冷冻导管系统，所述冷冻导管具有伸长柔性导管部件和短的刚性导管尖端，用于在治疗部位处执行冷冻疗法。在单个临床程序中，导管尖端通常经由可从外部接入的接入端口引入到人体内腔中，以沿人体内腔推到治疗部位，用于在这里执行冷冻疗法，然后沿人体内腔拉回，使其在接入端口离开人体内腔。本发明的冷冻导管包含至少一个热电模块，用于将导管尖端的外表面直接冷冻到紧邻37°C人体温度治疗部位的从-l〇°C到-30°C的冷冻温度，以便临时冷冻人体组织以执行冷冻程序，然后对导管尖端进行解冻，以准许从人体内腔去除冷冻导管。本发明的冷冻导管另外包含热交换布置，其与外部冷却剂流体源流连通，用于提供下游冷却剂流体流，以便使冷却剂流体流穿过其中，以冷却至少一个热电模块的热电模块热侧，以便冷冻导管尖端的外表面。[0006]非冷冻导管长期以来一直使用热电模块来冷却和/或加热导管尖端以便在治疗部位执行治疗。示范性现有技术专利公开案尤其包含US7,238184,W094/19833,名称为"具有复热式热交换器的热电装置（ThermoelectricDeviceswithRecuperativeHeatExchangers)"，WO02/080766,名称为"脂质池处理（TreatmentofLipidPool)"等等。此类非冷冻导管采用一系列散热器技术将与热电模块的用于冷却其导管尖端的热电模块冷侧对置的热电模块的热电模块热侧冷却到人体温度以下，但是远远高于本发明的冷冻导管能实现的冷冻温度。散热器技术尤其包含导热实芯散热器，使用紧邻治疗部位的血池等等。[0007]W002/080766第6页第11行公开了一种导管组合件70,其具有"冷"底面200，用于固化或"冷冻"位于动脉100内的发炎且不稳定的脂质池110。W002/080766导管组合件70可以采用热电模块，例如，可以从德国柏林-阿德勒斯霍夫区的TECMicrosystemsGmbH(www.tecmicrosystems.com)购买到。合适的热电模块尤其包含1MD03-008-4、11?03-036-4及其类似物，其在其热电模块热侧和冷侧两端30°(：到40°(：温差下具有25%到30%的热效率。热电模块两端的较大温差会使其热效率严重降低，并且被视为不合实际。TO02/080766导管组合件70通过血流冷却，因此可以显示，在比如15%到20%热效率下操作的前述热电模块能够将底面200冷却到比如大约10°C，这足以固化发炎或不稳定脂质池，但不能将底面200冷却到零下温度。[0008]本发明是基于如下认识：可以设计热交换布置，以便在3到4分钟的持续时间中从热电模块热侧进行充分的热传递，以在紧邻37°C人体温度治疗部位的区域将导管尖端的外表面冷冻到从-l〇°C到-30°C的冷冻温度，以便在治疗部位产生不同形状和不同尺寸的冷冻人体组织。此类冷冻能力能够冷冻人体组织以形成6.0_到8.0_直径的冰球，其适合于低和中等冷冻能量冷冻治疗程序，例如阻挡人体组织中的生物活性，提供50克的锚定力等等。本发明的冷冻导管不能供应与上文描述的焦耳-汤姆森冷冻导管相同的高冷冻能量，但是据设想，本发明的冷冻导管将比焦耳-汤姆森冷冻导管便宜很多，因此，是低和中等冷冻能量冷冻治疗程序的优选的选项。此外，本发明的基于热电模块的冷冻导管比焦耳-汤姆森效应冷冻导管更容易控制。[0009]可以显示，在3到4分钟持续时间内需要从大约1.5瓦到大约2.0瓦热能的热传递以在37°C人体温度治疗部位处将局部人体组织冷冻到从大约-10°C到大约_25°C。因此，基于前述实际的30%热效率，需要本发明的热交换布置从至少一个热电模块的热电模块热侧热传递从大约6.5瓦到7.5瓦的热能。这个热能考虑到需要从有待冷冻的人体组织吸收的热能和经施加以操作至少一个热电模块的电能。为了让热电模块的热电模块冷侧具有大约-10°C到-30°C之间的冷冻温度，其热电模块热侧必须具有大约10°C的温度，如通过前述热电模块热侧与热电模块冷侧两端的30°C到40°C温差所指定。下游冷却剂流体流可以冷却到不低于接近比如大约:TC的冷冻温度，以防其可能在递送到导管尖端之前就发生冷冻。因此，下游冷却剂流体流在其递送到导管尖端之后具有比如平均大约5°C的下游温度，以在下游冷却剂流体流与热电模块热侧之间留下大约5°C温差。根据导管尖端中的热电模块的纵向或横向部署，其热电模块热侧具有20+10_2的占用面积。热电模块的纵向和横向部署相应地与导管部件的纵轴共向或者横向于导管部件的纵轴。通常纵向热电模块的热侧占用面积比横向热电模块大。因此，本发明的热交换布置必须设计成能够从20+10mm2热电模块热侧吸收7.5W热能，这代表的是从大约250Kw/m2到750Kw/m2的相当大热密度的散热。[0010]本发明包含两种类型的热交换布置以如下实现这样高的热传递程度：第一，所谓的散热器模块。以及第二，所谓的射流冲击模块。[0011]前者包含与至少一个热电模块的热电模块热侧热能连接的散热器。散热器由高导热性材料制成，这类材料通常具有至少170W/VC的导热系数。合适的材料尤其包含金属、碳基导热材料及其类似物。散热器设计成具有比热侧占用面积至少大四倍的总热交换面积，以便吸收大约7.5瓦的热能。本发明设想如下的散热片的几个不同的实施方案：鳍片式散热器。盘管散热器。导线网圆盘的散热器堆叠。多孔散热器。[0012]后者采用冷却剂流体供给管，其提供一或多个冷却剂流体射流，冷却剂流体供给管优选地直接抵靠着热电模块热侧，以便从热电模块热侧热传递7.5瓦热能。关于使用当前第1页1 2 3 4 5