CN109846543B

CN109846543B - 基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法

Info

Publication number: CN109846543B
Application number: CN201910182944.8A
Authority: CN
Inventors: 阿列克谢·V·巴布金; 斯蒂文·W·科瓦尔切克; 余晓宇
Original assignee: Adagio Medical Inc
Current assignee: Adagio Medical Inc
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2034-09-22
Also published as: IL275866A; ES2928221T3; US20160220294A1; IL275866B; AU2014327045A1; JP6409057B2; BR112016006214A2; WO2015047961A3; KR102300577B1; JP6602926B2; JP2018192299A; JP2020022772A; CA2922970C; EP3049005B1; US20200261136A1; CN105578979B; JP6837118B2; CA2922970A1; US11179186B2; BR112016006214B1

Abstract

本申请涉及基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法。一种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可以包括长形轴、柔性远端组织治疗部分以及远端尖端。多个柔性管可以延伸穿过该远端治疗部分以从该远端尖端输送近临界流体以及将该近临界流体输送至该远端尖端。该远端治疗部分还可以包括环绕递送管的柔性流体密封覆盖物或阻挡层。覆盖物和管可以共同界定用流体导热介质填充的空间。导热介质、流体递送管和覆盖物可以布置成使得穿过管束的该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。

Description

基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法

本申请是申请日为2014年9月22日，申请号为201480052756.9，发明名称为“基于血管内近临界流体的冷冻消融导管及相关方法”的申请的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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℃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℃)。因此，损伤透壁是非常难以实现的。

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℃)。

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，这种膨胀程度一致引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。

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。

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。

概述

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。

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。

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。

在实施方案中，基于血管内近临界流体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℃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0.10毫米和1.0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。

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。

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。

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。

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。

本发明还涉及以下方面：

1)一种基于血管内近临界流体的冷冻消融导管，所述冷冻消融导管用于形成组织中的长形的纵向连续损伤，所述导管包括：

长形轴；

柔性远端组织治疗部分；

远端尖端；

至少一个流体递送管，其延伸穿过所述远端治疗部分以朝着所述远端尖端输送近临界流体；以及

至少一个流体回流管，其延伸穿过所述远端治疗部分以远离所述远端尖端输送所述近临界流体；

并且其中，所述远端治疗部分包括环绕所述至少一个流体递送管和所述至少一个流体回流管的柔性流体密封覆盖物，所述覆盖物界定在所述至少一个流体递送管和所述至少一个流体回流管和所述覆盖物之间的空间，并且其中，所述空间包括流体导热介质；

并且其中，所述覆盖物和所述导热介质和所述至少一个流体递送管以及所述至少一个流体回流管配置为一起操作，使得穿过所述至少一个流体递送管和所述至少一个回流管的所述近临界流体的流在目标组织和所述导管的所述远端治疗部分之间传递热量，从而形成所述组织中的所述长形的纵向连续损伤。

2)根据1)所述的导管，其中，所述远端治疗部分包括从2cm到10cm范围的长度。

3)根据1)-2)中任一项所述的导管，其中，所述远端治疗部分包括相当于足以在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的距离的长度。

4)根据1)-3)中任一项所述的导管，其中，所述远端治疗部分包括与在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的心内膜线匹配的表面轮廓。

5)根据1)-4)中任一项所述的导管，其中，所述远端治疗部分包括与在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的形状匹配的形状。

6)根据1)-5)中任一项所述的导管，其中，所述至少一个流体回流管包括多个流体回流管，并且所述至少一个流体递送管包括多个流体递送管。

7)根据6)所述的导管，其中，所述多个流体回流管和所述多个流体递送管共同形成管束，并且所述导热介质在所述多个流体递送管和所述多个流体回流管之间以及围绕所述多个流体递送管和所述多个流体回流管填充所述空间。

8)根据1)-5)中任一项所述的导管，其中，所述至少一个流体回流管包括多个流体回流管。

9)根据8)所述的导管，其中，所述多个流体回流管周向地环绕所述至少一个流体递送管。

10)根据6)-7)中任一项所述的导管，其中，所述多个流体回流管中的每一个布置为平行于并且邻近于所述多个流体递送管中的至少一个流体递送管。

11)根据1)-10)中任一项所述的导管，其中，所述至少一个流体递送管同轴地布置在所述至少一个流体回流管内。

12)根据1)-11)中任一项所述的导管，其中所述覆盖物包括外骨架。

13)根据12)所述的导管，其中，所述外骨架包括金属。

14)根据12)所述的导管，其中，所述外骨架包括金属和聚合物组合。

15)根据12)-14)中任一项所述的导管，其中，所述外骨架是波纹管状的。

16)根据1)-15)中任一项所述的导管，其中，所述远端治疗部分包括用于可控地偏转所述远端治疗部分的至少一部分的铰接构件。

17)根据16)所述的导管，其中，所述远端治疗部分还包括脊柱元件，所述铰接构件和所述脊柱元件一起配合以使所述远端治疗部分的移动偏斜。

18)根据1)-17)中任一项所述的导管，包括与所述导热介质流体相连通的压力传感器。

19)根据1)-18)中任一项所述的导管，其中，所述组织治疗部分还包括导热流体注射线，以将所述导热介质输送至所述空间。

20)根据1)-19)中任一项所述的导管，其中，所述导热介质是水。

21)根据12)-15)中任一项所述的导管，其中，所述外骨架包括弹簧构件。

22)根据1)-21)中任一项所述的导管，其中，覆盖物包括聚合物涂层。

23)根据12)-14)和21)中任一项所述的导管，其中，所述外骨架包括射线不透性元件，使得所述外骨架在荧光透视检查下是可见的。

24)根据1)-23)中任一项所述的导管，还包括与所述导热介质流体相连通的温度传感器。

25)根据1)-24)中任一项所述的导管，其中，所述至少一个流体递送管和所述至少一个流体回流管是柔性的。

26)根据1)-25)中的任一项所述的导管，其中，所述覆盖物由镍钛诺合金制成。

27)一种基于血管内近临界流体的冷冻消融导管，所述冷冻消融导管用于形成组织中的长形的纵向连续损伤，所述导管包括：

长形轴；

柔性远端组织治疗部分；

远端尖端；

多个流体递送管，其延伸穿过所述远端治疗部分以朝着所述远端尖端输送近临界流体，所述流体递送管中的每一个被柔性的流体密封流体递送覆盖物环绕，并且在所述流体递送覆盖物和所述流体递送管之间的空间填充有导热介质；

多个流体回流管，其延伸穿过所述远端治疗部分以远离所述远端尖端输送所述近临界流体，所述流体回流管中的每一个被柔性的流体密封流体回流覆盖物环绕，并且其中，在所述流体回流覆盖物和所述流体回流管之间的间隙填充有所述导热介质；并且

其中，所述多个流体递送管和环绕所述流体递送管中的每一个流体递送管的所述导热介质，以及所述多个流体回流管和环绕所述流体回流管中的每一个流体回流管的所述导热介质配置为一起操作，使得穿过所述流体递送管和所述流体回流管运输的所述近临界流体的流在目标组织和所述导管的所述远端治疗部分之间传递热量，从而形成所述组织中的所述长形的纵向连续损伤。

28)根据27)所述的导管，其中，所述流体回流覆盖物由镍钛诺合金制成。

29)根据27)-28)中任一项所述的导管，其中，所述流体递送覆盖物由镍钛诺合金制成。

30)根据27)-29)中任一项所述的导管，其中，所述导热介质是水。

31)一种基于血管内近临界流体的冷冻消融方法，所述冷冻消融方法用于形成心脏组织中的长形的纵向连续损伤，所述方法包括：

经由皮肤地将包括远端治疗部分的导管插进患者的血管中；

将所述远端治疗部分指引至心脏，并且穿过心脏中的开口直到所述远端治疗部分在心脏中的空间内；

沿着心脏的内壁抵靠着心脏组织的线性布置的目标部分操控所述导管的所述远端治疗部分；

通过穿过延伸通过所述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形成所述长形的纵向连续损伤，同时用保护覆盖物以及在所述覆盖物和所述至少一个流体递送管和所述至少一个流体回流管之间的导热介质提供泄露保护；以及

在阈值条件被建立后停止所述形成步骤。

32)根据31)所述的方法，其中，所述阈值条件是选自由以下项组成的组中的阈值条件：损伤长度、损伤厚度、经历的时间、转移的能量、温度变化、压力变化、流速变化、功率变化。

33)根据31)-32)中任一项所述的方法，其中，所述停止步骤是基于经历的时间。

34)根据31)-33)中任一项所述的方法，其中，形成所述损伤的步骤通过形成具有从2cm到10cm范围的长度的所述损伤而进行。

35)根据31)-34)中任一项所述的方法，其中，形成所述损伤的所述步骤通过形成具有对于所述导管的所述远端治疗部分的与心脏壁接触的整个长度来说延伸心脏壁的整个厚度的厚度的所述损伤而进行。

36)根据31)-35)中任一项所述的方法，其中，形成所述损伤的所述步骤通过经过包括多个流体递送管和多个流体回流管的管束循环所述近临界流体而进行。

37)根据31)-36)中的任一项所述的方法，其中，所述操控步骤包括可控地偏转所述远端治疗部分。

38)根据31)-37)中任一项所述的方法，其中，所述目标部分选自透壁心内膜损伤的组：1)在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的损伤，2)在左下肺静脉和右下肺静脉进入心房的入口之下的损伤，以及3)在右上肺静脉和右下肺静脉进入心房的入口的右侧上的竖直损伤。

39)根据31)-38)中任一项所述的方法，还包括监测在所述覆盖物内的所述导热介质的压力。

40)根据31)-39)中任一项所述的方法，还包括监测在所述覆盖物内的所述导热介质的温度。

41)根据31)-40)中任一项所述的方法，还包括将引导导管插入血管中并且将所述冷冻消融导管经过所述引导导管来推进。

42)一种基于血管内近临界氮的冷冻消融系统，所述冷冻消融系统用于形成沿着心脏的内壁的损伤，所述系统包括：

近临界氮压力发生器；

近临界氮冷却器，其用于冷却所述近临界氮；

基于近临界氮的血管内冷冻消融导管，该血管内冷冻消融导管与所述发生器流体连通；以及

控制器，其是可操作的以更改所述近临界氮的流率，从而控制从所述导管的远端治疗部分递送至心脏的所述内壁的消融功率，其中，所述远端治疗部分配置为形成长度约2cm到约10cm的连续透壁损伤。

43)根据42)所述的系统，还包括当停止递送消融功率时发出信号的计时器。

44)根据42)-43)中任一项所述的系统，其中，所述导管的所述远端治疗部分包括外部的、柔性的覆盖物和布置在其中的导热介质。

45)根据44)所述的系统，还包括压力传感器，所述压力传感器用于感测所述导热介质的流体压力，并且所述控制器是可操作的以基于所述导热介质的流体压力来停止所述递送。

46)根据44)-45)中任一项所述的系统，还包括温度传感器，所述温度传感器用于感测所述导热介质的流体温度，并且所述控制器是可操作的以基于所述导热介质的流体温度停止所述递送。

47)根据44)-46)中任一项所述的系统，还包括柔性引导鞘管，所述冷冻消融导管是经过所述柔性引导鞘管可推进的。

附图说明

图1A图示了典型的冷冻剂相图；

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；

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；

图2A是低温冷却系统的实施方案的示意图；

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；

图3提供了图2A的冷却方法的流程图；

图4是低温冷却系统的实施方案的示意图；

图5是低温冷却系统的另一个实施方案的示意图；

图6是独立的手持型装置的实施方案的图示；

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；

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；

图9是冷冻探针的实施方案的透视图；

图10是沿着图9的线10-10截取的视图；

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；

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；

图13图示了弯曲以便形成环的冷冻探针的实施方案；

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；

图15是沿着图14的线15-15截取的视图；

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

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。

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

图29B是图28中所示的多层管中的一个的放大视图；

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；

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；

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；

图32是进入心脏的血管内插管的实施方案的图示；以及

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。

具体实施方式

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。

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。

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。

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(an)”、“所述(said)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文清楚地另外指明。还应指出，权利要求可以起草成排除任何可选择的要素。因此，该声明旨在充当用于这样的排他术语如“仅仅”“只”以及与权利要求要素的列举有关的类似物的使用或者“否定”限制的使用的先行基础。

本公开的实施方案利用了使用冷冻剂的热力学过程，该冷冻剂提供冷却而不会遇到气塞的现象。

据此通过引用以其整体并入的颁布给Cox等人的美国专利第6,161,543号中描述了有延展性和柔性的冷冻探针。描述的探针具有有延展性的轴。有延展性的金属杆与聚合物复合以形成该轴。杆允许使用者按照需要塑造轴的形状，使得尖端可以到达要消融的组织。

据此通过引用以其整体并入的颁布给Potocky等人的美国专利第5,108,390号公开了高度柔性的冷冻探针，该冷冻探针可以穿过血管并且进入心脏中而没有除了血管本身之外的外部引导物。

几项专利公开了用于与冷冻消融系统一起使用的波纹管型组件的使用。例如，据此通过引用以其整体并入的颁布给Dobak等人的美国专利第6,241,722号公开了具有波纹管并且利用纵向可移动的焦耳-汤姆逊膨胀喷嘴(longitudinally movable Joule-Thomson nozzle of expansion)的低温导管。Dobak的'722装置优选地使用封闭的介质流路径以用于所采用的介质的再循环。

据此通过引用以其整体并入的Dobak等人的美国专利第5,957,963号中公开了柔性导管穿过患者的血管系统插入以将导管的远端尖端放置在供给患者的选择的器官的动脉中的使用。该'963专利公开了用于冷却流经动脉的血液的热传递波纹管。

据此通过引用以其整体并入的颁布给Damasco等人的标题为“CryosurgicalProbe With Bellows Shaft(具有波纹管轴的冷冻手术探针)”的美国专利第6,767,346号公开了具有波纹管轴的冷冻手术探针的使用。据此通过引用以其整体并入的颁布给Yu等人的标题为“有延展性的冷冻手术探针(Malleable Cryosurgical Probe)”的美国专利第6,936,045号公开了用于焦耳-汤姆逊喷嘴的冷冻手术探针。

加拿大魁北克蒙特利尔的CryoCath技术股份有限公司使用了名为

的注册商标的冷冻消融探针，其涉及具有有延展性的或波纹形的壳体的冷冻探针的使用。

然而，这种和其它类似产品的问题是这些冷冻探针对于最佳使用是不够柔性的并且还保留记忆。因此，通常有沿着冷冻的整个线的不完整/间断的热接触。小的接触面积提供了对于输送至组织的功率的限制。

此外，有关于冷冻消融设备的治疗区域的柔性和顺应性的实质限制。如果远端治疗部分太纤弱并且在覆盖物中出现缺口，则冷冻剂可能泄露到血流中。实质的危险或许可能导致死亡。例如，心脏中的气泡和/或冷冻剂可立刻被送至大脑中的血管。这样的情况可能导致非常不期望的神经缺血性事件。

多种其他专利已经试图减少低温流体泄露进入血流中的可能性。例如，据此通过引用以其整体并入的Lane的美国专利第7,648,497号提供了围绕第一气囊的第二气囊。第一气囊和第二气囊之间的空间是在真空下的。但是，由于气囊是非常弱的热导体，因此真空的使用是不合意的。弱的热导体的使用减小了冷却功率。

冷冻剂相图和近临界点

该申请使用相图来说明和比较各种热力学过程。图1A中示出了示例相图。该图的轴对应于压力P和温度T，并且包括描述液体和气体共存的所有(P、T)点的轨迹的相线102。对于相线102左侧的(P、T)值，冷冻剂在液体状态中，其通常以较高的压力和较低的温度获得，而在相线102的右侧的(P、T)值界定冷冻剂在气体状态中的区域，其通常以较低的压力和较高的温度获得。相线102在被称为临界点104的单一点突然结束。在氮气(N₂)的实例中，临界点是在P_c＝33.94bar(巴)和T_c＝-147.15℃。

当流体在压力逐渐增加期间具有存在的液相和气相两者时，该系统沿着液体-气体相线102向上移动。在氮气的实例中，在低压力下的液体比气相密集多达两百倍。压力的持续增加导致液体密度降低且气相密度增加，直到液体和气相只在临界点104完全相等。液体和气体之间的区别在临界点104处消失。由在液体制冷剂之前的气体膨胀造成的向前流动的阻塞可以因此通过本文定义为“近临界条件”的临界点周围的条件被避免。允许从临界点更大偏离同时保持功能性流动的因素包括冷冻剂流的更大速度、流腔的更大直径以及基于热交换器或冷冻探针尖端的更低热载荷。

随着临界点从下面被接近，汽相密度增加且液相密度减小，直到正好在这两个相的密度完全相等的临界点为止。在临界点以上，液相和汽相的区别消失，只留下单一的、超临界相。所有气体非常好的服从下面的范德瓦尔斯(van der Waals)状态方程：

(p+3/v²)(3v-1)＝8t[Eq.1]

其中p＝P/P_c、v＝V/V_c以及t＝T/T_c，并且P_c、V_c和T_c分别是临界压力、临界摩尔体积和临界温度。

变量v、p和t通常分别被称为“对比摩尔体积”、“对比压力”和“对比温度”。因此，任何两种具有相同p、v和t值的物质处于临近其临界点的相同流体热力学状态。Eq.1因此被称为体现“相应状态的定律”。这在H.E.Stanley的Introduction to Phase Transitions andCritical Phenomena(相变和临界现象介绍)(牛津大学出版社，1971)中更充分地被描述，其整个公开内容为了所有的目的通过引用并入本文。重新排列方程Eq.1提供v作为p和t的函数的下面的表达式：

pv³-(p+8t)v²+9v-3＝0.[Eq.2]

流体的对比摩尔体积v可以因此被认为只是对比温度t和对比压力p的精确函数。

通常，在本公开的实施方案中，对比压力p固定在约一的恒定值，并且因此在临近临界压力的固定的物理压力处，同时对比温度t随着施加至针的热载荷而变化。如果对比压力p是通过系统工程设置的恒量，那么对比摩尔体积v是对比温度t的精确函数。在本公开的实施方案中，针的操作压力p可以调整，使得在针的温度t的变化过程中，v保持低于某一最大值，在该最大值处将导致气塞状况。一般保持p在最低值是有利的，在该最低值处这是可靠的，因为提高压力以实现p的更高值可能涉及更复杂和更昂贵的压缩机的使用，从而导致整个针支撑系统的更昂贵的采购和维护以及更低的总体墙式插头效率(overall wallplug efficiency)。如本文使用的，“墙式插头效率”指的是由从操作该系统的线获得的功率划分的设备的总冷却功率。

可以寄于v的条件以复杂的和非解析的方式取决于体积流率dV/dt、液相和汽相的热容量、以及例如在液体和蒸汽两者中的导热系数、粘性等的输送性能。这种精确关系不可在封闭形式中用代数方法得到，但是可以通过整合描述针内的质量和热量传输的模型方程来数值地确定。概念地，当针的加热速率产生汽相时，并且当与蒸汽的流率乘以蒸汽热容量除以蒸汽的摩尔体积成比例的该汽相的冷却功率不能够跟上加热针的速率时，气塞发生。当这发生时，为了吸收在冷冻剂流中通过液相转变为蒸汽的多余热量，越来越多的汽相形成。这形成了液体转变成汽相来填充针的逃逸条件，并且因为由于流入针中的热量迅速增加其温度和压力而形成了导致该汽相的大的压力，因此所有冷冻剂流有效地停止。该条件被称为“气塞”。由于液相和汽相在它们的摩尔体积方面是相同的，且因此在临界点处的冷却功率、在临界点处或临界点以上的冷却系统决不可能气塞。但是对于稍微在临界点以下的状况，针也可以避免气塞。在对应于最小可接受气相密度的最小可接受摩尔体积和针的尺寸、气相和液相的流率和热物理性质之间的关系是明显复杂的非线性系统的结果。为了可靠避免气塞，v可以是多大且因此p可以是多小的确定可以通过实验确定，如使用图1B中所示的数据说明的。

图1B示出了最小的操作压力P且因此最小的对比压力p如何通过实验确定。顶部画面中的上部曲线显示氮在针中的压力且在顶部画面中的底部曲线示出了以穿过针的标准的升每秒为单位展示的穿过探针的最终的质量流率。底部画面示出了在作与顶图相同的时间的针尖温度。6.6W的热载荷被施加至针尖同时这些数据被获得。例如，在12.6巴和22巴的操作压力下，气塞状况发生在这种热载荷和流率水平下，如当流体流被暂时中断并且然后恢复时由针尖温度恢复其低温度值的失败所证明的。但是在28.5巴的压力下，尖端温度在流体流中断后可靠地恢复其低温度值。在经过针的质量流率中的向下趋势表示非常接近于但稍微低于用于没有气塞的可靠的、连续的操作的最低可接受压力。这些数据表明约29巴的压力可能是在这个说明性的实施方案中的最低可接受的操作压力。因此，对于其中真空套管针具有对于流入毛细管的0.020厘米直径并且对于流出毛细管的0.030厘米直径的22厘米长的毛细管的这个实施方案，在该热载荷和流率下，29巴是典型的最小操作压力。这对应于临界压力的约85％的或更多的为了避免气塞的最小操作压力。

在简单流冷冻剂冷却系统中的气塞的发生可以参考图1C理解，为了示例性目的，图1C示出了关于氮气的相图，其中，液体-气体相线106终止在临界点108。简单流冷却通过压缩液体冷冻剂并且促使其流过冷冻探针来进行。一些预冷却可以用于促使液相冷冻剂从相图上的指定点经过冷冻探针的入口110到冷冻剂蒸发以提供蒸发冷却的区域。被冷冻剂随着其被迫从入口110到出口114采取的热力学路径116在蒸发发生的点112处交叉液体-气体相线106。因为蒸发在沿着液体-气体相线106的远低于临界点108的点处发生，所以随着更密度大的液体蒸发为其气相，流动流的体积具有急剧的膨胀，导致了气塞的发生。

焦耳-汤姆逊冷却

以许多复杂性为代价避免气塞的可选择的冷冻剂冷却技术运用了焦耳-汤姆逊效应。当气体被压缩时，在其焓方面有降低，降低的大小随压力变化。当气体然后穿过小端口(被称为“JT端口”或者“节流阀”)膨胀到较低压力时，在温度方面有降低，其中作为结果的冷却是在压缩期间焓降低的函数。使用在压缩机和膨胀阀之间提供的热交换器，可以逐渐达到较低温度。在一些情况下，虽然较低温度可以用氩气(Ar)实现，但是焦耳-汤姆逊冷采用更廉价的气体如CO₂或者N₂O。除了氩气较高的成本之外，可能会有与氩气相关的较高的风险，但是这两者在一些应用中可能是合理的，这是由于可以提供冷冻的快速启动和终止。

如与图7的相图一起说明的，焦耳-汤姆逊冷却过程因此使用与用于简单流的冷冻剂冷却完全不同的冷却循环。作为具体的示例，冷却循环被示出叠加在氮气相图上，其中用于氮气的液体-气体相线122在其临界点128处终止。最初在非常高的压力下在正常环境(室内)温度下在相图上的点130处提供氮。该压力通常约400巴，即大于十倍的在临界点128处的压力。氮气在冷冻探针内沿着热力学路径124流动，直到其达到在相图上132点处的JT膨胀端口。由于氮气的压力快速下降，因此氮气在JT端口处突然膨胀，在相图中在JT喷口142中向下流动。快速膨胀导致在喷口142中下游的氮气部分地液化，使得在JT喷口142处膨胀以后，液化的氮气与其气相处于热平衡中。氮因此在相图中的点134处，即在液体-气体相线106上稍微高于环境压力，并且因此远低于临界点128。氮在遵循热力学路径126的可以用于冷却的返回气流上加热，并且随后也许在返回控制台的途中通过出口140排出到环境条件。值得注意的是，焦耳-汤姆逊冷却可能永远不会接近液体-气体系统的临界点，并且其主要使用蒸发流冷却。

在焦耳-汤姆逊冷却中的冷却气体流通常沿着入口高压进给线的一侧向回提供。低压返回气体的这种逆流在膨胀前有利地冷却进来的高压气体。由于沿着至JT端口的入口线(热力学路径124)的压力因其随着高压气体流被逆流热交换器冷却的流动阻抗而下降，因此在气体流之间的该热交换器144的效果在相图中是明显的。同样，回流(热力学路径126)的压力随着冷的低压氮在高压处通过逆流热交换器144冷却进入流而稍微下降。逆流热交换器144的效果在提高焦耳-汤姆逊冷却效率方面是有益的，但是限制于由试图使冷冻探针的针直径更小引起的该效率。由于冷冻探针的针变小，因此返回气流速度变大，最终达到用于典型体积流率的音速以及在探针中的具有约1.5毫米的直径的探针设计。焦耳-汤姆逊冷却过程随着探针进一步小型化而对于没有更多冷却功率可以产生的点继续失去效率。即使探针可以以合理的成本可靠地构造，但是具有直径＜1.2毫米的探针仍然因此可以受到其对探针将具有最小冷却能力的点的物理操作的严格限制。焦耳-汤姆逊探针的构造成本随着探针直径减小而迅速增加，这主要由于与逆流热交换器相关的加工和装配成本。

本公开的实施方案可以避免气塞的发生并且允许通过在避免任何液体-气体相线交叉的冷冻剂压力温度状况中操作来允许减小的探针的尺寸。在特定的实施方案中，低温冷却通过临近关于冷冻剂的临界点操作来实现。当在该区域操作时，由于临界点温度(例如，在氮气的实例中是-147℃)远远冷于周围环境，因此热量从周围环境流入近临界冷冻剂中。即使没有帮助冷却过程的潜伏热的蒸发，该热量也由穿过冷冻探针的尖端的近临界冷冻剂流移除。虽然本公开的范围旨在包括在具有大于临界点压力的压力的任何状况下的操作，但是冷却效率随着压力增加至临界压力之上而趋于降低。这是增加需要实现在更高操作压力下的流动的能量需求的结果。

冷冻消融系统

图2A提供了在一个实施方案中用于低温系统的结构布置的示意图，以及图2B提供了说明当图2A的系统被操作时由冷冻剂采取的热力学路径的相图。在两个图中有圆圈的数字标识对应，使得物理位置表示在图2A中，其中达到沿着热力学路径确定的操作点。以下的描述因此在描述冷却流的物理方面和热力学方面时有时会同时参考图2A的结构图和图2B的相图。为了说明的目的，图2A和图2B都具体参考氮冷冻剂，但是这不旨在限制。如将被本领域技术人员理解的，本公开可以更普遍地使用任何合适的冷冻剂；仅通过示例，可以使用的可选择的冷冻剂包括氩气、氦气、氢气和氧气。在图2B中，液体-气体相线用参考标号256确认并且被冷冻剂遵循的热力学路径用参考标号258确认。

低温发生器246用于以超过冷冻剂在其出口处的临界点压力Pc的压力提供冷冻剂，在图2A和2B中参考标号{围绕(1)的圆圈}。虽然压力接近临界点压力P_c是有利的，但是冷却循环通常可以在相图中具有高于或稍微低于P_c的压力的点处开始。当初始压力接近临界点压力P_c时，本文描述的过程的冷却效率通常较大，使得在较高的压力处可以有为了实现所需的流动的增加的能量的需求。因此，实施方案有时可以包含各种较高的上部边界压力，但是通常在接近临界点处开始，例如在0.8和1.2倍P_c之间，并且在一个实施方案中，在约0.85倍P_c处开始。

如本文使用的，术语“近临界”指的是接近液体-蒸汽临界点。该术语的使用相当于“接近临界点”并且其是液体-蒸汽系统充分接近于临界点、流体的动态粘度接近于正常气体的动态粘度并且远小于液体的动态粘度；另外，同时流体的密度接近于正常液体状态的密度的区域。近临界流体的热容量甚至比其液相的热容量更大。气体状粘度、液体状密度和非常大的热容量的组合使得近临界流体是非常有效的冷却剂。换句话说，提及近临界点指的是液体-蒸汽系统充分接近于临界点使得液体和蒸汽相的波动大到足以形成在其背景值之上的大的热容量增加的区域。近临界温度是在临界点温度的±10％内的温度。近临界压力在临界点压力的0.8倍和1.2倍之间。

再次参考图2A，冷冻剂流经管，该管的至少一部分被液体状态中的冷冻剂的储器240环绕，降低了其温度而大体上不改变其压力。在图2A中，储器显示为液氮，其中热交换器242设置在储器240内以从流动的冷冻剂提取热量。在储器240外部，热隔绝部220可以围绕管设置以防止当冷冻剂从冷冻剂发生器246流动时冷冻剂的不需要的变暖。在点{围绕(2)的圆圈}处，在通过与液体冷冻剂热接触而冷却后，冷冻剂具有较低的温度但是大体上在初始压力处。在某些情况下，如在图2B中以轻微的压力下降的形式表示的，可能会有压力变化，条件是压力大体上不下降到临界点压力P_c之下，即不下降到确定的最小压力之下。在图2B中所示的示例中，作为流经液体冷冻剂的结果，温度下降约是47℃。

冷冻剂然后提供给用于在低温应用中使用的装置。在图2A中所示的示例性实施方案中，冷冻剂提供至例如可以用在医用低温应用中(但这不是必须的)的冷冻探针224的入口236。

在实施方案中，冷冻剂可以穿过导管的近端部分、沿着导管的柔性中间部分并且进入导管的远端治疗部分而引入。在当冷冻剂被提供给装置的这种治疗区域时的点处(由图2A和图2B中的标号{围绕(2和3)的圆圈}表示)，当冷冻剂移动经过与装置的接口时，即，例如当冷冻剂从管提供给图2A中的冷冻探针入口236时，冷冻剂的压力和/或温度可能会有轻微变化。这种变化通常可以表现出在温度的轻微增加以及在压力的轻微降低。假定冷冻剂压力保持在确定的最小压力(及相关条件)之上，由于冷冻剂仅朝着临界点移回而不会遇到液体-气体相线256，因此温度的轻微增加不会显著影响性能，从而避免气塞。

沿着冷冻治疗设备(例如，针)的轴并且沿着为这些针输送近临界冷冻能力的支撑系统的热隔绝可以使用好于每百万分之一大气压的真空。这样的真空不可由传统的两级低真空泵单独实现。在一个实施方案中，经由皮肤的冷冻治疗系统因此包含吸收泵送而不是使用昂贵的且维护密集的例如扩散泵或涡轮分子泵的高真空泵的简化方法。这可在内部系统炭储器上完成，以及被构造成每个单个的一次性探针。

包含其中液氮浴被用来使在氮的临界点附近的引入的氮流过冷却的吸收泵送的方法的实施方案也用来冷却小体积的清洁炭。炭的广阔的表面面积允许其吸收大部分剩余的气体原子，从而将其体积内的环境压力降低为大大低于用来热隔绝针轴和相关支持硬件的真空。包含冷炭的该体积通过小直径管附接至使流到该针的近临界冷冻剂流隔绝的空间。根据对于每个临床应用的系统设计要求，炭可以合并到在图2A中见到的液体冷冻剂240的冷却储器中，或者成为冷冻探针224的靠近入口236附近的延伸软管的连接部的一部分。可以通过安装至真空套管针的外轴和携带近临界冷冻剂的内部毛细管之间的真空空间的热收缩卡口做出附接，并且近临界冷冻剂与周围组织热隔绝。以这种方式，该系统的可延展性从简单的设计构造延伸，借此，炭真空概念可以合并到对于抽真空可能是更方便的较小的储器中。可选择地，可能期望的是，多探针系统靠近延伸封闭部/冷冻探针的连接处使用机器接口236将小的炭包单独合并到每个冷冻探针中，使得每个软管和冷冻探针抽其自己的真空，从而进一步降低结构成本。

从冷冻剂发生器246通过冷冻探针224或其他装置的冷冻剂流可以在说明的实施方案中使用包括瓣阀216、流动阻抗和流量控制器的组件来控制。冷冻探针224本身可以包括沿着其长度的真空套管232并且可以具有用于低温应用的冷的尖端228。和工作冷冻剂的压力在探针尖端处显著改变的焦耳-汤姆逊探针不同，本公开的这些实施方案提供贯穿整个探头在压力方面的相对小的变化。因此，在点{围绕(4)的圆圈}处，冷冻剂的温度已经大约上升到环境温度，但是压力保持升高。通过保持压力在整个过程中在临界点压力Pc之上，液体-气体相线256决不会沿着热力学路径258被遇到并且从而避免了气塞。在经过通常远离冷冻探针224定位的流量控制器208之前，冷冻剂压力在点{围绕(5)的圆圈}处返回环境压力。冷冻剂然后可以在大体上环境条件下通过出口204排出。同样见据此通过引用以其整体并入的Littrup等人的关于近临界流体冷冻消融系统的布置的美国专利第8,387,402号。

在冷冻剂遵循图2B所示的热力学路径的一个实施方案中用于冷却的方法使用图3的流程图说明。在方框310处，冷冻剂使用超过临界点压力且邻近临界点温度的压力生成。生成的冷冻剂的温度在方框314处通过与具有较低温度的物质热交换而降低。在一些情况下，这可以通过使用利用环境压力液体状态的冷冻剂的热交换方便地进行，尽管该热交换可以在不同的实施方案中在其它条件下进行。例如，在一些实施方案中可以使用不同的冷冻剂，例如当工作流体是氩时通过提供使用液氮的热交换。此外，在其它可选择的实施方案中，热交换可以使用在不同于环境压力的压力下的冷冻剂进行，例如通过提供在较低压力下的冷冻剂以形成较冷的环境。

另外的冷却冷冻剂在方框318处提供给可以用于在方框322处的冷却应用的低温应用装置。冷却应用可以根据目标是否使用冷却应用冻结而包括冷冻和/或冻结。作为冷冻剂应用的结果，冷冻剂的温度增加，并且在方框326处加热的冷冻剂流向控制台。虽然可以有一些变化，但是冷冻剂压力通常贯穿方框310-326保持高于临界点压力；在这些阶段的冷冻剂的热力学性质中的主要变化是其温度。在方框330处，加热的冷冻剂的压力然后允许降到环境压力，使得在方框334处冷冻剂可以被排放出或者再循环。在其它实施方案中，在方框326处的剩余的加压冷冻剂也可以沿着路径返回至方框310以再循环而不是在环境压力下排放冷冻剂。

冷冻剂发生器

有多种不同的设计可以用于在超过临界点压力或者满足近临界流动准则的压力下提供冷冻剂的冷冻剂源或发生器246，以在邻近其临界点的压力和温度下提供大体上不间断的冷冻剂流。在描述这种设计的示例中，为了说明的目的，氮再次被讨论，应理解，可选择的冷冻剂可以在不同的可选择的实施方案中使用。图4提供了可以在一个实施方案中用于冷冻剂发生器的结构的示意图。绝热罐416具有入口阀408，该入口阀408可以打开以用周围的液体冷冻剂填充罐416。电阻加热元件420定位在罐416内，例如在罐416的底部部分中，并且当入口阀关闭时用来加热冷冻剂。热量被施加直到达到所需的操作点，即在超过近临界流动准则的压力处。瓣阀404附接至罐416的出口并且设置以在所需的压力下打开。在使用氮作为冷冻剂的一个实施方案中，例如，瓣阀404设置为在大于近临界点压力约1巴的约33.9巴的压力下打开。一旦瓣阀404打开，则冷冻剂流被提供给该系统，如在上面结合图2A和图2B描述的。

安全隔板412也可以与安全工程实践一致地设置以适应可能生成的高冷冻剂压力。由于冷冻剂具有不同的临界点，因此安全部件的程度也可以部分地取决于什么样的冷冻剂将被使用。在一些情况下，更多数量的安全隔板和/或止回阀可以被安装以在失控过程发展的情况下在安全隔板和/或止回阀达到罐416的设计极限之前减轻压力。

在冷冻剂发生器的典型操作期间，电子反馈控制器将通过电阻加热器420的电流保持到足以产生进入系统中的所需流率的高压冷冻剂的水平。如与图2A结合表示的，离开系统的冷冻剂的实际流量可以通过机械流量控制器208在流动路径的末端处控制。一旦入口阀408已经被关闭，则达到所需的冷冻剂压力需要的热能的量通常就是恒定的。在电阻加热器420中消耗的功率然后可以调整以保持对机械流量控制器208的完全控制。在可选择的实施方案中，机械流量控制器208使用用于冷冻剂发生器的加热器控制器代替。在这样的实施方案中，一旦瓣阀404打开且高压冷冻剂输送至系统的剩余部分，则反馈控制器不断地调整通过电阻加热器的电流以保持所需流率的气体冷冻剂离开系统。反馈控制器因此可以包括计算元件，加热器电流提供给该计算元件并且流量控制器连接至该计算元件。

多个发生器

在另一个实施方案中，多个冷冻剂发生器可以用来提供用于特定应用的增加的流量。虽然明显的是，更多数量的冷冻剂发生器可以用在其它的实施方案中，但是在图5中说明了使用两个冷冻剂发生器512的实施方案的这种实施方案。多个冷冻剂发生器512安装在容纳环境压力冷冻剂516的体积的环境压力冷冻剂杜瓦瓶502内。使用冷冻剂发生器512产生的近临界冷冻剂被提供给热交换器518，该热交换器518以与关于图2A的热交换器242描述的相同的方式冷却冷冻剂。与冷冻剂发生器512中的每一个相关联的瓣阀504允许高压过冷(即，在临界温度下冷却)冷冻剂沿着管420被提供给冷冻剂应用装置。

在一些实施方案中，冷冻剂发生器中的每一个具有有约30cm内径和约1.5厘米内部高度的大致圆柱形形状以提供约一升的内部容积。冷冻剂发生器可以方便堆叠，其中每个冷冻剂发生器具有其自己独立的绝热套管和内部加热器，如与图4结合描述的。一卷管可以围绕堆叠的冷冻剂发生器的外径缠绕，其中在进入螺旋管热交换器的入口侧之前，高压冷冻剂的输出流量从每个冷冻剂发生器经过相应的止回阀。来自螺旋管热交换器的出口可以有利地是真空套管或者以其他方式隔绝以当高压冷冻剂流向被冷却的物体时避免高压冷冻剂的加热。这样的一堆冷冻剂发生器和外螺旋管热交换器可以朝着液体冷冻剂杜瓦瓶例如当充满时容纳约40升液氮的标准杜瓦瓶的底部安装。这种杜瓦瓶也可以装备有用于使用液体冷冻剂充满杜瓦瓶且用于从杜瓦瓶排放蒸发损耗的方便的机构。在一些情况下，液体冷冻剂保持在环境压力处或邻近环境压力，但是可以可选择地在不同的压力下提供。例如，液体冷冻剂可以提供在较低的压力下以形成更冷的液体冷冻剂浴的环境温度。在液氮的实例中，例如，压力可以下降至约98托以提供在约63K的液氮半融温度的冷冻剂。虽然这样的实施方案具有提供甚至更低温度的优势，但是在环境压力之下操作液体冷冻剂杜瓦瓶可能会有另外的工程复杂性。

多个冷冻剂发生器实施方案的操作可以有利地配置为给低温装置提供大体上连续供应的高压冷冻剂。周围的液体冷冻剂516用作对于耗尽的冷冻剂发生器512的供应，其中被再填充为冷冻剂发生器512中的另一个的耗尽的冷冻机发生器512用来供应高压或近临界冷冻剂。因此，在图5中具有两个冷冻剂发生器的示例被显示处于操作状态中，其中冷冻剂发生器的第一个512-1已经耗尽，并且通过打开其入口阀以提供流520被再填充有周围的液体冷冻剂516。同时，第二冷冻剂发生器512-2具有如描述的被加热的一定体积的液体冷冻剂，使得冷冻剂作为近临界冷冻剂穿过其出口瓣阀504被输送。当第二冷冻剂发生器512-2成为空的时，第一冷冻剂发生器512-1的填充阀将关闭并且其加热器达到全功率以使其达到通过其止回阀提供近临界冷冻剂的点。第二冷冻剂发生器512-2的入口阀打开，使得第二冷冻剂发生器可以进行重新注满过程，两个冷冻剂发生器512因此具有从图5中所描述的交换的角色。

两个冷冻剂发生器512以这种方式不同相地操作，直到整个杜瓦瓶502的周围的液体冷冻剂耗尽，直到那个时间为止为低温应用装置提供了大体上连续的近临界冷冻剂流。该系统因此有利地可扩展以满足几乎任何预期的应用。例如，对于通过总冷却时间和冷冻剂消耗的速率界定的应用，通过提供适应该应用的合适尺寸的杜瓦瓶。如将在后面指出的，近临界液氮的冷却能力允许冷冻剂用于最大操作次数的有效消耗和相对于由特定应用需求决定的总冻结时间要求的近临界冷冻剂发生器的比例。例如，发明人已经计算出医疗低温冻结应用可以使用每个仪器每分钟消耗约两升周围液氮的近临界冷冻探针。

手持型冷冻消融仪器

图6中示出独立的手持型冷冻消融仪器。集成的手持型仪器特别适用于使用在涉及相对简单的低温冷却例如皮肤病学应用和间质性低容量冻结应用(例如，乳房纤维腺瘤治疗、冷冻免疫治疗的发展)的应用中。这种仪器的结构大体上如结合图2A描述的一样，其中部件提供为小型独立单元。特别是，相对小型的冷冻剂发生器604与小型环境液体冷冻剂罐608和安装的低温装置612串联连接(例如，没有限制、针、探针和导管)。尽管其它类型的低温装置可以在不同的实施方案中使用，但是在图6中所示的示例中，低温装置是永久安装至该仪器的冷冻手术装置。独立的手持型仪器可以提供为可处置的一次性仪器或者在不同的实施方案中可以是用液体冷冻剂可重新装满的。冷冻剂发生器604和环境液体冷冻剂罐608是真空套管或者以其他方式从其周围环境并且从彼此热隔绝的。为了说明的目的，图6中所示的仪器具有保持冷冻剂发生器604和液体冷冻剂罐608在去除的真空下的外管。优选地，设置开关，该开关允许操作者控制在冷冻剂发生器中的小型加热器。加热器的激活引起了近临界冷冻剂流动通过可以对于特定的冷却任务定制的设置的流动阻抗，如上面所描述的。近临界冷冻剂的流动可以继续直到仪器内的这种冷冻剂的储器被耗尽，在这之后，仪器可以为了将来的使用被处置掉或重新充满。

手持型仪器的实施方案可以被认为是被本公开允许的可扩展性的连续体的一部分。特别是，不仅有为高容量临床应用或其它应用提供足够的近临界或高压冷冻剂的选择，而且有为短时间低容量应用提供近临界或高压冷冻剂的选择。由于没有由气塞现象表现出的障碍，因此在该连续体的全部范围内，使用非常小的低温装置尺寸即小于1毫米来操作是可能的。例如，使用小的装置尺寸操作的能力实现了在其中小的可重新注满的或一次性的液体冷冻剂盒被提供为供应的现实的布置，去除了对于大的、不便的低温系统的需要。例如，在医疗应用例如在对于神经消融或疼痛治疗的临床环境的背景下，小型液氮桌上型杜瓦瓶可以用来为了根据神经消融的需要重新装满多个盒来提供液氮。对于在这种临床环境中的典型容量，桌上型杜瓦瓶将需要可能一星期一次的重新注满以为了重新装满用于该星期使用的盒来提供足够液体。类似的好处可以使用工业环境中的本公开的实施方案实现，例如，通过根据需要使用一次性盒来提供短时间冷却。对于这种应用的较小的调节将为即使使用良好隔绝和/或加压的盒还可能发生的微小量的蒸发损耗提供适当的排放预防措施。本公开的实施方案因此实现了用于多种类型的应用的低温冷却选择的增加的范围。

当与简单流动的冷冻剂冷却或者与焦耳-汤姆逊冷却相比时，本公开的实施方案提供增加的冷却功率，其中一个结果是即使没有再循环过程依然避免了对于多个冷冻剂高压罐的需要。对于三种不同的冷却系统图8中做出了每摩尔冷冻剂的冷却功率的比较。顶部曲线对应于本文结合图2B描述的使用氮作为冷冻剂的冷却循环，而底部的两个点确定用于使用氩和氮作为冷冻剂的焦耳-汤姆逊过程的冷却功率。焦耳-汤姆逊的结果代表了关于这些过程的最大值，这是由于其被确定用于理想的逆流热交换；该热交换随着探针直径减小变得非常低效率。

呈现的结果表明，当过程满足邻近对于33.94巴的氮气的近临界点压力的压力的近临界条件时，液氮的气塞可在低压下发生，但是可以在有圆圈的区域804中避免。如前面指出的，虽然当压力邻近近临界点压力时该过程的效率提高，但是气塞可以在近临界流动条件下避免。该结果表明，根据本公开的实施方案提供的冷却循环是理想的焦耳-汤姆逊循环的效率的多于五倍。由于使用压力高于近临界点压力的实施方案的效率大体上不被探针尺寸的改变影响，因此每克的冷却功率通常比用于焦耳-汤姆逊循环的冷却功率大十倍以上。这种更高的效率通过使用大体上较少的即1/5-1/10的废气流证明，使得该过程更安静、破坏性更小、并且没有对于大体积的多罐替换的需要。

多管式冷冻消融导管

图9和图10示出柔性的多管状冷冻探针10。冷冻探针10包括壳体12，该壳体12用于容纳来自流体源(未示出)的近临界低温流体的输入流并且用于排出低温流体的输出流。多个流体传输管14、14’牢固地附接至壳体12。这些管包括用于接收来自壳体的输入流的一组输入流体传输管14和用于将输出流排出至壳体12的一组输出流体传输管14’。流体传输管14、14’中的每一个由在从-200℃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0.10毫米和1.0毫米之间(优选地在约0.20毫米和0.50毫米之间)的范围中的内径。每个流体传输管具有在约0.01毫米和0.30毫米之间(优选地在约0.02毫米和0.10毫米之间)的范围中的壁厚。端帽16定位在流体传输管14、14’的末端处以提供从输入流体传输管14到输出流体传输管14’的流体传输。

管14、14’优选地由退火不锈钢或优选地为

聚酰亚胺的聚酰亚胺形成。优选的是，材料在近临界温度处保持柔性。对于柔性，意味着冷冻探针被使用者在所需的方向弯曲而不施加过度的力并且不破裂或导致显著的性能退化的能力。

使用的低温流体优选地是近临界氮。但是，可以使用其它近临界低温流体，例如氩、氖、氦或其它。

用于低温流体的流体源可以从合适的机械泵或者如上面描述的非机械临界冷冻剂发生器提供。这种流体源公开在例如由Peter J.Littrup等人在2004年1月14日提交的题为“CRYOTHERAPY PROBE(冷冻治疗探针)”的在2008年8月12日作为美国专利第7,410,484号颁布的序号为10/757,768的美国专利申请中；由Peter J.Littrup等人在2004年1月14日提交的题为“CRYOTHERAPY SYSTEM(冷冻治疗系统)”的在2006年8月1日作为美国专利第7,083,612号颁布的序号为10/757,769的美国专利申请中；由Peter J.Littrup等人在2004年9月27日提交的题为“METHODS AND SYSTEMS FOR CRYOGENIC COOLING(用于低温冷却的方法和系统)”的在2007年9月25日作为美国专利第7,273,479号颁布的序号为10/952,531的美国专利申请中。美国专利第7,410,484号、美国专利第7,083,612号和美国专利第7,273,479号为了所有的目的通过引用以其整体并入本文。

端帽16可以是用于提供从输入流体传输管到输出流体传输管的流体传输的任何合适的元件。例如，端帽16可以界定有助于流体连接管14、14’的内部室、空腔或通道。

对于管的布置有许多种结构。在一类实施方案中，管由圆形阵列形成，其中输入流体传输管的组包括界定圆的中心区域的至少一个输入流体传输管，并且其中输出流体传输管的组包括以圆形图案围绕中心区域隔开的多个输出流体传输管。在图10中所示的结构中，管14、14’落入这类实施方案内。

在操作期间，冷冻剂流体在接近于-200℃温度从合适的氮源经过供应线到达冷冻探针，循环经过由暴露的流体传输管提供的多管状冻结区域，并且返回至壳体。

在实施方案中，氮流在热载荷下不形成小直径管中的气态气泡，以便不形成限制流量和冷却功率的气塞。通过在近临界条件下操作，气塞随着液相和气相之间的区别消失而消除。

本公开的实施方案通过这种多管状设计提供了超过现有技术的冷冻探针的冷冻剂和组织之间的热交换区域的大幅度增长。根据使用的管的数量，目前的冷冻探针可以增加超过具有同样大小直径的具有单个轴的以前的冷冻探针几倍的接触区域。

如可以在图11中看到的，冰球18围绕冷冻探针10生成。现在参考图12，可以看出，冰球18可以以所需的形状通过在所需的方向上弯曲冷冻探针而形成。如图13中所示的，可以形成完整的冰球18的环。

现在参考图14，示出了类似于图9的实施方案的冷冻探针20，但是，在该实施方案中，聚酰亚胺材料被用于形成管22、22’。此外，该图示出了夹具24作为端帽的使用。

现在参考图16，示出了冷冻探针10的壳体12的一个实施方案。壳体12包括支撑入口轴28和出口轴30的手柄26。入口轴28支撑在手柄26内，用于容纳输入流体传输管32的组的近端部分。出口轴30支撑在手柄26内，用于容纳输出流体传输管34的组的近端部分。轴28、30都包括优选地是真空的一些类型的热隔绝，以隔绝轴28、30。

现在参考图17-19，示出了管结构的各种结构。在图17中示出了在其中十二个输入流体传输管36包围单个的相对大的输出流体传输管36’的结构。在图18中，三个输入流体传输管38与四个输出流体传输管38’一起使用。在图19中，输入流体传输管40的平面邻近于输出流体传输管40’的平面而形成。

在示例中，退火不锈钢冷冻探针与十二个流体传输管一起使用。在外圆周中有六个输入流体传输管且在中心有六个输出流体传输管。管如图9中所示一样编结。冻结区域的长度是6.5英寸。每个流体传输管具有0.16英寸的外径和0.010英寸的内径。所得到的管阵列的直径是0.075英寸。在22℃水和约每一分钟20标准温度和压力(STP)的近临界(500磅/平方英寸(psig))氮流中冻结一分钟后，冰覆盖了具有约0.55英寸的平均直径的柔性冷冻探针的整个冻结区域。四分钟以后直径接近于0.8英寸。变暖的冷冻探针可以容易地弯曲成包括直径约2英寸的完整的环的任何形状，而没有冷冻探针的冷却功率方面的任何明显的变化。

在另一个示例中，聚酰亚胺冷冻探针与二十一个流体传输管一起使用。在外圆周中有十个输入流体传输管且在中心有十一个输出流传输管。管被编结。冻结区域的长度是6.0英寸。每个流体传输管具有0.0104英寸的外径和0.0085英寸的内径。每个管的额定压力约为1900磅/平方英寸(工作压力为500磅/平方英寸)。冷冻探针的柔性部分的平均直径是1.15毫米(0.045英寸)。冷冻探针是非常柔性的，在冷冻探针中没有可感知的“记忆”。冷冻探针由其自己的仅1克的重量弯曲并且容易呈现具有只有0.1英寸的弯曲半径的任何形状，包括1英寸直径的“结”。使用冷冻探针形成了完整的环。在22℃水和约每一分钟20标准温度和压力(STP)的近临界(500磅/平方英寸)氮流中冻结一分钟后，冰覆盖了具有约0.65英寸的平均直径的柔性冷冻探针的整个冻结区域，并且在两分钟中，冰封闭了环中的整个的1英寸孔。另外参见用于另外的冷冻探针和导管设计的据此通过引用以其整体并入的Babkin等人的美国公布第2011/0040297号。具有充满液体的保护覆盖物的冷冻消融导管

图20A示出了具有板车或控制台860的冷冻消融系统850和通过柔性长形管910可拆卸地连接至控制台的冷冻消融导管900。将在下面结合图20B更详细描述的冷冻消融导管900包括在流体传输管中的一个被破坏的情况下容纳冷冻剂的泄露的保护覆盖物。虽然泄露在流体递送输送管中的任一个中是不期望或不预期的，但是保护覆盖物提供了冷冻剂将必须穿透以便在过程期间流出导管的额外的或多余的阻挡层。

控制台860可以包括比如例如发生器、控制器、罐、阀、泵等的各种部件(未示出)。在图20A中示出计算机870和显示器880，其定位在用于方便用户操作的板车的顶部上。电脑可以包括控制器或者与外部控制器连通以驱动冷冻消融系统的部件例如泵、阀或发生器。例如鼠标872和键盘874的输入装置可以被提供以允许用户输入数据并且控制冷冻消融装置。

在实施方案中，如本文描述的，计算机870配置为或编程为控制冷冻剂流率、压力和温度。目标值和实时测量可以发送到显示器880并且在显示器880上显示。

图20B示出冷冻消融装置的远端部分900的放大视图。远端部分900除了治疗区域914包括柔性保护覆盖物924之外在设计上相似于上面描述的冷冻探针。覆盖物924被示出是管状的或圆柱形的并且终止在远端尖端912处。如本文描述的，治疗区域914包含多个流体递送管和流体回流管以输送冷却流体经过治疗区域914，导致热量从目标组织被传输/移除。在实施方案中，流体在邻近相图中的流体的临界点的物理条件下输送经过管束。除其它以外，覆盖物有助于容纳冷却流体并且防止其在递送管中的一个中形成泄露的情况下从导管流出。

图21A示出沿着线21-21截取的远端治疗部分900的剖视图。多个流体回流管920被示出圆周地围绕流体递送管922。

间隙或空间被示出在覆盖物924的内表面和流体回流管之间。间隙用导热流体或介质926填充。导热流体的示例是水。

在操作中，当导管可以抵着待冷却的目标组织放置时，热量从组织经过覆盖物924经过导热液体926并且传递给在流体回流管中输送的流体或冷冻剂。如果在流体递送管或流体回流管中出现缺口，则冷却流体被覆盖物924容纳。

图21A示出介质线928。介质线928将例如水的空间填充导热介质输送至管束和覆盖物924之间的间隙。凝胶或介质优选地是非循环的。介质线928优选是柔性管状结构。线928可以在沿着覆盖物924的长度的任何地方的位置处终止。线928近侧延伸至由流体供应物例如注射器或泵可接近的位置。线可以包括适配器或流体连接器来将注射器连接至其。

此外，压力传感器或计量器可以与流体线合并以监测导热介质926的压力。在实施方案中，应该在超过阈值限制的压力变化出现时停止消融。

宽范围的传感器可以合并到冷冻消融导管中。温度线930(例如，热电偶)被示出在图21A中以测量导热流体926的温度。但是，更多或更少的线可以被添加以测量另外的参数，例如覆盖物的温度、用于测绘电信号的电阻率和其它数据。

图21A示出了用于铰接、可控地偏转或操控导管的拉线934。拉线934从导管的近端部分中的位置(未示出)延伸至导管的远端尖端部分中的位置。拉线固定在远端点或位置(例如，固定到端帽912)。当拉线的近端被操纵(例如，拉动)时，导管900的远端部分可以以控制的可预测量弯曲。图21A中示出了用于在一个方向上或另一个方向上使远端部分的弯曲偏斜的脊柱元件932。

脊柱元件和拉线的形状和材料可以改变。例如，脊柱元件可以是钢的带状线或扁线。拉线可以具有如所示的圆形横截面。另外的操控装置和机构在例如美国专利修订版第34,502号和序号为09/157,055(1988年9月18日提交)、09/130,359(1988年8月7日提交)和08/924,611(1997年9月5日提交)的美国专利申请中描述，其通过引用以其整体并入本文。

流体递送管和流体回流管的占地面积或布置可以广泛地变化。例如，图21B示出了在其中有相同数量和尺寸的管状构件的另一种布置。管状构件以肩并肩或者一对一结构布置。每个流体回流管920a、920b、…可以邻接于并且平行于相应的流体递送管922a、922b、…。另一种管的占地面积在图21C中示出。流体回流管920同轴地环绕内部的流体递送管922。覆盖物924同轴地环绕流体回流管。

图22示出了导管及为了说明的目的移除的其外部层。特别是，中间区域910包括大体上在直径方面大于治疗部分914中的单个管状构件的流体进入管道936和流体回流管道938。

流体递送管流体地连接至流体进入管道936且流体回流管流体地连接至流体回流管道938。套筒构件939被示出包围该过渡区域。封闭的室设置在远端尖端912处以重新引导流体从流体递送管进入流体回流管中。

图23示出包括柔性外覆盖物924和骨架950的另外的保护阻挡层。优选地，覆盖物是柔性的并且可以是铰接式的。覆盖物形成围绕(或以另外的方式封装)管束的流体密封的密封件。在实施方案中，覆盖物可以弯曲或偏转但是不膨胀。覆盖物是导热的。覆盖物可以由聚合物材料制成。用于覆盖物的合适的聚合物的示例包括但不限于聚酰亚胺。可选择地，覆盖物可以由包括金属和合金例如镍钛诺合金的其它材料制成。相对薄的壁厚是希望增加冷冻剂和组织之间的导热性。

骨架或外骨架可以包括如所示的弹簧构件或螺旋构件950。弹簧950可以是具有足够柔性和弹性以指引经过血管并且进入心脏室中(如将在下面更详细地描述的)的金属或合金。该螺旋物可以偏转以形成特定的形状并且随后能够返回至其原状。螺旋物材料的一个实施方案是退火不锈钢。为了说明的目的，图24示出导管的远端部分，其中覆盖物被移除。螺旋物950被示出跨越远端治疗部分的整个长度并且终止在端帽处。该螺旋物包括多个支柱和支柱之间的间隙。但是，该螺旋物的形状可以改变并且本公开仅旨在如本公开中叙述的被限制。

波纹管状覆盖物

图25示出包括保护覆盖物或者外骨架966的另一个冷冻消融导管960。特别是，波纹管或波纹状构件966被示出从导管的中间部分962延伸至远端964。

图26示出沿着线26-26截取的导管的远端治疗部分的剖视图。与本文描述的冷冻消融装置中的一些相似，提供微型管968的管束以将冷却流体输送至治疗部分以及从治疗部分输送冷却流体以冷却或消融组织。

空间970被示出在外骨架构件966的内表面和管束之间。如本文描述的，空间用导热液体或凝胶填充。

线972被示出以将导热液体提供给空间970。凝胶或介质优选地是非循环的。凝胶或导热液体穿过在导管的近端处的入口端口被输送并且被密封。此外，如本文描述的，压力传感器或计量器可以合并在流体线中以测量导热流体的压力或者压力变化。在压力发生变化的情况下，冷冻能量的激活被停止。

参考图27，波纹管构件966延伸至远端尖端964。波纹管966周向地或同轴地环绕管束968并且连接至远端尖端964或塞构件。在塞构件964和波纹管之间的流体密封连接可以用粘合剂或者其他合适的结合技术来进行。

管内管

图28示出另一个冷冻消融导管1010的局部视图，该冷冻消融导管1010具有保护装置，该保护装置在冷冻剂或冷却液体从上面描述的冷冻能量递送管泄露的情况下减轻泄露。

特别是，参考图29A-图29B，导管1010包括多个或者一束柔性多层冷冻能量传输管1012，其中的每一个包括以同轴布置的两个管，也就是管中管。

图29B示出了一个冷冻能量传输管的放大视图，该冷冻能量传输管包括为了有效冷冻消融循环或输送冷冻剂或冷却液体1016的内管或第一管1014。第一管1014被示出为被第二管或者外管1018同轴地环绕。如本文描述的，在内管的外表面和外管的内表面之间的空间或间隙1020填充有导热介质。

在冷却液体泄漏或者内管破坏的情况下，冷却液体被容纳在外管1018内。

内管1014可以由本文描述的与用于输送冷却流体的其它柔性管有关的材料制备或制作。

外管材料也应该是柔性的以使远端治疗部分能够弹性变形。用于外管1018的非限制的示例性材料包括聚合物和金属或者合金。外壳材料的示例是镍钛诺合金。

如图29A中所示，一束多层管1012可以以平行布置组装。图29A示出12个保护管1012，但是，该数量可以广泛变化。管束的轮廓也可以变化。图29A示出大体上圆形轮廓的管束，但是，在实施方案中，该布置可以是包括上面描述的布置中的一些的矩形、正方形、十字形或者另一种形状轮廓。管可以是编结的或编织的。

此外，操控构件、传感器和上面描述的其它功能元件可以合并到图28中所示的导管中。

图30A示出沿着线30A-30A截取的导管的局部剖视图，说明了管束1012流体地连接至导管1010的中间部分1040的端部部分。

图30B示出导管的中间部分1040和管束1012的近端部分的分解图。具有延伸超出外覆盖物1018的内管状元件1014的管束1012可以插入导管的中间部分1040中。

特别是，并且参考图30A-图30B，流体回流线1014a、1014b被捆在一起并且插入/连接至主回流线1032。粘合塞1042或密封件、垫圈或止动件等可以被施加以帮助并且确保在管构件之间的流体密封。冷却功率流体(CPF)从流体递送线1014a、1014b输送并且输送至流体回流主线1032中。

从内线1014a、1014b的近端偏移的外覆盖物1018a、1018b的近端被示出插入导管的中间部分1040中，使得管腔1050内的导热流体(TCF)可以填充多层冷冻能量传输管1012中的每一个的间隙1020(图29B)。粘合塞1044或焊接或粘结可以被施加以促进流体密封的和坚固的连接。如对于本领域的技术人员是已知的，压入配合、加热和其它制造技术可以应用以连接部件。

应用

具有安全防泄漏能力的柔性冷冻消融装置将冷冻治疗从刚性针状应用延伸至宽范围的诊断和治疗手术。示例性的应用是基于血管内的心脏消融以形成长形连续的损伤。如本文描述的，在心脏的某些位置中形成长形连续的损伤可以有助于治疗例如心房颤动的各种情况。

治疗心房颤动的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无线电频率消融导管进行。

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，导管经过患者的血管被指引至心房，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。

图31示出了Cox迷宫手术中的损伤和组织的目标部分的示例。心脏的基本结构包括右心房2、左心房3、右心室4和左心室5。导管可以经由包括主动脉6(经由股动脉进入)、上腔静脉6a(经由锁骨下静脉进入)和下腔静脉6b(经由股静脉进入)的各种血管插入包括心脏的这些室中。

下面的讨论将集中在用于进行Cox迷宫VII手术的左心房损伤的实施方案上，但是用于产生这些损伤的手术可以用来形成心脏和其它器官中或者围绕心脏和其它器官的其它损伤。Cox迷宫VII手术的另外的损伤以及Cox迷宫治疗的其它变型可以使用本文描述的步骤和装置进行。另外的技术和装置描述在分别对应于国际公布第WO2013/013098号和WO2013/013099号的Cox等人的国际专利申请PCT/US/2012/047484和Cox等人的PCT/US2012/047487中，其中每一个的整体据此通过引用以其整体并入。

在图31中，示出了Cox迷宫VII损伤的左心房损伤中的一些。Cox迷宫损伤6、8和9被示出在左心房的内壁上。这些对应于在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的左上心房损伤(项6)、在左下肺静脉和右下肺静脉进入心房的入口之下跨越心房的左下心房损伤(项8)以及连接左上心房损伤和左下心房损伤使得右肺静脉处于由损伤界定的区域内的竖直损伤(项9)。

图32示出一种用导管的远端治疗部分到达左心房的技术。外周静脉(例如，股静脉FV)用针刺穿。该刺伤使用扩张器扩大至足以容纳导引鞘管的大小，并且具有至少一个止血阀的导引鞘管坐落在扩大的刺伤内同时保持相对止血。随着导引鞘管处在适当的地方，引导导管10或鞘管通过导引鞘管的止血阀引入并且沿着外周静脉推进到目标心脏区域中(例如，腔静脉并且进入右心房2)。荧光透视成像可以用来将导管引导至选择的位置。

一旦在右心房2中，则引导导管的远端尖端靠着心房间隔壁中的卵圆窝定位。针或套管针然后经过引导导管远端地推进直到其刺穿卵圆窝。单独的扩张器也可以使用针经过卵圆窝推进以准备穿过隔膜的用于安置引导导管的进入端口。此后，引导导管代替穿过隔膜的针并且穿过卵圆窝安置在左心房中，从而提供装置穿过其自己的内腔并且进入左心房中的入口。

其它的左心房进入方法可以是对于使用本公开的消融装置组件的合适的替代物。在一种选择中，可以使用“逆行”方法，其中引导导管从动脉系统推进到左心房中。在这种变型中，Seldinger技术可以用来获得进入动脉系统而不是静脉中的血管入口，例如在股动脉处。引导导管逆行地通过主动脉、围绕主动脉弓推进到心室中并且然后经过二尖瓣进入左心房中。

如图33中所示，经过引导导管10推进的心内膜导管20创建了左心房的所需的损伤线。心内膜导管20的远端部分是可操控的，使得心内膜导管可以在心房的心内膜空间内偏转并且抵着左心房的心内膜壁牢固地保持，并且可能是相对刚性的且不依从心脏壁。这在图33中示出，其中远端治疗部分已经被配置并且偏转以覆盖左上心房损伤6。

示例性的损伤具有2-10厘米的范围的长度，并且更优选地在5-8厘米之间。

在实施方案中，装置和方法适应于并且旨在形成1)在左上肺静脉和右上肺静脉进入心房的入口之上跨越心房的损伤、2)在左下肺静脉和右下肺静脉进入心房的入口下的损伤，和/或3)在右上肺静脉和右下肺静脉进入心房的入口的右侧上的竖直损伤。损伤优选地是连续的和直线的，而不是例如在一些现有技术中的点消融技术中的一系列的点。根据上面描述的设计，冷冻能量和热传输集中在心内膜上，并且旨在形成经过心内膜的完整的损伤。

此外，在实施方案中，导管通过输送在相图中邻近其临界点的冷却流体达到冷却功率而没有气塞。此外，在实施方案中，尽管导管具有保护覆盖物或冗余壳体来容纳任何的冷冻剂泄露，但导管仍然达到了这种冷却功率。本文描述的远端治疗部分的设计打算用于形成跨越心脏壁的整个厚度的长形的连续损伤，并且在冷冻剂泄露的情况下以安全的方式减轻附带损害。由于消融导管定位在心脏的室内并且将治疗能量从心内膜引导至心包膜或者从里面出来，因此与流经心脏的室的温暖血流相关联的散热器一起被减轻或避免。

本文描述的多个血管内产品具有a)低于用于血管内导管材料的约600磅/平方英寸的最大容差的近临界氮的压力，以及b)由包含的泄露产生的危险。根据本公开的原理的心脏消融导管可以沿着左心房的内部衬壁直接接触放置，从而避免当消融向外行进时心脏中的流动血液的大量散热中的大部分。

此外，导管结构包括提供圆周的以及直线的消融两者的实质的弯曲部或环以模拟上面提到的外科迷宫手术。例如，本文描述的导管可以被操纵以形成邻近或者围绕肺血管入口的环形损伤。

本文描述的装置可以具有各种各样的应用，包括例如内窥镜冷冻疗法。用冷冻能量消融的候选肿瘤包括支气管树或肺中的目标组织和肿瘤以及上消化道和下消化道中的组织。本文描述的装置也可以应用于破坏或限制头部和颈部中的目标组织。

根据上文的教导，本公开的许多修改和变化是可能的。因此，应理解，在所附的权利要求的范围内，本公开可以以不同于具体描述的来实施。

Claims

1.一种冷冻消融系统，包括：

冷冻剂发生器；以及

冷冻消融设备，所述冷冻消融设备包括：

远端部分，其具有远端尖端；

多个冷冻剂递送管，其沿着所述远端部分延伸以朝着所述远端尖端输送冷冻剂，每个所述冷冻剂递送管具有外管，所述外管同轴地环绕所述冷冻剂递送管，从而界定在所述外管和所述冷冻剂递送管之间的第一间隙，其中所述第一间隙填充有第一导热流体；以及

多个冷冻剂回流管，其沿着所述远端部分延伸以远离所述远端尖端输送所述冷冻剂，每个所述冷冻剂回流管具有同轴地环绕所述冷冻剂回流管的外管，从而界定在所述冷冻剂回流管的所述外管和所述冷冻剂回流管之间的第二间隙，其中所述第二间隙填充有所述第一导热流体。

2.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其中所述第一导热流体是水。

3.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管被第二导热流体环绕。

4.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其中所述冷冻剂是氮。

5.根据权利要求4所述的冷冻消融系统，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管布置成圆形阵列。

6.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管布置成圆形阵列。

7.根据权利要求5或6所述的冷冻消融系统，还包括环绕所述圆形阵列的柔性外部鞘管。

8.根据权利要求5所述的冷冻消融系统，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管被第二导热流体环绕。

9.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其中所述冷冻消融设备是冷冻消融导管，并且所述冷冻消融导管能够使所述冷冻剂流动穿过所述冷冻剂递送管和所述冷冻剂回流管以从目标组织向所述冷冻消融导管的柔性的所述远端部分传递热量，从而形成在所述目标组织中的长形的连续损伤。

10.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其中所述冷冻剂是氮。

11.一种冷冻消融设备，包括：

远端部分，其具有远端尖端；

12.根据权利要求11所述的冷冻消融设备，其中所述第一导热流体是水。

13.根据权利要求11所述的冷冻消融设备，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管被第二导热流体环绕。

14.根据权利要求11所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻剂是氮。

15.根据权利要求14所述的冷冻消融设备，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管布置成圆形阵列。

16.根据权利要求11所述的冷冻消融设备，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管布置成圆形阵列。

17.根据权利要求15或16所述的冷冻消融设备，还包括环绕所述圆形阵列的柔性外部鞘管。

18.根据权利要求15所述的冷冻消融设备，其中所述多个冷冻剂递送管和所述多个冷冻剂回流管被第二导热流体环绕。

19.根据权利要求11所述的冷冻消融设备，其中所述冷冻消融设备是冷冻消融导管，并且所述冷冻消融导管能够使所述冷冻剂流动穿过所述冷冻剂递送管和所述冷冻剂回流管以从目标组织向所述冷冻消融导管的柔性的所述远端部分传递热量，从而形成在所述目标组织中的长形的连续损伤。