[发明专利]用于冷冻消融治疗的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月24日提交的美国临时专利申请系列号61/047,496的优先权。

技术领域

本发明总地涉及用于执行冷冻手术程序的系统和方法。更具体地，本发明涉及将具有冷冻尖端的探针用于将生物组织冷却至低温温度的系统和方法。本发明尤其地但非排他地可用作闭环系统，其中液体制冷剂在其于其源与探针的冷冻尖端之间循环通过系统时保持处于液体状态。

背景技术

用于冷冻手术的探针必须设计有最理想地小的形状和尺寸，以实现生物组织有选择的冷却。冷冻手术系统还必须设计成提供冷冻探针的与待治疗的目标生物组织直接热接触的部分(即冷冻尖端)的可靠的冷却。

对于许多低温治疗应用，低于-90℃的温度是合乎需要的，并且有些已知的冷冻手术系统使用液体制冷剂诸如氮、氩、氧化亚氮、二氧化碳、各种氢氟碳化物及其他。液氮具有大约-200℃的非常合乎需要的低温，但当液氮被引入冷冻探针的该液氮与周围温暖的生物组织热接触的冻结区时，液氮的温度上升至沸点温度(-196℃)以上。因此，该液氮蒸发并在大气压力下在体积上膨胀几百倍，并快速地从探针尖端吸收热。当冷冻探针的微针被气态氮“堵塞”时，该巨大的体积增大导致“汽阻”效应。另外，在这些系统中，气态氮通常被直接抛弃至大气。这在手术室中对大气湿度的暴露时产生大量冷凝物，并且需要液氮贮罐频繁的再填充或更换。

已提出多种液氮系统。例如，在授予Baust等的美国专利No.5,520,682和美国专利No.7,192,426中公开了用于将液氮供应至探针尖端的改进的冷冻手术系统和方法。此外，在授予Rubinsky等的美国专利No.5,334,181中公开了用于液氮到探针尖端的直接和/或间接输送的系统。对于这些系统及其他相似类型的系统，冷冻手术实践表明，当前作为冷却微型探针尖端的装置、基于液氮的使用的冷却系统和方法在实践上不可行。在很大程度上，这是由于紧跟着不可避免的“汽阻”的液氮到气态的快速转变。

当加压气体膨胀通过设置在冷冻探针的端部尖端处的诸如小的孔口、节流阀、或其他类型的流动结构的焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)膨胀元件时，氧化亚氮和二氧化碳系统通常实现冷却。例如，通常的氧化亚氮系统将气体加压至大约5至5.5MPa，以在大约0.1MPa的压力处达到不低于大约-85℃至-65℃的温度。对于二氧化碳，通过大约5.5MPa的初始压力实现0.1MPa的相同压力处大约-76℃的温度。然而，氧化亚氮和二氧化碳冷却系统不能实现由液氮系统所提供的温度和冷却能力。另一方面，当高度加压的气体到达探针尖端处的焦耳-汤姆逊节流部件或其他膨胀装置时，由于在室温下高度加压的气体的入口排除了对系统的隔热的需求，所以氧化亚氮和二氧化碳冷却系统具有一些优点。然而，由于与相对高的初始压力相结合的不够低的操作温度，冷冻手术应用严格受限。另外，焦耳-汤姆逊系统通常使用热交换器，以用输出的膨胀气体冷却输入的高压气体，以便通过使压缩的气体膨胀实现必要的降温。换句话说，这些热交换器系统不与必须在直径上小于至少3mm的探针尖端的预期微型尺寸相适合。

已经提出了多种混合气体制冷系统(例如焦耳-汤普森系统)用于执行冷却手术程序。尤其地，均授予Dobak，Ⅲ等的美国专利No.5,787,715、美国专利No.5,956,958、和美国专利No.6,530,234公开了利用具有混合气体制冷系统的装置的低温程序。其中制冻剂从液体转变成气体(例如焦耳-汤姆逊效应)的其他系统包括在授予Li等的美国专利No.6,074,572和授予Lentz等的美国专利No.6,981,382中公开的系统。

在检查中，用作冷却微型探针尖端的装置的使用液氮的系统易受“汽阻”。另一方面，利用高度加压的气体混合物以便实现焦耳-汤姆逊效应的系统不能提供低于大约-90℃的操作温度。因此，所述系统对于许多冷冻手术程序而言是不合需要的。