BR112017009586B1

BR112017009586B1 - Sistema de crioablação

Info

Publication number: BR112017009586B1
Application number: BR112017009586-6A
Authority: BR
Inventors: Alexei Babkin
Original assignee: Adagio Medical, Inc.
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2022-09-20
Also published as: EP3217903A1; US10543032B2; CA2965314A1; BR112017009586A2; CN107205766A; CA2965314C; CN107205766B; AU2015347201B2; IL251824A0; EP3217903A4; US20160135864A1; AU2015347201A1; JP6607938B2; KR101994471B1; JP2017534396A; WO2016077045A1; KR20170089842A; IL251824B

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema de crioablação à base de fluido quase crítico que compreende um cateter de crioablação para criar uma lesão no tecido. Um fluido criogênico é transportado sob pressão através do cateter. Um controlador ajusta a pressão de uma pressão relativamente alta (por exemplo, quase crítica) para uma pressão substancialmente mais baixa com base numa condição durante a ativação do cateter. Numa configuração, a pressão é modulada com base na temperatura do cateter. Quando a temperatura do cateter atinge uma temperatura-alvo, a pressão é reduzida.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS CORRELATOS

[001] Este Pedido de Patente Internacional PCT reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório U.S. 62/079.299, depositado em 13 de novembro de 2014.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[002] Esta invenção se refere à criocirurgia e, mais particularmente, a cateteres de crioablação compreendendo um fluido que opera próximo ao seu ponto crítico.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[003] A crioablação é uma técnica cirúrgica para ablação de tecido por resfriamento ou congelamento do tecido até um grau letal. A crioablação tem o benefício de minimizar os danos colaterais permanentes ao tecido e tem aplicabilidade a uma ampla faixa de terapias incluindo o tratamento de câncer e doenças cardíacas.

[004] Uma deficiência com determinados sistemas criocirúrgicos, no entanto, resulta do processo de evaporação. O processo de evaporação de um gás liquefeito resulta numa expansão enorme conforme o líquido se converte num gás; a expansão do volume está na ordem de um fator de 200. Num sistema de diâmetro pequeno, este grau de expansão resulta consistentemente num fenômeno conhecido na técnica como “bloqueio de vapor”. O fenômeno é exemplificado pelo fluxo de um criogênico num tubo de diâmetro fino. A formação de um volume relativamente maciço de gás em expansão impede o fluxo direto do criogênico líquido através dos tubos.

[005] As técnicas tradicionais que têm sido usadas para evitar o bloqueio de vapor incluíram restrições ao diâmetro do tubo, exigindo que o mesmo seja suficientemente grande para acomodar os efeitos de evaporação que resultam no bloqueio do vapor. Outras configurações complexas de crioaparelhos e tubulação foram usadas para “ventilar” gás N2, conforme o mesmo é formado ao longo da tubulação de transporte. Estes projetos também contribuíram para limitar a eficácia de custo e o diâmetro do tubo.

[006] Existe, consequentemente, uma necessidade de métodos e sistemas aprimorados para fornecer um resfriamento criogênico minimamente invasivo, seguro e eficaz de tecidos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Um sistema de crioablação endovascular à base de fluido quase crítico para criar uma lesão no tecido compreende uma fonte ou gerador de pressão de fluido quase crítico; um resfriador de fluido quase crítico para resfriar o fluido quase crítico; um cateter de crioablação à base de fluido quase crítico em comunicação de fluido com o gerador; e um controlador que pode ser operável para controlar a potência de resfriamento fornecida a partir de uma seção de tratamento distal do cateter ao tecido para resfriar o tecido. O controlador ajusta a pressão de uma pressão relativamente alta (por exemplo, quase crítica) a uma pressão substancialmente mais baixa com base numa condição durante a ativação do cateter.

[008] Nas modalidades, a pressão é modulada com base na temperatura do cateter. Quando a temperatura do cateter atinge uma temperatura-alvo, a pressão é reduzida.

[009] A descrição, os objetivos e as vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, em conjunto com as Figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[010] A FIG. 1 ilustra um diagrama de fase criogênica típico;

[011] A FIG. 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de resfriamento criogênico;

[012] A FIG. 3 é um diagrama de fase criogênica correspondente ao sistema mostrado na Figura 2;

[013] A FIG. 4 fornece um diagrama de fluxo que resume aspectos do método de resfriamento da Figura 2;

[014] A FIG. 5 é um diagrama de fluxo que resume aspectos de outro método de resfriamento;

[015] A FIG. 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de resfriamento criogênico que compreende um segundo caminho de fluxo;

[016] A FIG. 7 é uma ilustração esquemática de um sistema de resfriamento criogênico que compreende um regulador de pressão;

[017] A FIG. 8 é uma ilustração esquemática de um sistema de resfriamento criogênico que compreende um pistão ou diafragma;

[018] As FIGs. 9A a 9D são curvas de tempo de pressão correspondentes a vários sistemas de resfriamento criogênicos modulados sob pressão;

[019] A FIG. 10A é uma vista em perspectiva de um cateter de crioablação;

[020] A FIG. 10B é uma vista tomada ao longo da linha 10B-10B da Figura 10A;

[021] A FIG. 11 é uma ilustração de um sistema de crioablação que inclui um cateter de crioablação; e

[022] A FIG. 12 é uma vista em perspectiva ampliada de uma seção distal do cateter de crioablação mostrado na Figura 11.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[023] Antes da presente invenção ser descrita em maiores detalhes, deve ser entendido que esta invenção não se limita a variações particulares descritas no presente documento visto que várias alterações ou modificações podem ser feitas à invenção descrita e equivalentes podem ser substituídos sem se afastarem da essência e do âmbito da invenção. Assim como pode ser aparente aos versados na técnica ao ler esta divulgação, cada uma das modalidades individuais descrito e ilustrado neste documento tem componentes discretos e recursos que podem ser prontamente separados ou combinados com as características de qualquer uma das outras várias modalidades sem partir do escopo ou o sentido da presente invenção. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação, um material, uma composição de matéria, processo, etapa ou etapas de processo ao objetivo, essência e escopo da presente invenção. Todas estas modificações são destinadas a estar dentro do escopo das Reivindicações realizadas no presente documento.

[024] Os métodos citados no presente documento podem ser realizados em qualquer ordem dos eventos citados que for logicamente possível, bem como na ordem de eventos citados. Adicionalmente, quando uma faixa de valores for fornecida, se entende que cada valor de intervenção, entre o limite superior e inferior desta faixa e qualquer outro valor declarado ou interveniente em tal faixa indicada é abrangido pela invenção. Ademais, também é contemplado que qualquer recurso opcional das variações inventivas descritas pode ser estabelecido e reivindicado independentemente, ou em combinação com qualquer uma ou mais dentre os recursos descritos no presente documento.

[025] Todo o material existente mencionado no presente documento (por exemplo, publicações, patentes, pedidos de patente e hardware) é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade, exceto na medida em que a matéria possa estar em conflito com aquela da presente invenção (neste caso, prevalece o que é apresentado no presente documento).

[026] As modalidades da invenção utilizam processos termodinâmicos usando criogênicos que fornecem resfriamento sem encontrar o fenômeno de bloqueio de vapor.

DIAGRAMA DE FASE CRIOGÊNICA E PONTO QUASE CRÍTICO

[027] Este Pedido usa diagramas de fase para ilustrar e comparar vários processos termodinâmicos. Um diagrama de fase exemplificativo é mostrado na Figura 1. Os eixos geométricos do diagrama correspondem à pressão P e à temperatura T e incluem uma linha de fase 102 que delineia o local de todos os pontos (P, T) em que o líquido e o gás coexistem. Para os valores (P, T) ao lado esquerdo da linha de fase 102, o criogênico está num estado líquido, de modo geral, obtido com pressões mais elevadas e temperaturas mais baixas, enquanto que os valores (P, T) ao lado direito da linha de fase 102 definem regiões em que o criogênico está num estado gasoso, de modo geral, obtido com pressões mais baixas e temperaturas mais elevadas. A linha de fase 102 termina abruptamente num único ponto conhecido como o ponto crítico 104. No caso do nitrogênio N2, o ponto crítico é o Pc= 3,396 MPa e Tc=- 147,15°C.

[028] Quando um fluido tem fases líquida e gasosa presentes durante um aumento gradual de pressão, o sistema se desloca ao longo da linha de fase gás-líquido 102. No caso de N2, o líquido a baixas pressões é até duzentas vezes mais denso que a fase gasosa. Um aumento contínuo da pressão faz com que a densidade do líquido diminua e a densidade da fase gasosa aumente, até que sejam iguais apenas no ponto crítico 104. A distinção entre líquido e gás desaparece no ponto crítico 104. O bloqueio do fluxo direto por expansão de gás à frente do criogênico líquido é, desta forma, evitado por condições que rodeiam o ponto crítico, definido no presente documento como “condições quase críticas”. Os fatores que permitem uma maior separação do ponto crítico enquanto mantém um fluxo funcional incluem maior velocidade do fluxo criogênico, diâmetro maior do lúmen de fluxo e menor carga de calor sobre o trocador térmico ou ponta da região de criotratamento.

[029] Conforme o ponto crítico é abordado a partir da parte de baixo, a densidade da fase de vapor aumenta e a densidade da fase líquida diminui até que esteja no lado direito no ponto crítico, onde as densidades destas duas fases são exatamente iguais. Acima do ponto crítico, a distinção de fases líquida e de vapor desaparece, deixando apenas uma única fase supercrítica. Todos os gases obedecem bem à seguinte equação de estado de van der Waals:

em que

são a pressão crítica, volume molar crítico e a temperatura crítica, respectivamente.

[030] As variáveis v, p e t são frequentemente referidas como “volume molar reduzido”, “pressão reduzida” e “temperatura reduzida”, respectivamente. Assim, quaisquer duas substâncias com os mesmos valores de p, v e t estão no mesmo estado termodinâmico do fluido próximo do seu ponto crítico. Eq. 1 é, deste modo, denominada incorporando a “Lei dos Estados Correspondentes”. Isto é descrito mais completamente em H. E. Stanley, Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena (Oxford Science Publications, 1971), cuja descrição completa é incorporada ao presente documento a título de referência para todos os fins.

[031] Nas modalidades da invenção, a pressão reduzida p é fixada a um valor constante de aproximadamente um e, portanto, a uma pressão física fixa próxima da pressão crítica, enquanto a temperatura reduzida t varia com a carga térmica aplicada ao dispositivo. Se a pressão reduzida p for uma constante definida pela engenharia do sistema, então, o volume molar reduzido v é uma função exata da temperatura reduzida t.

[032] Em outras modalidades da invenção, a pressão de operação p pode ser ajustada de modo que, ao longo das variações na temperatura t do dispositivo, v sejam mantidas abaixo de algum valor máximo no qual a condição de bloqueio de vapor irá resultar. É desejável, de modo geral, manter p no menor valor no qual isto é verdadeiro visto que aumentar a pressão para alcançar valores mais elevados de p pode envolver o uso de um compressor mais complexo e mais caro, resultando em aquisição e manutenção mais dispendiosas de todo o sistema de suporte de aparelho e menor eficácia de resfriamento geral.

[033] As condições que devem ser colocadas em v dependem da forma complexa e não analítica da taxa de fluxo volumétrico dV/dt, da capacidade de aquecimento das fases líquida e de vapor e das propriedades de transporte tais como a condutividade térmica, a viscosidade, etc., tanto no líquido quanto no vapor. Esta relação exata não é derivada aqui na forma algebricamente fechada, porém, pode ser determinada numericamente integrando as equações de modelo que descrevem transporte de massa e de calor dentro do dispositivo. Conceitualmente, o bloqueio de vapor ocorre quando a taxa de aquecimento da agulha (ou outra estrutura de dispositivo para transportar o criogênico e resfriar o tecido) produz a fase de vapor. A potência de resfriamento desta fase de vapor, que é proporcional à taxa de fluxo do vapor vezes a sua capacidade de calor dividida pelo seu volume molar não tem a capacidade para acompanhar a taxa de aquecimento para a agulha. Quando isto ocorre, cada vez mais da fase de vapor é formada a fim de absorver o excesso de calor através da conversão da fase líquida em vapor no fluxo de criogênico. Isto cria uma condição de fuga em que o líquido se converte na fase de vapor para preencher a agulha e, eficazmente, todos os fluxos de criogênico são interrompidos devido à grande pressão que resulta nesta fase de vapor conforme o fluxo de calor para o interior da agulha aumenta sua temperatura e pressão rapidamente. Esta condição é chamada de “bloqueio de vapor”.

[034] De acordo com uma modalidade da presente invenção, as fases líquida e de vapor são substancialmente idênticas em seu volume molar. A potência de resfriamento está no ponto crítico e o sistema de resfriamento evita o bloqueio de vapor. Adicionalmente, em condições ligeiramente abaixo do ponto crítico, o aparelho também pode evitar o bloqueio de vapor.

SISTEMAS DE CRIOABLAÇÃO

[035] A Figura 2 fornecem uma ilustração esquemática de uma disposição estrutural para um sistema criogênico numa modalidade, e a Figura 3 fornece um diagrama de fases que ilustra um caminho termodinâmico tomado pelo criogênico quando o sistema da Figura 2 é operado. Os identificadores numéricos circulados nas duas Figuras correspondem de modo que uma posição física seja indicada na Figura 2 em que são alcançados pontos de operação identificados ao longo do caminho termodinâmico. A descrição a seguir, deste modo, algumas vezes faz referência simultânea tanto ao desenho estrutural da Figura 2 quanto ao diagrama de fases da Figura 3 na descrição dos aspectos físicos e termodinâmicos do fluxo de resfriamento.

[036] Para fins ilustrativos, tanto a Figura 2 quanto a Figura 3 fazem referência específica a um criogênico de criogênico, porém, isto não se destina a limitativo. A invenção pode ser, de modo mais geral, usada com qualquer criogênico adequado tal como, por exemplo, argônio, neon, hélio, hidrogênio e oxigênio.

[037] Na Figura 3, a linha de fase líquida-gasosa é identificada com a etiqueta de referência 256 e o caminho termodinâmico seguido pelo criogênico é identificado com a etiqueta de referência 258.

[038] Um gerador de criogênico 246 é usado para fornecer o criogênico a uma pressão que excede a pressão de ponto crítico Pc para o criogênico na sua saída, referenciado nas Figuras 2 e 3 pela etiqueta Φ. O ciclo de resfriamento pode, de modo geral, começar em qualquer ponto no diagrama de fases com uma pressão acima ou ligeiramente abaixo de Pc, embora seja vantajoso que a pressão esteja próxima da pressão de ponto crítico Pc. A eficiência de resfriamento do processo descrito no presente documento é, de modo geral, maior quando a pressão inicial está próxima da pressão de ponto crítico Pc de modo que a pressões mais altas possa haver exigências de energia aumentadas para obter o fluxo desejado. Deste modo, as modalidades podem, algumas vezes, incorporar várias pressões limites superiores mais altas, porém, de modo geral, começam próximas do ponto crítico, tal como entre 0,8 e 1,2 vezes Pc, e numa modalidade a cerca de 0,85 vezes Pc.

[039] Conforme usado no presente documento, o termo “quase crítico” é destinado a se referir a próximo do ponto crítico de vapor líquido. O uso deste termo é equivalente a “próximo a um ponto crítico” e é a região em que o sistema líquido-vapor está adequadamente próximo do ponto crítico, em que a viscosidade dinâmica do fluido está próxima àquela de um gás normal e muito menor que aquela do líquido; contudo, ao mesmo tempo a sua densidade está próxima daquela de um estado líquido normal. A capacidade térmica do fluido quase crítico é ainda maior do que aquela da sua fase líquida. A combinação de viscosidade semelhante a gás, densidade líquida e capacidade térmica muito grande torna a mesma um agente refrigerante muito eficiente. A referência a um ponto quase crítico se refere à região em que o sistema líquido-vapor está adequadamente próximo do ponto crítico de modo que as flutuações das fases líquida e de vapor sejam suficientemente grandes para criar um aumento grande da capacidade de calor sobre o seu valor de fundo. A temperatura quase crítica é uma temperatura dentro de ± 10% da temperatura do ponto crítico. A pressão quase crítica está entre 0,8 e 1,2 vezes a pressão do ponto crítico.

[040] Com referência novamente à Figura 2, o criogênico é fluído através de um tubo, em que pelo menos parte do qual é circundado por um reservatório 240 do criogênico num estado líquido, reduzindo sua temperatura sem alterar substancialmente sua pressão. Na Figura 2, o reservatório é mostrado como N2, líquido com um trocador de calor 242 fornecido dentro do reservatório 240 para extrair o calor do criogênico fluente. Fora do reservatório 240, o isolamento térmico em torno do tubo pode ser fornecido para evitar o aquecimento não desejado do criogênico conforme o mesmo flui do gerador de criogênico 246. No ponto @, após ser resfriado ao ser colocado em contato térmico com o criogênico líquido, o criogênico tem uma temperatura mais baixa, porém, está substancialmente na pressão inicial. Em alguns casos, pode haver uma mudança de pressão, conforme é indicado na Figura 3 na forma de uma ligeira diminuição de pressão, contanto que a pressão não caia substancialmente abaixo da pressão de ponto crítico Pc, isto é, não cai abaixo da pressão mínima determinada. No exemplo mostrado na Figura 3, a queda de temperatura como resultado do fluxo através do criogênico líquido é de cerca de 50°C.

[041] O criogênico é, então, fornecido para um dispositivo para o uso em aplicações criogênicas. Na modalidade exemplificativa mostrada na Figura 2, o criogênico é fornecido para uma entrada 236 de um cateter 224, tal como pode ser usado em aplicações criogênicas endovasculares médicas, porém, isto não é uma exigência.

[042] De fato, a forma do dispositivo médico pode variar amplamente e incluir, sem limitação: instrumentos, utensílios, cateteres, dispositivos, ferramentas, aparelhos e sondas independentemente de tal sonda ser curta e rígida, ou longa e flexível, e independentemente de se destinar a cirurgias abertas, mínimas, não invasivas, manuais ou robóticas.

[043] Nas modalidades, o criogênico pode ser introduzido através de uma parte proximal de um cateter, continuar ao longo de uma secção intermédia flexível do cateter e para a seção de tratamento distal do cateter. Conforme o criogênico é transportado através do cateter, e através da região de tratamento de crioablação 228, entre as etiquetas @ e ® nas Figuras 2 e 3, pode haver uma ligeira alteração na pressão e/ou temperatura do criogênico visto que se desloca através da interface com o dispositivo, por exemplo, a região de crioablação 228 na Figura 2. Tais mudanças podem, tipicamente, mostrar um ligeiro aumento na temperatura e uma ligeira diminuição na pressão. Desde que a pressão criogênica permaneça acima da pressão mínima determinada (e condições associadas), ligeiros aumentos de temperatura não afetam significativamente o desempenho devido ao fato de o criogênico simplesmente voltar em direção ao ponto crítico sem encontrar a linha de fase líquida-gasosa 256, evitando, deste modo, o bloqueio do vapor.

[044] O isolamento térmico ao longo do eixo do cateter de crioterapia (ou aparelho, utensílio, agulha, sonda, etc.) e ao longo do sistema de suporte que distribui capacidade de congelamento quase crítica a estas agulhas pode usar um vácuo.

[045] O fluxo do criogênico do gerador de criogênico 246 através do cateter 224 ou outro dispositivo pode ser controlado na modalidade ilustrada com uma montagem que inclui uma válvula de retenção 216, uma impedância de fluxo e/ou um controlador de fluxo. O próprio cateter 224 pode compreender um isolamento à vácuo 232 (por exemplo, uma cobertura ou camisa) ao longo do seu comprimento e pode ter uma região de crioablação fria 228 que é usada para as aplicações criogênicas. Diferente de uma sonda Joule-Thomson, em que a pressão do criogênico de trabalho se altera significativamente na ponta da sonda, estas modalidades da invenção fornecem relativamente pouca mudança de pressão em todo o aparelho. Deste modo, no ponto ®, a temperatura do criogênico aumentou aproximadamente à temperatura ambiente, porém, a pressão permanece elevada. Mantendo a pressão acima ou próxima da pressão de ponto crítico Pc conforme o criogênico é transportado através do cateter, se evita a linha de fase líquida-gasosa 256 e o bloqueio de vapor.

[046] A pressão do criogênico volta à pressão ambiente no ponto ®. O criogênico pode, então, ser ventilado através da ventilação 204 em condições substancialmente ambientes.

[047] Exemplos de sistemas de crioablação de fluidos quase críticos, seus componentes e várias disposições são descritos no Pedido de Patente 10/757.768 que foi expedido como a Patente U.S. 7.410.484, em 12 de agosto de 2008, intitulada “CRYOTHERAPY PROBE”, depositada em14 de janeiro de 2004, por Peter J. Littrup et al.; Pedido de Patente U.S. 10/757.769, que foi expedido como a Patente U.S. 7.083.612, em 1 de agosto de 2006, intitulada “CRYOTHERAPY SYSTEM”, depositada em 14 de janeiro de 2004, por Peter J. Littrup et al.; Pedido de Patente U.S. 10/952.531, que foi expedido como a Patente U.S. 7.273.479, em 25 de setembro de 2007, intitulada “METHODS AND SYSTEMS FOR CRYOGENIC COOLING”, depositada em 27 de setembro de 2004, por Peter J. Littrup et al.; e Patente U.S. 8.387.402 de Littrup et al., em que todos são incorporados a título de referência, em sua totalidade, para todos os propósitos.

[048] Um método para resfriar um tecido-alvo em que o criogênico segue um caminho termodinâmico semelhante ao mostrado na Figura 3 é ilustrado com o diagrama de fluxo da Figura 4. No bloco 310, o criogênico é gerado com uma pressão que excede a pressão do ponto crítico e está próximo da temperatura de ponto crítico. A temperatura do criogênico gerada é reduzida no bloco 314 através de troca de calor com uma substância com uma temperatura mais baixa. Em algumas ocorrências, isto pode ser convenientemente realizado usando troca de calor com um estado líquido sob pressão ambiente do criogênico, embora a troca de calor possa ser realizada sob outras condições em diferentes modalidades. Por exemplo, um criogênico diferente pode ser usado em algumas modalidades, tal como fornecendo troca de calor com criogênico líquido quando o fluido de trabalho for argônio. Ademais, em outras modalidades alternativas, a troca de calor pode ser realizada com um criogênico que está numa pressão que difere da pressão ambiente, tal como fornecendo o criogênico em pressão mais baixa para criar um ambiente mais frio.

[049] O outro criogênico resfriado é fornecido no bloco 318 para um dispositivo de aplicação criogênica, o qual pode ser usado para uma aplicação de resfriamento no bloco 322. A aplicação de resfriamento pode compreender resfriamento e/ou congelamento, dependendo da possibilidade de um objeto ser congelado com a aplicação de resfriamento. A temperatura do criogênico é aumentada como resultado da aplicação de criogênico, e o criogênico aquecido é fluído para um console de controle no bloco 326. Embora possa haver alguma variação, a pressão de criogênico é, de modo geral, mantida maior que a pressão de ponto crítico ao longo dos blocos 310 a 326; a principal alteração nas propriedades termodinâmicas do criogênico nestes estágios é sua temperatura. No bloco 330, a pressão do criogênico aquecido é, então, permitida cair para a pressão ambiente de modo que o criogênico possa ser ventilado, ou reciclado, no bloco 334. Em outras modalidades, o criogênico pressurizado restante no bloco 326 também pode retornar ao longo de um caminho para o bloco 310 para a reciclagem em vez de ventilar o criogênico à pressão ambiente.

MODULAÇÃO DE PRESSÃO

[050] A Figura 5 é um fluxograma 500 que ilustra outra modalidade da invenção.

[051] A etapa 510 recita como gerar criogênico a ou próximo de pressão e temperatura críticas. A etapa 510 pode ser realizada, por exemplo, conforme descrito acima com referência às Figuras 2 a 3

[052] A etapa 520 recita como baixar a temperatura do criogênico. A etapa 510 também pode ser realizada, por exemplo, conforme descrito acima com referência às Figuras 2 a 3

[053] A etapa 522 recita como determinar a possibilidade de a temperatura do cateter estar abaixo de um valor limiar. A medição da temperatura pode ser realizada usando termopares colocados na extremidade da seção de tratamento, ou dentro dos canais de transporte ou, de outro modo, ao longo do caminho de fluxo de modo a medir a temperatura do próprio aparelho, do criogênico e/ou do tecido. De fato, uma pluralidade de sensores de temperatura pode ser colocada ao longo de toda a extremidade, da seção de tratamento, do caminho de escoamento de entrada, do caminho de fluxo de retorno e, preferencialmente, em contato direto com o criogênico para obter uma medição precisa da temperatura em tempo real, e a diferença entre o criogênico de entrada e o criogênico de saída.

[054] Se a temperatura não estiver abaixo de um valor limiar, a pressão não é reduzida.

[055] Se a temperatura estiver abaixo de um valor limiar, então, a pressão é diminuída para um valor pré-ajustado conforme indicado pela etapa 524. Nas modalidades, após a seção de tratamento do crioaparelho ser colocada adjacente ao tecido-alvo a ser resfriado e a temperatura ser confirmada como abaixo de um valor limiar, a pressão é substancialmente reduzida da primeira pressão relativamente elevada (quase crítica) a uma segunda pressão inferior uma vez que a ponta ou tecido do aparelho atinja a temperatura-alvo.

[056] Subsequentemente, para determinar a possibilidade de a temperatura estar abaixo de um valor pré-estabelecido e a possibilidade para reduzir a pressão, a etapa 530 recita como fornecer criogênico a um cateter. A etapa 530 também pode ser realizada, por exemplo, conforme descrito acima com referência às Figuras 2 a 3

[057] Sem se limitar por teoria, uma vez que a temperatura de elemento ou de tecido de congelamento de cateter seja abaixada para uma temperatura fria alvo (por exemplo, -100°C), o problema mencionado acima associado ao bloqueio de vapor é minimizado devido ao fato de o tecido que circunda a seção de tratamento do aparelho ser reduzida (a saber, congelada). O tecido gelado não atua como dissipador de calor (e aquece) o fluido que flui da mesma maneira que o tecido inicialmente atuado como um dissipador de calor para aquecer o criogênico. O criogênico não deve ter tendência para se transformar de uma fase líquida para uma fase de vapor dentro do aparelho. Se antecipa que o criogênico permaneça como um líquido e o volume molar de gás não aumente durante o ciclo de fluxo. Consequentemente, a modalidade descrita na Figura 5 fornece uma fase inicial (ou primeira) de alta pressão da operação criogênica, e uma segunda fase de tratamento de baixa pressão. Pressões exemplificativas durante a fase de tratamento de baixa pressão variam de 1,378 a 0 MPa (200 a 0 psi) e temperaturas na faixa de -50 a -150 graus C. Adicionalmente, o período de tempo para as fases iniciais de alta pressão e de tratamento inferior estão na faixa de 10 segundos a 1 minuto e 30 segundos a 4 minutos, respectivamente.

[058] Uma ampla variedade de sistemas pode ser empregada para modular a pressão entre a pressão elevada (quase crítica) a uma pressão relativamente baixa. As Figuras 6 a 8 são diagramas esquemáticos que ilustram vários sistemas de crioablação com componentes de modulação de pressão ou de ajuste.

[059] Com referência à Figura 6, por exemplo, um sistema de crioablação 600 compreende um primeiro caminho de fluxo criogênico que inclui um abastecimento ou gerador de criogênico de alta pressão 610, um meio de resfriamento 620, um cateter de crioablação 630 e uma válvula de retenção de alta pressão 640. A válvula de retenção 640 pode operar para abrir em pressões que estão numa faixa de, por exemplo, 2,758 a 3,309 MPa (400 a 480 psi). O primeiro caminho de fluxo transporta o criogênico para uma primeira fase ou fase inicial para a seção de tratamento do cateter, de preferência, sob uma pressão quase crítica. O bloqueio de vapor é evitado.

[060] Após uma fase inicial ou no ponto no tempo em que a temperatura medida atinge uma temperatura limiar indicando que o tecido adjacente é substancialmente resfriado e que o risco de bloqueio de vapor é minimizado, a válvula 660 é aberta. O criogênico flui para a válvula de baixa pressão 662, que abre numa segunda pressão substancialmente inferior à válvula de retenção 640. A segunda válvula de baixa pressão pode ser programada para abrir numa pressão compreendida entre 2,068 a 0 MPa (300 e 0) psi e, mais preferencialmente, menor ou igual a 1,379 MPa (200 psi). O criogênico pode, então, ser processado adicionalmente ou liberado para o ambiente.

[061] As válvulas descritas no presente documento podem ser operadas manualmente ou, nas modalidades, usando equipamento mais sofisticado tal como um controlador. O controlador operaria para enviar sinais para as válvulas e outros componentes do sistema para realizar um tratamento de crioablação.

[062] O sistema modulado por pressão descrito no presente documento tem tanto vantagens práticas quanto de segurança em relação a um sistema de crioablação de estado estacionário quase crítico. Um criogênico de pressão inferior é mais fácil de trabalhar devido ao fato de menos energia ser exigida para alcançar a pressão de operação, o risco de um vazamento é menos provável em baixa pressão, as consequências ou danos resultantes de vazamentos é menor com o uso de um criogênico sob uma pressão mais baixa. Em particular, um vazamento de um criogênico de baixa pressão teria menos impacto no equipamento, na segurança do doente e no operador que um vazamento de criogênico de alta pressão. Adicionalmente, um criogênico de baixa pressão pode ser ventilado diretamente para a atmosfera.

[063] A Figura 7 ilustra outro sistema de crioablação 700 com a capacidade para modular a pressão. Semelhante ao sistema descrito acima, o sistema de crioablação 700 compreende um fornecimento ou gerador de criogênico de alta pressão 710, um meio de resfriamento 720, um cateter de crioablação 730 e uma primeira válvula de retenção 740. Um primeiro caminho de fluxo transporta o criogênico para uma primeira fase ou fase inicial para a seção de tratamento do cateter, de preferência, sob uma pressão quase crítica. O bloqueio de vapor é evitado.

[064] Com referência à Figura 9A, após o período de tempo inicial ti, o regulador de pressão 750 é ativado para causar uma redução na pressão para uma segunda pressão baixa Pt. Consequentemente, um criogênico de baixa pressão é transportado através do cateter de crioablação 730 para tratar um tecido adjacente. O bloqueio de vapor é evitado apesar da redução da pressão a uma pressão substancialmente abaixo da pressão crítica devido ao fato de a seção terminal de instrumento e o tecido circundante serem frios e não faz com que o fluido criogênico altere a fase apesar da diminuição da pressão.

[065] O regulador de pressão e as válvulas podem ser operados manualmente ou, mais preferencialmente, usando equipamento mais sofisticado tal como um controlador que envia sinais para as válvulas e outros componentes de sistema para realizar um tratamento de crioablação conforme descrito no presente documento.

[066] A Figura 8 ilustra outro sistema de crioablação 800 com a capacidade para modular a pressão. O sistema de crioablação 800 compreende um abastecimento de criogênico 810, uma válvula unidirecional 812, um meio de resfriamento 820, um cateter de crioablação 830 e uma válvula de retenção 840.

[067] Adicionalmente, o sistema mostrado na Figura 8 inclui um pistão 850 a jusante da válvula unidirecional 812. O pistão é ativado para aumentar a pressão do criogênico a jusante da válvula unidirecional 812 para uma alta pressão a ou acima da pressão quase crítica. De preferência, o pistão é um membro de ativação rápida que pode aumentar a pressão instantaneamente e manter a alta pressão desejada durante um período de tempo selecionado. Por exemplo, a pressão P pode ser aumentada para pressão quase crítica Pc periodicamente conforme mostrado na plotagem 9B. Deste modo, a curva de tempo de pressão pode ser definida como uma forma de onda que tem uma amplitude e frequência. A diminuição de instrumento e tecido na temperatura em direção à temperatura-alvo letal de estado estacionário inferior. O período de tempo (tt) é representativo de uma segunda fase de tratamento durante a qual a ablação por instrumentos é mantida à baixa pressão Pt.

[068] Alternativamente, a pressão pode ser modulada em etapas, conforme mostrado na Figura 9C. As etapas podem diminuir em incrementos iguais ou não lineares.

[069] Em ainda outra modalidade, a pressão pode ser diminuída a uma taxa contínua, conforme mostrado na Figura 9D. Embora a Figura 9D ilustre um perfil reto, o perfil pode ser curvo ou, de outro modo, inclinado em direção a baixa pressão de tratamento Pt.

[070] Com referência novamente à Figura 8, após a fase inicial, o pistão 850 é desativado e as válvulas 814 e 862 são abertas. Consequentemente, um criogênico de baixa pressão é transportado através do cateter de crioablação 830 para tratar um tecido adjacente. O bloqueio de vapor é evitado apesar da redução da pressão a uma pressão substancialmente abaixo da pressão crítica devido ao fato de a seção terminal de instrumento e o tecido circundante serem frios e não faz com que o fluido criogênico altere a fase apesar da diminuição da pressão.

[071] Conforme descrito adicionalmente no presente documento, os componentes do sistema (que incluem, sem limitação, o pistão, as válvulas, as bombas, os interruptores e os reguladores) podem ser ativados manualmente ou em outras modalidades via um controlador. Uma estação de trabalho ou console, conforme mostrado na Figura 11 e descritos no texto correspondente podem ser fornecidos para permitir que um operador opere convenientemente o instrumento de crioablação.

CATETER DE CRIOABLAÇÃO

[072] O aparelho de crioablação da presente invenção pode ter uma ampla variedade de configurações. Por exemplo, uma modalidade da presente invenção é um cateter flexível 400 conforme mostrado na Figura 10A. O cateter 400 inclui um alojamento ou conector 410 disposto proximalmente adaptado para se conectar a uma fonte de fluido (não ilustrada).

[073] Uma pluralidade de tubos 420 de transferência de fluido é mostrada se estendendo a partir do conector 410. Estes tubos incluem um conjunto de tubos de transferência de fluido de entrada 422 para receber o fluxo de entrada a partir do conector e um conjunto de tubos de transferência de fluido de saída 424 para descarregar o fluxo de saída para o conector 410. Em modalidades, cada um dentre os tubos de transferência de fluido 422, 424 é formado de material que mantém a flexibilidade numa faixa completa de temperaturas de -200°C a temperatura ambiente. Nas modalidades, cada tubo de transferência de fluido tem um diâmetro interior numa faixa entre cerca de 0,10 mm e 1,0 mm (de preferência, entre cerca de 0,20 mm e 0,50 mm). Cada tubo de transferência de fluido pode ter uma espessura de parede numa faixa entre cerca de 0,01 mm e 0,30 mm (de preferência, entre cerca de 0,02 mm e 0,10 mm).

[074] Uma cobertura de extremidade 440 está posicionada nas extremidades dos tubos de transferência de fluido 422, 424 para fornecer transferência de fluido a partir dos tubos de transferência de fluido de entrada 422 para os tubos de transferência de fluido de saída 424. A cobertura terminal é mostrada com uma ponta atraumática. A cobertura terminal 440 pode ser qualquer elemento adequado para fornecer a transferência de fluido a partir dos tubos de transferência de fluido de entrada 422 para os tubos de transferência de fluido de saída 424. Por exemplo, o tampão terminal 440 pode definir uma câmara, cavidade ou passagem interna que serve para conectar de forma fluida os tubos 422, 424.

[075] Uma bainha externa 430 também é mostrada na Figura 10B que circunda o feixe de tubos 420. A bainha externa serve para manter os tubos numa disposição tubular e proteger a construção de ser penetrada ou interrompida por objetos estranhos e obstáculos.

[076] Um sensor de temperatura 432 é mostrado na superfície da seção distal. O sensor de temperatura pode ser um termopar para detectar uma temperatura correspondente ao tecido adjacente e enviar o sinal de volta através de um fio no feixe de tubos para o console para processamento. O sensor de temperatura pode ser colocado em qualquer lugar ao longo do eixo ou dentro de um ou mais dentro os tubos de transporte de fluido para determinar uma diferença de temperatura entre o fluxo de entrada e o fluxo de saída.

[077] Nas modalidades, os tubos de transferência de fluido 420 são formados de aço inoxidável recozido ou um polímero tal como poliimida. Em tais configurações, o material pode manter a flexibilidade a uma temperatura quase crítica. Em outras modalidades, o tubo de transferência é formador de formato, deflectível ou orientável para realizar contato firme contínuo com várias anatomias. Outros projetos de dispositivos adequados que incluem projetos deformáveis são descritos no pedido de patente internacional PCT/US2015/024778, depositado em 7 de abril de 2015, intitulado Endovascular Near Critical Fluid Based Cryoablation Catheter Having Plurality of Preformed Treatment Shapes.

[078] Existem muitas configurações para disposições de tubos. Nas modalidades, os tubos de transferência de fluido são formados de uma matriz circular, em que o conjunto de tubos de transferência de fluido de entrada compreende pelo menos um tubo de transferência de fluido de entrada que define uma região central de um círculo e em que o conjunto de tubos de transferência de fluido de saída compreende uma pluralidade de tubos de transferência de fluido de saída espaçado próximo a região central num padrão circular. Na configuração mostrada na Figura 10B, os tubos de transferência de fluido 422, 424 estão dentro desta classe de modalidades.

[079] Durante o funcionamento, o fluido criogênico chega ao cateter através de uma linha de abastecimento a partir de uma fonte criogênica adequada a uma temperatura próxima de -200°C. O criogênico é circulado através da zona de congelamento multitubular fornecida pelos tubos de transferência de fluido expostos e volta para o conector.

[080] Nas modalidades, o fluxo de nitrogênio não forma bolhas gasosas dentro dos tubos de diâmetro pequeno sob qualquer carga de calor, de modo a não criar um bloqueio de vapor que limite o fluxo e a potência de resfriamento. Operando na condição quase crítica durante pelo menos um período inicial de aplicação de energia, o bloqueio de vapor é eliminado conforme a distinção entre as fases líquida e gasosa desaparece.

[081] Um projeto multitubular pode ser, preferencialmente, para um projeto de tubo único devido ao fato de os tubos adicionais poderem fornecer um aumento substancial na área de troca de calor entre o criogênico e o tecido. Dependendo do número de tubos usados, os crioinstrumentos podem aumentar a área de contato várias vezes em relação aos desenhos anteriores com diâmetros de tamanho semelhantes aos eixos únicos. No entanto, a invenção não se destina a ser limitada a um desenho de um ou vários tubos, exceto quando especificamente mencionado nas Reivindicações anexas.

CONSOLE DE CRIOABLAÇÃO

[082] A Figura 11 ilustra um sistema de crioablação 950 que tem um carro ou console 960 e um cateter de crioablação 900 conectado de modo desafixável ao console através de um tubo alongado flexível 910. O cateter de crioablação 900, que será descrito em maiores detalhes abaixo em conexão à Figura 12, contém um ou mais tubos de transporte de fluido para remover calor do tecido.

[083] O console 960 pode incluir ou alojar uma variedade de componentes (não mostrados) tais como, por exemplo, um gerador, controlador, tanque, válvula, bomba, etc. Um computador 970 e o visor 980 são ilustrados na Figura 11 posicionados no topo do carrinho para a operação de usuário conveniente. O computador pode incluir um controlador, temporizador ou se comunicar com um controlador externo para acionar componentes dos sistemas de crioablação, tais como uma bomba, válvula ou gerador. Os dispositivos de entrada tais como um mouse 972 e um teclado 974 podem ser fornecidos para permitir ao usuário introduzir dados e controlar os dispositivos de crioablação.

[084] Nas modalidades, o computador 970 é configurado ou programado para controlar a taxa de fluxo, a pressão e as temperaturas do criogênico conforme descrito no presente documento. Os valores-alvo e a medição em tempo real podem ser enviados e mostrados no visor 980.

[085] A Figura 12 mostra uma vista ampliada da seção distai do aparelho de crioablação 900. A seção distal 900 é semelhante nos projetos descritos acima, exceto pelo fato de que a região de tratamento 914 inclui uma cobertura protetora flexível 924. A cobertura serve para conter vazamentos do criogênico no caso de um dentre os tubos de transporte de fluido ser violado. Embora um vazamento não seja esperado ou antecipado em qualquer um dentre os tubos de transporte de distribuição de fluido, a cobertura de proteção fornece uma barreira extra ou redundante que o criogênico teria que penetrar para escapar do cateter durante um procedimento. Nas modalidades, a cobertura de proteção pode ser formada de metal.

[086] Adicionalmente, um líquido termicamente condutor pode estar disposto dentro de espaços ou lacunas entre os tubos de transporte e a superfície interna da cobertura para aperfeiçoar a eficácia de resfriamento térmico do dispositivo durante o tratamento. Nas modalidades, o líquido termicamente condutor é água.

[087] A cobertura 924 é mostrada com formato tubular ou cilíndrico e terminando na ponta distal 912. Conforme descrito no presente documento, a região de resfriamento 914 contém uma pluralidade de tubos de distribuição de fluido e retorno de fluido para transportar um fluido de resfriamento através da região de tratamento 914, fazendo com que o calor seja transferido/removido do tecido-alvo. Nas modalidades, o fluido é transportado através do feixe de tubos sob condições físicas próximas do ponto crítico do fluido no diagrama de fases durante um primeiro período de tempo e, em seguida, a pressão é reduzida durante um segundo período de tempo, conforme descrito no presente documento. A cobertura serve, entre outras coisas, para conter o fluido de resfriamento e impedir que o mesmo escape do cateter no caso de um vazamento se formar num dos tubos de fornecimento.

[088] Embora uma cobertura seja mostrada nas Figuras 11 a 12, a invenção não se destina a ser limitada deste modo, exceto onde citado nas Reivindicações. O aparelho pode ser fornecido com ou sem uma cobertura protetora e utilizado para resfriar um tecido-alvo.

APLICAÇÕES

[089] Os sistemas e métodos descritos no presente documento podem ser usados numa ampla variedade de aplicações médicas incluindo, por exemplo, oncologia e aplicações cardiovasculares. Os tumores candidatos a serem submetidos à ablação com crioenergia incluem tecidos-alvo e tumores no tórax e GI superior e inferior. Os dispositivos descritos no presente documento também podem ser aplicados para destruir ou reduzir os tecidos-alvo na cabeça e no pescoço.

[090] Uma aplicação cardiovascular exemplificativa é a ablação cardíaca com base endovascular para criar lesões alongadas contínuas. Conforme descrito no presente documento, criar lesões contínuas alongadas em determinadas localizações do coração podem servir para tratar várias condições tais como, por exemplo, fibrilação arterial. Consultar, por exemplo, Pedido de Patente 61/981.110, depositado em 17 de abril de 2014, intitulado Endovascular Near Critical Fluid Based Cryoablation Catheter Having Plurality of Preformed Treatment Shapes.

[091] Os métodos e sistemas descritos no presente documento servem para criar lesões com um comprimento que está numa faixa de 1 a 15 cm ou 2 a 10 cm e, mais preferencialmente, entre 5 a 8 cm. As lesões são, preferencialmente, contínuas e lineares, não uma série de marcas tais como em alguns conjuntos de procedimentos de ablação de ponto da técnica anterior. De acordo com os projetos descritos acima, a crioenergia e a transferência de calor podem ser focadas no endocárdio, criando uma lesão completamente através do endocárdio (uma lesão transmural). Adicionalmente, nas modalidades, os cateteres atingem potência de resfriamento sem bloqueio de vapor modulando a pressão do fluido de resfriamento. O fluido de resfriamento é, de preferência, transportado próximo do seu ponto crítico no diagrama de fases durante pelo menos uma parte do tempo de ativação de energia e, em seguida, reduzido, opcionalmente, a uma pressão mais baixa.

[092] Um cateter de ablação cardíaca, de acordo com os princípios da presente invenção, pode ser colocado em contato direto ao longo do revestimento interno do átrio esquerdo, evitando, deste modo, a maior parte do dissipador de calor maciço do sangue que flui no interior do coração conforme a ablação prossegue para fora.

[093] Adicionalmente, as configurações de cateter podem incluir curvas substanciais, ou laços que fornecem as ablações circunferenciais, bem como lineares. Os cateteres descritos no presente documento podem ser manipulados para formar lesões em forma de anel próximas ou em torno das entradas de vasos pulmonares, por exemplo.

[094] Muitas modificações e variações da presente invenção são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Portanto, deve ser entendido que, no escopo das Reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de outra forma diferente daquela especificamente descrita.

Claims

1. Sistema de Crioablação, compreendendo: um gerador de criogênico capaz de fornecer um fluido criogênico tendo um volume molar de gás e um volume molar de líquido; um resfriador para resfriar o fluido criogênico; um dispositivo médico compreendendo uma seção de tratamento distal; e um controlador operável para controlar a potência de resfriamento fornecida a partir da seção de tratamento distal para criar uma lesão, caracterizado por que o controlador modula uma pressão do fluido criogênico na seção de tratamento distal a partir de uma primeira pressão de fluido para uma segunda pressão de fluido menor que a primeira pressão de fluido enquanto o fluido criogênico é transportado através da seção de tratamento distal e em que a primeira pressão de fluido está numa pressão quase crítica do fluido criogênico de tal modo que o volume molar de gás e o volume molar de líquido sejam equivalentes, em que a segunda pressão de fluido esteja abaixo da pressão quase crítica do fluido criogênico e em que a modulação da pressão da primeira pressão de fluido para a segunda pressão de fluido é realizada sem aumentar o volume molar de gás no fluido, evitando assim o bloqueio de vapor associado ao resfriamento do dispositivo médico.

2. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o dispositivo médico é um cateter.

3. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a seção de tratamento distal do dispositivo médico compreende um sensor de temperatura.

4. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por que o controlador modula a pressão com base numa temperatura medida a partir do sensor de temperatura.

5. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado por que o controlador opera para alterar a primeira pressão de fluido para a segunda pressão de fluido quando a temperatura medida atinge -100°C ou menos.

6. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado por que o controlador é configurado para determinar se a temperatura no sensor de temperatura está abaixo de um valor limiar, em que (i) se a temperatura no sensor de temperatura deixa de estar abaixo do valor limite, a pressão deixa de ser reduzida e (ii) se a temperatura no sensor de temperatura estiver abaixo do valor limiar, a pressão é reduzida a um valor pré-estabelecido.

7. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, compreendendo ainda uma válvula de alta pressão e uma válvula de baixa pressão, caracterizado por que o controlador opera para comutar o caminho de fluido da válvula de alta pressão para a válvula de baixa pressão, diminuindo, deste modo, a pressão do fluido sendo transportado através da seção de tratamento distal do dispositivo médico da primeira pressão de fluido para a segunda pressão de fluido.

8. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, compreendendo ainda um regulador de pressão em comunicação de fluido com o gerador de criogênico, caracterizado por que o controlador opera para controlar o regulador de pressão para ajustar a pressão da primeira pressão de fluido para a segunda pressão de fluido.

9. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, compreendendo ainda um pistão em comunicação de fluido com o gerador de criogênico, caracterizado por que o controlador opera para controlar o pistão para ajustar a pressão da primeira pressão de fluido para a segunda pressão de fluido.

10. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que compreende ainda um trocador de calor para reduzir uma temperatura do fluido criogênico.

11. Sistema de Crioablação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o fluido criogênico é Nitrogênio.