CN103402449A - 具有改向流的冷冻外科器械 - Google Patents

Abstract

一种冷冻外科器械，该冷冻外科器械包括：外轴杆，该外轴杆具有冷冻末端；换热器，该换热器在冷冻剂被换热器接纳时冷却末端和外轴杆的一部分；以及分流器，该分流器接纳冷冻剂流，并将接纳的冷冻剂流分成两股或更多股冷冻剂流，并将分开的冷冻剂流递送到换热器，该分流器包括第一通道，该第一通道具有位于分流器上游侧并用来接纳冷冻剂流的流入端口以及位于分流器下游侧并与换热器流体连通的两个或更多个流出端口。

Description

具有改向流的冷冻外科器械

相关申请的交叉引用

该申请要求了2011年3月9日提交的美国临时专利申请第61/450,746号的优先权权益。

背景技术

1.技术领域

本发明的实施例涉及冷冻外科设备，并更具体地涉及具有分流器的冷冻探头或冷冻导管，该分流器将冷冻剂的引入流引导到冷冻探头或冷冻导管外轴杆的内壁上。

2.相关技术的说明

背景技术的说明意在提供该专利申请的基本情况。

已知用于执行冷冻外科手术的冷冻探头，当液态冷冻剂从外部源供给到冷冻探头末端时，冷冻探头使液态冷冻剂“沸腾”。一般来说，将呈两相流体形式的冷冻剂递送到冷冻探头，这是因为有一定百分比的液态冷冻剂在进入冷冻探头之前由于递送软管的不完美的隔热性而不可避免地蒸发。在没有实施特殊结构的情况下，不能通过在冷冻末端（冷冻探头的远侧部段）的内腔中完全分离液相和气相来容易地改善这种两相状态。此外，特别是当将氮气用作冷冻剂时，液态氮会产生被称为蒸汽屏蔽效应（Liedenfrost effect）的氮气气垫来与固态的较热表面相互作用。该效应大幅减小从较热表面吸收热量的能力。在不解决由此方案引起的问题的情况下，无法利用冷冻剂的液态部分的沸腾的优点来有效地冷冻被治疗的组织。更期望的方案将使液相的“沸腾”尽可能靠近较热表面发生。

已知与将氮气用作冷冻剂有关的试图解决这些问题的方案，然而，由于沸腾的氮流体流的特性，所有方案都有较大缺点。

焦耳－汤姆逊探头固有地操作成将冷冻剂递送到末端端部处的膨胀腔室，在此，冷冻剂膨胀并冷却。在冷却之后，膨胀并冷却的冷冻剂随后进入返回通道，在那里对外表面进行冷却。当通过蒸发冷却时，返回的冷冻剂的体积比起初供给到冷冻探头的冷冻剂的量大得多。由于用于排出膨胀冷冻剂的可用出口的相对较小范围，这种返回流体的膨胀体积使得很难以从冷冻探头移除。

发明内容

提供此总结来引入简化形式的构思选择，这些构思在详细说明中下面进一步描述。该发明内容不是用来确定所要求保护的主题的关键特征或主要特征的，也不是用来限制所要求保护的主题范围的。

背景技术不提供克服如下问题的方案，即，在用于排出膨胀冷冻剂的可用出口的相对较小范围内排出较大的膨胀体积的沸腾的返回冷冻剂。

申请人已发现一种通过加入分流器来解决背景技术的问题的有利方案，该分流器将进入冷冻剂探头的冷冻剂引入流直接引向较热的外壁表面，然后使沸腾的冷冻剂经由内返回通道从冷冻探头排出。冷冻剂在发生换热的冷冻探头的外轴杆内表面处的沸腾使体积加大，并大幅加大冷冻剂流的速度，由此加大从外轴杆内表面到冷冻流体的传热。使包含较大部分液相的两相冷冻剂与冷冻探头的外壁内表面直接接触减小冷冻剂存在于换热区（在此也被称为换热元件）的总体积。可用于返回冷冻剂的返回通道的横截面面积大小取决于探头直径。

本发明的至少一方面提供一种冷冻外科器械，其中，分流器可由诸如金属或陶瓷的材料或能在沸腾的冷冻流体的低温下保持其结构完整性和该材料的所产生压力的任何其它合适材料制成。

本发明的至少一方面提供一种冷冻外科器械，其中，冷冻探头末端位于冷冻探头的中心馈送管内或附近，并且主要优点是解决了上述技术问题。

本发明的至少一方面提供一种冷冻外科器械，其中，冷冻探头具有螺旋形末端、分流元件和换热器，以迫使冷冻流体速度加大并使液相尽可能接近于外轴杆的内表面。螺旋形末端较佳地具有加大液相与外轴杆内表面的接触并由此加大传热的一个或多个机构。

在一些方面，特殊末端可选地和较佳地构造成金属管，其具有适于被引入中心馈送管的远侧部段内的合适直径。金属管的近侧部段较佳地设有直凹槽或螺旋形凹槽、孔、其它扩散元件或向外的表面凹陷部，由此使该元件起到流动引导元件或喷射部件的作用。此外，位于中心馈送管外侧的末端的远侧部段提供有限的横截面以迫使冷冻剂在冷冻探头内表面的正上方的小膜内流动。

各种实施方式可选地用于将特殊的末端元件安装到中心馈送管内。例如，元件的直径可选地比冷冻探头的内直径小十分之一毫米，因而，将冷冻流体引向冷冻探头的外轴杆的内表面，然后经由起到用于排出冷冻剂的返回通道作用的内通道排出。

此外，元件的远侧部段可选地附连到冷冻探头的外轴杆的内表面。可选地，多个螺旋形凹槽不附连到内表面以提供用于沸腾过程的空间，从而使沸腾接近于外轴杆内表面发生，同时保持接触表面通过传导吸热。

本发明的一个方面提供一种冷冻外科器械，该冷冻外科器械包括：外轴杆，所述外轴杆在其远端处具有冷冻末端；冷冻剂供给管，所述冷冻剂供给管位于所述外轴杆的近端处，供给管将冷冻剂供给到器械；换热器，所述换热器通过将供给的冷冻剂引导到外轴杆的一部分的内表面和末端的内表面上来冷却外轴杆的一部分，并引导排出的冷冻剂离开末端；以及分流器，所述分流器设置在冷冻剂供给管和换热器之间。分流器包括第一Y型通道和第二Y型通道，该第一Y型通道具有位于分流器的上游侧的流入端口，而第二Y型通道具有位于分流器下游侧的流入端口，第一Y型通道经由分流器上游侧的流入端口接纳来自冷冻剂供给管的供给冷冻剂，并将接纳的冷冻剂沿下游方向分流到换热器，而第二Y型通道经由分流器下游侧的流入端口接纳排出的冷冻剂，并将排出的冷冻剂沿上游方向分流到排出管。

本发明的又一个方面提供一种冷冻外科器械，该冷冻外科器械包括：外轴杆，所述外轴杆具有冷冻末端；换热器，所述换热器在冷冻剂被换热器接纳时冷却末端和外轴杆的一部分；以及分流器，该分流器接纳冷冻剂流，并将接纳的冷冻剂流分成两股冷冻剂流，并将分开的冷冻剂流递送到换热器，分流器包括Y型通道，该Y型通道具有位于分流器上游侧并用来接纳冷冻剂流的流入端口以及位于分流器下游侧并与换热器流体连通的流出端口。

本发明的又一方面提供一种冷冻外科器械，该冷冻外科器械包括：外轴杆，所述外轴杆具有冷冻末端；换热器，所述换热器在冷冻剂被换热器接纳时冷却末端和外轴杆的一部分；以及分流器，该分流器接纳冷冻剂流，并将接纳的冷冻剂流分成两股或更多股冷冻剂流，并将分开的冷冻剂流递送到换热器。分流器包括第一通道，该第一通道具有位于分流器上游侧并用来接纳冷冻剂流的流入端口以及位于分流器下游侧并与换热器流体连通的两个或更多个流出端口。

本发明的这些、附加的和/或其它方面和/或优点是：在下面的详细说明中进行阐释；可以从详细说明中推断出；和/或通过实践本发明来了解。

附图说明

从结合附图考虑的实施例的详细说明中会更容易理解本发明，附图中：

图1a是符合本发明一实施例的冷冻探头的纵向剖视图，该冷冻探头具有螺旋形换热元件，该图示出分流元件的流入通道；

图1b是图1a的冷冻探头的纵向剖视图，该冷冻探头具有螺旋形换热元件，该图示出分流元件的流出通道；

图1c是图1a和1b的分流器106的立体正视图；

图1d是图1a和1b的分流器106的立体后视图；

图2a是符合本发明一实施例的冷冻探头的纵向剖视图，该冷冻探头具有为入流所设的外部直凹槽，该图示出分流元件的流入通道；

图2b是图2a的冷冻探头的纵向剖视图，该冷冻探头具有为出流所设的外部直凹槽；

图2c是图2a的冷冻探头的沿线A-A的侧向剖视图，该冷冻探头设有外部凹槽；以及

图3是符合本发明一实施例的冷冻探头的纵向剖视图，该冷冻探头具有螺旋形换热器。

具体实施方式

现将参照附图中所示的示例详细描述本发明的实施例，在这些附图中，相似的附图标记表示相似的元件。通过参照附图，下面描述实施例来解释本发明。

尽管下文提出本发明的至少一个实施例的具体描述，但应当理解，本发明的法律保护范围由本发明最后所提出的权利要求书的文字来加以限定。由于若非必要，描述每个可能的实施方式是不切实际的，因此详细说明只应当被示例且没有描述每种可能的实施例。可以并设想使用现有技术或在本专利的申请日之后开发出的技术来实现各种替代的实施例和/或实施方式，它们仍将落入本权利要求的保护范围之中。

还应当理解，除非术语在本文中使用句式“如文中所用，术语‘’由此限定为是指……”或相似句式而被明确加以限定，否则不意在明确地或通过暗示来限定该术语的意思、或是超过该术语平常的或普通的意思，并且此类术语不应当被理解成限制于本专利的任意部分所作出的任何声明（除了权利要求中的语言之外）。对于在本申请最后的任何权利所引述的任何术语的内容在本专利中以与独立含义相一致的方式加以参照，这样做只是为了清楚起见，而不会混淆读者，并且没有打算通过暗示或其它来将这类权利要求的术语限定成单一含义。最后，除非通过引述词语“装置”和功能来限定权利要求元素，而没有任何结构的叙述，否则不要基于35U.S.C§112、第六段的适用来解释任何权利要求元素的范围。

术语“冷冻外科器械”在此是指包括但不限于冷冻探头和冷冻导管的任何类型的冷冻器械。尽管说明书聚焦于冷冻探头，但这仅是说明的目的，而不意在限制。

参照图1a-1d，图1a是具有螺旋形换热器的冷冻探头100的纵向剖视图，该图示出流入通道。图1b是具有螺旋形换热器的冷冻探头的纵向剖视图，该图示出流出通道，该图是图1a中视图转过90°的视图。图1c和1d是图1a和1b的分流器106的立体图。

冷冻探头100包括外轴杆103，并且从上游到下游包括位于冷冻探头的近端处的冷冻剂供给管102、分流器106、换热器101和位于冷冻探头的远端处的末端108。

冷冻剂供给管102将冷冻剂递送到冷冻探头100，并可沿冷冻探头的纵向轴线（未示出）大致对中心地设置。冷冻剂供给管102与分流器106流体连通，该分流器与换热器101流体连通。

分流器106分流来自冷冻剂供给管102的冷冻剂114的引入流，并位于外轴杆103内。更详细来说，分流器用于将来自冷冻外科装置的中心的引入流分流到冷冻外科装置的外表面。也就是分流到外轴杆103的内表面。较佳地，分流器106沿冷冻探头100的纵向轴线（未示出）大致对中心地设置。如下所解释的那样，该位置促使冷冻剂对称地递送到换热器101。

分流器106较佳地包括两个Y型（即，构造成Y形）通道106a、106b，它们相对于彼此转过90°并沿相反方向放置。也就是说，各个通道在一端处具有单个端口，并在另一相对端处具有两个端口。图1a示出流入流体Y通道106a，而图1b示出返回流体Y通道106b。该构造是示例性的；其它构造也是可设想和可行的。

例如，在一个可设想的变型中，代替Y型通道，分流器106可具有带有单个中心流入端口和多个（即，两个以上）外周流出端口的通道。此外，这些流出端口可绕分流器的周缘均匀地间隔开，以促进冷冻剂流对着外轴杆103均匀地分流。

在另一可设想变型中，分流器106的通道106a和106b无须共用相同的构造。即，通道106a和106b的对应流出端口无须是圆形的，它们可以是椭圆形或带狭槽的。

在又一可设想变型中，分流器106的流动通道106a和106b可具有多个入口和多个出口。

总体来说，发明人主要根据所用的具体冷冻剂的流动和冷却特性以及期望的性能而设想了流体通道的流入端口和流出端口的多种组合以及通道的多种构造。

换热器101位于外轴杆103内，并且将冷冻剂引导到外轴杆103的内表面上。为了实现冷冻剂流114的该方向，换热器设有多个凹槽120，仅为了说明的目的示出两个凹槽，它们接近于外轴杆103的内表面。螺旋形凹槽120绕冷冻探头100的纵向轴线盘绕，并通到外轴杆103的内表面。也就是说凹槽120与外轴杆103的内表面流体连通。两相冷冻剂在螺旋形凹槽120内流动，并在换热器101和外轴杆103的内表面之间沸腾，从而加大其速度并加强冷冻探头100与冷冻剂之间的传热。

操作时，冷冻剂供给管102将冷冻剂引入装置100，并引导冷冻剂流114通过流入端口112、然后进入分流器106的流入流体Y通道106a。此后，冷冻剂流经过流入流体Y通道106a并进入换热器101。

接下来，冷冻剂从流入流体Y通道106a流到多个开口的螺旋形凹槽120中的各凹槽。螺旋形凹槽120使螺旋状冷冻剂流115对着末端108的内表面122排出。然后，冷冻剂流在被内表面122反射之后进入换热器101内的内通道109。在该反射之后，冷冻剂的特征为膨胀/排出。

此后，膨胀的冷冻剂进入分流器106的返回端口110，经返回流体Y通道106b流到返回通道111，然后流到排出管107。排出管107位于可选的隔热套管104和冷冻剂供给管102之间。隔热套管104在冷冻探头100的近端附近。隔热套管104终止了冷冻探头100的传热（消融）区105。

冷冻探头100在末端108和隔热套管104之间的长度限定了消融区105。也就是说消融区105由冷冻探头100的与沸腾冷冻剂接触的非隔热内表面限定。

参照图2a-2c，图2a是具有为入流所设的外部直凹槽的冷冻探头200的纵向剖视图，该图示出流入通道。图2b是具有为入流所设的外部直凹槽的冷冻探头的纵向剖视图，该图是图2a中视图转过90°的视图。图2c是图2a的冷冻探头200沿线A-A的侧向剖视图，该图示出换热器的直凹槽的径向散布。

具有与图1a-1d中元件相同或相似功能的元件由相似的附图标记表示。

冷冻探头200包括分流器206和换热器201，换热器在其远端处止于中空闭合末端208内。冷冻探头200以类似于图1a-1d的冷冻探头100的方式操作，除了换热元件201具有开口直线状凹槽211而不是图1a和1b中所示的开口螺旋形凹槽120以外。图2c更详细地示出排出管207的构造；也可使其构造与图1a-1d中所示的冷冻探头100的排出管107的构造相似。

换热器201位于外轴杆203内，并且将冷冻剂引导到外轴杆203的内表面上。外轴杆203较佳地相对于隔热套管204隔热。末端208使外轴杆203在其远端处闭合。

在其近端处至少部分地位于外轴杆203内的中心冷冻剂供给管202将冷冻剂流214供给到分流器206。该冷冻剂流214通过流入端口212进入分流器206。

分流器206较佳地包括两个Y型通道，它们相对于彼此转过90°并沿相反方向放置在外轴杆203内。图2a示出流入流体Y通道206a，而图2b示出返回流体Y通道206b。该构造是示例性的；其它构造也是可设想和可行的。

操作时，冷冻剂从流入端口212经Y通道206a流到多个外部直凹槽221中的一个。直凹槽221与冷冻探头200的纵向轴线平行延伸，并闭合于外轴杆203的内表面。冷冻剂流215继续流到凹槽221的端部，在端部处，返回的膨胀冷冻剂被末端208的内表面反射，进入换热器209的内通道。两相冷冻剂在凹槽221内流动，并在换热器201和外轴杆203的内表面之间沸腾，从而加大其速度并加强冷冻探头200与冷冻剂之间的传热。

此后，冷冻剂进入返回端口210，从而经Y通道206b流到返回通道211，然后流到排出管207。冷冻剂流由附图标记213表示。

图3是符合本发明的另一方面的冷冻探头300的纵向剖视图，该冷冻探头通过换热器301的配置而具有为出流所设的内部螺旋线圈。具有与图1a-1d中元件相同或相似功能的元件由相似的附图标记表示。

操作时，冷冻剂流314从冷冻剂供给管302进入，并进入分流器306。迫使冷冻剂经过换热器301和外轴杆303之间的间隙，并从分流器306通过流入端口312。换热器301示出为具有绕冷冻探头300的纵向轴线盘绕的螺旋形线圈的构造。在沿消融区305冷却外轴杆303的表面之后，冷冻剂到达末端308。然后，冷冻剂被反射，并且冷冻剂流313经由一个或多个开口310（仅为了说明的目的而示出一个开口）进入换热器301，从而经由返回冷冻剂通道311到达排出管307。为了防止返回冷冻剂以逆行方式流动，较佳地，用填充元件316填充换热器301的线圈螺旋内的体积。

排出管307位于可选的隔热套管304和冷冻剂供给管302之间。隔热套管304在冷冻探头300的近端附近。隔热套管304终止了冷冻探头300的传热区305。

冷冻探头300在末端308和隔热套管304之间的长度限定了消融区305。也就是说消融区305由冷冻探头300的与沸腾冷冻剂接触的非隔热内表面限定。

根据前述证据，申请人已发现通过加入新颖的分流器以在冷冻外科装置内引导液态冷冻剂的入流的创新方法。分流器将入流冷冻剂直接引向冷冻外科装置的外壁表面，该表面是相对较热的表面。这促进了冷冻剂的沸腾。同样，分流器便于从冷冻探头经由元件内的内返回通道将沸腾的冷冻剂排出。

已提供各种特征/方面/部件/操作的示例以便于理解本发明的公开的实施例。此外，已讨论各种优先性来便于理解本发明的公开的实施例。应理解，在此公开的所有示例和理想方式都是非限制性的。

尽管已单独地示出和描述本发明的选择实施例，但应理解，可以结合所述实施例的至少各个方面。

尽管已示出和描述本发明的选择的实施例，但应理解到本发明不限于所述的实施例。相反，应理解，可对这些实施例作变化而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求书及其等同物来限定。

Claims (12)

1.一种冷冻外科器械，包括：

外轴杆，所述外轴杆在其远端处具有冷冻末端；

冷冻剂供给管，所述冷冻剂供给管位于所述外轴杆的近端处，供给管将冷冻剂供给到器械；

换热器，所述换热器通过将供给的冷冻剂引导到所述外轴杆的一部分的内表面和所述末端的内表面上来冷却所述外轴杆的一部分，并引导排出的冷冻剂离开所述末端；以及

分流器，所述分流器设置在所述冷冻剂供给管和所述换热器之间，所述分流器包括：

第一Y型通道，所述第一Y型通道具有在所述分流器上游侧的流入端口以及

第二Y型通道，所述第二Y型通道具有在所述分流器下游侧的流入端口，

所述第一Y型通道经由位于所述分流器上游侧的所述流入端口接纳来自所述冷冻剂供给管的供给冷冻剂，并将接纳的冷冻剂沿下游方向分流到所述换热器，以及

所第二Y型通道经由所述分流器下游侧的所述流入端口接纳排出的冷冻剂，并将接纳的排出冷冻剂沿上游方向分流到排出管。

2.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器包括内通道，所述内通道从其靠近所述末端的内表面的端部延伸到所述分流器的下游侧，排出的冷冻剂通过所述内通道离开所述末端，并且所述第二Y型通道的所述流入端口与所述内通道流体连通。

3.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器包括多个凹槽，所述多个凹槽绕所述换热器的纵向轴线盘绕，并通到所述外轴杆的内表面的各部分。

4.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器包括多个直凹槽，所述多个直凹槽与所述换热器的纵向轴线平行地延伸。

5.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，各Y型通道相对于彼此转过90度。

6.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述第一Y型通道包括单分支部，所述单分支部在位于所述分流器上游侧的入口处具有一个端部并具有分成两个分支部的相对端部，且所述第二Y型通道包括单分支部，所述单分支部在位于所述分流器下游侧的入口处具有一个端部并具有分成两个分支部的相对端部。

7.如权利要求1所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器包括螺旋线圈，所述螺旋线圈绕所述冷冻外科器械的纵向轴线盘绕，

与所述外轴杆的内表面的一部分接触，形成一个或多个第一螺旋形通道，所述第一螺旋形通道与所述外轴杆协作将来自所述分流器的冷冻剂流引到所述末端，以及

形成一个或多个第二螺旋形通道，所述第二螺旋形通道与所述外轴杆协作将来自所述末端的排出的冷冻剂流引到所述分流器。

8.如权利要求7所述的冷冻外科器械，其特征在于，还包括填充元件，所述填充元件填充螺旋内的体积，以防止返回冷冻剂以逆行方式流动。

9.一种冷冻外科器械，包括：

外轴杆，所述外轴杆具有冷冻末端；

换热器，所述换热器在冷冻剂被所述换热器接纳时冷却所述末端和所述外轴杆的一部分；以及

分流器，所述分流器接纳冷冻剂流，并将接纳的冷冻剂流分成两股冷冻剂流，并将分开的冷冻剂流递送到所述换热器，分流器包括Y型通道，所述Y型通道具有位于所述分流器的上游侧并用来接纳冷冻剂流的流入端口以及位于所述分流器下游侧并与所述换热器流体连通的流出端口。

10.如权利要求9所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器还包括引导排出的冷冻剂离开所述末端的通路，以及

所述分流器包括第二Y型通道，所述第二Y型通道具有位于所述分流器下游侧并与所述换热器的通道流体连通的流入端口以及位于所述分流器上游侧的两个流出端口。

11.一种冷冻外科器械，包括：

外轴杆，所述外轴杆具有冷冻末端；

换热器，所述换热器在冷冻剂被所述换热器接纳时冷却所述末端和所述外轴杆的一部分；以及

分流器，所述分流器接纳冷冻剂流，并将接纳的冷冻剂流分成两股或更多股冷冻剂流，并将分开的冷冻剂流递送到所述换热器，所述分流器包括第一通道，所述第一通道具有位于所述分流器上游侧并用来接纳冷冻剂流的流入端口以及位于所述分流器下游侧并与所述换热器流体连通的两个或更多个流出端口。

12.如权利要求11所述的冷冻外科器械，其特征在于，所述换热器还包括引导排出的冷冻剂离开所述末端的通路，以及

所述分流器包括第二通道，所述第二通道具有位于所述分流器下游侧的一个或多个流入端口以及位于所述分流器上游侧的两个或更多个流出端口，所述一个或多个端口与所述换热器的通道流体连通。

Images