CN106214244A - 低温医疗系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将过冷液体制冷剂递送到各种构造的低温探针的低温医疗装置，所述低温医疗装置被设计成治疗受损、病变、患癌或其它不想要的组织，尤其在治疗心房纤维性颤动中用于消融心脏组织。所述装置是密闭系统或半密闭系统，其中所述液体制冷剂是供应阶段和返回阶段两者中所含的氮。所述装置能够产生达到超临界状态的制冷剂、确切来说是超临界氮，并且可以用于任何快速冷却系统。如所设计，所述装置还集成心内膜导管和心外膜探针。

Description

低温医疗系统

本发明专利申请是2012年3月2日提交的名称为“低温医疗系统”的发明专利申请No.201280021451.2(国际申请PCT/US2012/027512)的分案申请。

相关申请

本申请要求于2011年3月2日提交的美国专利号13/038,862的优先权，上述专利通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及医疗技术领域，并且具体来说涉及一种用于如所利用的低温系统中以治疗如心房纤维性颤动中的心律失常的医疗装置。

背景技术

近几年来，外科手术界内已经朝着微创疗法努力发展。微创疗法主要目标包括：1)根除所靶向的组织，2)减少住院时间，3)限制术后发病率，4)缩短恢复日常机能与工作的间隔，并且5)降低总体治疗成本。一种治疗疾病状态的微创方法是通过组织冷冻进行，所述方法也被称作低温疗法。当前，低温疗法用于治疗多种疾病状态，包括局限于器官(如前列腺、肾、肝)的肿瘤，以及心血管疾病、视网膜脱离、疼痛管理和其它病痛/疾病状态。

低温疗法是一种根治性外科手术和放射疗法的有效而又微创性的替代方案。所述程序是在全身麻醉或者硬膜外麻醉下进行。所述程序会使患者恢复更快并且使潜在性副作用的严重程度降低。在不支付与大型手术或者延长的住院时间相关联的费用的情况下，低温疗法也是一种成本有效的治疗选项。

至今所利用的方法关注的是通过在整个系统或者活塞上使用中压至高压并压缩波纹管来推动流体移动而进行液体制冷剂的递送。现在，利用液氮的当前系统在介于14-480psi之间的压力下操作；在用系统无法在大于约500psi的压力下操作或者无法承受所述压力。另外，热交换器的使用已限于置于制冷剂浴中的线圈，从而允许制冷剂进行耗时、低效的被动过冷，其中这些装置的启动使制冷剂(如液氮)循环到探针从而产生热壑(heatsink)，因此使组织冷冻。

需要改进低温疗法，和与治疗相关联的医疗装置或组件，以使液体制冷剂更好地循环到低温探针、通过小型管道提供快速递送，并且有助于用于治疗和成本的改进措施。本发明的系统将允许液体制冷剂循环(冷却、递送和返回)到低温探针以便冷冻靶标组织。本发明将有助于组织根除、减少住院时间、限制术后发病率、缩短恢复日常机能与工作的过程，并且进一步降低总体治疗成本。理想地，针对装置设计和应用的这些改进也将增加其对治疗多种疾病状态的利用率。

一种此类疾病包括心律失常，这是一种严重的健康问题。心房纤维性颤动是常见心律失常。尽管房性心律失常可能不像室性心律失常那样频频致命，但是房性心律失常使如栓塞的其它病状的风险因素增加。另外，房性心律失常可能促成室性心律失常发作。

确切来说，心房纤维性颤动是由心脏内的电活动异常所造成的病状。这种异常活动可在包括窦房(SA)结、房室(AV)结的心脏区域或在心脏组织的其它区域内发生。此外，心房纤维性颤动可能是由心脏内的一个或多个病灶中心内的异常活动所致，电活动一般使心脏泵送血液所用的效率降低。据信这些病灶可能源自心房的肺静脉、尤其是上肺静脉内。因此，也相信心房纤维性颤动可通过在结构上改变或消融处于具有异常电活动的病灶中心或其附近的组织进行控制，以便形成“传导阻滞”。

在一种方法中，在心脏直视手术(open-heart surgery)(也称作手术消融或心外膜消融)期间，心脏和肺静脉组织通过在心房中制造一系列呈迷宫状图案的切口进行改变，并且重新缝合(可被称作“考克斯迷宫(Cox maze)”程序)。随着切口愈合，形成疤痕组织，并且所述疤痕组织可以阻滞被认为导致心房纤维性颤动的传导通路。

现有技术中的探针装置已经设计成在开胸模式下直接用来产生直接施加到暴露的心脏上的线性低温或射频(RF)毁损灶。已经使用并行探针构件来产生穿过组织厚度的毁损灶，一个构件穿透心肌组织进入心房腔室内部，并且与外表面上的构件协作。其它设计已经使用剑突下或胸部经皮方法穿透到心包空间中。此类探针可以结合心内膜导管或其它刺激装置使用，以便治疗室性心动过速(VT)。

另一方面，在结构上改变心脏和肺静脉的组织的低创方法涉及通过使用消融导管来对组织进行消融，这也被称作心内膜消融。所述技术的特征通常在于施加能量来在病灶或具有异常电活动的其它区域处产生毁损灶。消融导管也可用于在心脏产生毁损灶，以便在心脏处对电信号进行阻滞或改变电信号的行进路径。消融导管的一个实例是递送RF能量以消融组织。消融导管的另一实例是递送低温疗法以通过冷冻组织来对所述组织进行消融。

可将低温疗法递送到患者心脏内的适当治疗部位或带有低温疗法导管的循环系统。这种称作低温球囊或低温疗法的方法可以用来冷却或以其它方式冷冻靶标组织的一部分以消融靶标组织。低温疗法导管一般包括在其远端的治疗构件，如内部具有冷却腔室的可膨胀气球。为了递送低温疗法，可在患者体内的治疗部位将可膨胀气球引入，并且定位所述气球，随后使其膨胀。一旦就位，低温流体就可通过在患者体外、在低温疗法导管的近端的来源提供，并且通过空腔而在远侧递送到冷却腔室，所述低温流体可释放在所述冷却腔室中。将低温流体释放到腔室中可以使所述腔室冷却(例如，通过焦耳-汤普森效应来冷却)，并相应地，还会冷却可与有待消融的组织接触的气球外表面。通过释放低温流体所得到的气体可以通过排气腔而在近侧排到患者体外的储器或泵。由于将低温流体释放到腔室中并且从腔室中排出所得气体，因此可将与气球相邻的组织在一段适当时间内冷却到治疗水平(例如，0℃、-20℃、-60℃、-80℃或一些其它适当的值)。

例如，可以使用低温气球来冷却或冷冻、并且同时使血管内的可能导致再狭窄或回弹的毁损灶肿胀。低温疗法还可用于在心脏中产生毁损灶来治疗心房纤维性颤动。然而，使用低温疗法在心脏中产生毁损灶对递送充足的冷却来产生透壁(即，穿透厚度)毁损灶造成挑战。另外，递送进出心脏的血液会向心脏处的靶标部位不断提供热，从而抵消通过低温疗法递送的冷却并且限制可以递送到所述靶标部位的冷却量。这又进一步防止在靶标组织处产生透壁毁损灶、或所需大小或特征的毁损灶。因此，当前需要一种改进的装置和方法来执行消融疗法。这种装置将会通过提供以透壁性和连续性为特征的毁损灶来解决重要的治疗方面(否则，将不可能分割心脏并防止纤维性颤动)。

已知微创手术技术用于在心血管系统的所有部分内执行医疗程序。示例性的已知程序包括以下步骤：使直径小、柔性高的导管穿过一条或多条血管并且进入心脏中。当按照所需那样放置时，结合相关联的装备使用导管的另外结构来执行医学治疗的所有或部分，所述医学治疗尤其如为血管闭塞、组织活检或组织消融等。这些程序几乎总是在心脏正在跳动并且血液正在流动时执行。虽然可视化和定位辅助足以用来一般地放置装置，但由于组织移动和血液流动，因此维持所述装置处于所选位置和取向中可能具有困难，尤其是在必须快速完成的程序期间。随着诊断和可视化设备与技术的继续发展，已经可能更精确地鉴别有待治疗的组织区域，同时快速放置装置并实行治疗。

除了由组织移动和血液流动呈现出的挑战之外，正在治疗的组织的实际形貌也呈现出挑战。例如，心脏的内腔室具有不规则、不均匀并且纤维状的表面，血管开口也是如此。因此，对于要求均匀组织接触或沿着延伸的线进行组织接触的程序来说，使用已知装置的结构和技术在一些方面可能有所欠缺。例如，出于将一条或多条肺静脉与心房电隔离以试图提高心房纤维性颤动消融的成功率的目的，已知基于导管的装置是放置在左心房中以便消融心房内的组织。

根据具体程序要求，有待消融的靶标组织可被表征为单点、一系列点或者线性消融(即，直线消融或者曲线消融)。由于由脉管系统强加于程序的性质和解剖约束，因此每个程序将会呈现独特的问题以待考虑。通过低温消融来破坏组织要求所靶向的组织被冷却至某个温度以下。另外，近期研究已经提出，冷却速率和后续加温速率可能影响在低温消融程序中被破坏掉的组织细胞的百分比。

因此，所需的是一种将解决心房或心室心肌中的心律失常或心动过速的消融的低温系统，并且更具体地说，需要一种经由心外膜或心包内方法而使用腹腔镜检查或胸腔镜检查技术以便直接通过开胸解决心脏问题或采用经皮剑突下心包方法来定位(mapping)并消融心动过速的心外膜方法。还需要一种低温系统，从而通过利用带低温导管的心内膜方法来解决此类心脏问题。

在实践中，治疗心肌组织中的标准消融平台已是射频(RF)能量。然而，射频能量不易在没有严重并发症的可能下安全产生周向毁损灶。具体来说，在消融心肌细胞时，愈合能量还会改变胞外基质蛋白，从而导致基质崩溃。这可能是肺静脉狭窄的关键。此外，已知RF能量会损坏心脏内衬，从而可能引起包括中风在内的血栓栓塞并发症。使用RF能量进行消融可能导致不良愈合反应，如治疗之后在关注区域中的胶原积累。在一些情况下，RF消融可能产生导致在程序后愈合中闭塞冠状窦的毁损灶。RF还会导致严重辐射曝露。需要包括改进的愈合反应的消融装置和方法。

尽管低温疗法正在寻找进入包括心脏手术在内的多个医学领域的方式，但仍然存在来自实际系统设计、冷却剂递送和返回、手持装置、柔性探针尖端以及导管到互连阀、控件以及补充支持系统的若干需要有待解决。另外，在心脏环境中，由血池提供的热壑会对当前低温消融方法产生巨大挑战，因为它们无法克服这种排热障碍。新的低温消融系统、医疗装置以及程序可以避免这些问题中的大多数问题。

发明内容

以下发明是一种设计成将过冷液体制冷剂递送到各种构造的低温探针以治疗心脏组织、受损、病变、患癌或其它不想要的组织的低温医疗装置。所述低温医疗系统解决对心房或心室心肌中的心律失常或心动过速的消融，并且更为具体地说，涉及心外膜方法、心包内方法以及带低温探针或低温导管的心内膜方法。

所述装置是密闭或半密闭的系统，其中在供应和返回阶段两者中都含有超临界、准流体或加压液体制冷剂。

根据本发明的一个方面，提供了如下的技术方案，其中技术方案1涉及一种低温医疗系统，其包括：至少一个低温引擎，所述低温引擎包括：保持制冷剂的杜瓦瓶；在所述杜瓦瓶内的流生成器；加压系统，所述加压系统具有位于其中的至少一个加热器、至少一个端口、至少一个控制阀、以及连接至第二器皿的第一器皿，其中所述杜瓦瓶和所述加压系统被构造成使得当用所述制冷剂填充所述杜瓦瓶时，所述第一器皿至少部分地设置在所述制冷剂中并且具有第一温度，并且所述第二器皿定位在所述制冷剂之外并且具有大于所述第一温度的第二温度；至少第一附属物，其将所述流生成器连接到所述加压系统的所述至少一个端口；以及连接到所述至少一个端口的一条或多条低温管线，其中所述低温医疗系统被构造成使得当其包括制冷剂时，所述加压系统被构造成产生单独或组合的超临界制冷剂、加压制冷剂或一种或多种准流体。

基于技术方案1中的低温医疗系统，在技术方案2中进一步包括至少一个低温仪器。

基于技术方案2中的低温医疗系统，在技术方案3中所述至少一个低温仪器包括布置在其中的一个或多个管状结构，所述至少一个低温仪器具有连接至所述低温引擎的所述低温管线的近端以及用于在治疗部位处插入的远端。

基于技术方案2中的低温医疗系统，在技术方案4中所述至少一个低温仪器包括解冻机构，所述解冻机构用于将所述低温仪器从所述治疗部位释放。

基于技术方案2中的低温医疗系统，在技术方案5中所述低温仪器是低温探针。

基于技术方案1中的低温医疗系统，在技术方案6中所述制冷剂是液氮。

基于技术方案1中的低温医疗系统，在技术方案7中所述加压系统被构造成在所述低温医疗系统包括所述制冷剂时提供超临界制冷剂的连续流。

根据本发明的又一个方面，提供了如下的技术方案，其中技术方案8涉及一种使用如技术方案1所述的低温医疗系统来执行低温疗法的方法，所述方法包括：用所述制冷剂填充所述加压系统；启动所述加压系统以产生加压超临界制冷剂；以及引导所述加压超临界制冷剂通过一条或多条供应管线到达至少一个低温仪器。

基于技术方案8中的方法，技术方案9进一步包括在从包括前列腺、肾脏、膀胱、肝脏、肺、骨头、卵巢、子宫颈、子宫、胸部、心脏、子宫内膜和癌变组织的组中所选择的治疗部位处执行所述低温疗法。

基于技术方案8中的方法，在技术方案10中所述加压超临界制冷剂是加压超临界氮。

根据本发明的又一个方面，提供了如下的技术方案，其中技术方案11涉及一种低温医疗设备，其包括：保持低温介质的容器；热交换器；至少一个加压设备，所述加压设备具有位于其中的至少一个加热器、至少一个端口以及至少一个控制阀，其中所述容器和所述加压设备被构造成使得当用所述低温介质填充所述容器时，所述加压设备的至少第一部分至少部分地设置在所述低温介质以内并且所述加压设备的至少第二部分是在所述低温介质以外；以及流生成器，其被构造成当用所述低温介质填充所述容器时将所述低温介质递送到所述加压设备的所述端口，其中所述加压设备被构造成由被递送到所述加压设备的低温介质产生处于超临界状态的低温介质，所述控制阀将所述处于超临界状态的低温介质从所述加压设备释放至所述热交换器。

基于技术方案11中的低温医疗设备，在技术方案12中所述低温介质是液氮。

基于技术方案11中的低温医疗设备，在技术方案13中所述加压设备被构造成在所述低温医疗设备包括所述低温介质时提供超临界氮的连续流。

基于技术方案11中的低温医疗设备，在技术方案14中进一步包括至少一个低温仪器。

基于技术方案14中的低温医疗设备，在技术方案15中所述低温仪器是低温探针。

根据本发明的又一个方面，提供如下的技术方案，其中技术方案16涉及一种使用如技术方案11中的低温医疗设备来执行低温疗法的方法，所述方法包括：用所述低温介质填充所述容器；启动所述加压系统以产生加压超临界低温介质；以及引导所述加压超临界低温介质通过一条或多条供应管线到达至少一个低温仪器。

基于技术方案16中的方法，在技术方案17中所述加压超临界低温介质是加压超临界氮。

基于技术方案16中的方法，在技术方案18中进一步包括在从包括前列腺、肾脏、膀胱、肝脏、肺、骨头、卵巢、子宫颈、子宫、胸部、心脏、子宫内膜和癌变组织的组中所选择的治疗部位处执行所述低温疗法。

在一个实施方案中，将所述低温医疗系统用于患者治疗程序中并且包括：至少一个低温引擎(530)，其包括含有制冷剂的杜瓦瓶(501)，在所述杜瓦瓶内的流生成器(509)；至少一个加压系统(503)，其具有布置在其中的一个或多个加热器(512)、至少一个端口502、一个或多个控制阀(508、506、510、514)、第一器皿(505)以及互连的第二器皿(507)，其中所述第一器皿被浸没在所述制冷剂中并且具有第一温度，并且所述第二器皿定位在所述制冷剂之外并且具有大于所述第一温度的第二温度；至少第一附属物(508)，其将所述流生成器连接到所述加压系统的所述端口，和连接到所述端口的一条或多条低温管线(516)；以及一个或多个低温仪器(175，265，300，400)，其包括布置在其中的一个或多个管状结构(301、306)，所述低温仪器各自具有与所述低温引擎的所述低温管线连接的近端(121)和定位在治疗部位的远端(65、68、138、302、404)；其中所述加压系统产生单独或组合的超临界制冷剂、加压制冷剂或者一种或多种准流体。

所述低温医疗系统包括将超临界制冷剂的连续流提供到任何治疗部位的加压系统，所述治疗部位包括病变、患癌或不需要的组织，包括哺乳动物心脏组织和哺乳动物体内的血管/脉管系统。

在一个实施方案中，所述低温医疗系统的所述低温管线包括将低温引擎连接到低温仪器并且将超临界制冷剂供应到低温仪器的精细管状结构的供应管道。返回管道允许将制冷剂从低温仪器的远端再循环到杜瓦瓶或制冷剂储器。在低温仪器内或在从所述低温引擎通向低温仪器的任何脐管或连接管道内的管状结构包括以同轴或并排构造定位的至少一条第一管道和一条第二管道。此类设计允许在刚性或柔性集成管道内供应和返回制冷剂。各种构造的低温引擎与低温仪器组合，从而允许将低温医疗系统用于治疗多个治疗部位。

低温医疗系统在约10秒至约180秒内冷冻哺乳动物心脏组织或任何治疗部位。在冷冻时，形成直径为约2mm至约30mm或更大并且长度为约1mm至约130mm或更长的冰球。

在一个实施方案中，低温仪器采用心外膜低温探针或心内膜低温导管的形式。一个实施方案包括与低温仪器组合使用的解冻机构。所述解冻机构可与所述低温仪器集成，而且能够伸长和回缩。

低温医疗系统的另一实施方案进一步包括使低温引擎的低温管线与低温仪器的管状结构互连的一个或多个连接器。在一方面，连接器与所述低温引擎或所述低温仪器可逆地附接或拆卸。另一方面，连接器还具有提供容易的附接的伸缩结构、搭扣结构、旋拧结构或快速连接结构。所述伸缩结构伸长和回缩来灵活定位低温管线和管状结构。

在另一实施方案中，低温医疗装置集成具有将远端操纵到治疗部位的手柄的低温仪器。手柄的一方面包括监测传感器并且传达关于低温引擎和低温探针的操作的信息的一个或多个显示器。

另外，另一实施方案利用具有在治疗程序期间伸长和回缩的伸缩结构的低温仪器。在一个实施方案中，供应管道与返回管道互连以形成集成低温管道，并且提供进出所述低温仪器的所述远端的所述超临界制冷剂的受控快速递送。在此方面，伸缩结构与供应管道和返回管道对齐。集成低温管道可以是刚性的或柔性的。

在所述系统的一个实施方案中，低温引擎是多端口系统，其中所述加压系统的一个或多个包括一条或多条歧管以执行多个治疗程序。加压系统和歧管被构造成同时或依序执行多个治疗程序。多个治疗程序包括单独的一种或多种心外膜治疗、一种或多种心内膜治疗或其任何组合。

在实施方案中，低温仪器还包括附接到所述治疗部位的一个或多个组件。所述组件夹紧血管或组织，如哺乳动物心脏组织。

低温医疗系统的一个实施方案包括用于使低温仪器的远端直接放置到治疗部位得到可视化的监测系统。监测系统可以在所述系统外或在所述低温仪器内，所述监测系统包括任何光纤可视化装置。低温引擎和低温仪器内的传感器监测包括温度、压力、渗漏、流率、心脏电活动、冷冻区形成、经计算机模拟的低温仪器构造以及低温仪器的放置的状况。另外，所述系统的一个实施方案利用低温引擎和/或低温仪器内的远程控件。所述远程控件调控治疗方案，包括治疗时间、冰球形成、探针放置、探针角度、探针偏转、温度以及压力。所述装置的一方面使用低温医疗系统内的加温结构来维持冰球形成的确定大小、控制治疗时间并且允许进行探针拆卸、组织解冻以及加热。

所述系统的一个新颖之处包括产生透壁线性毁损灶的低温仪器。

本发明的实施方案是一种用于在哺乳动物心脏中执行低温消融的低温设备，所述低温设备包括：一个或多个低温仪器，其与第一低温管线和第二低温管线互连以形成使低温介质循环进出低温仪器的整体管状结构；容器，其具有在其中组合的低温介质；热交换器，其由过冷腔室环绕；至少一个加压设备，其具有布置在其中的一个或多个加热器；至少一个端口；以及至少一个或多个控制阀，其中加压设备的至少一个第一部分是在低温介质内并且加压设备的至少一个第二部分是在低温介质外；流生成器，其将低温介质递送到加压设备的端口，控制阀将超临界状态的低温介质从端口释放到热交换器，并且直达在心脏组织的靶标部位的所述一个或多个低温仪器。

在一个实施方案中，本发明的制冷剂使用液氮作为低温介质，所述液氮经过加压以产生超临界氮、准流体的氮和/或加压液氮。

一种使用低温医疗系统来对心脏组织执行低温疗法的方法包括：用制冷剂填充经过加压的系统；启动所述经过加压的系统以形成加压超临界制冷剂；以及引导加压的制冷剂通过一条或多条供应管线到达所述低温仪器，并且通过一条或多条返回管线离开所述低温仪器。

所述方法可包括在所述引导步骤内的或作为另外步骤的以下步骤：低温消融心脏组织。在一个实施方案中，所述低温仪器利用柔性互连在哺乳动物心脏表面上提供心外膜治疗，或借助于直达心脏内表面的血管接取或空腔接取来提供心内膜治疗。在低温消融期间，低温仪器产生透壁毁损灶。

本发明的其它实施方案进一步包括以下步骤：单独或者与心外膜治疗和心内膜治疗组合来同时或者接续利用混合消融程序，以消融哺乳动物心脏的任何区域中的组织或哺乳动物体内脉管系统内的组织。所述混合消融程序包括与手术介入或包括射频、HiFu以及激光疗法在内的一种或多种消融能源组合的低温消融。出于示例性而非限制性目的，可以利用两个心外膜探针或两条心内膜导管，即一个心外膜探针与一条心内膜导管/探针来执行两个或更多个低温程序。另一混合程序可将心外膜低温程序与心内膜低温程序或包括RF、HiFu和/或激光疗法的其它消融方法组合。

可以利用所述低温系统的各种实施方案和方面而来治疗心律失常、尤其是心房纤维性颤动。在尝试在供应路径中维持足够充分的液体冷却剂或制冷剂并且降低温度时，利用低温供应控制台来使供应到所需探针或导管的冷却剂得到冷淬。然而，为了解决与因相关联的液态冷却剂加温、流体阻力增大(例如，气泡形成)以及到达探针/导管尖端的冷却剂流降低而与操作环境相距一定距离放置大型控制台相关联的困难，因此所述控制台是可运送的并且是可以从所述低温来源拆卸的。互连零件和组件也是适配的，这取决于心外膜(例如，低温探针附接)或心内膜(例如，低温导管互连)治疗选项。例如，本发明的所述控制台可以将治疗选项集成成混合心外膜和心内膜装置以便治疗心房纤维性颤动。

附图说明

当结合附图阅读时，依据以下详述可以最佳地理解本发明。强调的是，各种结构不一定要按比例绘制。实际上，为了讨论清楚起见，尺寸可以任意增大或减小。另外，纵向主体的下述表示可能不按比例绘制，其中具体方面使得所述纵向主体的长度延长到多达六英尺和更长(如取决于所需应用)。

图1是本发明的装置的实施方案的侧视图。

图2是热交换器的一个实施方案的侧视图。

图3示出本发明的热交换器的一个实施方案的侧视图。

图4是本发明的装置的一个实施方案的俯视图。

图5是系统的前视图的描绘。

图6是当用气态颗粒填充空腔时所公开发明的装置的说明性实施方案的侧视图。

图7是图6中的说明性实施方案的截面图。

图8是在温度降低到所选具体气体的冰点时所公开发明的装置的说明性实施方案的侧视图。

图9是图8中的说明性实施方案的截面图。

图10-13是本发明的装置的各种实施方案的侧视图。

图14是本发明的产品的说明性实施方案。

图15是本发明的实施方案。

图15A是图15中的端部的放大视图。

图16是包括手柄的本发明的实施方案。

图17是低温系统的实施方案。

图18描述了现有技术下的各种热力学区域。

具体实施方式

在以下详述中，出于解释而非限制目的，阐述公开特定细节的示例性实施方案以提供对本发明的透彻理解。然而，对一般技艺人士显而易见的是，本发明可以在脱离本文所公开的特定细节的其它实施方案中实践。在其它情况下，可将对众所周知的装置和方法的详述省略，以便不使本发明的描述模糊。

图1中示出根据本发明的一个实施方案的装置和系统的外部视图。低温系统或低温装置30具有侧壁17，所述侧壁形成封闭内腔或空腔15的容器6。在图1的实施方案中，容器6采用真空绝缘杜瓦瓶6的形式。然而，任何大小或形状的绝缘器皿都可用作杜瓦瓶6。杜瓦瓶6存储液体制冷剂并且将供应管线11和返回管线12互连到探针或导管(未示出)以形成密闭系统30。杜瓦瓶6可由如不锈钢、低温相容性塑料的材料或已知提供绝缘器皿的任何其它材料制成。用液氮或其它液化气体(此处，作为制冷剂来讨论)将杜瓦瓶6填充到最高水平13。一方面，液氮可以是优选的。另一方面，可以利用任何流体制冷剂(例如，氩、氧、氦、氢)。

在杜瓦瓶6的内腔或储器15内的是将液体制冷剂递送到密封加压设备40的潜水泵1。在一个实施方案中，阀2控制向加压设备40的内部开放腔室42中的压力填充。一旦制冷剂进入加压设备40，容纳在内部开放腔室42中的浸没式加热器44便加热制冷剂来产生所需压力。经过加压的腔室内的液氮以约-196℃的温度开始。当加热器启动时，它使最近区域内的氮沸腾。内腔42内的温度因此保持在约-196℃至-100℃内，更通常地是在约-196℃至-160℃的范围内，更具体地说是介于约-170℃至-160℃之间。加压制冷剂随后通过阀32释放到带挡板的线性热交换器4中。一方面，液氮在加压设备内转化成超临界氮(SCN)。随后，将SCN引导到热交换器中以便进行过冷，并且变成液相以获得超温。在此之后，可将SCN注入一个或多个柔性低温探针中以使SCN以最小摩擦流到探针尖端。

另一方面，可将制冷剂转化成加压液体、准液体或临界制冷剂。其它状态可以包括单独或组合的超临界(准流体)组合物或任何其他状态，所述超临界组合物包括准液体和/或准气体的组合物。

除了用泵填充加压腔室之外，还可以使用其它方法，包括用真空泵将液氮抽吸到加压腔室中，或者内腔可以经过加压并且这种压力可将液氮推到腔室中。另一方面，泵1是推进器、更具体地说是流发生器1，用以将制冷剂从储器15循环到加压设备40中。

在一个实施方案中，带挡板的线性热交换器4由过冷腔室3环绕，所述过冷腔室使加压制冷剂过冷以递送到外部探针。与热交换器4在入口23和出口孔36处连接的过冷腔室3形成用于供应过冷液体制冷剂的集成单元51。从热交换器4，使过冷制冷剂通入供应管线11中，并且继续穿过出口35并穿过控制阀14，在所述控制阀处附接有各种构造的低温探针。过冷腔室可以将排放管线附接到任何排放口8、通过阀27控制的供应连接管线19，或通过控制阀7连接到真空泵18的真空管线16。

制冷剂经由返回管道12从低温探针返回(如图1中箭头所示)到杜瓦瓶6的返回腔室/返回缸5中。返回管道12连接到也环绕离开热交换器4的供应管道11的返回缸5中。一个或多个出口35可以包括在杜瓦瓶6的侧壁17中或可以为单独单元14以合并各种控制阀。

尽管图1所述的实施方案利用热交换器，但是另一实施方案并不利用热交换器。这会简化设计而不牺牲SCN状态。

在操作中，装置30通过供应端口29进行填充，随后被密封以形成密闭系统，从而在医疗/手术领域利用液体制冷剂时允许供应、返回、收集以及再利用所述液体制冷剂。在操作期间，整个系统30可以加压或可以不加压。如果整个系统30在操作期间进行加压，那么这种压力可能有助于填充压力腔室。系统还可以向周围环境排气以防止在操作期间造成超压积累。一方面，返回的制冷剂流入返回缸或返回腔室5中。另一方面，返回的制冷剂可以作为散装流体流入杜瓦瓶6内的空腔15中。

在本发明的一个实施方案中，在递送到组织之前，线性热交换器4对液体制冷剂进行过冷。在图1的实施方案中，线性热交换器4是穿过过冷腔室3并且经由入口23和出口孔36连接的内部腔室4。穿过内部腔室4的液体制冷剂的温度通过外部过冷腔室3而降至过冷的程度。腔室构造内的腔室包括用液体制冷剂填充的过冷真空腔室3，在所述过冷真空腔室上，通过阀控端口9抽出真空18以降低制冷剂上的大气压力。随后可以更进一步降低过冷腔室3内的制冷剂的温度。

尽管在此包括热交换器，但是应注意，热交换器无需并入简化的实施方案中。SCN状态通过使用加压腔室实现，所述加压腔室使SCN连续受控地递送到治疗部位。具有两个或更多个加压腔室有助于连续和受控地递送超临界制冷剂，在本文中即SCN。

过冷腔室3还包括在最大液体制冷剂水平外的阀控端口8以监测并且电子控制穿过过冷单元的液体制冷剂的温度、压力以及流率。一方面，可以在受控内阀7或外阀9处在真空管线16上抽出真空18。另一方面，阀控端口8可便于借助于供应管线19或作为来自过冷腔室3的任何过量气体的排放口8将液体制冷剂递送到过冷腔室3.如图1所描绘，真空18还借助于真空管线39附接到一个或多个低温探针上。

图2和图3中示出线性热交换器4的各个方面。图2和图3示作为集成单元51的线性带挡板的热交换器4与过冷单元3的不同方面的侧视图。腔室4的内部空腔内的内部中央组件或螺线20像螺丝锥(corkscrew)那样操作以增加液体制冷剂的流路25。内部腔室4的外壁22还包括挡板24，所述挡板增加热交换器中的表面积以使液体制冷剂的冷却更快并且减少。如所示，一系列挡板24发射到内部空腔中的制冷剂的流路25中(如箭头所示)，从而增加热交换器4内的表面积。然而，螺线组件可以具有任何大小和形状以有效增加液体制冷剂的流量。可以并入或者取代以如下所述的平坦结构，或者包括来增加表面积的任何另外结构。

图3示出线性热交换器4的另一实施方案，这种实施方案使得内部结构20具有平坦构造并且以圆周运动操作以增加液体制冷剂的流25。内部结构20帮助液体制冷剂的流循环通过腔室4的内部空腔，这可能用将会允许内部结构20的径向移动的互连管状单元进行。

医疗装置的一个实施方案包括在图1中示为返回缸5的返回腔室5，以使返回腔室5环绕来自热交换器4的供应管线11。返回腔室5和所环绕的供应管线随后可以向系统/医疗装置30提供二次热交换器。将制冷剂返回物排放到返回腔室5中。一方面，返回腔室5包括在返回腔室5顶部附近的一系列排放孔26以允许将气体和/或液体溢流排放到主杜瓦瓶6中。排放孔26允许对制冷剂进行再利用，因此延长医疗装置30的操作时间。

另一方面，返回管道12是直接排放到主杜瓦瓶6中，或通过在排放到主杜瓦瓶6中之前首先穿过线性热交换器(类似于热交换器4和过冷腔室3的组合)对返回制冷剂进行过冷来进行排放。制冷剂返回到主杜瓦瓶6中允许所述制冷剂通过热交换器返回以便再利用所述制冷剂并且使得操作时间延至更长。

在另一实施方案中，医疗装置30可以提供一种通过包括任何加热器、传感器、监测器或计量器的一系列由计算机控制的阀来控制的系统。传感器控制并监测杜瓦瓶内的压力、温度以及流体水平，并且可以根据可能需要来测量任何度量值。一方面，传感器监测在所界定的安全范围内的压力水平。另一方面，传感器可以控制对杜瓦瓶内的一个或多个组件的加压。包括出口端口阀14的任何阀2、7、8、9、27或32都可以自动使低温系统能够受控并且一致地操作(例如，通过电子控制阀来进行由计算机控制的操作)。

图4中示出系统50的实施方案。如系统50的俯视图所示，一系列的六个脉动加压腔室40是密闭系统50的杜瓦瓶6内的密封腔室/密封缸40。液体制冷剂从泵被泵送到脉动加压腔室40，所述脉动加压腔室随后以一系列的连续爆发将液体制冷剂递送到热交换器4。带挡板的线性热交换器4提供对加压液体制冷剂的增强的过冷，同时还会并入集成过冷单元3。

各自包括单独浸没式加热器44的腔室40随后能以一致速率或如确切确定的速率将液体制冷剂依序递送到热交换器4。

从热交换器，过冷制冷剂进入供应管线11中并且继续通过出口35，在所述出口处定位控制阀14并且附接各种构造的低温探针。制冷剂经由返回管道12从低温探针返回到杜瓦瓶6以进入返回缸5中(如图4中箭头所示)。返回管道12连接到环绕离开热交换器4的供应管道11的返回缸中。在操作期间，整个系统50可以加压或可以不加压。装置系统还通过排放端口8向周围环境排气以防止在操作期间造成超压积累。

在系统50的操作期间，如图4的实施方案中所示，已经填充低温系统50并且将所述低温系统从它的低温填充槽拆下。在一个实施方案中，系统50是被保护并完全含在封闭控制台内的单独移动单元以便接取和移动。一旦已经密封系统，低温供应可以维持用于若干程序。液体制冷剂的再利用为低温治疗程序和低温手术程序提供省时并成本有效的模式。系统50可以进一步用于要求快速冷却的任何过程。

然而，另一方面，系统被构造成以直接连接到散装液氮供应的方式运作。

如所描绘，系统50包括连接到将液体制冷剂引导到供应歧管33中的供应管线11的液体制冷剂潜水泵1。在本文中，氮就是所用制冷剂。供应歧管33将液氮输送到至少一个脉动加压腔室40，所述液体制冷剂在所述脉动加压腔室中被加热。加压液体制冷剂、在本文中即液氮随后开始填充系列中的下一加压缸/加压腔室40，从而在填充一个腔室40时，可以同时加压并且准备使用另一腔室。这允许一波活动通过缸，从而使其可以循环通过系统操作的每个步骤。在加压制冷剂被递送到热交换器4并使过冷加压制冷剂通过出口35经由供应管线11排出并且进入所附接的低温探针时，填充并加压另一加压腔室。同时使用并加压液体制冷剂会以一系列的连续脉动将液体制冷剂依序递送到低温仪器或探针。歧管可以经过集成以便供应连续压力。热交换器还可以用来供应过冷SCN的连续递送。

在一个实施方案中，使用液氮；然而，可以利用任何低温流体，包括氮、氩、氦、氢以及其它此类所需流体。每个加压设备40包括压力阀控进口52，阀控出口54和可能所需要的排放端口、以及浸没式加热器44。一方面，填充加压设备40是通过供应歧管33上的一系列压力阀52控制的。在每个经过加压的设备内加热液体制冷剂。加压液体制冷剂随后通过控制阀54释放到出口歧管34的出口端口/出口孔46而来到达供应管线11，并且被递送到带挡板的线性热交换器4。在所示实施方案中，过冷单元3环绕热交换器4以便更快速地冷却。

在一个实施方案中，低温装置50包括连接在一起的六个经过加压的设备40。然而，其它实施方案可以包括任何数量的单独或以组合方式连接在一起的经过加压的设备40。随后可以单独或依序控制所述设备，以将加压液体制冷剂递送到热交换器4。另一方面，一个或多个加压设备40可以被布置成供应一个或多个低温探针。另外，所述系列的经过加压的设备40可以与另一系列的设备40互连。

在图4的实施方案中，将六个脉动加压腔室40容纳在控制台的支撑网络内。在一个实例中，在杜瓦瓶的一半内的三个缸同时填充，而在杜瓦瓶的另一半内的三个缸通过出口歧管将制冷剂递送出去。(然而，可以单独或以所需组合操作任何数量的缸。)在密封的加压腔室40中加热液体制冷剂。将密封的加压腔室40中的压力提高到特定水平，随后将加压制冷剂可控制地释放到热交换器4中来使制冷剂过冷。一方面，过冷真空腔室3环绕热交换器4，从而有助于过冷制冷剂递送所附接的低温探针(也称作探针或导管)。在利用加压制冷剂时，随着过冷制冷剂继续穿过各种构造的低温探针所附接到的出口端口35，热交换器内的传感器监测通到供应管线11中的过冷制冷剂的温度和压力。

尽管系统可以单独对每个缸40进行填充或者排放，但任何同时填充或排放，或填充或排放速率都可并入所述系统。密闭系统保持液氮供应可用于递送到低温探针，并且为低温疗法程序提供更直接和快速的冷却。因此，可能关闭供应槽填充杜瓦瓶所处的供应端口29(参见图1和图4)并且将系统移到任何场所或环境中。另外，如图1所描绘，可以关闭供应阀2并且打开释放阀14以产生通到低温探针的液体制冷剂流。各种布置的阀和传感器因此可以提供类似的流。

在一个实施方案中，填充经过加压的腔室40并且密封杜瓦瓶。单个驱动泵1保持制冷剂定向流进加压腔室中。在一个实施方案中，所有腔室都可以通过各种构造的单向泵送进行填充。在另一实施方案中，一种可逆的泵送和填充方法允许填充一个经过加压的腔室40，随后泵1倒转或逆转功能来填充另一经过加压的腔室。可以重复这个过程来填充任何数量的腔室。另外，可对供应歧管加压以将液氮推到加压腔室中。

在一个实施方案中，将经过加压的腔室40完全封闭在杜瓦瓶6内。然而，经过加压的缸的任何布置都是可能的，只要密闭系统使制冷剂脉动递送到低温探针即可。由此，可以使用低温探针或导管的任何单个或多个构造。此类仪器还可包括低温枪或用于快速冷冻递送过程或低温疗法的低温装置。

如图5所示，低温系统200(也称作低温引擎200)具有两缸构造，所述系统被划分成两个子组件：(I)在盖板209上方的那些组件和(II)在盖板下方的那些组件。在盖板下方的所有组件都含在液氮杜瓦瓶206中并且在操作期间在大气压力下(BP＝-196℃)浸没在液氮中。操作系统的机器和组件被容纳在控制台210中，将低温导管/低温探针265附接到所述控制台上以形成完整系统200。为了理解低温引擎的操作特征和产生并运送超临界氮(SCN)的方法，对制冷剂流的简述如下。

一旦用来自外部来源的液氮填充杜瓦瓶206，那么启动浸没式液体制冷剂泵201来依序填充每个制冷剂供应缸202a和202b或者筒。最初，对一个筒202a与其所连接的制冷剂加压筒203a一起进行填充。低温螺线管阀204(a和b)使得气体在筒组件内排放来支持填充。歧管208(通常是金属不锈钢或铝)提供进入筒/缸202、203的接取点。歧管包括如加热器、热电偶以及直达缸202、203的排放管线的组件。一旦完成填充过程，就将制冷剂加压筒203a加热成产生约1000psi(68巴)的压力。液氮在约493psi(34巴)(BP＝-147℃)下变成临界。加压超过临界点引起形成SCN，所述SCN即为具有最小表面张力而且能够几乎无摩擦地流动、并且具有可调成气体或液体的性质的稠密流体。

通过在由大气液氮(-196℃)冷却的筒中将液氮转化成SCN，将所述SCN过冷并且变成液相，从而获得约50℃的超温(即不沸腾吸热的能力)。当SCN被注入到柔性低温探针中时，SCN以最小摩擦流动到探针尖端(沸腾腔室)。在尖端中，SCN压力因增加的体积和流出限制而降低，沿着尖端的内表面吸热(核态沸腾)，氮气微泡冷凝回到液体，并且经过加温的SCN在其离开返回管道并且再次供应给含有大气液氮的杜瓦瓶时恢复成加压液氮。这种流动动态在几秒内发生并且通过高压螺线管阀204调控。一旦使第一筒子组件(202a和203a)清空，就针对第二筒子组件(202b和203b)重复所述过程。

如图5所示，液氮限制已经通过开发新型装置以将大气液氮转化成超临界氮来克服。如果之前已将液氮递送通过大型管道并且所述液氮不是提供用于快速递送，那么本文所述的当前系统允许液体制冷剂通过低温仪器265的极小型管道进行快速递送。SCN可以通过两米多长的皮下注射管道在不沸腾下注射或抽取，从而在尖端处引起近瞬时结冰以靶向组织的位点特异性消融以及产生透壁毁损灶而不形成血栓或动脉瘤。超临界氮是同时具有气体和液体性质的稠密流体，其可以变成一相或另一相。在液相中，SCN缺乏表面张力并且在无摩擦的情况下进行运送。上述技术在浸没于大气液氮中的加压筒中产生SCN。作为制冷剂生成器来操作的这种低温引擎产生沸点为约-149℃的液相SCN，所述SCN通过环绕的大气液氮过冷到约-196℃。当将SCN从装置排到探针尖端时，由于无摩擦流动和补偿沿途的寄生热增益的过冷两者，SCN立即通过系统而不会相变成气体。因此，图5的实施方案可以用于任何过冷系统或者用于引导液体制冷剂直接流到低温仪器。超临界点将由所用特定液体或气体的化学性质确定。因此，可以调整系统以适应化学性质的差异。将导管/探针组件265连接到图5的低温引擎。

在一个实施方案中，低温消融控制台的设计是利用SCN作为制冷剂的低温手术装置。控制台包括存储储备液氮(LN2)的真空隔绝的不锈钢供应杜瓦瓶(从外部来源填充)。这种杜瓦瓶的盖子是1"厚迭尔林(delrin)的加工件，其背衬有2"厚的泡沫绝缘件。3"柔性管道将来自杜瓦瓶的氮气直接从控制台的底部排出来。由24V DC电机驱动的小型黄铜齿轮泵将LN2泵送通过一系列的止回阀，从而防止压力通过泵来回逸并且逸入不锈钢供应缸中。在填充期间所产生的氮气在通过位于控制台内的出口进入热交换器之前通过两个低压螺线管阀(LP排放阀)进行排放。由多点热电偶探针监测供应缸中的LN2水平，所述多点热电偶探针对缸的底部、中部和顶部以及主排放管线内的仅在盖子上方的点处的温度进行读取。第二不锈钢缸(压力缸)位于供应杜瓦瓶之外并且通过高压螺线管阀(压力阀)连接到供应缸。在填充期间关闭这个阀以防止冷的氮气进入压力缸中，但在加压期间打开以增加加压SCN的总体积/压头。缸可采用任何容器形式、任何形状以及大小；在本文中，利用的是1L、2.25L以及5L的缸，但任何大小和尺寸都将可行。然而，在实践中，在临床操作环境中的操作装置的覆盖面积要尽可能的小。体积可以依据特定应用、程序数量以及操作环境的大小限制。

一方面，在加压阶段期间，关闭排放阀，打开压力阀，并且打开浸没在供应缸中的两个筒式加热器。愈合带缠绕在压力缸上，并且与加热器一起将足够能量供应到密闭系统以产生超临界氮(SCN)。一旦获得足够的压力(～1000psi)，便可以打开两个高压常闭螺线管阀(注射阀)以将氮供应到2个探针端口。通过位于排放管线与压力管线的接点处的歧管中的压力变换器来监测压力。设定为约1200psi的压力泄放阀也位于这条歧管中并且防止系统过度加压。

另一方面，低温引擎还含有解冻结构。在压力缸的底端，存在用铜管缠绕的管线内气体热交换器。另一方面，解冻可以通过在低温探针之内或之外放置在启动时使得探针表面加热并且使周围区域解冻的热阻丝、膜或涂层实现。在完成冷冻循环后，使残余氮气通过这个加热器并且高压螺线管阀控制进入探针端口的注射管线中的流。一旦完成冷冻/解冻循环，系统中就存在约500psi的残余压力。随后打开通过歧管连接的高压常闭螺线管阀(HP排放阀)以将这个压力排放至可将LP排放阀打开来使系统返回大气压力的点。控制台还含有无油真空泵，所述无油真空泵被连接到探针端口的向探针供应绝缘和安全结构的真空管线，并且被连接到用于在操作前在整个系统中冲刷温热氮气的净化管线上。如果需要，那么泵还可以连接到手术室真空系统。

图17中示出本发明的所含的低温医疗系统500。在控制台528内，存在低温引擎530(类似于图5的低温引擎200)。杜瓦瓶501用液氮(LN2)填充以产生制冷剂储器501。加压系统503利用通过管线504互连并且具有阀控件510(其连接两个器皿505和507)的第一器皿505和第二器皿507。在此实施方案中，第一器皿505在制冷剂储器/杜瓦瓶501内竖直定位。第二器皿507在周围空气的环境温度下竖直定位在制冷剂储器501外。低温流致动器509定位在制冷剂储器内。低温流致动器509通过接合填充电机522来启动以使LN2开始流经填充阀508(在本文中，止回阀用于单向流动)，从而产生从储器501到加压系统503的第一器皿505的端口502的LN2流。阀508可以包括用于温度和压力监测和/或控制的传感器。当填充第一器皿505时，打开连接到第一器皿505的排放阀506，以允许排放在填充过程期间所产生的任何过量蒸气，所述气体通过排放管线523逸到排气扇524。

第一器皿505内的液氮水平通过突出穿过第一器皿505的热电偶传感器525测量。若干装置能够用来感测器皿505/507内的液体和气体制冷剂水平。此类传感器可包括浮子传感器、电容式水平传感器、热传感器或其类似变化形式。填充第一器皿505之后，关闭排放阀506并打开定位在第一器皿505与第二器皿507之间的阀控件510，以便产生在第一器皿505中包括一定体积的液氮并且在第二器皿507中包括近似等体积的氮蒸气的连续加压系统。

在此实施方案中，第一器皿505接近LN2温度；而第二器皿507处于高于第一器皿505的温度的环境温度下。另一方面，第二器皿507的温度升高至高于环境温度。又一方面，并且不加限制，第二器皿507的温度保持为在约30℃至约40℃的范围内的温度，以帮助比使用较低温度时更快地积累压力。

将加热器512布置在第一器皿505内部并且启动以在LN2中产生沸腾微环境以产生N2气体。由于第一器皿505和第二器皿507形成密闭加压系统503，因此LN2沸腾引起气体膨胀，从而增加加压系统503内的压力。提高系统中的压力以使其通过并超过氮的临界点(在492.9psi下为-146.95℃)，从而产生超临界氮(SCN)，在本领域也被称作准流体状态(准气体或准液体)。参见图18(现有技术)，其描述各种热力学区域；参考文献：Hands，B.A.Cryogenic Engineering，Academic Press，1996。

低温系统500的新颖性部分归因于用几乎等体积的LN2和N2蒸气作为产生并且维持超临界氮(SCN)的组分来起始。一旦产生SCN并且在加压系统内实现约1,000psi或更大的压力，就打开控制阀514以允许SCN从加压系统503直接流到低温管线516/518，因此产生朝着用于外部定位探针的连接部位526的SCN流路。在图17的图示中，连接部位526被定位成容易接取于控制台528上，所述控制台包住包括本文所述的组件的整个加压系统503。

压力泄放阀527防止打开阀514之前超压积累。通常，压力泄放阀527被设在约1250psi下或所述压力的周围任何压力下，最大为加压系统中所用材料的爆破压力。

如图17所示，将低温管线516浸没在环绕的LN2储器501中并且产生从加压系统503的第一器皿505到一个或多个外部低温探针的连续流路。由控制阀514控制通过冷冻管线516的SCN流。

所述低温系统和低温过程允许将SCN递送通过低温管线516、尤其是通过供应管道518，所述供应管道以长度为约两米至三米或更长的距离延伸到外部低温仪器中的指定冷冻区域，或低温探针(图17中未示出)。另外，系统500使得SCN递送通过超细毛细管状管道(未示出)，所述超细毛细管状管道连接到连接部位526以将SCN供应到定位在外部的探针。流动在约几秒内发生，从而使超冷SCN递送到探针尖端。随后使SCN通过第二流路520或返回管道520返回，并且在系统内的LN2储器中再循环/返回/回收。制冷剂在超冷温度下以减压返回储器501，从而有助于转回LN2以供再用。

当置于高于临界点的高压下时，蒸气和液体的不同起始体积引起产生混合或不同物理状态。这导致难以维持并控制的状况。例如，起始体积比为1:1的LN2:N2蒸气在被加压到1,000psi时引起SCN产生。然而，起始体积为3:1的LN2:N2蒸气在被加压到1,000psi时不会产生SCN，因为尽管它高于临界压力，但其并未超过临界温度。当利用氮临界点处或附近的压力(492.9psi)时，起始液体体积比的重要性增加。在这个压力和温的区域中进行操作产生不明确并且不可控制的可变状态，这种状态在本领域中已被称作“近临界氮”。通过如本文中所述来控制体积、压力以及温度，本发明通过产生SCN、压缩LN2或准液体的稳定并且可控的来源而来克服现有技术的某些不足。

SCN的产生、利用以及受控递送允许快速递送低温治疗，从而提供低温气体和近临界制冷剂/氮的速度，同时提供LN2系统的排热、工作能力。

将低温流致动器509设计成致动LN2从储器501流到加压系统503中以填充加压系统503(包括器皿505和503)。将术语泵送用于描述使LN2(参见图17)从储器501通过端口502移到加压系统503中。LN2在泵/发生器509内没有被压缩或加压；换句话说，泵不会产生SCN，泵也不会用力将LN2沿着供应管道流路向下推到探针尖端。泵是用LN2填充第一器皿505的装置。

一方面，在操作低温系统500之前，使用净化管线521以在填充杜瓦瓶501前吹氮气通过系统。所述排气扇524使通过排放阀506释放的氮气的温度提高。排放管线523将排放阀506连接到排气扇以便控制温度。则可在控制台528内维持[更温热的]环境温度。

系统进一步包括可附接的或整体式低温探针或低温导管，其被称作可以用于各种实施方案的低温仪器。图6和图7中示出根据本发明的一个实施方案的低温系统的低温仪器65的外部视图。低温仪器65采用导管形式，所述导管具有在管道构造内的管道，并且形成纵向主体65。纵向主体65包括内部管道，所述内部管道包括供应管线62和返回管线63，其含于外部隔绝管道61内，并且连续穿过纵向主体65的管轴60的长度。外部隔绝管道61或外部导管护套61界定纵向主体65的符合能够容纳内部管线62、63的尺寸的大小、形状以及尺寸。管轴因此从纵向主体65的近端51延伸到远端或尖端68。外部导管护套61提供整体支撑结构以使制冷剂流进和流出导管尖端68的远端；理想地，远端就是冷冻事件的起始位置。在一个实施方案中，所用的制冷剂可为液氮。在另一实施方案中，利用超临界氮。然而，可利用任何所需液体制冷剂，并且调整系统以适应物质的不同化学性质和相。

内部供应管线62和返回管线63通过贯穿导管65放置的开放构造绝缘隔板53而维持在外部护套61的中心。隔板53可以采用的形式是单独单元、管道挤出件或其它管道定位装置。开放构造允许用气体填充导管空腔64。外部导管护套61被密封到连接器66上以产生气腔64。尖端68组合内部供应管线62和返回管线63与外部护套61在远端接触，以产生冷冻区域。另外，开放构造还可允许在导管腔64上抽真空。

另外，在一个实施方案中，导管65的轴60是柔性的，如通过沿着轴60延伸的偏转丝67所促进，所述轴通过温度诱导真空进行绝缘。偏转丝67是沿着轴60向下延伸到导管65的尖端的控制管线，用以允许导管尖端68以某个角度呈指状运动来移动，以便操控并且引导导管/探针65通向靶标部位。在一个实施方案中，偏转丝67引导装置65并且监测对温度、压力和/或生理条件的环境测量。导件67可以集成单独组件和传感器，如光学成像组件连同导件或任何数量的热电偶、压力变换器、心电图监测器或其它电生理学传感器(单独或组合)。

本发明的另一实施方案可以使用绝缘泡沫(例如，泡沫聚苯乙烯、塑料、涂橡胶的材料或其它此类绝缘组合物)以将外轴60与内部管线62、63(即，内部供应管线62和返回管线63)分开。然而，本发明的各个方面容纳导管尖端68，所述导管尖端如被设计为可操控的并可偏转的以允许对所需组织部位进行引导靶向。一方面，隔板或绝缘泡沫可用于防止内部供应管线和返回管线与外部护套接触。另一方面，可以产生任何冷冻区，如导管尖端68构造所指定(参见图10-13)。

在利用本发明的导管65的过程中，基于冷凝的真空绝缘具有温度依赖性并且位于导管65中。在供应管线62和返回管线63的壁的外表面69上，对表面69进行物理标记或化学蚀刻的方法增强饱和气体的成核和物理汽化沉积。出于示例性目的而不作限制，表面可以糙化、喷洒任何数量的粉末状物质，如二氧化硅、金属颗粒和/或碳涂层。外部护套61内的空腔64用所选蒸气或不平衡的相变气体64填充。在这个实施方案中，例如利用丁烷，所述丁烷在约室温下、在约0℃至约37℃之间保持气态(参见图6、图7)，但对丁烷来说在冷却至低于约0℃、尤其是冷却至约-138℃时凝固成结晶沉积物52，并且同时在受控沉积过程中在指定表面69(参见图8、图9)上沉积晶体膜。丁烷在约-138℃、即丁烷的临界点下凝固。然而，应注意，温度变化取决于所用蒸气的类型、化学特征以及蒸气组合物的变化。因此，不同气体的温度可以选择性地进行控制，以便在达到冷冻温度时产生与自发成核和同时沉积相同或类似的作用。系统的一个新颖性允许海波管(hypotubing)因这种真空而变得足够冷以使海波管保持结构和功能以便程序使用。

另外，一个实施方案可以通过连接器66的真空端口55将低温系统控制台的真空管线与导管或探针65互连，如图6和图7所示。一方面，当对连接器处的空腔进行密封并且通过真空端口55机械抽出真空之后，就会形成真空。另一方面，真空端口可以经由它自身的真空系统或与生态系统的真空泵组合，或者通过医院真空系统来连接。因此，可以通过机械抽出真空或者自发诱导真空[经由温度诱导](真空本身对内部管道产生绝缘)在本发明中产生双重绝缘屏障，从而与成核增强表面修饰进行组合来增强气体晶体向内部管道的指定外表面上的沉积。理想地，沿着管轴在指定部位对内部管道的外壁进行物理或化学蚀刻。在远端或尖端8内的区域随后可以被构造成特定指定的冷冻区。

在一个实施方案中，在导管的外部护套上使用加热丝或加热带，以保持其温度为约冷冻点、即0℃。

在所述实施方案中，成核/升华与沉积方法组合以便沿着供应管线62和返回管线63外壁形成固体晶体，并且在空腔64内自发产生抽空空间。抽空空间用作外部导管护套与冷冻包装的内部管线62、63之间的绝缘屏障。沿着供应管线62和返回管线63的表面69的长度进行膜式沉积导致导热性低的结晶薄膜沉积。所述淀积可以涂布内部管线的一部分外表面或整个外表面来延伸内部管道的整个长度。(注意：图6、图7中的“x”标记指示成核增浓后的供应和回流管状表面69，所述管状表面通过本文所述方法进行修饰。图7中示出未凝固的气体晶体54、即不平衡的相变气体颗粒54。图8、图9中描绘在对表面69进行修饰“x”(蚀刻)之后的成核或凝固颗粒，如由“*”所指示。在气体达到冷冻温度时形成成核颗粒52(被标记为“*”)。一方面，可以利用任何压力。出于示例性目的而不作限制，可以维持或者以可控方式升高或降低装置中的压力。例如，气体可以维持在大气压力或高压下，以便支持在室温下保持蒸气状态。

本发明的实施方案的其它方面包括作为纯组分或作为各种组分的混合物的气体。出于示例性目的而不作限制，此类气体组合物可以包含丁烷、二氧化碳、碘、樟脑和/或氧化亚氮。

在另一实施方案中，当方法包括处理内部管线62、63的壁以使成核效率与待沉积的气体的化学特性匹配(例如，用杂质标记表面、利用二氧化硅或其它粉化材料、化学涂布或蚀刻)并从而产生类似作用时，可以在内部管道/管线62、63表面上得到增强的成核表面69。

本发明的实施方案操纵尖端68的结构构造，如图10至图13所示。在所描绘的一个或多个实施方案中，在内部组件62/63在远端68接触外部护套61的情况下产生冷冻区。图10中的远端的一种此类实施方案100包括闭环卷绕供应管道106，所述闭环卷绕供应管道与外部护套61接触以实现冷壑。供应管线62和返回管线63在尖端的冷冻区中会聚形成线圈106。

在远端的另一实施方案110中，如图11所示，示出金属气球尖端107，其中使制冷剂在尖端中循环，随后回流。供应管线62超过返回管线63延伸部分一段距离延伸到尖端68中，以便在导管用于程序时使泵送到气球状尖端107中的制冷剂在膨胀区域的密封范围内循环。然而，供应管线62可以任何长度或距离延伸到尖端中。气球状尖端可以由包括金属、塑料或陶瓷组合物的任何柔性或刚性材料组成。类似地，护套内的气球状结构可能致使外部护套61针对低温程序膨胀和紧缩。举例且不作限制，在器皿内执行的低温程序可有利地利用探针远端的可膨胀低温元件107，以使外部护套随着内部可膨胀低温元件的膨胀而膨胀。

同样在图11中所描绘，可膨胀尖端107连同单独供应管线62和单独返回管线63两者被密封在远侧部分68内。远端110的实施方案包括在纵向管的长度中并且具有远侧尖端68，所述远端尖端连同管轴60一起用作冷冻区域(在本文中，图11仅示出其中一部分)(即，在图14所示的实施方案中，远端128可用远端110替代。)密封界面127确保可膨胀区域可以随着低温介质的填充和移除而对应地膨胀和收缩。在一个实施方案中，低温介质是液氮。然而，可以利用任何制冷剂来适应系统和治疗措施的需求。另外，用符合液氮使用的材料来设计和构造可膨胀结构，在本文中即金属气球尖端。在不考虑所用制冷剂类型的情况下，可膨胀尖端可能破裂或产生不需要的效果。出于示例性目的而不作限制，本实施方案的尖端被设计成满足利用液氮的系统和装置的需要。

图11中的探针/系统的另一方面在于，密封界面127可为在钝头探针中密封远离管轴60的尖端的冷冻区域68的壁或连接组件(未图示)。密封界面允许供应管线62和返回管线63接取冷冻尖端，所述冷冻尖端的开放末端137允许将制冷剂分散在密封区68内。在图11中，密封区是气球尖端，但可将任何大小或形状的密封区用于本发明的不同方面以产生类似结果。应注意，在一个实施方案中，末端开放的供应管线朝着远端进一步延伸到密封区中并且延伸超过返回管线的开放末端。然而，可以利用任何长度的供应管线或返回管线；根据需要，所述长度可以设计成具有相等长度或不同长度。

图12是探针尖端/远端155的另一实施方案，其中示出闭环尖端118。闭环尖端完整连接供应管线62和返回管线63两者以形成整体结构，从而将液体制冷剂递送到并且返回到探针的冷冻区域中的远端。在尖端中，SCN压力因增加的体积和流出限制而降低，沿着尖端的内表面吸热(核态沸腾)，氮气微泡冷凝回到液体，并且经过加温的SCN在其离开返回管道并且再次供应给含有大气液氮的杜瓦瓶时恢复成加压液氮。系统维持返回管线内的温度和压力以允许利用之后在接近环境压力下在杜瓦瓶内回收LN2。杜瓦瓶内的制冷剂处于标称环境压力下并且处于约-196℃或在约-160℃+/-40℃的范围内的温度下。

图13示出作为在冷冻区或尖端68内带有鳍状热交换器119的闭环尖端的低温探针165。热交换器提供对组织更有效的排热，从而向组织部位提供更快的低温治疗和更大的损伤/冷冻，所述热交换器还被用来使制冷剂在返回到控制台之前冷却，从而使制冷剂回收率提高。尖端设计中的其它变化形式可为任何大小和尺寸或采用本领域中的已知导管或探针65的大小或形状。出于示例性目的而不作限制，在癌症治疗中，低温探针用于消融靶标组织。在心脏应用中，将导管或手术探针用于低温消融程序。如下所述的低温探针的其它构造也可以适应其它结构变化形式。

在另一实施方案中，尖端构造是可张开的网以包围冰球并且捕捉脱离的任何冰碎片(未示出)。网将维持探针尖端周围的静态环境，以有助于结冰。

如图14所示，将用于执行低温疗法程序的产品示为细长主体175，长度约为6英尺至8英尺。近端121处的连接器116允许低温探针与低温递送系统200连接(参见图5)。冷冻区域或尖端138定位在远端128内，其中柔性管轴120(也被称为脐带)定位在末端之间。(远端128的一些不同实施方案已描绘在图10至图13中，即可用作细长产品175内的远端128的替代物的远端的实施方案100、110、155、165。主体175包括外部护套(如图6和图7中所示)，其中将一条内部管道(供应管道)配置在护套内以将制冷剂递送到在靶标组织部位的冷冻区；介于定位在中心的内部供应管道与管轴120的外壁之间的间距使液体制冷剂从冷冻区返回。仅仅出于示例性目的而不作限制，供源处于环绕的同轴返回管线的中心。然而，低温递送管线和返回管线可以用各种布置进行构造(即，反之亦然的布置)。管线还可定位成彼此相邻。当在使用并钩住低温递送系统时，产品175同时在整个管轴120中产生绝缘真空。通过与沿着内部管道的外表面的增强的成核沉积过程(在下文中讨论)组合的温度引发的短暂真空来形成双重绝缘屏障。因此，成核位点能够选择性放置在整个产品的任何位置。另外，外部主动真空可以结合短暂真空使用或作为独立结构使用。低温导管或探针绝缘还可以通过主动抽出的或永久抽出的真空实现。

在一个实施方案中，远端128是针状探针末端。在另一实施方案中，远端128采用钝头探针末端形式。远侧部分128可与管轴集成或可移除地放置成与其连接。近侧连接器、管轴以及远侧探针末端的互连因此决定单独部分(单独或组合)是可以再用还是废弃。另外，远端28的长度可以根据治疗程序而变并且可以具有任何大小、形状以及尺寸以与所治疗的组织对应。

如图15所示，低温消融装置的一个实施方案采用手术心脏低温探针300的形式。操作如手术心脏低温探针300的低温消融装置利用超临界氮(SCN)、压力为约1000psi并且温度范围为约-210℃至约-100℃的高压液氮，如低温消融控制台所提供(图5中所示)。使高压SCN通到微腔供应管道301中进入沸腾腔室、或探针尖端302(参见图15A)。SCN通过以一致地大于本领域中目前使用的任何低温装置的速率从组织上排热来对靶标组织进行过冷。在尖端处，压力在0psi至1000psi变化，这取决于操作状态。冷冻尤其发生在探针尖端302处，所述探针尖端具有提供热交换表面的非绝缘外壳303。接合管道304(参见图15A中的放大视图)将探针尖端302与绝缘管道部分305分开。接合管道304是塑化材料，但也可以利用包括焊料或粘合剂的任何接合组件。SCN通过从周围组织引入热进行蒸发，随后通过微腔返回管道306返回到控制台。供应管道301和返回管道306两者以同轴方式容纳在外部护套307内。然而，另一方面，管道，即供应管道和返回管道可以并排定位成并行构造。

如图15A中所示，通过供应管道的流路(→→)指示SCN朝着远侧尖端302移动。最靠近外壳303的返回箭头示出氮气在外部同轴路径上远离远侧尖端返回。返回管道306与外部护套307之间的环带308维持在真空下以最小化沿着液体路径的不想要的热。使用高压低温同轴连接器320使管道端接并且界接控制台(本文中未描绘)。连接器可以伸缩方式伸长和收缩，从而提供牢固的柔性或刚性防漏连接接。

最初，尖端压力范围是约800psi至约1200psi，并且在20秒内实现小于约-150℃的温度。当制冷剂在返回后被收集在杜瓦瓶内时，最终压力接近或处于环境压力并且制冷剂浴的温度标称地在约-196℃。

另外，手术心脏探针300在管道界面311处配备有探针手柄310。界面311可以是柔性的或刚性的；当前设计利用带有软管倒钩的黄铜或金属材料来防止连接从管道滑掉。然而，有益于低温应用的包括塑料或涂橡胶组件的任何材料都可适用。在一个实施方案中，塑料探针手柄310容纳机电组件或触发器312，以便用户对低温消融进行远程控制(例如，医师触发的开/关控制)。电子显示器提供关于装置和程序的信息。例如，探针温度通过位于供应管道或返回管道上的T型热电偶来捕获。插头提供电探针/控制台接口以便远程开/关触发和温度测量。另一方面，可以利用单独插头或多个插头。插头或电连接器和信号连接器允许将进出探针的信号、数据、信息传输到控制台计算机。

在平滑探针尖端的一个实施方案中，利用带有端盖的经过退火的不锈钢管道。在另一实施方案中，波状探针尖端是带有针硫铋铅矿盖的经过退火的不锈钢管道。然而，尖端与管道的组成可以包括各种金属或塑料材料，如可与装置的操作温度相容的材料。类似组成的接合管道使得组件相连。探针轴长度为约2英寸至48英寸，并且外壳适配器为约2英尺至10英尺，如取决于心外膜或心内膜程序和装置应用。尺寸方面可以不同，大小、形状以及构造同样如此，以便获得补充相应医疗程序和/或具体靶标组织的产品。

一方面，供应管道301是套有不锈钢管道的聚酰亚胺材料。供应管道歧管具有密封的远端，其中间断孔洞315在整个探针尖端302长度上交错，以便沿着探针的外表面303形成均匀分布的冰。孔洞数量，包括孔洞大小和尺寸可以不同，这取决于冷冻区的所需长度和宽度。在一个实施方案中，利用0.012英寸至0.0032英寸的近似孔洞内部尺寸。然而，可以设计任何孔洞大小或孔洞之间的间距，以便产生所需效果。孔洞315产生均匀的冷冻区，如针对具体程序所指出。出于示例性目的而不作限制，可能需要沿着连续线性路径进行均匀的冷冻，以横跨心脏表面产生连续透壁毁损灶(在治疗心房纤维性颤动时)。基于探针设计和消融部位，包括被消融物的大小和组织的类型，孔洞大小、数量以及间距可以不同。

另外，返回管道306可为长度延伸长达约10英尺的柔性管道。同样，根据具体所需实施方案，可以利用各种大小和尺寸的返回管道。一方面，返回管道延伸部分也是聚酰亚胺管道，其中聚聚氨基甲酸乙酯纤维编织管的外壳将内部供应管道和返回管道包封成整体结构，并且所述聚酰亚胺管道具有约2000psi或更大的额定爆破压力。当爆破压力基于所用材料而不同时，所选的相应材料将能承受低温系统所需求并且利用的压力。

图16中描绘低温仪器400的另一实施方案。在本文中所示的低温仪器400是低温导管400，所述低温导管具有供应低温管线401和返回低温管线406，所述管线同轴布置以使返回低温管线406环绕供应低温管线401。柔性导管402利用SCN超冷系统以通过推动高压SCN从近端405穿到导管402的远端404来对远侧尖端404进行快速冷却。内部组件如在低温探针300中那样容纳SCN，同时实施柔性导管尖端402。

低温导管手柄410允许使用者(通常是医师)易于控制导管402移动，从而手动定位远侧尖端404或者远程致动远侧尖端404移动。在一个实施方案中，伸缩导管402可以用来更精确地定位远侧尖端404。一方面，将伸缩结构集成到导管402上。另一方面，伸缩结构是在与冷冻管线的界面处附接到导管以便牢固附接的单独组件。这种伸缩延伸部分根据需要在启动冷冻方案之前、期间或之后进行伸长和回缩。所述结构提供导管的精度和控制，以及在大小、长度以及使用范围上的通用性。

出于示例性目的而不作限制，伸缩结构在本文中是用于基于导管的系统。然而，所述结构可以用于刚性或柔性探针或针尖，或与柔性和刚性的组件组合。一方面，伸缩结构是按照治疗方案来穿透或者围绕冷冻区的解冻机构。伸缩结构或突起状结构的其它方面可以加强柔性连接或刚性延伸以控制低温仪器的流体流动、移动以及精确定位。

对于本系统的任何组件，所述部分和组件是用有益于在医疗环境中进行消毒的材料制造成，并且被制造成经受得起极端温度或压力。在一些实施方案中，系统的部分和组件已经是整体连接的。然而，部分和连接是可移除的，并且可以被制为可弃置的部分，包括探针、针以及导管本身。

本发明有助于对低温疗法和与治疗相关联的医疗装置或组件进行其它改进。本发明的医疗装置允许超临界制冷剂循环(冷却、递送和返回)到低温探针以便冷冻所靶向的组织。本发明有助于组织根除，并且从而可以减少住院时间；进一步的优点在于降低术后发病率、缩短恢复日常机能与工作的过程，并且进一步降低总体治疗成本。针对装置设计和应用的这些改进也可提高所述装置对治疗多种疾病状态的利用率。

本发明的装置代表一种通过允许沿着低温探针或导管的轴实现温度诱导的短暂真空绝缘来开发低温手术装置的方法；其包括在所靶向的热疗中将低温探针或导管的轴绝缘并且递送制冷剂。此外，已经开发装置来将温度引发的真空与沿着内部管道的表面修饰所引发的真空相结合，以使饱和气体在内部管道的表面上的成核和沉积能够增强并且产生另一绝缘层。一方面，本发明的装置允许通过修饰管道表面来增强内部管道的外表面上的沉积，从而产生另一绝缘屏障。另一方面，外部管道的用饱和气体填充的空腔在环境温度下可以具有高压或处于大气压力下。

可以将本发明的实施方案修改成采用在行业中当前使用的任何装置、容器、设备或器皿的大小和形状。如本文所公开，低温仪器、探针或导管在本发明中也可以具有任何大小、形状或尺寸。低温仪器可为一次性使用的可弃置的部分或多次使用/再用部分(并且能够在单独患者治疗之间进行消毒)。在一个实施方案中，包括供应管线和返回管线的纵向管状连接延伸长达约6英尺至8英尺或更长。然而，可以利用任何长度，如针对具体疗法和治疗所设计。例如，长度也可通过使用一个或多个互连区段来实现。然而，在所附接的管道、可移除的部分、可拆卸的部分或可弃置的部分被集成在设计中的情况下，小于12英寸的尺寸也会较为适合。确切来说，圆柱结构设计或替代结构设计可以用于低温系统中，以便改进导管/探针对组织靶标的接取。另外，与上述系统的组件组合的管道/管线的任何重新布置都可以采用许多形式并且可以具有任何大小、形状或通路。

在利用本发明的医疗装置时，可以根据所接受的低温应用采用行业中的各种方法。如所讨论，本发明的实施方案仅用于示例性目的而不作限制。有利地是，这种装置代表了所靶向的热疗中的重要步骤。可以采用将冷冻温度施加到靶标组织的各种低温手术装置和程序，以与本发明的医疗装置一起使用。已经开发本文所公开的医疗系统来实现并改进一些用于靶向或消融组织的方法。另外，医疗装置可以结合液体制冷剂通过带挡板的线性热交换器的受控泵送以使制冷剂的总体温度降低，从而提供热容量更大的流体，从而使得低温探针中的冷却潜能增大。

在系统的一个实施方案中，操作装置的机械机构和电机构是含在控制台、壳体或包壳内的，从而允许所述系统易于输送。包壳则可包括如轮子、手柄以及固定件的任何移动结构(或允许放置到具有这些结构的推车上)，以便可将系统输进和输出治疗位置。这种移动性允许系统易于移进和移出手术室或疗法治疗地点。还应注意，系统易于与最初在供应端口29(如图1所示)向系统供应液氮或其它此类低温流体的制冷剂填充槽和填充管线分开。这种改进的特征使得标准低温医疗装置不再庞大。

如先前所述，可以在系统直接连接到散装制冷剂供源或如本领域中认为显见的当前供应系统时操作所述系统。

如所呈现，本发明的多个实施方案针对低温行业中当前所用的标准医疗装置提供若干改进。经过改进的低温医疗系统显著增强其针对以下的利用：将液体制冷剂冷却、递送并返回到低温探针或低温导管以对所靶向的组织进行冷冻。本发明提供成本节省和显著减少的治疗时间，从而进一步减少在保健设置上的支出。之前未预见的益处已经实现并且为多种疾病状态的治疗方便地提供了优点。另外，所述改进使得装置能够如所设计进行构造，以实现容易的操作、存储以及接取。

如所例示，所述装置可以包括具有将此类结构的任何组合整体并入的容量的任何整体结构、器皿、装置或细颈瓶。尽管如此描述了本发明，但将明显的是，已经享有本公开内容的权益的一般技艺人士可以通过多种方式对本发明做出变化。不将此类变化视为与本发明的精神和范围背离，并且如将对本领域技术人员明显的此类修改意图包括在所附权利要求书和它们的法律等效物的范围内。

在专注于治疗心律失常时，已经进行各种研究来对哺乳动物中的心脏组织进行治疗。具体来说，已经对犬类进行研究以验证并确认本发明的新颖性。

在心外膜程序之前，选择探针，即一个波状尖端低温探针和一个平滑尖端低温探针，这些探针位于靶标组织部位。对探针进行消毒并且使其承受各种消毒温度和消毒处理。

出于示例性目的而不作限制，以下研究是基于医疗程序中所用的当前冷冻，即取决于冷冻位置对每个心脏执行60秒、90秒或120秒的冷冻来进行。如外科医生所指出，并且如外部热电偶所指示，每次冷冻产生透壁低温毁损灶，所述透壁低温毁损灶在冷冻约15秒至30秒后即得到可视化。将低温夹具与定心件(centering piece)集成，以便支撑低温探针。穿过整个夹具插入波状低温探针并且将其成功放置在所需的心外膜位置。使用手动式弯管器对低温探针的经过退火的平滑尖端进行90°角度之前的预成形。随后穿过夹具夹爪部位处的开口插入弯曲尖端并且用手成形，以便匹配夹爪轮廓。尽管平滑尖端的柔性较低(经过退火的管道相对于经过退火的波状管道)，但是低温探针能够如方案所指定那样放置。由于尖端表面构造，因此平滑尖端低温探针比波状尖端探针更容易插入心内膜空间中。

用内部和外部温度监测来进行波状与光滑尖端探针构造之间的性能比较，从而证明冷冻性能类似。在心室冷冻模型中，平滑尖端似乎产生更清晰和精确的线性冷冻毁损灶(展宽较小，并且在探针附近损伤更集中)。

互连部分呈现另外的挑战。在一个实施方案中，低温同轴连接器设计被证明是成功的，其中在探针或控制台界面处不会发生渗漏。软管组件和/管道的弹性和/或柔性性质可与各种连接部分和互连集成。出于示例性目的而不作限制，低温消融系统相对于无菌手术场地的放置将会决定互连部分和组件的分割(例如，或多或少取决于消融部位的定位和位置，脐状管道的长度介于约6英尺至8英尺的范围内)。

所有冷冻都以高于1000psi的压力引发，每次充填内部加压腔室就会进行一次冷冻(注意：“充填”在本文中意图是指在加压腔室中填充制冷剂并对其加压)。自动化和电子计算机控件可以辅助实现所需的填充循环。

在充填循环后，立即关闭排放阀，打开压力阀，并且启动内部加压加热器。尽管加压时间不同，但是对于所有运转而言，都在150秒内将系统加压至1000psi。一旦完成冷冻循环，就通过关闭压力阀来加速加压循环，以便在每次运转后维持压力缸中的残余压力(处于约500psi)。对压力缸加热以将温度维持在约25℃至35℃以进一步帮助加压循环，从而将SCN压力保持在约500psi至约1000psi之间以便获得更高的效率。压力可以在约1000psi左右略微波动，以便在约15秒至约120秒内(对于治疗而言约2分钟的时段)治疗靶标组织部位。

放置低温探针后，启动(打开)注射阀以使制冷剂开始流动。低温探针的内部热电偶显示，无论所用的探针尖端如何(光滑或波状)并且不管冷冻部位的位点在哪(例如，在夹具中、在表面上、或以心内膜方式通过荷包缝合)，温度都会在小于5秒内快速且急剧下降至-170℃左右。一方面，可以通过利用平滑尖端探针实现较窄的冷冻区。较窄的冷冻区产生经过界定的毁损灶部位，毁损灶包括线性毁损灶，并且进一步防止附带损伤。毁损灶可以在约2cm至5cm或更大的范围内产生当前线性毁损灶。

因此，利用液氮、尤其是SCN的益处超过现今手术中的减压系统(例如，基于氧化亚氮和氩的系统)。通过SCN进行排热胜过通过其它设备进行排热，从而允许治疗程序更快并且总体治疗时间减少。另外，可将互连的仪器小型化并且调整成适应各种医疗程序。

在以所需时间进行冷冻之后，关闭注射阀，从而使制冷剂停止流动，并且利用温热盐水来对探针进行快速解冻。注射阀关闭(冷冻结束)之后，立即关闭加压加热器，关闭压力阀，并且打开高压排放阀。当系统返回大气压力(相对压力为0psi的)时，使装置再次准备重复所述过程。在另一实施方案中，通过启动所述装置的所集成的解冻循环结构来将探针快速解冻。

连接器可以包括螺纹转向阀、搭扣或旋拧快速连接件、1/4转卡扣阀、卡扣密封件、或集成探针的内部组件与低温组件的内部组件的其它类型连接器。这种组件具有内部和外部配合特征以提供防漏密封。

出于示例性目的而不作限制，2分钟的心内膜冷冻记录了60秒内在心房外表面上的温度为-100℃。在这种“过度冷冻”的情形下，尽管冷冻持续时间是组织消融所用持续时间的至少两倍，但未观察到对动物或对组织的不利影响。就安全而言，这个证据实现了低温引擎的安全设计。

另外，在系统的其它实施方案中，探针的热性能如所预期。记录到-170.5±2.8℃的平均回流温度。观察到平滑尖端探针的平均槽压力衰减相对于波状尖端探针之间的显著差异。然而，当将平滑尖端探针与波状尖端探针进行比较时，未注意到明显的性能差异。

心内膜程序

在一个实施方案中，将犬类模型用于经由下腔静脉对右心房进行心内膜导管低温消融。然而，导管可以经由通向心脏的任何血管来引入。在镇静并且使得合适的静脉管线就位后，在股静脉和颈静脉中插入插管以允许接取导管；还会实施股动脉接取来确定程序期间血液动力学值是否发生任何偏差。通过经皮接取，将多极参考导管被放置在以下每个位点处：1)在冠状窦中，2)在右心房游离壁处，3)在希氏束(His bundle)处，4)在下腔静脉-三尖瓣峡部(cavo-tricuspid isthmus)处，以及5)通过如荧光检查可视化引导技术的可视化系统对右心房进行的3D映射。

在下腔静脉-三尖瓣峡部中以顺时针和逆时针方式测试导通性。将低温热能施加施加到这些区域中的每个区域。

在对冠状窦进行起搏时，施加低温热能。在单次施加下通过在起搏期间将低温热能滴定至渐低温度来实现峡部阻滞(从而产生下腔静脉-三尖瓣峡部阻滞)。在执行双向阻滞后，起搏部位朝右心房游离壁转换到导管的远侧电极，以便在以相同周期长度起搏的同时经由下腔静脉-三尖瓣峡部对导通性进行重新评估。可视化系统则会用来映射右心房后消融。如下执行贯穿隔膜穿刺：穿过护套插针以便刺穿介于右心房与左心房之间的隔膜，从而允许低温消融导管进入左心房。随后，在左心房中执行消融，从而使用时间和指定功率方案实现阻滞。

心外膜程序

心外膜程序的一个实施方案的方案如下：

本研究的目的是使用标准10cm低温探针作为控件来评价新型低温消融技术。这种小型样本研究评价在心脏跳动的犬类模型中在六个靶标位置处实现透壁毁损灶的一般的安全性和有效性。低温夹具与探针组合用来在左心耳(LAA)、右心耳(RAA)、右肺静脉(RPV)以及左肺静脉(LPV)处产生毁损灶。探针单独用来产生两个右心室心外膜毁损灶和一个右心房心内膜毁损灶。低温探针冷冻靶标组织并且阻滞电导通路。低温夹具用来包围肺静脉并且冷冻组织，以便阻滞电导通路。在单独使用时，低温探针产生线性毁损灶。

在本发明的实施方案中，一个探针在远侧尖端中使用波状波纹管区段。另一实施方案利用带有长为10cm、直径为3.2mm的柔性消融区段的探针。分别在90秒和120秒的时间，并且在完成可视透壁前侧之后，分别记录心耳和肺静脉的反侧组织温度。右心室心外膜毁损灶深度(在7至10天后进行组织学评估)是以60秒和120秒冷冻持续时间实现(然而，更通常地，冷冻在15秒至30秒的范围内会实现它的预期治疗性能)。对于右心房心外膜毁损灶记录到相同内容。表1中呈现对当前技术的测试方案的概述。

表1：毁损灶和消融持续时间

在心外膜消融的一方面，首先执行正中胸骨切开。将胸牵开器放置在这个空间中并且打开以使胸腔的器官和血管暴露。在用于动脉压力监测的左内乳动脉中插入插管。打开心包以产生心包吊篮。以圆周方式将左肺静脉和右肺静脉分开。

在所呈现的消融程序期间，低温探针与低温夹具组合用于根据表1所列的持续时间来消融心耳和肺静脉。使用附接到相反组织表面的热电偶来测量每个毁损灶的温度。记录完成可视冷冻的时间和每个毁损灶的反侧组织温度。随后，独立利用探针，以便通过使用荷包缝合接取来产生2个线性右心室心外膜毁损灶以及1个右心房心内膜毁损灶(按照表1)。

消融之后，探针通过温热盐水溶液解冻并且移除。将心包以及胸骨松散地重新接近，随后经由缝合来使肌肉和皮肤闭合。

已经描述了多种实施。然而，将理解，可以在不背离本文精神和范围的情况下进行各种修改。具体来说，例如，低温系统和探针/导管被描述为采用SCN作为制冷剂，但也可以利用非临界液氮或其它制冷剂(如可被集成到经过修改的设计中)。此外，可以采用低温探针和低温导管来将所靶向的低温疗法递送到除了患者心脏外的患者身体区域(包括例如患者的前列腺或其它腺体；患者的胃肠道的一部分；小型(例如曲张的)静脉；或其它合适的内部治疗部位和组织)。可以提供多个冷却并且隔热的区域，并且所述区域能够以各种形状和大小形成。因此，其它实现也在所附权利要求书的范围内。

另外，所述研究利用单个低温探针或导管。单独或以组合方式或者同时使用多个低温探针和导管可以有助于混合或双重心外膜和心内膜消融程序的性能。利用各种所述技术的低温消融方法可以利用心脏搭桥执行或在非搭桥跳动的心脏中执行(如在上述方案中所述)。执行非搭桥程序的能力向低温装置提供巨大的新颖性，因为当前低温消融技术无法在小于约3分钟的时段(跳动心脏中的每个毁损灶用时3分钟)内实现有效消融。另外，消融方法可以经由开放式胸骨切开程序、微创式胸腔镜程序、经皮或通过血管接取实现。另外，还可以与其它消融或手术治疗形式组合执行低温消融程序，所述形式尤其包括射频、HiFu、激光或手术切口等，从而针对上文引用的混合程序呈现各种方法。

Claims (10)

1.一种低温医疗系统，其包括：

至少一个低温引擎，所述低温引擎包括：

保持制冷剂的杜瓦瓶；

在所述杜瓦瓶内的流生成器；

加压系统，所述加压系统具有位于其中的至少一个加热器、至少一个端口、至少一个控制阀、以及连接至第二器皿的第一器皿，其中所述杜瓦瓶和所述加压系统被构造成使得当用所述制冷剂填充所述杜瓦瓶时，所述第一器皿至少部分地设置在所述制冷剂中并且具有第一温度，并且所述第二器皿定位在所述制冷剂之外并且具有大于所述第一温度的第二温度；

至少第一附属物，其将所述流生成器连接到所述加压系统的所述至少一个端口；以及

连接到所述至少一个端口的一条或多条低温管线，

其中所述低温医疗系统被构造成使得当其包括制冷剂时，所述加压系统被构造成产生单独或组合的超临界制冷剂、加压制冷剂或一种或多种准流体。

2.如权利要求1所述的低温医疗系统，进一步包括至少一个低温仪器。

3.如权利要求2所述的低温医疗系统，其中所述至少一个低温仪器包括布置在其中的一个或多个管状结构，所述至少一个低温仪器具有连接至所述低温引擎的所述低温管线的近端以及用于在治疗部位处插入的远端。

4.一种使用如权利要求1所述的低温医疗系统来执行低温疗法的方法，所述方法包括：

用所述制冷剂填充所述加压系统；

启动所述加压系统以产生加压超临界制冷剂；以及

引导所述加压超临界制冷剂通过一条或多条供应管线到达至少一个低温仪器。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在从包括前列腺、肾脏、膀胱、肝脏、肺、骨头、卵巢、子宫颈、子宫、胸部、心脏、子宫内膜和癌变组织的组中所选择的治疗部位处执行所述低温疗法。

6.一种低温医疗设备，其包括：

保持低温介质的容器；

热交换器；

至少一个加压设备，所述加压设备具有位于其中的至少一个加热器、至少一个端口以及至少一个控制阀，其中所述容器和所述加压设备被构造成使得当用所述低温介质填充所述容器时，所述加压设备的至少第一部分至少部分地设置在所述低温介质以内并且所述加压设备的至少第二部分是在所述低温介质以外；以及

流生成器，其被构造成当用所述低温介质填充所述容器时将所述低温介质递送到所述加压设备的所述端口，

其中所述加压设备被构造成由被递送到所述加压设备的低温介质产生处于超临界状态的低温介质，所述控制阀将所述处于超临界状态的低温介质从所述加压设备释放至所述热交换器。

7.如权利要求6所述的低温医疗设备，其中所述低温介质是液氮。

8.如权利要求6所述的低温医疗设备，其中所述加压设备被构造成在所述低温医疗设备包括所述低温介质时提供超临界氮的连续流。

9.一种使用如权利要求6所述的低温医疗设备来执行低温疗法的方法，所述方法包括：

用所述低温介质填充所述容器；

启动所述加压系统以产生加压超临界低温介质；以及

引导所述加压超临界低温介质通过一条或多条供应管线到达至少一个低温仪器。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述加压超临界低温介质是加压超临界氮。