CN106456230A - 冷冻外科器械中的冷冻剂的相分离 - Google Patents

Abstract

一种冷冻外科机械，包括：轴杆，其具有闭合远端和近端，闭合远端限定膨胀腔室，近端接纳冷冻剂的流入并且排出已膨胀的冷冻剂流；以及，热交换器，其具有冷冻剂递送管，冷冻剂递送管绕芯螺旋，芯沿着其纵向轴线安置。冷冻剂递送管螺旋，冷冻剂递送管与轴杆的内表面成不透流体的接触以便形成螺旋的冷冻剂排出途径，螺旋的冷冻剂排出途径沿着冷冻外科器械的长度的一部分从轴杆的远端延伸。冷冻剂递送管利用离心力迫使冷冻剂的两相流动经历相分离，并且驱使液相朝着螺旋盘管的外壁和螺旋间隙的外表面。在器械的外壁附近发生热交换。

Description

冷冻外科器械中的冷冻剂的相分离

相关申请的交叉引用

本申请是在2014年3月11日向美国专利及商标局提交并且现已允许的美国专利申请No.14/204,175的部分继续申请。此专利的公开以全文引用的方式并入到本文中。

技术领域

本公开的实施例大体而言涉及冷冻外科器械诸如冷冻探头，并且更特定而言，涉及在冷冻外科器械中的冷冻剂的相分离以用于热交换优点。

背景技术

已知在冷冻外科器械中采用盘管式热交换器，其中冷冻剂作为加压气体供应，在这类热交换器中，气体的膨胀造成气体改变其温度。如在美国专利No.6,706,037中所解释，例如，这种现象被称作“焦耳-汤姆逊效应”，在热力学上被称作绝热膨胀。

还已知在盘管式热交换器中使用在膨胀时冷却的气体，诸如氩气或氮气，以用于冷却，以及使用由于膨胀而发热的气体诸如氦气，以用于加热。在这些热交换器中，返回气体通常用来再循环热能(即，返回冷却气体不仅能冷却冷冻外科器械的外表面而且也能冷却输入的加压气体)。盘管形状增加了留在冷流体与热流体之间的接触面积。在这些流体之间的传热与它们之间的接触表面成比例。因此，盘管用作这种热再生的有利方案。参看例如美国专利No.6,706,037(在第15栏第40-58行，以及第16栏第65-68行)。而且，如在美国专利No.3,800,552和No.5,522,870中所讨论，降低输入温度可能会使已膨胀气体液化。

另外，也知道用来促进冷却和加热再生的方案。例如，美国专利No.5,800,487讨论了通过向输入加压气体管施加翅片以增加热交换面积来促进冷却和加热再生。

如果冷冻剂作为液体或两相(气体/液体)流体供应，冷却方法使用改变输入冷冻剂的相所需的能量。在此情况下，输入流体和返回流体的温度值可以相同或者接近并且由于小温差，将减小或者消除在输入流体与输出流体之间的热交换。盘管的应用可用作两相流动中的分相器。这是因为液相具有更大比重，这倾向于造成液相朝向外部(较大)直径。盘管的较大直径接近外表面并且因此，液体的沸腾或相变在外表面附近发生。这种布置将盘管的物理形状用作离心力发生器来分离较重的液相与较轻的气相，迫使(驱使)液体朝向盘管的外表面。

当气态或两相形态的冷冻剂进入直输入管或管腔时，使用流动导向元件(诸如在美国专利No.5,800,487中所描述的那些)或者挡板(诸如在美国专利公告No.2009/0163902Al、美国专利公告No.2007/0149957 Al、美国专利公告No.2007/0149959 Al和美国专利公告No.2009/0182320 Al中所描述的那些)。

发明内容

在一方面，本发明者发现一种新式和新颖的策略，其通过在冷冻外科装置中选择性地定位冷冻剂的沸腾而提高冷冻外科装置的性能。在一示例性实施方式中，冷冻外科器械包括盘绕管，盘绕管用作冷冻剂递送管和分相器(phase separator)，分相器将冷冻剂分成液相和气相。流体冷冻剂流入到盘绕管内，而盘绕管与冷冻外科器械的一部分的外壁进行能量交换接触。这种进来的流动随着其螺旋而旋转从而使得其分成两相，较重的液相被驱使(即迫使)与盘管的外壁接触，盘管的外壁与冷却区的外壁接触。这通过沸腾而增加了与冷冻外科器械的外壁的热交换。在返回流通路中，在盘管与冷冻外科装置的圆柱形外表面之间，同样是离心力分离液相与气相，通过离心力迫使液体朝向冷冻外科器械的外壁的外表面。热交换区包括至少冷冻外科器械的远端/下游末梢端，从探头末梢端到绝缘体，其中，流体与外轴杆内表面接触。以此方式，可以有利地使用离心力。

根据本发明的另一方面，提供一种冷冻外科机械，包括：轴杆，其具有闭合远端和开放近端，闭合远端限定膨胀腔室，开放近端适于并且配置成(i)接纳冷冻剂的流入，并且(ii)排出已膨胀的冷冻剂流。热交换器包括：实心芯元件，其沿着热交换器的纵向轴线延伸；以及，冷冻剂递送管，其绕实心芯元件螺旋并且接触实心芯元件。冷冻剂递送管的螺旋彼此间隔开并且与实心芯和轴杆的内表面成不透流体的接触以形成从轴杆的远端到轴杆的近端的螺旋冷冻剂排出途径。

根据本发明的另一方面，提供一种冷冻外科机械，包括：轴杆，其具有闭合的远端和近端，闭合远端限定膨胀腔室，冷冻剂在膨胀腔室中沸腾，近端适于并且被配置成(i)接收冷冻剂的流入，(ii)将冷冻剂的流入递送到膨胀腔室；以及(iii)排出在膨胀腔室中已膨胀的冷冻剂流；实心芯元件，其沿着轴杆的纵向轴线延伸；以及，盘旋冷冻剂递送管，其绕芯螺旋，与芯成不透流体的接触，并且与轴杆的内表面成不透流体的接触，递送管的各螺旋分别间隔开。冷冻剂递送管的螺旋在递送期间使冷冻剂的流入旋转以便将冷冻剂分成两相。而且，冷冻剂递送管的间隔开的螺旋、实心芯和轴杆的内表面合作而形成螺旋冷冻剂排出途径，螺旋冷冻剂排出途径(i)将从膨胀腔室流动的已膨胀的冷冻剂流分成两相；以及(ii)驱使已膨胀的冷冻剂流的较重液相朝着轴杆的内表面的一部分。

根据本发明的又一方面，提供一种冷冻外科器械，其具有中空轴杆，中空轴杆具有闭合远端，闭合远端形成末梢端，该器械包括：分相器，其包括：实心芯元件，其安置于轴杆内并且沿着轴杆的纵向轴线延伸；以及，盘绕的冷冻剂递送管，其(i)绕纵向轴线螺旋使得相应螺旋彼此间隔开。相应螺旋与芯和轴杆的内表面成不透流体的接触。冷冻剂递送管的间隔开的螺旋、实心芯和轴杆的内表面合作而形成螺旋的冷冻剂排出途径，螺旋的冷冻剂排出途径使远离末梢端流动的已膨胀的冷冻剂流旋转。旋转造成已膨胀的冷冻剂流分成液相和气相并且驱使已膨胀的冷冻剂的较重液相朝着轴杆的内表面的一部分。

根据本发明的再一方面，提供一种方法，包括：将冷冻剂流引导至冷冻外科器械的轴杆的末梢端部处的膨胀腔室；允许膨胀腔室中的冷冻剂膨胀并且冷却冷冻外科器械的至少末梢端；引导已膨胀的冷冻剂流到排出途径内使得已膨胀的冷冻剂流远离末梢端流动；以及使已膨胀的冷冻剂流旋转。旋转造成已膨胀的冷冻剂分成液相和气相并且驱使液相接触轴杆的内表面。

本发明的前文提到的和/或其它特征、方面、细节、应用和优点：在下面的发明详述中陈述和/或在附图中示出；可能从发明详述中推断出来和/或在附图中示出；和/或可以通过实践本发明而学习。

提供本发明内容以便以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下文的发明详述中进一步展开描述。本发明内容预期既不确认所主张的主题的关键特点或基本特点，也不限制所主张的主题的范围。

而且，所要求保护的主题并不限于解决上文和本申请的任何部分中所提出的任何缺点的实施方式。

附图说明

将通过联系附图做出的本发明的实施例的详细描述来更容易地理解本发明，在附图中：

图1A是根据本发明的示例性实施例的冷冻外科器械的非限制性示例的截面图；以及

图1B是图1A的冷冻外科器械的热交换部件的部分的透视图。

具体实施方式

将更详细地参考本发明的(多个)实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，贯穿所有附图，相同的附图标记表示相同元件。在下文中描述了实施例以通过参考附图来解释本发明。

尽管下文陈述了至少一个实施例或实施方式的详细描述，应了解本申请的法律保护范围由本公开所附的权利要求的语言来限定。详细描述被认为只是示例性的并且并未描述每一种可能的实施例，因为描述每种可能的实施例将是不现实的，如果不是不可能的话。使用当前技术或者在本申请的提交日期之后发展的技术，许多替代实施例和/或实施方式是能设想到的并且是可能的，它们将仍属于权利要求的范围。

还应当理解，除非一个术语在本专利中使用句子“如本文所用，术语‘’被定义为是指……”或一个类似的句子明确定义，否则并不意图将该术语的含义明确或隐含地限制超出其平常的或普通的含义，并且此类术语不应当被解释为被限制在本专利的任一部分中所做出的任何语句(除了权利要求的语言之外)的范围之内。当在本专利中以符合单一意义的方式来提及本专利的权利要求书中叙述的任一术语时，只是为了清晰起见以便不使读者感到困惑，并非旨在隐含地或换句话讲将这种权利要求术语限制为该单一的含义。最后，除非权利要求要素是通过描述措辞“装置(means)”和功能而没有描述任何结构来定义的，否则并不意图基于35U.S.C.§112第六段的应用来解释任一权利要求要素的范围。

如本文所用的术语离心力指由于惯性使流动遵循弯曲路径远离曲率中心的趋势。为了方便和易于解释，离心力被称作力。由于液相比气相更大的比重，离心力驱使两相中的液相遵循弯曲路径流动以被驱离曲率中心。

参考图1A和图1B，示出了根据本发明的示例性实施例的冷冻外科器械的非限制性示例，冷冻外科器械包括热交换器，热交换器具有多个盘旋的盘管。

如图所示，冷冻外科器械100包括包围入口102的轴杆103、盘绕(例如，盘旋)的冷冻剂递送管101和末梢端109。器械100的后部包括绝缘体104，绝缘体104将轴杆103的内表面与冷冻剂的返回流113分开。

冷冻外科器械从末梢端109到绝缘体104的部分限定了冷冻区105。这个冷冻区是在冷冻剂与冷冻探头之间发生热交换的地方。因此，当该器械操作并且与组织接触时，组织的冻结(消融)在冷冻区105附近发生。

入口102接收冷冻剂并且将所接收的冷冻剂递送到轴杆103内。如上文所解释，轴杆103具有绝缘体104，绝缘体104包围轴杆103并且安装到轴杆103的内表面上。绝缘体104安置于冷却(热交换)区105的外侧。绝缘体104的存在确保了仅在需要处理的地方发生冻结，即，通常在冷却区105周围。

芯116纵长地沿着冷冻外科器械的纵向或纵长轴线安置。因此，优选地，芯具有基本上圆柱形状，具有基本上圆形截面。应理解，芯可以具有其它截面形状。

在操作中，冷冻剂通过入口102进入，如由箭头114所示，并且导向至盘管101。这种冷冻剂的流入然后进入盘管101并且在盘旋的盘管中流动使得在其朝向末梢端109行进时，绕芯116螺旋。流入冷冻剂的这种旋转造成冷冻剂至少部分地分成液相和气相，其中较重液相倾向于使气相沿着盘管101的内表面移位。由箭头114指示的返回流在盘管101的外表面、轴杆103的内表面和芯116的外表面形成的螺旋间隙中流动。

在图1B中示出了在盘管101与芯116与冷却区之间的关系。

在冷冻剂离开盘管101时，其朝着末梢端109的反射表面108反射。在图示实施例中，末梢端109是中空的，并且反射表面108可选地靠近末梢端109的内表面布置，如图所示。然而，应理解，末梢端09无需是中空的和/或反射表面108可以远离末梢端109的内表面布置(未图示)。

流入的冷冻剂(由箭头114指示)在反射表面108的内侧和在位于盘管101的盘绕管、芯116与外轴杆103的内表面之间的返回流间隙152中沸腾。由反射表面105、芯116的远端和返回流间隙152限定的体积表示膨胀腔室。在膨胀腔室中发生的沸腾使该冷却区105冷却，因为可由正在膨胀的冷冻剂吸收热能。

讨论冷冻剂的排出流动。

在由反射表面108反射之后，排出的冷冻剂通过在热交换器101与轴杆103之间的间隙152流动，如图所示。弯曲间隙152增强了外壁附近的液相的持续沸腾，如之前所描述的那样。这种返回流的方向由返回流箭头115示出。冷冻外科器械100可选地包括在轴杆103的最内部分处和在冷却区105中的实心芯116，使得盘管101和间隙152都不存在于芯116内。相反，盘管101和间隙152优选地布置于芯116周围，如图所示。然而，如先前所描述那样，在这种布置中，由于在输入流动与输出流动之间的可忽略的温差，在输入流动与输出流动之间的热交换可以被忽略。

排出的冷冻剂的返回流离开冷却区105并且作为返回流113继续，如图所示，通过返回增压区111而进入到返回间隙107内。排出的冷冻剂然后通过远离末梢端109的冷冻外科器械100端部的冷冻剂排出输出口153而离开。

通过设置芯116且芯116防止返回流通过冷冻外科器械100的内间隙返回，优选地仅在盘管101的入口管与冷却区105处轴杆103的内表面之间允许返回流(即，流入和返回流是离心的)。在螺旋盘管中心(由盘管1014的盘管圈限定)中的流动将是直的。

如前文的详细描述所说明，本发明的一方面得到一种热交换器，这种热交换器有利地通过使冷冻剂流旋转而使用离心力来将冷冻剂的排出流动分成两相。为此目的，排出流动以螺旋方式在芯与轴杆的内表面之间远离膨胀腔室导向。这种螺旋驱使排出冷冻剂的较重液相朝着轴杆的内表面，而这有利于增强在冷却区中的冷却，因为液相具有大于气相的热容量(即，热容)。此外，经由盘旋盘管递送的进入冷冻剂流也旋转并且倾向于分成液相和气相。

也如前文所说明，排出冷冻剂的螺旋流动由沿着热交换器的纵向轴线延伸的实心芯元件与绕实心芯元件螺旋并且接触实心芯元件的冷冻剂递送管的合作来实现。特别地，冷冻剂递送管的螺旋分别彼此间隔开并且与(1)实心芯和(2)轴杆的内表面成不透流体的接触，从而形成从轴杆的远端到轴杆的近端的螺旋冷冻剂排出途径。

另外，应意识到所发生的相分离可以在冷冻剂递送和/或冷冻剂排出期间发生。相分离可以是部分的、基本上完全的或完全的。替代地，相分离可以部分地在递送期间并且在排出期间完成。而且，应意识到在递送期间相分离量可以与排出期间的相分离量相同或不同。

提供了各种特征/方面/部件/操作的示例来便于理解本发明的公开的实施例。此外，讨论了各种偏好来便于理解本发明的公开的实施例。应了解本文所公开的所有示例和偏好并无限制意图。

尽管单独地示出和描述了本发明的选定实施例，应了解所描述的实施例的至少某些方面是可以组合的。

尽管示出和描述了本发明的选定实施例，应了解本发明并不限于所描述的实施例。替代地，应了解在不偏离本发明的原理和精神的情况下可以做出各种变化，本发明的范围由权利要求和其等效物限定。

Claims (6)

1.一种冷冻外科机械，包括：

轴杆，其具有闭合远端和开放近端，所述闭合远端限定膨胀腔室，所述开放近端适于并且配置成(i)接纳冷冻剂的流入，并且(ii)排出已膨胀的冷冻剂流；以及

热交换器，包括：

实心芯元件，其沿着所述热交换器的纵向轴线延伸；以及

冷冻剂递送管，其绕所述实心芯元件螺旋并且接触所述实心芯元件，其中所述冷冻剂递送管的所述螺旋彼此间隔开并且与所述实心芯和所述轴杆的内表面成不透流体的接触以形成从所述轴杆的远端到所述轴杆的近端的螺旋冷冻剂排出途径。

2.根据权利要求1所述的冷冻外科器械，其中，所述冷冻剂递送管接仅在消融区中螺旋。

3.一种冷冻外科机械，包括：

轴杆，其具有闭合的远端和近端，所述闭合远端限定膨胀腔室，冷冻剂在膨胀腔室中沸腾，所述近端适于并且被配置成(i)接收冷冻剂的流入，(ii)将冷冻剂的流入递送到所述膨胀腔室；以及(iii)排出在所述膨胀腔室中已膨胀的冷冻剂流；

实心芯元件，其沿着所述轴杆的纵向轴线延伸；以及

盘旋的冷冻剂递送管，其绕所述芯螺旋，与所述芯成不透流体的接触，并且与所述轴杆的内表面成不透流体的接触，所述递送管的所述各螺旋分别间隔开，

其中所述冷冻剂递送管的螺旋在递送期间使所述冷冻剂的流入旋转以便将所述冷冻剂分成两相；以及

其中所述冷冻剂递送管的所述间隔开的螺旋、所述实心芯和所述轴杆的内表面合作而形成螺旋冷冻剂排出途径，所述螺旋冷冻剂排出途径(i)将从所述膨胀腔室流动的已膨胀的冷冻剂流动分成两相；以及(ii)驱使所述已膨胀的冷冻剂的较重液相朝着所述轴杆的所述内表面的一部分。

4.一种冷冻外科器械，其具有中空轴杆，所述中空轴杆具有闭合远端，所述闭合远端形成末梢端，所述器械包括：

分相器，其包括：

实心芯元件，其安置于所述轴杆内并且沿着所述轴杆的纵向轴线延伸；以及

盘绕的冷冻剂递送管，其(i)绕所述纵向轴线螺旋使得所述相应螺旋彼此间隔开，

其中所述相应螺旋与所述芯和所述轴杆的内表面成不透流体的接触，

其中所述冷冻剂递送管的所述间隔开的螺旋、所述实心芯和所述轴杆的内表面合作而形成螺旋冷冻剂排出途径，所述螺旋冷冻剂排出途径使远离所述末梢端流动的已膨胀的冷冻剂流旋转，

其中所述旋转造成所述已膨胀的冷冻剂流动分成液相和气相；以及

其中所述旋转驱使所述已膨胀的冷冻剂的较重液相朝着所述轴杆的所述内表面的一部分。

5.一种方法，其包括：

将冷冻剂流引导至冷冻外科器械的轴杆的末梢端部处的膨胀腔室；

允许所述膨胀腔室中的冷冻剂膨胀并且冷却所述冷冻外科器械的至少所述末梢端；

引导已膨胀的冷冻剂流到排出途径内，使得所述已膨胀的冷冻剂流远离所述末梢端流动；以及

使所述已膨胀的冷冻剂流旋转，

其中所述旋转造成所述已膨胀的冷冻剂分成液相和气相并且驱使所述液相接触所述轴杆的内表面。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，引导冷冻剂流到膨胀腔室包括：

使所述冷冻剂流旋转，使得所述冷冻剂流分成液相和气相；以及

驱使所述液相与冷冻剂递送途径的内表面接触，所述冷冻剂递送途径与所述轴杆成热连通。