CN113382764A - 具有减小的偏心度的克努曾效应隔热导管 - Google Patents

Abstract

导管具有腔体，该腔体具有远端和近端。插座连接到该近端。该插座包括鲁尔连接件和真空端口组件。

Description

具有减小的偏心度的克努曾效应隔热导管

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月17日提交的美国非临时专利申请序列号16/250,544的优先权，该申请的全文被援引纳入本文。

政府利益声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的第1R43NS095573-01A1号拨款的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明涉及用于减少由自然发生、通过外伤或手术造成的缺血引起的组织损伤的医疗装置。本发明还允许应用诸如血管成形术、支架置入术和颅内血栓切除术之类的辅助疗法。

背景技术

人体组织在约37℃恒温下进行调节。这种调节的一个重要部分是通过充分灌注体液来实现的。除了热交换，血液灌注还执行许多功能，即组织的氧合。没有血液灌注和氧气输送，组织就会变得缺血。

这可能发生在急性缺血性损伤期间，例如中风、心脏病发作、器官移植、脊髓损伤，或在初始损伤过程中，例如外伤后脑肿胀或闭塞的冠状动脉/脑动脉再灌注。

实验证据表明，降低组织温度可以减少缺血的影响。在其它机制中，低温会降低组织代谢、有毒代谢副产物的浓度，并抑制缺血性组织损伤后的炎症反应。根据开始的时间，低温可以是缺血期间、缺血后或两者兼而有之。如果组织代谢可以减慢，低温缺血保护是预防性的，并且可以通过改善继发性组织损伤或减少缺血性水肿形成来促进恢复。由于代谢减少低于每℃10％，因此只有针对20-25℃的深低温才能通过代谢减慢实现足够的组织保护。被认为主要由酶活性引起的继发性组织损伤可通过针对32-35℃的轻度至中度低温而大大减少。早在缺血发生24小时后，继发性组织损伤就会引发大量效应，并对周围有活力的组织产生不利影响。后期缺血后低温会减少水肿形成，因此可能挽救处于危险中的组织。

为了利用低温的治疗价值，迄今为止主要关注全身体表或血管降温，只有少数概念开始涉及局部、组织特异性或脑脊液冷却。全身降温具有与其固有的非选择性相关的特定限制和缺点。例如，研究表明全身或浑身降温可能导致心血管异常，例如心输出量减少和心室颤动、感染风险增加和血液化学改变。局部降温方法受到与为小动脉血管开发微型热交换器相关的技术挑战的限制。这些血管内径为6毫米或更小。

在低温技术不断进步的同时，血管内神经介入领域也在不断发展。今天的治疗装置包括支架置入术、血管成形术、直接溶栓输注和用于去除凝块的机械装置，称为颅内血栓切除术。在这些治疗环境中的每一个中，缺血-再灌注损伤是焦点。自动启动基于局部动脉的降温与这些其它新兴技术一起将为患者提供最佳的医疗护理。然而，要实现这一点，需要一种独特的降温导管系统，该系统不仅可以有效降温，而且还可以为上述额外的血管内工具提供通路。

大多数相关的血管内降温导管专利采用外部被动传送增强技术，其中固定或静态降温导管放置在停滞或移动的体液内。被动技术是指不会向感兴趣的流体系统添加混合能的传送增强方法。当流体泵送功率不受限制或不会成本过高时，它们特别有效。该方法包括在有效换热表面积附近增大表面积和/或引起湍流。这些方法用于整个供暖和空调行业，在这些行业中可以轻松调整流体泵送功率或液压能。然而这与人体不同，在人体中，生理限制自然会限制液压能或流体泵送功率。反过来，积极的被动增强技术，特别是在小血管中，血管通向大脑、脊髓或肾脏等单个器官，可能会导致大量的血液侧流阻力，这可能会影响心输出量和/或器官灌注。

现有技术的血管内降温技术具有以下一个或多个缺点：

a)这些技术使用尺寸适合腔静脉的装置，而不是器官特定的动脉。

b)这些技术没有专门的辅助治疗通路。由于设备设计是为静脉应用而设计的，因此辅助治疗不太可能或不常见。因此，这些设计不能很好地与现有的器官动脉血管内工具集成，也不能为辅助治疗提供通路。

c)这些技术不会通过精心选择的隔热技术和通路最大限度地减少全身降温来针对特定器官。

提供解决这些限制的降温导管将是有益的。

发明内容

提供本概述以简化形式介绍在下面的详细描述中进一步描述的概念的选择。本概述既不打算确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不打算用于限制要求保护的主题的范围。

本发明提供了具有减小偏心度的克努曾效应隔热导管的几个实施例。每个实施例包括用于将设备连接到外部控制台的后外部插座、插座应力消除件、隔热轴、以及柔性的、无损伤的且不透射线的远端部段。内管腔的尺寸适合微导管、导丝和类似的介入工具以及治疗剂的通道。外管腔的尺寸适合用作其它介入工具的引导导管，或适合在现有的引导导管内通过。有两种特定的干预措施值得关注：紧急血管成形术和颅内血栓切除术。此外，需要深入身体并可以通过温度控制来增强的任何手术都适用于本发明。所有实施例都具有同心通路构造，其中隔热或传热最小化环形空隙。

因此，本发明为缺血器官提供快速、局部、深度低温，而没有显着降低血液灌注或血管壁损伤。“深度低温”被认为低于32℃，在这个温度下全身降温通常被认为是不安全的。

此外，本发明提供一种导管，该导管具有腔体，该腔体具有远端和近端。插座连接到近端。插座包括鲁尔连接件和真空端口组件。

附图说明

并入本文并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的当前优选实施例，并且与上面给出的概括描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。在附图中：

图1示出颈动脉和颅血管的侧视图，

图2示出取自图1的颈动脉和颅血管的放大视图，

图3示出心脏和心脏上的冠状动脉的前视图，

图4示出根据本发明实施例的隔热导管的透视图，

图5是图1的导管的近端的侧视图，

图6是沿图4的线6-6截取的图4的导管的远端的截面图，

图7是用于插入外管腔内的内管腔的第一实施例的透视图，

图8是图4的导管的远侧视图，示出图7的居中位于外管腔内的内管腔，

图9是图4的导管的远侧视图，示出图7的处于外管腔内的第一偏心位置的内管腔，

图10是图4的导管的远侧视图，示出图7的处于外管腔内的第二偏心位置的内管腔，

图11是用于插入外管腔内的内管腔的第二实施例的透视图，

图12是图11的内管腔的侧视图，

图13是图4的导管的远端的透视图，其中内管腔的第三实施例插入外管腔内，

图14是图13的导管的远侧视图，示出图13的居中位于外管腔内的内管腔，

图15是用于插入外管腔内的内管腔的第四实施例的透视图，

图16是图15的内管腔的远侧视图，

图17是用于插入外管腔内的内管腔的第五实施例的透视图，

图18是图17的内管腔的远侧视图，

图19是插入到外管腔中的内管腔的第六实施例的远侧视图，

图20是图19的内管腔的截面侧视图，

图21是本发明导管组件的隔热质量与压力的关系图，

图22是盐水输送温度与流速和隔热的图，

图23是盐水输送温度与流速和导管类型的图，

图24是本发明的克努曾效应导管的组织温度与时间的图。

具体实施方式

附图中，相同的附图标记始终表示相同的零部件。在此使用某些术语只是为了方便起见，并不构成对本发明的限制。术语包括特别提及的词、其派生词和类似含义的词。本文所用的术语“近”旨在表示更靠近本发明导管的使用者的方向，而术语“远”旨在表示远离本发明导管的使用者的方向。

下面说明的实施例并非打算在穷举或将本发明限制为所公开的明确形式。选择和描述这些实施例以最好地解释本发明的原理及其应用和实际使用，并使本领域的其它技术人员能够最好地利用本发明。

本文提及“一个实施例”或“一实施例”是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指代同一实施例，也不一定与其它实施例相互排斥。这同样适用于术语“实施方式”。

在本申请中，“示例性”一词在本文中用于表示作为示例、实例或说明。在此描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优于或有利于其它方面或设计。相反，示例性一词的使用旨在以具体的方式呈现概念。

此外，术语“或”旨在表示包含的“或”而不是排他的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚地知道，“X使用A或B”旨在表示任何自然包容性排列。也就是说，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B，则在上述任何一种情况下都满足“X使用A或B”。此外，除非另有说明或从上下文清楚指向单数形式，否则本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一”通常应被解释为表示“一个或多个”。

如图所示，在一个实施例中，本发明是一种用于向小动脉(例如颅动脉或心脏动脉)提供输注液(例如冷却流体)的隔热导管。输注液在发生动脉瘤、中风、心肌梗塞或其它创伤事件的区域内用于冷却细胞，从而减缓在受影响区域内和周围身体的新陈代谢，并在发生不可挽回的损害之前为医务人员提供额外的时间来处置受影响的区域。

图1-3示出可以使用根据本发明的导管的生理学图景。图1示出主动脉50，血流(由箭头所示)流入颈外动脉52并随后流入颅动脉54。颈总动脉52的内径范围为6毫米至8毫米(mm)、长度范围为8厘米至12厘米(cm)。图2是颈动脉和颅动脉的特写视图，包括颈内动脉53。如图3所示，冠状动脉56明显更细小且近端内径范围为2至3.5毫米mm、长度范围为2至4cm。要求本发明导管的远端能够经过这些动脉中较大的动脉进入这些动脉中的较小动脉以输送输注液。

现在参考图4和图5，示出根据本发明实施例的导管组件100。导管组件100沿纵向轴线102延伸并且从近端到远端包括连接插座110、从插座110向远侧延伸的细长主体140和在主体140的远端处的远侧尖端160。

连接插座110将导管组件100连接到外部系统例如用于将输注液泵入和泵出导管组件100的冷却控制台(未示出)和连接预先存在的介入工具例如扩张导管和支架(未示出)。连接插座110包括插座基部112，该插座基部112具有沿纵向轴线102延伸的贯通通道113。插座基部112的近端114可包括用于可移除地连接至标准鲁尔接头的鲁尔连接件116。

主体140连接到插座110的远端并且将输注液从插座110运送到远侧尖端160以排入血管。应力消除件141实现插座110和主体140之间的牢固连接。在实施例中，主体140的长度可以在约80到150厘米之间，但本领域技术人员将认识到主体140也可以是其它长度。主体140是隔热的以减少在输注液流过主体140时导管100的外部和输注液之间的热传递。

参考图6-10，示出主体140的管腔的设计的第一实施例。主体140包括外管腔或护套142和内管腔144。外管腔142的横截面通常是管状的，其中模制有加强线圈或编织物146并延伸主体140的长度。当导管100前进经过血管时，加强线圈146用于减少主体140的扭结。内衬147限定外管腔142的内周。在实施例中，外管腔142由聚醚嵌段酰胺或Pebax构成，但本领域技术人员将认识到可以使用其它材料。内衬147可由聚四氟乙烯或“PTFE”构成。

内管腔144的横截面通常是管状的，其内部容积的横截面是圆形的，具有光滑的壁以改善输注液经过腔144的流动。内部容积与鲁尔连接件116流体连通以使得经由鲁尔连接件116提供给导管组件100的流体流过内部容积以从远侧尖端160排出。

为了最小化外管腔142和内管腔144之间的热传递，需要消除或至少减少外管腔142和内管腔144之间的接触。为了实现这一点，在外管腔142和内管腔144之间的空间148中设置隔热体150。隔热体150充当与患者体液接触的外管腔142和内管腔144中的输注液之间的热屏障，患者体液可以低于约37℃的温度，所述输注液可以为低至-2℃的温度。

示例性隔热体150可以是

气凝胶，由位于马萨诸塞州比尔里卡的CabotCorp公司制造。气凝胶可以粉末形式提供并且具有在约1微米至约120微米之间的粒度范围、约20纳米(nm)的孔径以及在25℃下的约0.012W/m°K的热导率。为了进一步增强隔热体150的隔热特性，空间148是真空的，绝对压力小于约300毫巴。

内管腔144具有相对于外管腔142的内径足够小的外径，使得内管腔144可以在外管腔142内“悬浮”。理想地，内管腔144在空间148内居中以最小化体液或组织与输注液之间的热传递。然而实际上，内管腔144将可能接合外管腔142的内衬147，导致腔142、144之间的至少一些传导热传递。为了最小化接触面积的量，内管腔144可以包括从内管腔144径向向外延伸的多个凸起的肋152。肋152具有大致矩形的横截面。如图7所示，肋152可以在内管腔144的整个长度上延伸。或者，肋152可以沿着内管腔144的长度以较少的部分延伸，沿着内管腔144的长度的距离不带任何肋152。在实施例中，设有三个肋152并且它们均匀地间隔大约120度，使得如果内管腔144偏心地位于外管腔142内，如图8和图9所示，仅不超过两个肋152的角边缘以线接触接合外管腔142的内壁，从而最小化内管腔144和外管腔142之间的接触面积，并且最小化从外管腔142到内管腔144的热传递。

图10示出外管腔142内的内管腔144的替代偏心构造，使得仅单个肋152接合外管腔142的内壁，也实现了内管腔144和外管腔142之间的小面积接触。

在图11-20中提供用于内管腔的肋设计的替代实施例。图11和图12示出具有三角形横截面的肋252的内管腔244。类似于内管腔144，内管腔244具有相对于外管腔142的内径足够小的外径，使得内管腔244可以在外管腔142内“悬浮”。当内管腔244偏心地位于外管腔142内时，肋252仅以线接触接合外管腔142的内壁。

图13和图14示出导管主体340的另一个替代实施例。导管主体340包括具有加强线圈346和内衬347的外管腔342。在该实施例中，内管腔344经由延伸内管腔344的长度的单个肋352物理连接到外管腔342。虽然从外管腔342到内管腔344的热传导通过肋352进行，肋352保持内管腔344在空间348内的大致恒定的居中定位，从而消除了直接在外管腔342和内管腔344之间的任何额外的热传导路径。

图15和图16示出内管腔444的又一替代实施例。内管腔444包括一对沿直径方向隔开的臂组件452，其具有倾斜延伸远离内管腔444的连接端454和从连接端454径向延伸约90度的弧的臂456，在内管腔444和臂456之间留下空隙458。

虽然经由臂456允许从外管腔(未示出)到内管腔444的热传导，但臂456使内管腔444偏向远离外管腔，从而保持内管腔444在外管腔142内的大致恒定的居中定位，并且消除直接在外管腔142和内管腔444之间的任何其它潜在的热传导路径。

在图17和图19中提供内管腔544的又一替代实施例。类似于内管腔144，内管腔544可以具有相对于外管腔142的内径(图17和图18中未示出)足够小的外径，使得内管腔544可以“悬浮”在外管腔142内。理想地，内管腔544在外管腔142内居中以最小化热传递。然而实际上，内管腔544可能会接合外管腔142的内壁，从而导致腔142、544之间的至少一些传导热传递。为了最小化接触面积，内管腔544可以包括从内管腔544径向向外延伸的多个凸舌552。

凸舌552各自具有连接端554，如图18所示，其倾斜地延伸远离内管腔544和从连接端554径向延伸的臂556。每个臂556终止于角边缘558。如图17所示，凸舌552可以在内管腔544的整个长度上延伸。或者，凸舌552可以沿着内管腔544的长度以更小的部段延伸，沿着内管腔544的长度的距离不带任何凸舌552。在实施例中，提供三个凸舌552并且均匀地间隔约120度，使得在内管腔544偏心地位于外管腔142内的情况下，至多只有两个凸舌552的角边缘558接合外管腔142的内壁，从而最小化内管腔544和外管腔142之间的接触面积，并最小化从外管腔142到内管腔544的热传递。

图19和图20示出内管腔644，内管腔644具有三角形横截面的直径上相对的肋652。肋652具有大致三角形的横截面。内管腔644和肋652的尺寸设计成使得肋652接合外管腔142，从而大体上将内管腔644在空间148内居中。如图20所示，肋652被分段，在内管腔644的任一侧上的相邻肋652之间具有空隙654以减少与外管腔142的接触面积，从而减少外管腔142和内管腔644之间的传导热传递。

对于上述内管腔144-644(144、244、344、444、544、644)的所有实施例，内管腔144-644的远端附接到远侧尖端160，使得内管腔144-644的内部与末端160流体连通。

此外，虽然示出了从内管腔144-644向外延伸的肋、臂和其它结构，但本领域技术人员将认识到可以使用用于将内管腔定心在它们各自的外管腔内的其它结构。此外，作为从内管腔向外延伸的结构的替代或补充，这种结构可以从外管腔142向内延伸。

再次参考图4和图5，可选地，真空端口组件120用于在空间148上抽吸至少部分真空以进一步减少到内管腔144-644的热传递并进一步增强导管组件100的克努曾效应。气凝胶内气体的热导率与克努曾数Kn成反比。该数Kn被定义为平均自由程与平均孔径的比率。当在几乎任何级别施加真空时，平均自由程增加，Kn增加，气凝胶颗粒内部气体和颗粒周围空气的热导率降低。真空端口组件120包括具有通道124的中心纵向轴线122，通道124从近端121沿轴线122延伸并且与主体140中的空间148流体连通。通道124在插座接合部126处与空隙148相交。

过滤器130沿轴122位于插座接合部126的近侧。过滤器130包括足够细的过滤介质，以防止在真空过程中将隔热材料即气凝胶从空隙148中抽出。止回阀132位于过滤器130的近端，以防止空气从大气中流出，通过通道124进入空间148。

任何隔热方法都将受益于真空，但是聚合物对于中等真空(25至0.001毫米汞柱(mmHg)绝对值)来说是糟糕的选择。为了减少通过外管腔壁的真空损失，薄金属涂层可以应用于暴露于空气的导管部段，以降低空气渗透聚合物的能力。将金属应用于聚合物的示例性方法是ProPlate公司的MetaPoly^TM工艺，其中聚合物基材和电镀金属之间的结合可类比于金属与金属原子电镀结合，这消除了使用替代方法所经历的粘附问题。尽管医疗器械应用是无限的，但Meta-Poly^TM工艺对于导管应用尤其令人兴奋。例如，

可以选择性地向聚合物添加不透射线标记和电流传导路径。Meta-Poly^TM具有与金属表面电镀相同的优点；消除移位的风险、保持低调、降低成本、并为设计定制提供无限的可能性。

图21示出气凝胶热导率如何随周围压力变化；真空压力范围从0.001毫巴到1000毫巴或1个大气压。介于约0.001毫巴和约10毫巴之间的热导率仅介于约3×10^-3W/(m-K)和约4×10^-3W/(m-K)之间。气凝胶为粉末时，增加了气凝胶的隔热性能，增加了接触热阻；气凝胶处于低压状态(接触面积下降，平均自由程增加)；气凝胶孔径小，导致大的克努曾数和小的气相成分。可选地，红外遮光剂可以添加到气凝胶中，以减少辐射传热。不透明或掺杂的气凝胶通过限制光子的平均自由程来减少辐射传热。

图22是盐水输送温度与流速和隔热的图。该图示出隔热类型对作为与流量相关的整体冷却能力的影响。对于所有隔热类型，较慢的输送流速提供的冷却最少，因为有更多时间进行热传递，从而导致输送温度升高。相反，更快的流速提供更大的冷却能力。迄今为止，大多数人体研究使用的盐水流速在10到30毫升/分钟之间。更高的流速会引起有关血液稀释的安全问题，其中盐水会取代携氧红细胞。本发明的克努曾效应导管提供了最冷的盐水输送温度。

图23是盐水输送温度与流速和导管类型的图。该图示出本发明的克努曾效应导管的冷却能力在所有流速下都优于标准导管。

图24是本发明的克努曾效应导管的组织温度与时间的图。该图示出与时间相关的组织温度响应。六个大脑探针用于显示大脑内的温度变化。冷却在13:01:55开始，输送流速在5分钟内从0到35毫升/分钟(ml/min)不等。大约在13:07:00发生再灌注，流速降至22ml/min。冷却保持在22ml/min约20分钟，然后逐渐降低冷却流速5分钟(22ml/min至0ml/min)。

在气凝胶中的传热取决于局部温度梯度的情况下，有效总热导率λ_eff可以表示为固体骨架的固体热导率λ_s、气相的有效热导率λ_g、最后是辐射导率λ_r之和，计算公式如下：

λ_eff(T，p_g)＝λ_s(T)+λ_g(T，p_g)+λ_r(T)

导管组件100的远侧尖端160是输注液出现、冷却和准备降低器官组织温度的地方。在实施例中，远侧尖端160可以是低硬度(超柔韧)

例如具有20％BaSO₄(为了不透射线而添加)的25D。远侧尖端160包括穿过内管腔144的通道162(如图4所示)，其允许输注液或其它装置离开导管组件100。外管腔142具有封闭的远端以将隔热材料保持在内管腔144和外管腔142之间的空间148中。

对于心肌梗塞治疗，末端160可以放置在心脏的开口处或小冠状动脉56内。末端160是不透射线的，以允许通过射线照相手段使末端160的位置可视化。对于大脑降温，末端160可以放置在颈动脉、颈内动脉或大脑中动脉中。

为了使用导管组件100，根据已知方法将导管组件100插入患者的血管中并推进到需要/需要降温的区域。不透射线的末端160允许介入医师看到末端160在患者体内的位置。输注液源连接到插座110的近端114，并通过导管主体140泵送到远侧尖端160，从远侧尖端160出来，并到达患者体内的所需位置。

任选地，在通过导管组件100将输注液注射到患者体内的治疗位置之前，通过将注射器或真空泵(未示出)连接到近端121处的真空端口组件120可以在空间148上抽真空。

本领域技术人员将理解，在不脱离其广泛的发明构思的情况下可改动上述实施例。因此应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在涵盖在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种导管，包括：

具有远端和近端的管腔体；

连接至该近端的插座，其中该插座包括鲁尔连接件和真空端口组件。

2.根据权利要求1所述的导管，其中所述管腔体包括：

外管腔；

设置在该外管腔中的内管腔，该内管腔具有长度；和

在所述内管腔和所述外管腔之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的导管，还包括设置在所述空隙中的隔热材料。

4.根据权利要求3所述的导管，其中所述隔热材料包括气凝胶粉末。

5.根据权利要求3所述的导管，其中所述隔热材料的粒度范围在约1微米至约120微米之间。

6.根据权利要求3所述的导管，其中所述隔热材料处于至少部分真空。

7.根据权利要求2所述的导管，其中所述内管腔包括从其向外延伸的多个肋。

8.根据权利要求7所述的导管，其中所述多个肋沿所述内管腔的长度延伸。

9.根据权利要求7所述的导管，其中所述多个肋中的每一个仅部分沿所述内管腔的长度延伸。

10.根据权利要求7所述的导管，其中所述肋以线接触方式接合所述外管腔。

11.根据权利要求7所述的导管，其中所述多个肋由两个肋构成。

12.根据权利要求7所述的导管，其中至多两个肋接合所述外管腔。

13.根据权利要求2所述的导管，还包括在所述空隙中的至少部分真空。

14.根据权利要求2所述的导管，其中所述内管腔悬浮在所述外管腔内。

15.根据权利要求2所述的导管，还包括设置在所述真空端口组件中的止回阀。

16.根据权利要求15所述的导管，还包括设置在所述止回阀的近侧的过滤器。

17.根据权利要求14所述的导管组件，其中所述止回阀与所述空隙流体连通。

18.根据权利要求2所述的导管，其中所述外管腔具有封闭的远端。

19.根据权利要求2所述的导管，还包括连接所述内管腔和所述外管腔的单个肋。

20.根据权利要求2所述的导管，其中所述鲁尔连接件与所述内管腔流体连通。

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