DE69835084T2

DE69835084T2 - Gerät zur kältesprühablation von gastrointestinaler mukosa

Info

Publication number: DE69835084T2
Application number: DE69835084T
Authority: DE
Inventors: H. Mark Rockdrive JOHNSTON; B. Jennifer Pendleton CARTLEDGE
Original assignee: CSA Medical Inc
Current assignee: JOHNSTON, MARK H., ROCKDRIVE, MD., US; CSA Medical Inc
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: EP0987989B1; ATE331477T1; EP0987989A4; ES2273416T3; US6027499A; CA2290635A1; US6383181B1; DK0987989T3; WO1998052479A1; AU7118398A; DE69835084D1; CA2290635C; EP0987989A1; PT987989E

Description

TECHNISCHES SACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die thermische Entfernung des Innengewebes eines Organs und insbesondere auf die Zerstörung von Barretts-Gewebe und anderen Verletzungen des Magen-Darm-Traktes durch Kryo-Ablation der gastro-intestinalen Schleimhaut (Gewebe des Magen-Darm-Traktes).
ÜBERSICHT ÜBER DIE ZUGEHÖRIGE TECHNOLOGIE
Der Barretts-Ösophagus ist eine anerkannte Vorstufe von 50% aller Speiseröhren-Krebserkrankungen. Die Ausbreitung des Speiseröhren-Krebses steigt, und diese Krankheit gehört nunmehr zu den 15 häufigsten Krebsarten (Fleck et al., JAMA. 270: 1320 [1993]). Barretts-Gewebe wurde bei 10% einer asymptomatischen Bevölkerung gefunden, bei der eine Endoskopie des oberen Magen-Darm-Traktes durchgeführt wurde.
Die Standardtherapie bei Speiseröhren-Krebs ist die Entfernung der Speiseröhre mit einer Sterblichkeitsrate von bis zu 37%. Die Behandlung dieses Krebses kostet $ 25.000 bis $ 50.000 Dollar pro Patient.
Ein Barretts-Ösophagus ist durch ein anormales Zellachstum entlang des Innengewebes der Speiseröhre oberhalb des unteren Speiseröhren-Schließmuskels gekennzeichnet. Neuere Studien haben gezeigt, daß, wenn das metaplastische kolumnare Epithel, das charakteristisch für Barretts ist, entfernt wird, bei der Heilung das Barretts-Gewebe durch normal-geschichtetes Squamous-Epithel ersetzt wird (Sampliner et al., Gastrointestinal Endoscopy 44: 532–535 [1966]), dieses verringert vermutlich die Gefahr eines Krebses.
Leben würden gerettet, wenn das Barretts-Gewebe schnell, billig und mit geringem Risiko entfernt werden könnte. Jedoch sind die einzig verfügbaren Verfahren langsam, teuer, unangenehm und/oder gefährlich. Infolgedessen bleibt der Barretts-Ösophagus bei vielen Patienten unbehandelt, deren Gesundheit darunter leidet.
Die bekannten Behandlungsverfahren zur Entfernung des Barretts-Ösophagus umfassen die Laser-Behandlung (Ertan et al., Am. J. Gastro., 90: 2201–2203 [1995]), die Ultraschallentfernung (Bremner et al., Gastro. Endo., 43: 6 [1996]), die photodynamische Therapie (PDT) mit Lichtsensibilisator-Medikamenten (Overhalt et al., Semin. Surg. Oncol., 1: 372–376 (1995)) und die multipolare Elektrokoagulation, wie beispielsweise mittels einer Bicap-Sonde (Sampliner et al., supra). Die Behandlungen werden häufig mit dem Hilfsmittel eines Endoskops durchgeführt.
Sowohl Ultraschall- als auch Licht-Behandlungen erfordern kostspielige Geräte und behandeln nur einen kleinen Bereich auf einmal, so daß eine Operation, zur Entfernung von Barretts-Gewebe langwierig sowie teurer wird. Eine Behandlung, über die berichtet wurde, mit einem Nd:YAG Laser benutzte einen 2.2 Millimeter Strahl, um große Bereiche der Speiseröhre zu behandeln (Ertan et al., Am. J. Gastro. 90: 2201–2203 [1995]). Darüber hinaus werden solche Therapien häufig von Speiseröhren-Striktionen und von gravierenden Unannehmlichkeiten für den Patienten begleitet, da ein völliges Vermeiden von Sonnenlicht und hellem Licht über einen Monat nach der photodynamischen Therapie erforderlich ist.
Ein anderes Problem ist es, daß es keine visuelle Anzeige dahingehend gibt, welches Gewebe behandelt worden ist oder in welchem Umfang das Gewebe behandelt worden ist. Der Arzt, der durch ein Endoskop schaut, kann nicht direkt die Wirkung von Schall oder Licht sehen.
Die Kryotherapie der Speiseröhre durch den direkten Kontakt mit einer Kryo-Sonde mit flüssigem Stickstoff (Metallsonde, die auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird) ist sowohl an Tiermodellen als auch beim Menschen untersucht worden (Rodgers et al., Kryobiology, 22: 86–92 (1985); Rodgers et al., Ann. Thorac. Surg., 55: 52–7 [1983]} und ist verwendet worden, um Speiseröhren-Krebs im frühen Stadium zu behandeln (Grana et al., Int. Surg, 86: 295 [1961]). Nachteile dieser Behandlung umfassen die Notwendigkeit eines direkten Schleimhaut-Kontaktes, der vorübergehend die Sonde mit der Speiseröhre verbindet und die Gefahr einer Perforierung der Speiseröhre beinhaltet, und die Unmöglichkeit, den genauen Bereich der Schleimhaut-Entfernung zu kontrollieren. Rodgers et al. geben an, daß ein Kryo-Sonde ein Heizelement umfassen muß, um zu gewährleisten, daß sie wieder entfernt werden kann. Dieses schließt die Entfernung der Sonde aus, bis das Auftauen erfolgt ist. Die Tiefe der Verletzung mit einer festen Kryo-Sonde kann nicht zuverlässig kontrolliert werden. Wenn die Spitzenheizung nicht funktioniert oder das Timing nicht exakt ist, kann die Tiefe des Einfrierens gefährlich werden. Trotz des Heizelementes starben in einigen Fällen Katzen an den Speiseröhren-Verletzungen, die anscheinend dadurch verursacht wurden, daß sie zu tief einfroren und die Speiseröhren-Wand völlig zerstört wurde. Diese Studien heben die Tatsache hervor, daß es eines der Hauptprobleme der Kryo-Chirurgie ist, die Menge des Gewebes zu kontrollieren, das irreversibel durch das Abkühlen geschädigt wird.
Der Gebrauch einer Bicap-Elektrokoagulatlons-Sonde ist als Mittel für Entfernung von Barretts-Ösophagus vorgeschlagen worden (Heieretal, Gastro, Endo., 43: 185 [1996]). Der Gebrauch einer Bicap-Elektrokoagulatlons-Sonde leidet allerdings unter vielen Nachteilen. Da die Spitze klein ist und wiederholt angezogen werden muß, ist die Operation langsam und zeitraubend. Außerdem ist die Tiefe der Verletzung schwierig zu kontrollieren. Infolge übermäßiger Dauer des Elektrokauter-Stromes kann eine Perforation der Speiseröhre auftreten.
Alle bekannten Entfernungs-Behandlungen mit Schall, Licht oder Hitze leiden auch unter einem anderen Defekt, ein Defekt, der allen gemeinsam ist: Der Penetration der Schädigung. Die Behandlungen können nicht justiert werden, um nur das sehr dünne Gewebe mit dem Barretts-Gewebe zu zerstören; darunter liegendes Gewebe wird ebenfalls zerstört.
Da Fleisch für Schall und Licht ein wenig transparent ist, dringt diese Energie auch in einen Abstand unterhalb der Oberfläche ein. Der Anteil der Energie, der durch das Gewebe aufgenommen wird, ist im allgemeinen konstant, und daher fällt, zumindest in erster Näherung, die Intensität des Lichtes oder des Schalls exponentiell mit der Tiefe ab. Folglich verringert sich auch die Menge der Gewebebeschädigung exponentiell mit dem Abstand. Es gibt infolgedessen keine scharfe Linie der Abgrenzung zwischen zerstörtem Gewebe und Gewebe, das nicht beeinflußt wird; der Grad der Schädigung verringert sich kontinuierlich. Gesundes Gewebe wird zusammen mit krankem Gewebe beschädigt.
Die gleiche Art der Schädigung resultiert aus Behandlungen mit einer Hitze-Sonde oder einer Kryo-Sonde. Wenn die Oberflächentemperatur des Fleisches erhöht wird, dringt Wärme durch Wärmeleitung in das Gewebe ein. Die Eindringtiefe der Hitze-Temperatur-Tiefenfunktion hängt von der Oberflächentemperatur, von der Belichtungszeit und von der Wärmekapazität der Hitze-Sonde in Kontakt mit der Oberfläche ab. Der Grad der Schädigung in jeder möglichen Tiefe hängt von der erreichten Temperatur ab. Ähnliche Probleme bestehen durch das Einfrieren bei Kontakt mit einer festen Kryo-Sonde.
Natürlich muß, um die Gewebetemperatur auf ein zerstörendes Niveau in einer nur dünnen Schicht des Epithels anzuheben, die Hitze sehr schnell durch eine Hochtemperatursonde aufgebracht werden. Jedoch verursacht dies die Probleme eines möglichen Anhaftens und erfordert ein exaktes Timing der Kontaktdauer der Hitze-Sonde, damit die Hitze nicht zu tief eindringt.
Außerdem erschwert der Zeitfaktor den Gebrauch von Hitze. Nicht nur die Höchsttemperatur, die das Gewebe erreicht, sondern auch, wie lange das Gewebe bei der hohen Temperatur verbleibt, legt den Grad der Schädigung fest. (Dieses ist auch der Grund, weshalb kaltes Wasser auf eine Verbrennung aufgebracht werden sollte, selbst nachdem die Verbrennung vorüber ist).
Mit keiner der vorhandenen Therapien ist man in der Lage, die Tiefe der Gewebeschädigung unter Beibehaltung einer scharfen Abgrenzung zwischen geschädigtem und ungeschädigtem Gewebe genau zu kontrollieren, während der Arzt in der Lage ist, die exakte Position und den Grad der Schädigung zu beobachten, während sie eintritt. Idealerweise sollte das Barretts-Gewebe bei einer direkten Sichtbarmachung und Kontrolle auf eine Weise vom Arzt zerstört werden, die jede gravierende Schädigung des angrenzenden gesunden Gewebes vermeidet.
Das Dokument US-A-3 794 039 beschreibt ein Gerät für die Kryo-Chirurgie, wobei die Sonde ein Griffelement umfaßt, das eine hohle kryogene Kühlmittelzuführröhre aufweist, die an dem besagten Griffelement gehaltert ist, das an seiner Spitze offen ist und das an einem Ende mit der Zufuhr für das kryogene Kühlmittel verbunden ist, um das Kühlmittel direkt zu dem einzufrierenden Gewebe zu transportieren. Eine offene Rückleitung, die an der Spitze offen ist und die konzentrisch um die Zuführröhre angeordnet ist, bildet einen Zwischenraum, wobei Mittel den besagten Raum mit Saugmitteln für die Rückführung des verdunsteten Kühlmittels aus der Zuführröhre verbinden. Das offene Ende der Zuführröhre ist in Bezug auf das entsprechende offene Ende der Rückleitung vertieft und läßt ein kryogenes Kühlmittel direkt auf das einzufrierende Gewebe auftreffen, während verdunstetes Kühlmittel durch die Rückleitung zurücktransportiert wird. Die Sonde kann mit einem herkömmlichen Endoskop versehen werden, wenn es erforderlich ist, die Spitze der Sonde in Bereichen einzusetzen, die optisch nicht unmittelbar zugänglich sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen definiert. Das erfindungsgemäße kryo-chirurgische Gerät überwindet die Nachteile der Geräte gemäß dem Stand der Technik, indem es einen direkten Sprühstrahl der kryogenen Flüssigkeit verwendet, um das Barretts-Gewebe in der Speiseröhre zu entfernen. Flüssiger Stickstoff, ein billiges und leicht verfügbares verflüssigtes Gas, wird durch ein Rohr auf das Barrretts-Gewebe aufgebracht, während der Arzt die Speiseröhre durch ein Endoskop betrachtet. Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann benutzt werden, um eine kontrollierte Schädigung der Schleimhaut- Schicht an jeder möglichen Stelle des Magen-Darm-Traktes auf eine Weise zu erzielen, bei der eine Re-Epithelisierung eintreten kann. Es kann nicht nur für die Behandlung von Barretts-Ösophagus, der die bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist, sondern auch für die Behandlung jeder Schädigung der Schleimhaut des Magen-Darm-Traktes, wie Tumore, Polypen und Gefäßverletzungen, benutzt werden. Das Gerät kann auch für die Behandlung der Schleimhaut-Schicht irgendeines luminalen Bereichs des Körpers benutzt werden, der durch ein Endoskop erreicht werden kann. Ein Sprühen von flüssigem Stickstoff hat einige eindeutige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

1) Verglichen mit einigen der Therapien gemäß dem Stand der Technik ist eine scharfe Abgrenzung zwischen geschädigtem Gewebe und nicht-geschädigtem Gewebe gegeben. Im Bereich der gefrorenen Oberfläche werden alle Zellen getötet; darunter werden sie nicht geschädigt, somit ist es möglich, Barretts-Gewebe oder andere Schädigungen des Magen-Darm-Traktes zu entfernen, ohne die darunter liegenden Gewebe zu beschädigen. Dieses vermindert das Trauma und das Risiko einer Infektion.
2) Anders als eine feste Kryo-Sonde kann flüssiger Stickstoff nicht am Gewebe anhaften und eine schädliche Frostbeule verursachen.
3) Die Schicht des zerstörten Gewebes ist dünner als mit den bekannten Therapien einschließlich der Therapie mit einer festen Kryo-Sonde, und dieses wiederum vermindert die Schädigung verglichen mit dem Stand der Technik. Der Grund dafür, daß der Sprühstrahl des flüssigen Stickstoffes eine dünnere Schicht einfrieren kann, als Therapien gemäß dem Stand der Technik, liegt darin, daß es sofort verdampft, wenn es Fleisch berührt, weil der Temperaturunterschied normalerweise höher als 200°C ist. Flüssigkeiten haben hohe Wärmeleitfähigkeiten, und eine Flüssigkeit zu verdampfen erfordert große Mengen an Wärme (die latente Verdampfungswärme). Diese zwei Faktoren zusammen bedeuten, daß Wärme aus der Oberfläche des Gewebes mit einer extrem hohen Rate entfernt wird, und wegen dieser schnellen Oberflächenkühlung kann die Einfrier-Tiefe sehr gering sein. Der Temperaturgradient ist im Fleisch viel höher als er es mit einer heißen Metallsonde ist, weil die Wärme nicht durch ein Metall zu dringen braucht; die Temperatur wird an der Oberfläche selbst erzeugt. Infolgedessen kann die Gewebeoberfläche unterhalb von Null Grad eingefroren werden, bevor die Temperatur des Gewebe unmittelbar unterhalb dieses gefrorenen Gewebes signifikant absinkt.
4) Das Einfrieren tötet Zellen, aber Bindegewebe und andere körpereigene Substanzen werden nicht beschädigt. Deshalb ist das Trauma klein verglichen mit Verbrennungen (Shepherd et al., Cryobiology. 21: 157–169 [1984]).
5) Das Kryo-Ablations-Verfahren erfordert nur 15–20 Minuten. Untersuchungen an Tieren sind unter allgemeiner Anästhesie und bei Bewußtsein unter Verabreichung von Beruhigungsmitteln durchgeführt worden. Deshalb kann das Verfahren bei erwachsenen Menschen mit einem lokalen Betäubungsmittel oder vielleicht ohne jedes Betäubungsmittel durchgeführt werden. Das Einfrieren ist weniger schmerzhaft als andere Methoden des Abtötens von Gewebe, weil Kälte von selbst die Nerven betäubt. Da die Operation mit dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung ohne allgemeine Anästhesie durchgeführt werden kann, sind sowohl die Kosten als auch die Gefahren weiterhin verringert verglichen mit Behandlungen, die gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden.
6) Die Kosten des Verfahrens sind, verglichen mit denjenigen gemäß dem Stand der Technik, nicht nur wegen der kurzen Zeit, die für die Operation benötigt wird und aufgrund der relativ hohen Sicherheit minimal (Versicherungskosten verringert), sondern auch, weil die Kapitalkosten verhältnismäßig niedrig sind. Es ist kein spezieller medizinischer Reinheitsgrad des flüssigen Stickstoffes erforderlich. Ein Vorratsbehälter kann derzeit durch einen kommerziellen Gasservice gegen eine Zustellgebühr von ungefähr $ 20 plus ungefähr $ 3 pro Liter für den verflüssigten Stickstoff selbst wieder mit flüssigem Stickstoff gefüllt werden. Eine Behandlung benötigt ungefähr einen Liter oder weniger. Die Kosten für den Stickstoff können nur etwa $ 30 pro Monat betragen, selbst wenn nur eine Behandlung während dieser Periode durchgeführt wird.
7) Das Verfahren kann auf eine solche Weise durchgeführt werden, daß es eine konstante Sichtbarmachung der Gewebeschädigung durch den Arzt gewährleistet, während diese eintritt. Es sind Mittel für das Entfernen der feuchten Luft am distalen Ende des Endoskops vorgesehen, während trockener Stickstoff gesprüht wird. So kann ein Einnebeln des Endoskop-Objektivs im wesentlichen vermieden werden und es ist eine freie Beobachtung des Verfahrens während seiner Durchführung gewährleistet.

Um den Nutzen des Sprühens von flüssigem Stickstoff in die Speiseröhre zu realisieren, besitzt das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Merkmale:

(1) Ein Standard-„Diagnose"-Endoskop kann benutzt werden, das für medizinisches Personal fast allgemeinhin verfügbar ist, obwohl auch ein Standard-„Therapie" Endoskop verwendet werden kann. Diese verhältnismäßig kostspieligen Ausrüstungselemente müssen nicht für das Verfahren gekauft werden.
(2) Das Endoskop erlaubt es dem Arzt, in die Speiseröhre zu blicken und den Sprühstrahl des Stickstoffes zu dirigieren. Anders als einige Therapien gemäß dem Stand der Technik erlaubt es die vorliegende Erfindung dem Arzt, zu sehen, welche Bereiche auf eine niedrige Temperatur gekühlt worden sind, weil die Speiseröhrenwand bereift und weiß wird. Das Bereifen hält für einige Sekunden an, weil das gesamte Innere der Speiseröhre sich auf einer niedrigen Temperatur befindet und sich während der Operation nahe am Einfrieren befindet. Dieses liegt an den großen Mengen kalten Stickstoffs, die erzeugt werden, wenn der flüssige Stickstoff verdampft. So ist es für den Arzt nicht nur möglich, zu wissen, welche Bereiche eingefroren werden, sondern auch, welche Bereiche vor kurzem eingefroren worden sind. Dieses erlaubt einen systematischen Fortgang der Kryo-Therapie über den Bereich des Barretts-Gewebes, ohne irgendeinen Bereichs zu stark einzufrieren oder nicht einzufrieren.
(3) Das Endoskop kann mit einer Faseroptik, einer Video-Kamera und einem Bildschirm ausgestattet werden, um dem Chirurgen zu ermöglichen, die Behandlung und den behandelten Bereich der Speiseröhre zu sehen.
(4) Die Ausrüstung zur Abgabe des flüssigen Stickstoffes kann für medizinische Standards sehr billig sein. Stickstoff kann durch einen Katheter aus einem flexiblen Standardschlauch, wie einem TEFLON-Schlauch abgegeben werden. Kunststoffschläuche sind allgemein vorhanden, billig und sicher, weil sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die verhindert, daß der Schlauch an der Speiseröhrenwand haftet. Andere Materialien, die TEFLON überlegen sind, können benutzt werden.
(5) Der Strom des Stickstoffs kann durch ein einfaches, zuverlässiges und preiswertes Abgabe-System gesteuert werden. Der Stickstoffbehälter wird unter Druck gesetzt, um in einer Ausführungsform die Flüssigkeit durch den Katheter gemäß dieser Erfindung zu drücken, wobei der Strom manuell durch den Druck über ein Ventil kontrolliert wird, das am Stickstoff-Vorratsbehälter angeordnet ist. Wenn eine exaktere Steuerung erforderlich ist, kann der flüssige Stickstoff direkt gepumpt werden, oder der Strom kann durch ein Ventil gesteuert werden, das nah dem proximalen Ende des Katheters angeordnet ist. Zum Beispiel kann ein Magnetventil benutzt werden.
(6) Wenn eine schnellere Abgabe des verflüssigten Gases erforderlich ist, kann ein Druckschlauch oder -spule zur Abgabe von Wärme am Stickstoffbehälter oder -tank bereitgestellt werden. Das Betätigen dieser Druckspule veranlaßt den flüssigen Stickstoff, Druck im Behälter aufzubauen, wodurch gewährleistet ist, daß der Stickstoff schnell an den Katheter abgegeben wird.
(7) Während der Kryo-Chirurgie sorgt die Erfindung für den Abtransport des Gases, das durch das heftige Verdampfen des flüssigen Stickstoffes erzeugt wird. Der Abtransport ist aus mehreren Gründen erforderlich: Zunächst baut das Gas einen gefährlichen Druck auf, wenn es nicht entweichen kann; zweitens neigt das Gas dazu, in den Magen zu gelangen und ihn aufzublasen, weil die Speiseröhre zumindest teilweise durch das Endoskop blockiert wird und der untere Magen-Darm-Trakt einen Weg verminderten Widerstandes darstellt; drittens kann das Gas, das von der Oberfläche der Speiseröhre weg abgeführt wird, sich bei einer Temperatur unter Null Grad befinden und sollte entfernt werden, um ein zu starkes Einfrieren zu verhindern; und viertens kann die anfangs feuchte Luft entfernt werden, um eine starke Kondensation auf dem Endoskop-Objektiv zu vermeiden.
(8) Die Erfinder haben gefunden, daß bei Verwenden des Kryo-Sprühstrahles in dem verhältnismäßig engen Raum der Speiseröhre der Druck des Sprühstrahls verringert werden sollte. Wenn der Druck nicht verringert wird, könnte sich das hohe Volumen des Gases im Speiseröhre Raum übermäßig erweitern und dem Patienten Unannehmlichkeit und/oder ein Reißen lebenswichtigen Gewebes verursachen. Um einen kryogenen Sprühstrahl verringerten Druckes zu erzeugen, schlägt die vorliegende Erfindung eine Entlüftungsöffnung zwischen dem Gas-Vorratsbehälter und dem Katheter vor.
(9) Wichtig ist, daß der Katheter in Verbindung mit einem Entlüftungsventil verwendet wird. Wird ein Katheter nicht mit einem solchen Entlüftungsventil verwendet, entsteht ein Hochdruck-Sprühstrahl, der für das interne Gewebe schädlich sein kann.
(10) Der Katheter, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, besteht aus einem Material, das nicht spröde ist, wie PTFE oder Polyamid. Zusätzlich sollte der Katheter isoliert werden. Der Katheter ist so ausgelegt, daß er extrem kalten Temperaturen widersteht, ohne steif und spröde zu werden und ohne die erforderliche Flexibilität und Mobilität des Endoskop zu beeinflussen. Zum Beispiel sollte der Isolierkatheter Temperaturen bis herab zu –100°C zu widerstehen in der Lage sein. Die Temperatur des Gases, das an der Spitze versprüht wird, liegt ungefähr zwischen –20°C und –50°C. Jedoch werden auch höhere und niedrigere Temperaturen von den Erfindern erwogen.
(11) Das hier beschriebene Gerät gemäß der Erfindung ist für die Behandlung von prekanzerösen Verletzungen nützlich.

Die hierin beschriebene Erfindung kann für das Behandeln von verschiedenen inneren Verletzungen mit einem kryogenen Niederdruck-Sprühstrahl verwendet werden. Der niedrige Druck kann durch Routine-Experimente von einem Durchschnittsfachmann ermittelt werden. Die Erfinder haben gefunden, daß ein Druck von ungefähr 3–5 psi effektiv ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise schematische Übersicht, die den Gebrauch des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die 2, 3 und 4 sind vergrößerte Ansichten der Plazierung des Endoskops und des Katheters in der Speiseröhre.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Endoskop mit einem hervorstehenden Katheter. Teile des Endoskops und des Katheters sind im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung gebrochen dargestellt.
Die 6–8 sind perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsformen der Katheterspitze.
9 ist eine teilweise schematische Ansicht des verbesserten kryo-chirurgischen Systems.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Behälter- und Ventilanordnung, die verwendet wird, um verflüssigtes Gas an den Katheter abzugeben. Ein Teil des Behälters ist im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung gebrochen dargestellt.
11 ist eine perspektivische Ansicht davon mit dem Behälter in einer um 90° gedrehten Position.
12 ist eine Draufsicht davon.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer elektronisches Steuerungseinheit und eines Druckers.
Die 14–19 sind Ansichten, die eine Kombination aus einem Katheter, einem Entlüftungshahn und einer Luer-Verriegelungs-Befestigung zeigen, die an einer Magnetventilbefestigung angebracht sind. Der Katheter ist im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellung gebrochen dargestellt.
20 ist ein Paket oder ein Set, das einen kombinierten Katheter, einen Entlüftungshahn und eine Luer-Verriegelungs-Befestigung zusammen mit einem Nasen-Magen-Schlauch enthält.
21 ist ein schematisches Blockdiagramm des kryo-chirugischen Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung und des Prozesses.
22 ist ein „closed-loop" schematisches Blockdiagramm des kryo-chirurgischen Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung und des Verfahrens der Verwendung dieses Gerätes.
23 ist ein Flußdiagramm, das das kryo-chirurgische Verfahren beschreibt.
Die 24–30 sind elektrische Diagramme des Prozessors und des Recorders.
Die 31–34 sind Fotographien einer durchgeführten Kryo-Ablation, wie sie im Beispiel illustriert ist, das hier beschrieben ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Auf 1 bezugnehmend sind ein Gerät und ein Verfahren für die kryo-chirurgische Entfernung von Barretts-Ösophagus dargestellt, mit einem Endoskop 10, das in die Speiseröhre E eingesetzt wird, die an den Magen S eines Patienten P anschließt. Barretts-Gewebe B bedeckt die Speiseröhre E oberhalb des unteren Speiseröhren-Schließmuskels.
Ein herkömmliches therapeutisches Endoskop 10 ist in den Zeichnungen dargestellt, obwohl ein kleineres Diagnose-Endoskop, vorzugsweise aus Gründen des Komforts des Patienten, benutzt wird, insbesondere wenn kein Ballonschild benutzt wird. Es kann auch ein besonders gestaltetes Endoskop benutzt werden. Das distale Ende 12 solch eines Endoskops 10 ist in 5 dargestellt und weist ein Objektiv 14 einer Kamera und eine Lichtquelle 16, eine Biopsieführung (Bohrung oder Lumen) 18 mit einem darin angeordneten Katheter 20 und ein zusätzliches Lumen 22 auf. Das Bild, das mit dem Objektiv 14 aufgenommen wird, wird über eine Faseroptik an eine Überwachenkamera 25 geleitet (1), die Fernseh-Signale über ein Kabel 26 an einen herkömmlichen Monitor 28 sendet, wo das Verfahren sichtbar gemacht werden kann. Aufgrund dieser Sichtbarmachung ist der Chirurg in der Lage, die Kryochirurgie in der Speiseröhre durchzuführen.
Durch das Lumen wird 18 ein Katheter 20, vorzugsweise ein herkömmlicher TEFLON Katheter der Größe 7 FR mit 2–3 Millimetern Außendurchmesser eingesetzt. Der Katheter 20 steht aus dem distalen Ende 12 (d.h., das zuerst in die Speiseröhre eingesetzte Ende) des Endoskops 10 hervor und erstreckt sich bis zum proximalen Ende 30 (nahe dem Operateur, außerhalb des Patienten), wo die Hand H1 eines Arztes den Katheter 20 führt. Wie auf dem Monitorbild 28 in 1 sichtbar, kann das distale Ende 12 des Katheters 20 schräg gebogen werden.
Der Katheter 20 ist mit einem Schlauch verbunden, der sich bis in die Nähe der Unterseite einer Dewarflasche erstreckt 32, die mit flüssigem Stickstoff oder einem anderen verflüssigten Gas LG gefüllt ist. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet Gas" in dem Begriff "verflüssigtes Gas" jede mögliche Flüssigkeit, die physiologisch annehmbar ist und die einen Siedepunkt hat, der niedrig genug ist, um die Kryotherapie zu ermöglichen. Zum Beispiel liegt ein solcher Siedepunkt vorzugsweise unter ungefähr –150°C. Das Gas ist vorzugsweise Stickstoff, da es beliebig vorhanden ist, oder alternativ Argon.
Als Dewarflasche 32 kann ein gewöhnlicher kommerzieller Behälter, wie eine THERMOS Flasche, die nur etwa eine Viertel-Gallone Flüssigkeit enthält, verwendet werden, der aus einem größeren Behälter beliebig wieder gefüllt werden kann. Flüssiger Stickstoff kann ebenso leicht und sicher in Schaumgummi-Isolierbehältern (z.B., STYROPOR-Schalen) gehandhabt werden. Jedoch ist der Behälter 32 vorzugsweise eine Dewarflasche mit mittlerer Kapazität aus rostfreiem Stahl mit einer Kapazität von einigen Litern. Ein größerer Behälter, der geeignet ist, Flüssigkeit für zahlreiche Operationen über einige Wochen zur Verfügung zu stellen, kann ebenfalls benutzt werden. Für eine gute Handhabbarkeit kann der große Behälter auf einer Karre angeordnet sein.
Die Dewarflasche 32 ist geschlossen und der Innenraum wird mit einer kleinen Luftpumpe 34 unter Druck gesetzt, die alternativ im Behälterdeckel angebracht sein kann oder auch anderswo.
1 zeigt schematisch, daß das proximale Ende des Katheters 20 mit einem Schlauch 35 verbunden ist, vorzugsweise durch eine Standard-Luer-Verriegelung 37, und das untere Ende des Schlauches 35 ist in flüssigen Stickstoff LG eingetaucht, während das Innere durch eine Leerlauf-Druckpumpe 34 über einen Schlauch 38 unter Druck gesetzt wird. Ein Druckanzeiger 40 ist vorzugsweise vorgesehen oder alternativ ein Sicherheitsventil mit voreingestelltem Öffnungsdruck (nicht dargestellt). Der Druck wird vorgewählt, um einen ausreichend starken Sprühstrahl vom distalen Ende des Katheters 20 ausgehend zu ermöglichen. Das Innere der Dewarflasche 32 wird durch einen Entlüftungsschlauch 42 belüftet, der vorzugsweise durch ein Ventil geöffnet und geschlossen wird, das durch die Hand H2 des Arztes betätigt wird. 1 zeigt den Daumen, der das Ende des Entlüftungsschlauches 42 absperrt. Wenn die Entlüftungsöffnung geschlossen ist, baut sich in der Dewarflasche 32 ein Druck auf und Stickstoff wird durch den Schlauch 35 in den Katheter 20 gepumpt.
Während in 1 das Ventil als einfaches mittels Daumen betätigtes Ventil dargestellt ist, versteht es sich, daß ein solches Ventil auch ein mechanisches Ventil oder ein elektromechanisches Ventil sein kann, das vorzugsweise durch eine Triggereinheit oder dergleichen angesteuert wird, wie sie dem Durchschnittsfachmann geläufig ist und von diesem konstruiert werden könnte. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch betätigtes Magnetventil eingesetzt, um das verflüssigte Gas an den Katheter abzugeben. Selbstverständlich ist der Solenoid spezifisch angepaßt, um bei den kryogenen Temperaturen ordnungsgemäß zu funktionieren.
Der Entlüftungsschlauch 42 bleibt geöffnet, bis der Arzt den Katheter nahe am Barretts-Gewebe in Position gebracht hat, durch die Hand H1 geführt und durch Betrachten am Monitor 28 bestätigt. Der Arzt schließt dann die Entlüftungsöffnung 42, und flüssiger Stickstoff wird an der Luer-Verriegelung 37 in das proximale Ende des Katheters 20 gedrückt.
Während sich der flüssige Stickstoff durch den Katheter 20 bewegt, beginnt er, zu verdampfen und kühles Gas strömt hindurch, um vom distalen Ende oder von der Katheterspitze 46 aus auszutreten. Der Grad des Verdampfens im Katheter 20 hängt von der Masse und der Wärmekapazität des Katheters ab. Da der Katheter einen kleinen Durchmesser und eine geringe Massen aufweist, ist der Grad des Verdampfens nicht groß, (der Katheter sollte vorzugsweise vom Typ „French Seven". sein). Nachdem der Katheter auf eine niedrige Temperatur abgekühlt ist und mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist, erreicht der flüssige Stickstoff das distale Ende des Katheters 20 nahe dem distalen Ende des Endoskops 12 und fängt an, aus dem Katheter heraus auf das Barretts-Gewebe zu sprühen. Es sei angemerkt, daß es möglich sein kann, das Barretts-Gewebe genügend einzufrieren, ohne daß tatsächlich flüssiger Stickstoff vom Katheter versprüht wird, und daß ein Sprühstrahl der Flüssigkeit möglicherweise nicht erforderlich sein muß, wenn das sehr kalte Gas die Aufgabe des Einfrierens des Epithels vollends erfüllen kann.
Das Einfrieren ist für den Arzt durch das gefrorene Gewebe B offensichtlich, das wegen des Oberflächenfrostes eine weiße Farbe (Kryo-Brand) annimmt, (sichtbar auf dem Monitor 28 in 1); die weiße Farbe zeigt an, daß die Schleimhaut des Magen-Darm-Traktes genügend eingefroren ist, um das kranke Gewebe zu zerstören. Der Arzt manipuliert das Endoskop 10, die Entlüftungsöffnung 42 und/oder den Katheter 20, um alles Barretts-Gewebe einzufrieren. Sobald die Operation komplett durchgeführt ist, werden das Endoskop 10 und der Katheter entnommen.
Die Erfindung umfaßt auch eine Ventilabgabe des Stickstoffs am distalen Ende des Katheters, sofort angrenzend das Barretts-Gewebe. Ein Gerät für eine solche Ventilausrüstung 53, wie sie in 6 dargestellt und weiter unten beschrieben ist, läßt eine Steuerung des Flusses des flüssigen Stickstoffes zu.
Da keine grobe Schädigung der Speiseröhre eintritt (zum Beispiel gibt es keinen Riß), besteht keine Notwendigkeit, den gefrorenen Bereich zu behandeln. Die säulenartigen Zellen des Barretts-Gewebes sterben bald ab und das Gewebe wird abgestoßen und durch gesundes schuppiges Gewebe ersetzt.
Da der flüssige Sprühstrahl bei dem erfindungsgemäßen Gerät über einen Katheter 20 anstatt durch den Kontakt mit einer kalten festen Sonde appliziert wird, besteht keine Gefahr, daß das kalte Gerät an der Speiseröhre anhaftet und das Gewebe heftig zerreißt. Bei dem Kunststoff des Katheters, wie TEFLON, besteht wegen seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärme eine nur geringe Gefahr des Anhaftens am Gewebe. Außerdem ist er nicht derart ausgebildet, daß er das Gewebe berührt.
Mit einem Katheter ist die Abkühlrate (die Rate des Wärmeabbaus) viel höher als mit einer festen Sonde, da die gesprühte Flüssigkeit direkt auf dem einzufrierenden Gewebe verdunstet, das die gesamte Verdampfungswärme aufnimmt. Da die aufgebrachte Flüssigkeit fast sofort verdampft, ist die Rate der Wiedererwärmung ebenfalls hoch. Keine kalte Flüssigkeit oder Feststoff verbleibt in Kontakt mit dem Gewebe, und die Tiefe des Einfrierens ist minimal.
Da das Einfrieren durch das Verdampfen von flüssigem Stickstoff erreicht wird, werden große Gasvolumina erzeugt. Dieses Gas muß entweichen können. Der lokale Druck ist höher als der atmosphärische, da das Gas nicht leicht aus dem Magen-Darm-Trakt entweichen kann; Stickstoffgas neigt dazu, in den Magen S einzutreten, dessen Verbindung mit der Speiseröhre (der Speiseröhren-Schließmuskel) unmittelbar neben dem Bereich des einzufrierenden Barretts-Gewebe liegt. Wenn das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, kann das Gas durch mehrere alternative Methoden entweichen.
Zunächst kann der Magen über einen weiteren Schlauch 41 abgesaugt werden, z.B. einen Nasen-Magen-Schlauch 41, wie in den 2, 3 und 4 dargestellt, der vorzugsweise außerhalb des und neben dem Endoskop 10 verläuft. Das Absaugen kann mit den herkömmlichen Mitteln einer Saugpumpe 45 oder durch andere Absaugmittel durchgeführt werden.
Zweitens kann ein Entlüftung von einem zusätzlichen Lumen im Endoskop zur Verfügung gestellt werden. Zusätzliche Lumen sind bei sogenannten „therapeutischen" Endoskopen vorhanden. „Diagnose"-Endoskope weisen gewöhnlich nur ein Lumen auf, das durch den Katheter 10 für die Abgabe des flüssigen Stickstoffs belegt ist, wenn ein solches Endoskop in der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Der Gebrauch eines Zwei-Lumen-„therapeutischen" Endoskops in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ein Extralumen für die Verwendung als Entlüftung für das Entweichen des Gases bereit. Die Verwendung der Absaugung an solch einem Entlüftungs-Lumen ist auch vorzugsweise vorgesehen.
Der untere Speiseröhren-Schließmuskel kann mit einem aufblasbaren Ballon 43 (Figuren. 2 und 3) oder irgendeinem anderem Schild blockiert werden, um zu verhindern, daß Stickstoffgas den Magen aufbläst. Der Ballon 43 kann vom Typ „TTS" (durch das Scope) sein und durch ein zusätzliches Lumen aus dem Endoskop austreten, wie in 1 dargestellt. Alternativ dazu kann ein Ballon neben dem Endoskop 10 angeordnet sein, wie ein Achalasia-Ballon. Eine Blase 44 oder ein anderes Mittel für das Aufpumpen und das Entlüften des Ballons 43, wie eine Handpumpe, können vorgesehen werden. Dieses kann beliebig in Verbindung mit dem Absaugen des Magens verwendet werden.
5 zeigt eine Katheterspitze 46, die am Ende des Katheters 20 befestigt ist und die dazu dient, flüssigen Stickstoff des Sprühstrahls, der durch den Katheter 20 zugeführt wird, in einem radialen Muster durch mehrere Bohrungen 47 zwischen der Oberfläche und einem Innenraum zu versprühen. Die Länge der Spitze 46 ist vorzugsweise so gewählt, daß der gesamte Bereich des Barretts-Gewebes sofort eingefroren wird, ohne die Notwendigkeit einer Manipulierung des Endoskops oder des Katheters, um den Barretts-Bereich in aufeinanderfolgenden Inkrementen einzufrieren. Die Spitze 46 kann aus starrem Material, wie Metall oder starrem Kunststoff bestehen, vorzugsweise dem letzteren. Alternativ dazu können das gesamte Endoskop und/oder der Katheter in der Speiseröhre auf und ab bewegt werden, um sicherzugehen, daß der gesamten Barretts-Bereich eingesprüht wird.
5 zeigt auch das distale Ende 12 des Endoskops 10 einschließlich eines Kameraobjektivs 14, einer Lichtquelle 16, einem Biopsiekanal oder Lumen 18 mit dem Katheter 20 und einem zusätzlichen Lumen 22. Das Endoskop, das in 5 dargestellt ist, ist ein herkömmliches therapeutisches Endoskop. Ein Diagnose-Endoskop würde kein Extralumen 22 besitzen.
Alternativ zu 5 kann der Katheter 20 selbst eine Mehrzahl von radialen Bohrungen 49 und einen Endanschluß 50 aufweisen (8) um den Stickstoff zu zwingen, aus den radialen Bohrungen herauszuströmen. Der Endanschluß 50 wird durch ein Kabel gesteuert (nicht dargestellt). Der Katheterschlauch wird, obwohl aus Kunststoff, bei den sehr niedrigen Temperaturen viel steifer und nimmt etwa die Steifigkeit der separaten Spitze 46 an.
6 zeigt eine Ausführungsform mit einem kabel-kontrollierten Endventil, in der eine Spitze 52 mit einer Platte 53 zusammenwirkt, die proximal vom Arzt über eine Leitung 54 gesteuert wird, die durch das Innere des Katheters 10 verläuft. Der flüssige Stickstoff trifft auf die Platte 53 und wird zu einem radialen Sprühstrahl atomisiert.
7 zeigt ein Ende 56 des Katheters 20, das unter einem Winkel abgeschnitten ist, um den Sprühstrahl zu einer Seite abzulenken.
Mit Bezug auf die 6–13 ist ein besonders elegantes und bevorzugtes Gas-Versorgungs-System 70 beschrieben. In diesem System wird ein unter Druck gesetzter Gasbehälter 72 benutzt. Es wurde gefunden, daß eine bequeme Größe für den Behälter ein 5.5-Liter-Behälter ist, und selbstverständlich können Behälter größerer (z.B. 35 Liter) oder kleinerer Größe oder sogar ein Kanister benutzt werden. Die Erfinder haben gefunden, daß ein doppeltwandiger Isolierbehälter (nicht dargestellt) nützlich ist, weil infolge der ausreichenden Isolierung die sehr niedrige Temperatur des gasförmigen flüssigen Stickstoffes über einem langen Zeitraum beibehalten werden kann. Die Erfinder haben gefunden, daß der optimale Druck für das verflüssigte Gas im Behälter bei 22 psi liegt. Die Erfinder haben gefunden, daß 22 psi handhabbar sind, aber höhere oder niedrigere Drücke sind auch einsetzbar.
Der Behälter 72 ist mit einer druckaufbauenden Spule oder einem Rohr 74 für die Aufrechterhaltung des Druckes ausgerüstet. Diese Spule 74 besteht aus Metallrohren, die aus dem Behälterinneren aus dem Behälter heraus und zurück in das Innere des Behälters verlaufen. Im Betrieb enthält das Rohr 74 zirkulierenden flüssigen Stickstoff. Wenn der Druck im Behälter 72 unterhalb des annehmbaren Niveaus fällt, kann das Ventil 75 zum Rohr 74 geöffnet werden, um Gas von außerhalb des Behälters 72 durch das Rohr 74 zu verteilen. Die Stickstoffflüssigkeit im Rohr außerhalb des Behälters wird erwärmt und zum Behälter zurückgeführt. Diese erwärmte Stickstoffflüssigkeit wird den Kopfdruck im Behälter 72 erhöhen und für eine schnellere Abgabe der Stickstoffflüssigkeit an den Katheter sorgen. In der dargestellten Rohr-Anordnung ist das Ventil 75 handbetrieben, jedoch könnte das Ventil auch automatisch betrieben werden und würde anfangen, Flüssigkeit durch das Rohr oder eine Spule zu verteilen, sobald der Druckabfall im Behälter ein nicht annehmbaren Niveaus erreicht hat, und aufhören zu verteilen, wenn der Druck wieder auf das normale Niveau zurückgekehrt ist. Unter normalem Druck im Behälter wird verflüssigtes Gas schnell vom Behälter in den Katheter getrieben. Die Kraft des aus dem Behälter ausgetriebenen Gases ist eine Funktion der Temperatur und des Drucks des flüssigen Stickstoffes im Behälter. Wegen der großen Temperaturdifferenz zwischen der umgebenden Temperatur und der Temperatur des flüssigen Stickstoffes ist nur eine kurze Länge des Rohres 74 erforderlich.
Das in den 9–12 veranschaulichte Gas-Versorgungs-System 70 weist einen Behälter 72 auf, der mit Ventilen und Druckgebern ausgerüstet ist. Der Behälter 72 ist mit einem Kopf-Gasventil 77 für das Entlasten des Kopfdruckes und mit einem Ventil 78 für den flüssigen Stickstoff ausgerüstet, das geöffnet wird, um flüssigen Stickstoff zum Magnetventil 80 und dann zum Katheter 20 fließen zu lassen. Es sind Sicherheits-Entlastungsventile 61, 82 am Behälter 72 vorgesehen, die bei einem Druck größer als 22 beziehungsweise 35 psi entlasten. Zusätzlich ist der Behälter mit einem Kopf-Druckanzeiger 83 und einem Sensor 84 für das Flüssigkeitsniveau ausgerüstet
Das verbesserte kryo-chirurgische Gasabgabe-System 70 weist Verbesserungen auf, die es dem Arzt ermöglichen, dem Patienten das kryogene Gas genauer und bequemer zu verabreichen. Das verbesserte System 70 besitzt einen mit einem Fußpedal betätigbaren Magnetventilschalter 86 (9 und 13). Dieser mit einem Fußpedal betätigbare Magnetventilschalter 86 betätigt seinerseits einen zwischen dem Behälter 72 und dem Katheter 20 angeordneten Solenoid 80. Das Fußpedal 86 hat den Vorteil, daß die Hand des Arztes während der Kryo-Chirurgie frei bleibt. Es sei angemerkt, daß zum Beispiel das System mit der Dewarflasche (1) den Daumen des Arztes erfordert, um die Entlüftungsöffnung 42 zu schließen und um in der Dewarflasche Druck zu erzeugen, der das Stickstoffgas fließen läßt. Die verbesserte Erwärmungsspule für den Behälter 72 oder das Rohr 74 und der mit einem Fußpedal betätigbare Magnetschalter 86 erlauben eine schnelle Abgabe ausreichender Mengen des kryogenen Sprühstrahls, um eine Barretts-Speiseröhre oder anderes Gewebe, das eine Kryo-Ablation erfordert, zu behandeln.
Bezugnehmend auf die 9–12 und 14 besteht ein elegantes Ausstattungsmerkmal des verbesserten Systems 70 in der Fähigkeit des Systems, tiefgekühltes Stickstoffgas mit niedrigem Druck durch den Katheter 20 zu leiten. Dieses ist möglich, weil das verbesserte System ein zusätzliches Entlüftungsventil oder einen Entlüftungshahn 88 aufweist, der zwischen dem Gasversorgungs-Behälter 72 für den flüssigen Stickstoff und dem Katheter 20 angeordnet ist. Der Entlüftungshahn ist an einem Punkt positioniert, an dem der innere Durchmesser des Systems (d.h., des Katheters) erheblich verringert ist. Dieses Entlüftungsventil ist so ausgelegt, daß es den erhöhten Druck beseitigt, der am Katheter erzeugt wird und der durch den verringerten inneren Durchmesser des Katheters im Vergleich zum größeren inneren Durchmesser des Rohres, das das Gas an den Katheter abgibt, und durch das Verdampfen des flüssigen Stickstoffes zu gasförmigem Stickstoff verursacht wird. Dieser Entlüftungshahn 88 verringert den Druck im Katheter 20 und an der Katheterspitze 46, indem er gasförmigen Stickstoff durch das Entlüftungsventil 88 abläßt. Durch dieses Ablassen von gasförmigem Stickstoff tritt flüssiger Stickstoff aus der Katheterspitze 46 als ein Nebel oder Sprühstrahl unter einem Druck von ungefähr 3–5 psi, verglichen mit dem Behälterdruck von ungefähr 22 psi, aus.
Als eine beispielhafte Ausführungsform kann die Entlüftungsöffnung einfach ein Stück Rohr sein, das über einen "T"-förmigen Anschluß mit dem Versorgungssystem für den flüssigen Stickstoff verbunden ist. Auf dem Weg des flüssigen Stickstoffs vom Behälter 72 zum proximalen Ende des Katheters 20 wird die Flüssigkeit erwärmt und geht in die Gasphase über. Diese Phasenänderung bewirkt über die Länge des Katheters einen zusätzlichen Druck, ist aber an der Solenoid-/Katheterverzweigung, an der der Durchmesser der Zuführleitung im Verhältnis zum Katheter-Lumen sich von ungefähr 0.5 Zoll auf ungefähr 0.062 Zoll verringert, insbesondere wichtig. Es sei angemerkt, daß, um flüssigen Stickstoff mit niedrigem Druck/gasförmigen Stickstoff durch diese schmale Öffnung zu drücken, sich entweder der Druck des angelieferten Stickstoffes verringern muß oder sich der Durchmesser des Katheters vergrößern muß. Die Erfinder wollten weder ein unter hohem Druck stehendes System einsetzen, noch wollten sie den Katheterdurchmesser vergrößern. Dementsprechend läßt der zusätzliche Entlüftungshahn 88 den flüssigen Stickstoff durch diesen Katheter mit verringertem Durchmesser hindurchtreten, ohne eine Änderung des Behälterdrucks oder des Katheterdurchmessers zu erfordern. Ohne ein Druckentlüftungsventil würde der Druck des Gases, das aus dem Katheter austritt, zu hoch sein und das Potential haben, das Gewebe der gastro-intestinalen Fläche zu verletzen.
Der unter Druck gesetzte Behälter kann mit einem Entlüftungshahn versehen werden oder abblasen, um sicherzustellen, daß der Druck des kryogenen Sprühstrahls, der aus der Spitze des Katheters abgegeben wird, den Patienten nicht unbeabsichtigt verletzt.
Während eine Dewarflasche (1) dargestellt ist und in den Experimenten benutzt wurde, über die nachfolgend berichtet wird, sollte es verstanden werden, daß die Quelle für das verflüssigte Gas von beliebiger Art sein kann, z.B. ein unter Druck stehender Behälter oder ein Vorratsbehälter, so daß das verflüssigte Gas zu einem angrenzenden Ort auf der zu behandelnden Gewebewand geleitet wird. Die Hauptanforderung ist es, daß die Zufuhr des verflüssigten Gases durch den Arzt kontrollierbar ist.
Es ist eine wichtige bevorzugte Eigenschaft der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß der Sprühstrahl auf eine solche Weise geführt wird, daß eine konstante Visualisierung durch den Arzt während der Gewebebehandlung gewährleistet wird. Wenn die Temperatur des Objektivs am proximalen Ende des Endoskops jäh zu Beginn des Austritts des Sprühstrahls des flüssigen Stickstoffes abfällt, kondensiert die feuchte Luft in der Speiseröhrenumgebung oder die Luft des Katheters, die vor dem Stickstoffstrom ausgeblasen wurde, auf dem Objektiv, wodurch die Sicht des Arztes auf den Operationsort beeinträchtigt wird. Dieses kann mittels der Absaugpumpe 45, die die feuchte Luft sofort absaugt, die vor der Ankunft des Sprühstrahls des flüssigen Stickstoffes oder des kalten Stickstoffgases vorhanden ist, im wesentlichen vermieden werden. Durch dieses Abpumpen der feuchten Luft bei Einsetzen des Sprühstrahls und das Ersetzen durch extrem trockenes Stickstoffgas können sich während der Behandlung keine größeren Mengen an Feuchtigkeit auf dem Objektiv 14 niederschlagen, und während der Behandlung ist für den Arzt eine ausgezeichnete Sicht auf den Operationsort gewährleistet.
Dieser Kondensationseffekt wird durch die Tatsache verstärkt, daß der Katheter selbst vorzugsweise nicht mit einer zusätzlichen Isolierung umgeben ist. Dieses bewirkt, daß die Temperatur des Stickstoffgases, das aus dem Katheter am distalen Ende austritt, zu Beginn der Sprühbehandlung verhältnismäßig hoch ist und langsam sinkt, während sich der Katheter abkühlt. In der Tat waren in den Tests, die in den Speiseröhren von Schweinen durchgeführt wurden und die weiter unten in den Beispielen diskutiert werden, häufig 10–20 Sekunden notwendig, bevor ein signifikantes Einfrieren durch das Endoskop beobachtet wurde. Wenn der Katheter im wesentlichen isoliert wird, kühlt das Innere des Katheters viel schneller ab, da es keine Wärme aus der Umgebung aufnehmen wird. Bei diesem Isolierkatheter kann erwartet werden, daß der flüssige Stickstoff praktisch sofort auf das Gewebe gesprüht wird und ein viel schnelleres Einfrieren verursacht und so weniger Steuerung von seiten des Arztes ermöglicht.
Ein anderer Grund, daß das Objektiv bei dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung nicht einfriert oder eingenebelt wird, liegt darin, daß die Speiseröhre mit Stickstoffgas gefüllt wird, das extrem trocken ist. Das Stickstoffgas ist absolut trocken, weil der flüssige Stickstoff aus atmosphärischen Gasen bei einer Temperatur von –197°C kondensiert wird, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Feuchtigkeit kondensiert.
Die Kombination aus einem verhältnismäßig warmen und vollständig trockenen Stickstoffgas zusammen mit dem Absaugen entfernt alle feuchte Luft aus der Speiseröhre. Während die Temperatur des Gases, das in die Speiseröhre kommt, sinkt, sinkt auch die Oberflächentemperatur des Kameraobjektivs 14. Gewöhnlich würde das Objektiv 14 zu dieser Zeit kalt genug sein, um Feuchtigkeit und Nebel zu kondensieren, da jedoch die Speiseröhre (im Gegensatz zu ihrem üblichen hochgradig feuchten Zustand) dort ausgetrocknet wird, muß keine Feuchtigkeit kondensiert werden. So bleibt das Objektiv 14 unbenebelt und unbereift und ermöglicht eine freie Sicht während der Operation. Wenn auf der anderen Seite die Speiseröhre nicht durch Absaugen belüftet wird und/oder die Speiseröhre nicht vorab mit trockenem Stickstoffgas gespült wird (möglicherweise, weil der Katheter isoliert ist und seine Wärmekapazität verringert ist und/oder der Stickstoffabgabe-Druck zu hoch ist), dann ist es wahrscheinlich, daß das Objektiv eingenebelt oder bereift wird und der Arzt kann nicht effektiv operieren.
Um das Problem der feuchten Luft zu bewältigen, kann ein Nasen-Magen-Schlauch 41 vorgesehen werden (1–4). Während der kryo-chirurgischen Behandlung wird der Nasen-Magen-Schlauch vor dem Einsetzen des Endoskops 10 und des Katheters 20 eingesetzt. Der Nasen-Magen-Schlauch 41 kann, wenn er an eine Pumpe 45 angeschlossen wird, dazu dienen, vor der Kryo-Chirurgie feuchte Luft aus der Speiseröhre zu entfernen. Wenn die feuchte Luft entfernt ist, wird das T. V. Kameraobjektiv 14 nicht durch Nebel behindert und der Arzt kann die Kryo-Chirurgie mit einer ungehinderten Sicht durchführen. Alternativ können, wenn das Einnebeln während der Kryo-Chirurgie auftritt, der Nasen-Magen-Schlauch und die Pumpe benutzt werden, um die Speiseröhre zu evakuieren.
Im Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Aufbau des Katheters oder der Grad der Isolationskapazität so ausgewählt, daß das Einfrieren des Schleimhaut-Gewebes langsam genug erfolgt, um zu gewährleisten, daß der Arzt den Grad des Einfrierens beobachten und den Sprühstrahl stoppen kann, sobald die Oberfläche die gewünschte weiße Farbe angenommen hat (Kryobrand). Die klare Beobachtung resultiert aus dem Entfernen der feuchten Luft und des versprühten Stickstoffes durch die Vakuumpumpe; im Verbindung mit der Periode des Spülens mit verhältnismäßig warmen Stickstoff vor der Anwendung des Sprühstrahls des flüssigen Stickstoffes, der durch den relativen Mangel an Isolierung des Katheters bewirkt wird. Vorzugsweise hat der Katheter einen Grad an Isolierung aufzuweisen, der es ermöglicht, daß mindestens fünf Sekunden von dem Zeitpunkt, an dem die besagten Kontrollmittel betätigt werden, bis zu dem Zeitpunkt vergehen, an dem das verflüssigte Gas auf die Schleimhaut gesprüht wird.
Mit Bezug auf die 9, 13, 21 und 22 wird ein elektronisches Überwachungs- und Aufzeichnungssystem 90 veranschaulicht. Die elektronischen Bauelemente des Systems 90 enthalten einen Temperaturfühler oder Sensor 92 und einen Timer 96. Auch ist an das Überwachungs- und Aufzeichnungssystem 90 das Fußpedal 86 für das Betätigen des Solenoids 80 und die Aufzeichnungskonsole 95 angeschlossen. In 9 läuft eine elektrische Leistung 93 vom Solenoid 80 zum Kontrollsystem 90.
Der Temperaturfühler 92 ist dünn und kann in der Speiseröhre neben dem Katheter 20 eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können der Temperaturfühler 92 und der Katheter 20 separat oder als eine integrale aus Sensor und Katheter kombinierte Einheit eingesetzt werden, oder es kann alternativ der Sensor durch ein Extralumen des Endoskop eingesetzt werden, um mit dem Gewebe der Speiseröhre in Berührung zu kommen. Der Temperaturfühler 92 sendet Temperaturmeßwerte zum elektronischen Überwachungs- und Aufzeichnungssystem 90 für eine Verarbeitung und Aufzeichnung.
Der Strom des flüssigen Gases wird gestartet, indem das Solenoid Fußpedal 86 betätigt wird und wird beendet durch die Freigabe des Solenoid-Fußpedals 86. Das elektronische Überwachungs- und Aufzeichnungssystem 90 registriert die Zeiten, zu denen der Kryobrand beginnt und endet. Die Temperatur wird zusammen mit der Zeit für die Kryo-Chirurgie notiert. Diese Aufzeichnung ermöglicht eine bessere Datenerfassung und Dokumentation.
Es ist eine automatische Abschaltung vorgesehen, wenn eine Zeit- oder Temperaturgrenze überschritten wird. Im Falle von einer Abschaltung kann das elektronische Überwachungs- und Aufzeichnungssystem wieder aktiviert werden, indem die Rückstelltaste 98 betätigt wird (13). Meßwerte der aktuellen Uhrzeit und der Temperatur werden in den Fenstern 99 als LED Zahlen dargestellt. Die Fenster in 13 zeigen die Gesamtzeit 100 an; die Abschaltzeit 101; die Kryo-Zeit 102; die eingestellte Kryo-Zeit 103 und die Temperatur 104. In die Hauptkonsole des elektronischen Überwachungs- und Aufzeichnungssystems 90 in 13 ist eine Druckereinheit 95 integriert, die die Zeit 95 und die Temperatur während des Kryobrandes druckt und notiert. Jedes Ereignis wird aufgezeichnet, z.B. die Zeit, das An- und Abschalten, die Temperatur etc. In den 9 und 13 sind alternative Ausführungen des elektronischen Überwachungs- und Aufzeichnungssystems gezeigt. Der Ausdruck 97 ist in 13 dargestellt.
Die elektronische Konsole kann auf den speziellen Patienten vorprogrammiert werden.
Der Funktionsablauf der Komponenten, die benutzt werden, um das Verfahren der Anmelden durchzuführen, sind in den 21 und 22 beschrieben. 21 beschreibt die Stickstoffquelle 72, das fußbetätigte 86 Magnetventil 80, die elektronische Steuereinheit mit dem Drucker 90, das Endoskop 10 mit dem Katheter 20 und den T. V.-Monitor 28 für die Behandlung eines Patienten mit einem Baretts-Syndrom. In 22 ist ein vollständig automatisiertes System mit Sensoren und einem Mikroprozessor für die Durchführung der Kryo-Chirurgie dargestellt. Das vollständig automatisierte System gemäß 22 ist dem System gemäß 21 ähnlich, außer daß verschiedene Sensoren für Temperatur, Zeit, etc. 92 ein Ausgangssignal zu einer Mikroprozessorsteuereinheit 90 senden, um die Abschaltung des Systems zu kontrollieren, wenn voreingestellte Begrenzungen überschritten werden oder wenn voreingestellte Bedingungen nicht erfüllt sind.
Die Schritte für das Durchführen der kryo-chirurgischen Speiseröhren-Operation sind im Flußdiagramm in 23 beschrieben.
Der elektronische Schaltkreis für das elektronische Überwachungs- und Aufzeichnungssystem 90 ist in den 24–30 beschrieben.
Die Komponenten oder die Utensilien, die für das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, können verpackt werden und verkauft oder ansonsten den Gesundheitdienstleistern in Form eines Bausatzes zur Verfügung gestellt werden. Der Bausatz wird vorzugsweise steril für das Öffnen am Einsatzort des Verfahrens versiegelt. Der Bausatz umfaßt den Katheter mit Sprühstrahlmitteln an einem Ende sowie mit Mitteln für das Anschließen des Katheters an die Quelle für das verflüssigte Gas. Diese Mittel für das Anschließen können aus einer einfachen Luer-Verbindung an dem den Sprühstrahlmitteln gegenüberliegenden Ende des Katheters bestehen. Jedoch soll die Bezeichnung „Mittel für das Anschließen des besagten Katheters an eine Quelle für das verflüssigte Gas" jede mögliche andere Vorrichtung oder Apparat mit einschließen, die oder der es erlaubt, daß der Katheter an die Gasquelle angeschlossen wird.
Viele der Bestandteile des kryo-chirurgische Systems sind herkömmliche medizinische Geräte. Zum Beispiel ist das Endoskop ein herkömmliches medizinisches Gerät und würde nicht notwendigerweise als Teil eines Bausatzes geliefert werden müssen. Einer der in einem Bausatz oder in einer sterilen Verpackung zu liefernden Bestandteile ist ein kombiniertes Katheter-Entlüftungsventil.
Mit Bezug auf die 14–19 und 20 sieht die vorliegende Erfindung vor, daß der Katheter 106 an seinem proximalen Ende integral mit einem druckreduzierenden Entlüftungsventil 107 als komplette Einheit versehen ist. Diese Einheit kann mit der Gaszuführungsleitung über eine Luer-Verbindung 37 verbunden sein und an den Benutzer in einer sterilen Verpackung oder in einem Bausatz 108 geliefert werden (20).
Mit Bezug auf 14–19 ist dort schematisch ein Rohrverbinder 109 für das Anschließen eines Rohres, das vom Vorratsbehälter 72 für den flüssigen Stickstoff zum Solenoid 80 verläuft, dargestellt. Der Solenoid weist einen Anschluß auf, an den ein belüfteter Katheter angeschlossen werden kann. Der belüftete Katheter enthält als integrale Einheit einen Anschluß 37, der am Solenoid 60 angebracht ist, zusammen mit einer Entlüftungsöffnung 107 zwischen dem Anschluß 37 und dem Katheter 106.
Die Katheter- und Entlüftungseinheit kann mit verschiedenen Modifikationen in der Plazierung des Entlüftungsventils im Verhältnis zum Katheter geliefert werden. Zusätzlich ist eine Vielzahl von Reduziereinheiten zwischen dem Magnetventil und dem Katheter vorgesehen. Zum Beispiel zeigen die 14–16, daß die tatsächliche Position des Entlüftungshahnes im Verhältnis zum Katheter beliebig gewählt werden kann. Die 14–19 zeigen eine stumpfe Reduzierung (d.h., die Reduzierung liegt kurz vor dem Katheter). Die 17–19 stellen eine sich verjüngende Reduzierung bildlich dar (d.h., der Durchmesser wird allmählich über die gesamte Länge verringert). Eine andere Option würde eine stufenweise Reduzierung umfassen. Zusätzlich erwägen die Erfinder, daß die Entlüftungsöffnung ein Rohrstück aufweisen kann, das dazu dient, Gas abzulassen, sowie die Plazierung eines Siebes (ähnlich einem Abtropfsieb) innerhalb der Rohrleitung vom Solenoid zum Katheter. Dieses Sieb würde als mechanisches Mittel für das Abtrennen der flüssigen Phase von der Gasphase dienen.
Es sei insbesondere angemerkt, daß das Magnetventil speziell für die Kontrolle kryogener Gase ausgelegt ist und kommerziell erhältlich ist.
Auf 20 bezugnehmend erwägen die Erfinder, die Katheter- und Entlüftungseinheit 105 als separate Einzelteile zu liefern. Auf diese Art kann die Einheit in einer sterilen Verpackung oder als Bausatz 108 geliefert werden und zusammen mit der in den Operations-Räumen des Krankenhauses vorhandenen Ausrüstung verwendet werden. Der Bausatz kann einen Nasen-Magen-Schlauch 41 enthalten.
Die Mittel für die Kontrolle des Stromes des verflüssigten Gases zum Katheter sind vorzugsweise auch im Bausatz enthalten und können mit den Mitteln für das Anschließen des Katheters an die Quelle des verflüssigten Gases verbunden werden oder können ein Teil davon sein. Zum Beispiel kann der Anschluß ein Ventil enthalten oder das Ventil kann ein separates Element sein, das zwischen dem Anschluß und dem Katheter oder zwischen dem Anschluß und der Stickstoffquelle angeordnet ist.
Das Endoskop kann entweder ein Teil des Bausatzes sein oder ein vorhandenes herkömmliches Endoskop kann in Verbindung mit den restlichen Bestandteilen des Bausatzes benutzt werden.
Der Bausatz enthält optional auch die Mittel für das Zurückführen des Gases, wie ein Rohr und ein Element, das mit dem Mittel für das Zurückführen des Gases aus dem Rohr verbindbar ist. Solch ein Mittel, das mit dem Rohr verbindbar ist, um das Gas zu entnehmen, kann eine Vakuumpumpe oder jedes mögliche andere Gerät oder Apparat sein, die geeignet sind, das Gas aus dem Rohr zu entnehmen. Die Vakuumpumpe kann optional in dem Bausatz weggelassen werden, da eine Vakuumquelle häufig in den Krankenhausräumen, in denen ein solches Verfahren Verwendung findet, vorhanden ist.
Die Mittel für das Blockieren des Lumens sind auch beliebig innerhalb des Bausatzes vorliegend. So kann z.B. der Bausatz einen Ballonkatheter enthalten oder jede mögliche andere Vorrichtung oder Gerät, das die Funktion des Blockierens des Lumens vollenden kann, wenn in Benutzung.
Die Bezeichnungen „Behälter" oder „Paket", wenn sie in Bezug auf den Bausatz verwendet werden, sollen einen Behälter umfassen, in dem die Bestandteile des Bausatzes im Handel zusammen transportiert werden sollen. Es soll nicht einen vollständigen Verfahrens-Raum, in dem die einzelnen Bestandteile zufällig vorhanden sein können, ein vollständiges Fahrzeug, einen Laborschrank, etc. bezeichnen. Die beanspruchten "Mittel für das Erzeugen eines durchströmenden Flüssigkeitsstromes, der in eine radiale Richtung versprüht wird", sollen die erläuterten Ausführungsformen der Katheterspitzen umfassen, die in den 5–8 gezeigt sind, sowie alle funktionalen Äquivalente davon. Jedes Gerät, das an das Ende eines Katheters angeschlossen werden kann und das Flüssigkeit in den Katheter leitet, die im wesentlichen radial versprüht werden soll, kann benutzt werden. Die Terminologie „ein radiale Richtung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Katheters" soll einen unidirektionalen Sprühstrahl über einen geringen Winkelbereich in der radialen Ebene oder einen omnidirektionalen Sprühstrahl über 360° der radialen Ebene oder jeden möglichen Winkelbereich dazwischen mit einschließen. Die Bezeichnung „im wesentlichen senkrecht" soll nicht die Richtung des Sprühstrahls auf eine Ebene unter einem Winkel von 90° bezogen auf die Achse des Katheters begrenzen, sondern jede Art von Sprühstrahl einschließen, der es ermöglicht, die Schleimhaut des Lumens, wie der Speiseröhre, die zum sprühenden Katheter koaxial ist, nahe dem Ort der Spitze des Katheters einzusprühen, und einen Sprühstrahl ausschließen, der im wesentlichen nur axial verläuft. Die beanspruchten „Mittel für das Steuern des Stromes des verflüssigten Gases" sollen das einfache Daumenventil, das in der 1 veranschaulicht ist, ebenso umfassen wie jede andere mechanische, elektro-mechanische, etc. Vorrichtung, die die Funktion des Steuerns des Stromes des verflüssigten Gases von der Quelle zum Katheter übernimmt. Dieses schließt jede Art von Ventil, einschließlich z.B. einem Triggerventil, einem Drehschieber, einem Absperrhahn, etc. mit ein. Das Ventil kann manuell gesteuert werden, elektrisch betrieben werden, ferngesteuert werden, etc. Andere Mittel für das Steuern des Stromes des verflüssigten Gases sind nicht ausgeschlossen.
Die „Mittel für das Zurückführen des Gases" sollen das erläuterte Rohr 41 und die Vakuumpumpe 45 sowie jedes Funktionsäquivalent davon mit einschließen. Es ist gleichgültig, ob das Rohr, das das Gas entnimmt, durch das Endoskop, um das Endoskop herum geführt oder sogar in einen Bereich verlegt wird, aus dem das Gas durch einen Schnitt entnommen werden soll. Die einzige wichtige Funktion ist die Entnahme des Gases aus dem fraglichen Bereich. Während eine Vakuumpumpe bevorzugt wird, soll jede andere Art von Pumpe oder Vorrichtung, die die Entnahme des Gases bewirkt, durch diese Terminologie umfaßt sein. Andere Mittel für das Zurückführen des Gases werden nicht ausgeschlossen.
Die „Mittel für das Blockieren des Lumens" sollen nicht nur den Ballonkatheter 43 und den Schild gemäß der 6 umfassen, sondern auch jede mögliche andere Vorrichtung oder Technik, die die Funktion des Blockierens des Lumens, z.B. der Speiseröhre, übernimmt, wenn der Zustand, der behandelt wird, ein Barretts- Ösophagus ist. Jede mögliche Weise, auf die das Gas daran gehindert wird, durch den Katheter wesentlich über den Punkt der Blockierung hinaus versprüht zu werden, soll durch diese Terminologie umfaßt sein, z.B. die, das Lumen von außen physisch zusammenzudrücken oder den unteren Speiseröhren-Schließmuskel chemisch zu veranlassen, sich zu schließen, etc.
Die „Mittel für das Beaufschlagen des besagten verflüssigten Gases" sollen nicht nur die erläuterte Druckpumpe 34, sondern jede mögliche andere Vorrichtung oder Gerät umfassen, die das verflüssigte Gas von seiner Quelle zum Katheter treiben. Dieses schließt den Gebrauch eines druckbeaufschlagten Behälters mit verflüssigtem Gas oder eines Gerätes, das das Gas verflüssigt und dann direkt zum Katheter leitet, etc., mit ein. Keine Art der Förderung des verflüssigten Gases von der Quelle zum Katheter soll hier ausgeschlossen werden.
Jeder der in dem Verfahren spezifizierten Schritte, die hierin beschrieben sind, sollen ebenfalls nicht nur die spezifischen Aktionen, die in der Beschreibung aufgeführt sind, sondern alle möglichen anderen Aktionen umfassen, die die Funktion erfüllen, die in dem Verfahrensschritt festgelegt ist. So kann zum Beispiel der Schritt der Justage des Katheters von Hand durchgeführt werden, wie in 1 veranschaulicht, oder durch irgendeine andere geeignete Technik einschließlich des Gebrauch einer komplizierten ferngesteuerten robotischen Justiervorrichtung. Das gleiche ist für alle anderen Verfahrensschritte zutreffend, die weitere spezifizierte Funktionen durchführen.
Die Erfinder haben aus einleitenden Testergebnissen geschlossen, daß eine 30 Sekunden dauernde „Kryobrand"-Zeit ausreichend war, um die gewünschte Gewebezerstörung, und folglich die gewünschte zelluläre Heilung des beschädigten Gewebes sicherzustellen (diese Zusammenfassung basierte auf einer anschließenden 30-Tage-Beobachtungsperiode). „Kryobrand" ist eine Bezeichnung, die durch den Fall definiert ist, daß das normalerweise „rosafarbene" Speiseröhrengewebe weiß wird (ganz wie ein Gefrierbrand). Ein Bereich für die „Kryobrand"-Zeit zwischen 5–10 Sekunden und 2 Minuten oder mehr umfassen, abhängig von dem Substrat, das behandelt werden soll.
Aufgrund der Natur des Systems tritt der „Kryobrand" nicht sofort auf, sondern erfordert es, daß das Befestigungs- und Kathetersystem kalt wird. Gewöhnlich erfordert dieses ungefähr 20–30 Sekunden von dem Zeitpunkt an, zu dem das Solenoid-Fußpedal niedergedrückt wird und der flüssige Stickstoff aus dem Behälter ausströmen kann.
Während des Tierversuches lag die ungefähre Temperatur, bei der der Kryobrand zuerst beobachtet wurde, bei ungefähr –10 Grad C. Die Temperaturspanne für den Kryobrand würde bei etwa –10 bis –90 Grad C liegen.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird zuerst ein Nasen-Magen-Schlauch in die Speiseröhre eingeführt, anschließend wird ein Endoskop eingeführt. Das Endoskop wird mit lichtoptischer und Glasfaser-T. V. Kamera geliefert. Optional ist am Endoskop eine Temperatursonde angebracht, um die Temperatur zu messen und um die Temperatur an die Aufnahmekonsole zu melden. Nachdem der Nasen-Magen-Schlauch, das Endoskop und die Temperatursonde an der richtigen Stelle sind, wird der mit der Gaszuführung verbundene Katheter in ein Lumen des Endoskops eingesetzt. Bevor flüssige Gas zugeführt wird, wird die Speiseröhre mit dem Nasen-Magen-Schlauch belüftet, um feuchte Luft aus der Speiseröhre zu entfernen (falls erforderlich). Wenn die Feuchtigkeit entfernt ist und das Endoskop richtig positioniert ist, kann Gas an den Katheter abgegeben werden, indem der Solenoid mit dem Fußpedal betätigt wird. Sobald der Solenoid betätigt ist, strömt gasförmiger Stickstoff und dann ein Sprühstrahl flüssigen Stickstoffes aus der Spitze des Katheters. Der Kryobrand dauert im allgemeinen zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten.
Beispiel:
Die Kryo-Sprühstrahl-Vorrichtung gemäß 1 wurde in den Experimenten benutzt, um die Wirksamkeit und die Sicherheit dieser Vorrichtung bei der Schleimhaut-Entfernung im distalen Speiseröhrenbereich von Schweinen zu ermitteln. Der Katheter 20 war ein langer 7Fr ERCP-artiger Katheter, der durch den Biopsiekanal eines Olympus GIF-100 Endoskops eingeführt wurde. Die Schweine wurden mit intravenös verabreichtem Telazol und Xylazine sediert. Eine komplette Anästhesie war nicht notwendig. Flüssiger Stickstoff wurde auf den distalen 2 Zentimetern der Speiseröhre in 16 Schweinen unter direkter endoskopischer Beobachtung gesprüht, bis ein weißer „Kryobrand" erschien, normalerweise innerhalb von 10–20 Sekunden. Die 31–34 zeigen Fotographien durch das Endoskop während eines solchen Verfahrens. Dauer und Position des Sprühstrahls wurden verändert, um den histologischen Response und die Tiefe des „Kryobrandes" zu ermitteln. Die Schweine wurden dann an den Tagen 2, 7, 14, 21 und 30 reendoskopiert, um Biopsien vom Behandlungsort zu erhalten und die Schleimhaut-Entfernung und die Re-Epithelisierung festzustellen. Alle Schweine wurden dann getötet und autopsiert.
Das Einfrieren der Speiseröhren-Schleimhaut war durch einen weißen „Kryobrand" mit schart abgegrenzten Seitenrändern erkennbar. Dieses wurde von einem langsamen Auftauen innerhalb von Minuten und einem anschließenden Schleimhaut-Erythema gefolgt. Sechzehn Schweine wurden einer halb-umfangs- bis umfangsmäßigen Kryo-Therapie ihrer distalen Speiseröhre mit einer Dauer des „Kryo-Brennens" von 10–60 Sekunden unterzogen. Die Blasenbildung und die Häutung des Oberfläche der Schleimhaut traten innerhalb von 2 bis 7 Tagen nach dem Kryo-Sprühstrahlen auf. Eine Schleimhaut- Schädigung trat nur unmittelbar am Kryo-Behandlungsort auf. Biopsien 48 Stunden nach dem Kryo-Sprühstrahlen zeigten durchwegs gerinnungsbedingte Nekrosen, welche die Schleimhaut-Schicht mit einbezogen, und Biopsien 30 Tage nach dem Kryo-Sprühstrahlen zeigten durchwegs eine komplette Re-Epithelisierung des verletzten Bereiches. Komplikationen umfaßten eine Speiseröhren-Verengung und eine Speiseröhren-Perforierung in den Experimenten mit verlängertem Kryo-Brennen.
Diese Experimente an lebenden Schweinen, die ein gültiges Modell der menschlichen Speiseröhre darstellen, zeigen, daß das Kryotherapie-Sprühen von flüssigem Stickstoff über die obere Endoskopie eine einfache Technik ist, die geeignet ist, eine gesteuerte Schädigung der Schleimhautoberflächlichen mit einer kompletten Heilung der Speiseröhre zu erzeugen.
Fotographien (31–34) zeigen Beispiele der kryogenen Behandlung mit einem Gerät gemäß dieser Erfindung. Es sei angemerkt, daß das Kryo-Sprühstrahlen nicht die Betrachtung der Speiseröhre beeinträchtigt. Zusätzlich perforiert das Kryo-Sprühstrahlen bei der Erzeugung eines Kryobrandes nicht die Speiseröhre.
Die vorangehende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen beschreibt so vollständig die Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist und die andere, indem sie das vorhandene Wissen anwenden, durch spezifische Ausführungsformen ohne übermäßiges Experimentieren leicht ändern und/oder an verschiedene Anwendungen anpassen können. Es versteht sich, daß die Phraseologie oder die Terminologie, die hier benutzt werden, der Beschreibung

Claims

Ein kryochirurgisches Gerät für die Kältesprühablation eines Bereichs des Ösophagus mit einer Kombination eines Endoskops (10), eines Katheters (20) und einer Quelle für eine kryogenes Medium (32), die mit dem besagten Katheter derart verbunden ist, daß bei Gebrauch das Endoskop hilft, das kryogene Medium so zu plazieren, daß es in die Nähe des Bereiches gesprüht wird, der mittels Kältesprühablation entfernt werden soll, wobei der Katheter kryogenes Medium mit niedrigem Druck abgibt, ohne den Ösophagus zu perforieren, derart, daß der Katheter relativ zu dem Bereich manipuliert werden kann, der während der Abgabe des kryogenes Mediums entfernt wird.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, das weiterhin ein faseroptisches Mittel für das Betrachten des zu entfernenden Bereichs aufweist.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 2, wobei das faseroptische Mittel zusammen mit einer Lichtquelle und einer bildgebenden Kamera bewegt wird.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die bildgebende Kamera ein Objektiv zusammen mit einem Mittel für das Verhindern des Beschlagens des Objektivs der besagten bildgebenden Kamera aufweist.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, das weiterhin ein aufblasbares Mittel aufweist, das geeignet ist, aufgeblasen zu werden und dadurch das kryogene Medium in dem zu entfernenden Bereich zu lokalisieren.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Katheter ein distales Ende und ein proximales Ende aufweist und wobei das distale Ende mit Mitteln ausgestattet ist, um das kryogene Medium in einer radialen Richtung in Bezug auf die Achse des Katheters zu versprühen.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, das mit Mitteln zum Steuern der Zufuhr des kryogenen Mediums versehen ist.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei eine Heizvorrichtung an der besagten Quelle für das kryogene Medium angeordnet ist, um eine leistungsfähige Abgabe des besagten kryogenen Mediums für die Ablation zu gewährleisten.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei das Gerät mit Mittel für das Entfernen von feuchter Luft oder Gas aus dem Ösophagus versehen ist.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Katheter an seinem proximalen Ende mit einem Entlüftungsventil versehen ist, um den Druck des Gases zu verringern, das am distalen Ende des Katheters abgegeben wird.
Das kryochirurgische Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Katheter ein distales Ende und ein proximales Ende aufweist und wobei das distale Ende das kryogene Medium zu einer Seite relativ zur Achse des Katheters versprüht.