JP2011526170A

JP2011526170A - 凍結プローブの温度調整器、温度調整器を有する凍結手術用装置及び凍結プローブの温度を調整する方法

Info

Publication number: JP2011526170A
Application number: JP2011515155A
Authority: JP
Inventors: フランツガイゼルハルト
Original assignee: エルベエレクトロメディツィンゲーエムベーハー
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: US10485602B2; CN102083383B; EP2339980A1; DE102008045563B9; DE102008045563A1; CN102083383A; JP5619737B2; EP2339980B1; PL2339980T3; US20110152848A1; DE102008045563B4; WO2010000376A1

Abstract

本発明は凍結用手術装置に温度調整器を設けるようにするものである。凍結手術用器具を用いる場合、より治療上の成功のため、凍結手術用器具に適用される温度をできる限り正確に設定することが望ましい。従来の装置はこのためにコントローラが、冷却力が予め規定した値に相当するように、凍結手術用器具における冷却力を調整できるように対応する温度センサを有している。しかしながら、いくつかの温度センサの寸法が凍結プローブに設けるのを阻んでいる。さらに、適切な温度センサは高価であり、低い耐久性しか有していない。本願は、この問題を、凍結プローブの温度を調整するための温度調整器であって、冷媒を第１の圧力で蒸発領域へ供給し、該冷媒が第２の圧力の存在下において該凍結プローブの冷却部を冷却するために少なくとも一時的に蒸発するものにおいて、該凍結プローブの温度を調整し、該蒸発領域において少なくとも該第２の圧力を設定する圧力設定手段を設けた温度調整器を提供することにより解決している。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、請求項１に係る凍結プローブ（探針）の温度調整（制御）を行う温度調整器、請求項１０に係るこの種の温度調整器を有する凍結手術用装置及び凍結プローブの温度を調整する方法に関するものである。

凍結（冷凍）手術用装置は知られている。これは、凍結手術器具、流体源及び該凍結手術器具に供給される冷却力を設定するためのコントローラを備えている。冷蒸気（cold steam）系統又はジュールトムソン効果のいずれかが該冷却力を供給するために用いられる。

ジュールトムソン効果は、実ガス（real gas）又はガス混合物（mixture）が絞り（圧力変化）を受ける結果として温度変化を受けるときに生ずる。もし、ガスを絞る場合、例えばリストリクターを用いるか又は別の障害物を設けると、該ガスが膨張する。これは、該障害物の後で該ガスが占める量（体積）が増大することを意味する。この場合、平均粒子間隔が拡大し、これによりガスの温度低下が発生する。

該冷蒸気系統は、異なる圧力で異なる沸騰又は凝縮温度を有する物質の特性を利用している。使用される望ましい物質は冷媒(冷却剤)と呼ばれる。冷蒸気系統の稼動範囲は、冷媒の達成可能な沸騰又は凝縮温度によって定められる。従来より、液化された冷媒が高圧下で蒸発室(ここでの圧力は非常に低い)へ注入される。対応する沸点は一方では使用した冷媒に依存し、他方では蒸発室を支配する圧力に依存している。従って、蒸発室が、蒸発室を支配する温度を超えた沸点を生じさせる場合には、冷媒は少なくとも部分的に蒸発しそのシステム系統から熱エネルギーを奪う。蒸発した冷媒は再び放出路を介して除去され再凝縮されるか又は捨てられる。

凍結手術器具を有効且つ有利に使用するためには、プローブまたはその一部の温度を予め規定した値に設定できることが必要であり且つその値に常に保持できることが必要である。従って凍結手術においては、例えば同一症例において再現可能な組織効果を奏することができる。また、それぞれの場合において最適な組織効果を奏するために異なる症例に対してプローブの先端の温度を可変にすることが望ましい。

プローブの先端に広がる温度及び冷却力の正確な調整を実行することができるようにするため、最近の凍結手術装置は温度調整器を備えている。
この調整のため、プローブの先端温度を決定することが必要である。目下、小型のシース(層状)熱電対が温度センサとして用いられている。これらは比較的高価なものであり、その構造は複雑であり、その耐久性は、機械的な安定性が低く腐食に対する影響が受け易いことから、比較的低い。非常に細いプローブの場合には、適切なデザイン(構造)を有する熱電対がない。従って温度調整を伴わないだけの特定のプローブ(例えば内プローブ(endocryoprobe)及び硝子体内プローブ)がある。

あるいは凍結手術用装置の器具には逆方向にも可逆性を有するリストリクターを含むものを利用する。これらのリストリクターには例えば、３つの調節可能な段階がある。その温度は、個々の調節可能な段階間で半一定流体源において調節することができる。基準値は、繰り返しその器具を用いることにより、または冷却力を測定することにより決定することができる。このようにして決定された基準値は比較的不正確であり、利用分野により変動する。また新たな測定は、使用する器具の全てについても行わなければならない。これは非常に高くつくものとなる。

このような先行技術から出発して、本発明の目的は、凍結プローブの温度を調節するための改良された温度調節器を提供することにある。特に、温度調節器は、そのデザインに関らず、全ての凍結プローブに用いることができるものとして開示される。

さらに、対応する凍結手術用装置及び凍結プローブの温度を調節するための方法が開示される。
本発明によれば、この目的は請求項１に係る温度調節器、請求項9に係る凍結手術用装置及び請求項11に係る方法によって実現される。

特に、この目的は、凍結プローブの温度を調整するための温度調整器であって、冷媒を第１の圧力で蒸発領域へ供給し、該冷媒が第２の圧力の存在下において該凍結プローブの冷却部を冷却するために少なくとも一時的に蒸発するものにおいて、該凍結プローブの温度を調整し、該蒸発領域において少なくとも該第２の圧力を設定する圧力設定手段を設けた温度調整器によって達成される。

すなわち、本発明の基本的な思想は、使用する冷媒に対して、凍結プローブの所望の目標温度と実質的に同じかまたは近い沸点を作り出すように蒸発領域における圧力を設定することにある。一旦凍結プローブがこの目標温度に達すると、もはや蒸発はなく、凍結プローブには冷却力が生まれない。蒸発領域における温度が設定された沸点を超えている場合には、これが蒸発に至り、蒸発領域、従って凍結プローブから熱エネルギーを奪うことになる。従って、システム系統が予めセットした沸点で自己調整しているので、蒸発領域又は凍結プローブにおいては現在の沸騰温度を決定する必要がなくなる。

狭義の「冷媒」という言葉は、低圧及び低温での蒸発によって生ずる熱を含むが、これは、混合及び分解反応によって化学的に冷たい混合物において実行される。従って、再生は隔離によって冷たい混合物内で実行される。本願においては、「冷媒」という用語は、より一般的な意味、すなわち冷たい混合物を含むと理解されることになる。

該圧力設定手段は、該第２の圧力を調整するための調整手段を介して接続された、該第２の圧力を測定するための少なくとも第１の圧力トランスデューサ及び少なくとも１つの調節弁を備えることができる。沸点が直接的に現在の圧力に依存しているので、凍結プローブの温度は蒸発領域に特定の圧力を規定することによって設定することができる。従って、その温度はバルブ及び対応する圧力トランスデューサによって調整することができる。従って、調整手段は、規定された温度に依存して、蒸発領域に一定圧力を設定するように具体化されている。圧力トランスデューサバルブを介して温度を調整することは、それらの要素が凍結プローブ内に必ずしも配置させる必要が無いという利点を有する。凍結プローブの放出路上に圧力トランスデューサ及びバルブを設けることが考えられる。さらに、これらの要素は凍結プローブの例えばハンドル内に配置することができる。温度センサを備えた構成と比較すると、それらの要素を、従来のように空間的にかなり範囲が限定された蒸発領域内において又はそれに接触して直接配置する必要は無い。

温度調節器は第２の圧力を調整するための少なくとも１つの減圧弁を備えることができる。
この温度調節器は、冷媒が蒸気領域から流出するときに生ずる流量を決定するための流量測定手段と、第２の圧力の測定及び/又は設定における流出量に対抗する流れ抵抗(流通抵抗)を含めるための補償手段を備えている。蒸発領域から離れて配置された圧力トランスデューサを選ぶ場合には、該測定領域と該蒸発領域との間に生ずる流れ抵抗を考慮することが役に立つ。低温において、帰還ガスが低圧力、従って大きな特定の体積を有する場合には、流れ抵抗が大きく、従ってこの時点で特別な修正が重要となる。加えて、沸点曲線はこの温度範囲において特に急激に進み、従って圧力測定において小さな誤差が温度に関しての大きな誤差になってしまう。該流量測定手段は、流量を決定するために、第1の圧力を決定するための第２の圧力トランスデューサを備えることができる。また、入力路及び放出路における圧力差から流れ抵抗を決定することができる。あるいは、適当な場所におけるガス貫流量は、考慮すべき流れ抵抗に関する情報を与えることができる。補償手段としては、凍結プローブの流れ抵抗データを入力するためのデータ入力装置を備えることができる。この流れ抵抗は各凍結プローブの構造、特に帰還路の断面積に依存しているので、流れ抵抗を予め定めることができ、データ入力装置を介して手動又は自動で入力することができる。

例えば、データ入力装置は、多数の凍結プローブの流れ抵抗データを含むデータメモリを備えることができる。これにより、流れ抵抗の決定がより簡単になる。
データ入力装置は、接続された凍結プローブを識別するための装置識別手段を備えることができる。従って、温度調節器が、接続された凍結プローブを自動的に識別し更にデータメモリから対応する流れ抵抗を読み出すことが考えられる。このような流れ抵抗データは、第２の圧力の測定及び/又は設定において考慮されるように使用することができる。
本目的も、前述したように、プローブシャフトを有する凍結プローブ及び温度調節器を備えた凍結手術装置によって達成される。その利点は前述したのと同様に得られる。

凍結プローブは、第２の圧力を検出するため、プローブシャフトの近端又はそれに近いところに配置される少なくとも第１の圧力トランスデューサを備えることができる。従って、この圧力設定装置は、対応する要素、例えばバルブ又は圧力トランスデューサに十分なスペースがあるところに配置することができる。
本目的はまた、冷媒を蒸発させるために蒸発領域を有する凍結プローブの温度を調整するための方法であって、
該蒸発領域において該冷媒の少なくとも１つの圧力を決定すること、及び
該凍結プローブの温度を調整するために該圧力を所定の値に設定すること、
を備えた方法によって達成される。

この方法での中心的な思想は、蒸発領域に特定の圧力を設定することによって温度調整を確実に行うことにある。従ってこの温度は圧力を介して間接的に調整される。
該少なくとも１つの圧力が、凍結プローブにおけるその近端での圧力トランスデューサによって、又は凍結プローブからの冷媒の除去中に決定することができる。この圧力を決定するとき、蒸発領域における圧力を直接測定しなければならない訳ではない。

流れ抵抗は本方法においても考慮されなければならない。
本発明を、ダイアグラムでより詳細に示されるいくつかの実施例に基づいて説明する。

温度調節器を有する凍結プローブの概略図である。

本発明による凍結手術装置は、所定の圧力で冷媒1を提供するための流体源20を備えている。この冷媒1は温度調節器30を経由して凍結プローブ10に供給される。プローブの先端17の近い領域に対して冷媒1を導く入力路11が凍結プローブ10の内部に伸びている。入力路11内では、結果として生じる冷媒固有の沸点が凍結プローブ10に存在する温度よりもずっと低くなるように十分に高い第1の圧力P₁を有する。従って、冷媒1はその液体状態を保つ。冷媒1は入力路11の先端におけるノズル14を介して凍結プローブ10内に配置された蒸発領域15に送られる。ここに存在する第２の圧力P₂は第１の圧力P₁よりもずっと低い。従ってより低い沸点が冷媒固有なものとして得られる。冷媒1は凍結プローブ10に存在する温度の関数として蒸発し、凍結プローブから熱エネルギーを奪う。あるいは、冷媒1は、ガスが冷却中に、ノズル14に対するジュールトムソン効果の冷却結果として２相混合体に変換されるように最大動作圧力でのガス状態(沸点曲線上のガス除去)で供給することができる。液体成分は蒸発領域15におけるプローブヘッドの内部表面、又はプローブの先端17の内部表面において沸騰する。

冷媒1、又はガスは、さらに凍結プローブ10内の放出路12を介して温度制御器30に戻され、そこで捨てられるか又は再生成される。この目的のため、放出路12は蒸発領域15及び温度制御器30に流体状態で接続される。

第２の圧力P₂の調整の結果、沸騰温度は予め規定した値に従って設定することができる。従って、凍結プローブ10の冷却力と第２の圧力P₂との直接の相関関係を確立することができる。

凍結プローブ10の温度を効果的に調整するため、温度制御器30は、コントローラ40と、入力路圧力トランスデューサ31と、放出路圧力トランスデューサ31’と、入力路比例弁32と、放出路比例弁32’と、貫流センサ33とを備えている。入力路圧力トランスデューサ31は、コントローラ40が入力路11を第１の圧力P₁に決定するための信号を出す。このため、入力路圧力トランスデューサ31は入力路11上に配置される。放出路圧力トランスデューサ31は、これに従って放出路12上に配置され、コントローラ40が蒸発領域15内を第２の圧力P₂に決定するための信号を出す。冷媒1が放出路12を介して蒸発領域15から流れ出るときに生ずる圧力降下を考慮することができるようにするため、貫流センサ33(これによってコントローラ40が現在の流れ抵抗を決定することができる)が放出路12上に配置される。従って、コントローラ40は流れ抵抗を考慮して放出路圧力トランスデューサ31を用いて測定された圧力を修正することができ、これに伴って修正した圧力P₂を決定することができる。

この修正は、凍結プローブ10が低温で動作する場合には特に重要である。帰還ガス又は冷媒1はさらに非常に低い圧力P₂、従って大きな特定の体積を有しており、その結果高い流れ抵抗を呈する。加えて従来の冷媒1の沸点曲線はこの温度範囲において特に急激に変化するので、第２の圧力P₂の計算における小さな誤差が凍結プローブにおける温度の設定に著しい偏差をもたらすことになる。

本発明の利点は、第１の圧力P₁及び/又は第２の圧力P₂を決定するためのセンサ及びトランスデューサを、蒸発領域15において又はその近辺に配置する必要がないということである。

これらのセンサ又はトランスデューサは、放出路12又は入力路11において、又はその近端に取り付けることができる。従って、より小さな直径を有する凍結プローブのデザインが考えられる。

第２の実施例では、流れ抵抗を、入力路圧力トランスデューサ31及び放出路圧力トランスデューサ31’に基づいてのみ決定することができる。このため、温度調節器30に接続されている凍結プローブ10を介して装置固有データを提供する必要がある。このようなデータは、例えばノズル14の断面積を含んでいる。あるいは、流れ抵抗の測定は、第１及び/又は第２の圧力P₁、P₂の関数として実験室において実行及び集計することができる。装置固有のデータを特定の凍結プローブ10に割り当てることができるようにするため、１つの実施例としてはデータ入力装置を含む。このデータ入力装置は装置固有のデータを記憶するためのメモリ及び特定の種類の凍結プローブ10を選択できるようにする装置認識手段を有する。特定の凍結プローブ10が選択されるや否や、コントローラ40は圧力比及び記憶された装置／器具固有のデータの関数として装置固有の流れ抵抗を計算する。

あるいは、データ入力装置42は、接続された装置種類を自動的に検出することができる。
このような自動的な認識は、例えば、凍結プローブ10に取り付けられたRFIDタグに記憶されたシリアルナンバーを読み出すことによって実行することができる。

当業者は、接続された凍結プローブ10の対応する識別をどのようにして促進することができるかについての別の多くの方法について精通するようになる。これには、動作に先立つ凍結プローブ10のテスト段階における種々の特性変数を決定し、ブルートゥースタグを読み出すか、又はバーコードをスキャンすることを含んでいる。

第２の圧力P₂をできるだけ許容誤差範囲内にするため、第１の実施例における方法による流れ抵抗及び第２の実施例における流れ抵抗を決定することが考えられる。あるいは、これら２つの方法の１つだけを適用してもよい。

当業者にとっては、本発明による冷凍プローブ10の温度を調節するための方法を、たった１つの放出路圧力トランスデューサ31’及び１つの放出路比例弁32’が存在する場合でも実行することができることは自明である。

従ってコントローラ40は、第２の圧力P₂を決定した後、放出路比例弁32’(これは放出路12に接続されている)が、圧力P₂が予め規定した値に達するように設定されているという調節用ループを実行することができる。この値は、使用する冷媒1に依存して、特定の沸騰／蒸発温度に対応する。この温度は、治療を実行する医師によって操作される操作ユニットを介してコントローラ40に入力することができる。

コントローラ40は、入力路圧力トランスデューサ31を介して決定することができる第１の圧力P₁を、選択的な入力路比例弁32を介して設定することができる。従って、例えば入力路比例弁32を介して、凍結プローブ10に導入された冷媒1の量を調節することができる。さらに、ジュールトムソン効果によって得られる冷却力は、第１の圧力P₁と第２の圧力P₂との間の圧力差を設定することによって規定することができる。

流体源20も、冷媒1が温度調節器30に導入されるときの入力圧力の手動設定を可能にする選択的な流体源バルブ22を有している。
要約すると、本発明では、凍結プローブ10の冷却力を調整するための第２の圧力P₂を設定していることに再度注目すべきである。

冷媒1の固有の沸点は、知られているように、周囲の圧力及び現在の温度に依存している。従って、予め規定した第２の圧力P₂では、冷媒1は固有の温度にまでのみ沸騰する。蒸発領域15において、より低い温度が既に存在する場合には、冷媒1は沸騰しない。従って、状態の変化に基づきシステム系統からは熱は奪われない。一定の第２の圧力P₂で連続して冷媒1を供給している間は、対応する固有の温度が蒸発領域15に設定される。

1 冷媒
10 凍結プローブ
11 入力(供給)路(admission run)
12 放出(搬送)路(discharge run)
14 ノズル
15 蒸発領域
17 先端
20 流体源
22 流体源バルブ
30 温度調節器
31 入力路圧力トランスデューサ
31’ 放出路圧力トランスデューサ
32 入力路比例弁
32’ 放出路比例弁
33 貫流センサ
40 コントローラ
42 データ入力装置
P₁ 第１の圧力
P₂ 第２の圧力

Claims

凍結プローブ(10)の温度を調整するための温度調整器であって、冷媒(1)を第１の圧力(P₁)で蒸発領域(15)へ供給し、該冷媒(1)が第２の圧力(P₂)の存在下において該凍結プローブ(10)の冷却部を冷却するために少なくとも一時的に蒸発するものにおいて、
該凍結プローブ(10)の温度を調整し、該蒸発領域(15)において少なくとも該第２の圧力(P₂)を設定する圧力設定手段を設けたことを特徴とする温度調整器。
請求項１において、
該圧力設定手段が、該第２の圧力(P₂)を調整するための調整手段(40)を介して接続された、該第２の圧力(P₂)を測定するための少なくとも第１の圧力トランスデューサ(31’)及び少なくとも１つの調節弁(32’)を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１又は２において、
該第２の圧力(P₂)を調整するための少なくとも１つの減圧器を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至３のいずれか1つにおいて、
該冷媒(1)が該蒸発領域(15)から流れ出るときに生ずる流量を決定するための流量測定手段(33)と、該第２の圧力(P₂)を測定及び/又は設定するに際しての流出量に対抗する流れ抵抗を含める補償手段等を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至４のいずれか1つ、特に請求項４において、
該流量測定手段(33)が該流量を決定するために、該第１の圧力(P₁)を検出するための第２の圧力トランスデューサ(31)を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至５のいずれか1つ、特に請求項４又は５において、
該補償手段が、該凍結プローブ(10)の流れ抵抗データを入力するためのデータ入力装置(42)を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至６のいずれか1つ、特に請求項６において、
該データ入力装置(42)が多数の凍結プローブ(10)の流れ抵抗データを含むデータメモリを備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至７のいずれか1つ、特に請求項６又は７において、
該データ入力装置(42)が、接続された凍結プローブ(10)を識別するための装置識別ユニットを備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至８のいずれか1つにおいて、
該冷媒(1)を少なくとも部分的に凝縮するために該蒸発領域(15)の上流に接続された膨張手段(14)を備えたことを特徴とする温度調整器。
請求項１乃至９のいずれか1つにおける温度制御器(30)及びプローブシャフトを有する凍結プローブ(10)を備えたことを特徴とする凍結手術用装置。
請求項１０において、
該凍結プローブ(10)が、該第２の圧力(P₂)を検出するために、該プローブシャフトの近端又はその近くに配置された少なくとも第１の圧力トランスデューサを備えたことを特徴とする凍結手術用装置。
冷媒(1)を蒸発させるために蒸発領域(15)を有する凍結プローブ(10)の温度を調整するための方法であって、
該蒸発領域(15)における該冷媒(1)の少なくとも１つの圧力(P₂)を決定すること、及び
該凍結プローブ(10)の温度を調整するために該圧力(P₂)を所定の値に設定すること、
を備えたことを特徴とする方法。
請求項１２において、
該少なくとも１つの圧力(P₂)が、該凍結プローブ(10)の近端において圧力トランスデューサ(31’)により、あるいは該凍結プローブ(10)から該冷媒(1)を除去する間において決定されることを特徴とする方法。
請求項１２又は１３において、
該少なくとも１つの圧力(P₂)の決定が、該凍結プローブ(10)の放出路における流れ抵抗を考慮することを含むことを特徴とする方法。
請求項１２乃至１４のいずれか1つにおいて、
該冷媒を液化するために該冷媒(1)の制限を行うことを備えたことを特徴とする方法。