JP2012522621A - 多管の遠位部を有する単相液体冷媒冷凍アブレーション・システム及び関連する方法 - Google Patents

Abstract

本明細書は、単相の液体冷媒の冷凍アブレーション・システム及び方法を記載する。冷凍アブレーション・システムは、液体寒剤又は液体冷媒を、液体寒剤の蒸発なしに、閉じた流れ経路を流れる。冷凍プローブが、組織にエネルギーを伝達するための遠位のエネルギー輸送部を含む。冷凍プローブの遠位部に位置付けられた複数の冷却用マイクロチューブが、組織に極低温エネルギーを伝達する。遠位部の複数のマイクロチューブは、極低温範囲において柔軟性を示す材料により作製され、冷凍プローブの遠位部が曲げられ、さまざまな形状の標的組織に適合することを可能にする。

Description

本発明は、生物学的組織を治療するための冷凍アブレーション・システムに関するものである。

より詳細には、本発明は、液体の冷媒を使用する冷凍アブレーション・プローブ、及び多管の遠位端を有する凍結手術用プローブに係るものである。

凍結手術療法は、治療すべき標的生物学的組織を適切に凍結するために、極度な低温を適用すること含み、複雑な冷却システムを有する。これらのシステムの多くは、いかなる隣接する健康な組織又は器官にも望ましくない影響を与えずに、組織の選択された部分に接触するように設計された、特定の形状及びサイズを有する冷凍プローブ又はカテーテルを使用する。冷凍プローブの遠位端を通して導入されるいくつかのタイプの冷媒を用いて極度に凍結させる。冷凍プローブのこの部分は、治療すべき標的生物学的組織と直接熱的に接触しなければならない。

例えば、液体窒素及び亜酸化窒素タイプのシステムを含む多様な凍結手術システムが知られている。液体窒素は、およそ−２００℃の非常に好ましい低温を有するが、周辺の温かい生物学的組織と熱的に接触している冷凍プローブの遠位凍結ゾーンに導入されると、その温度は沸点（−１９６℃）を超えて上昇し、蒸発し、大気圧において体積が数百倍に膨張し、冷凍プローブの遠位端から急速に熱を吸収する。この体積の膨大な膨張により、冷凍プローブの小型針の内部空間が気体窒素によって「ふさがれる」と、結果的に「蒸気閉塞」作用を招く。さらに、これらのシステムでは、使用中に窒素気体が単純に直接大気へ排出されて手術室の大気中水分に露出されると凝縮物の雲を作るほか、液体窒素貯蔵タンクの頻繁な詰め替え又は交換が必要となる。

亜酸化窒素及びアルゴンのシステムは、通常は、冷凍プローブの端先端に配置された小さなオリフィス、スロットル、又は他のタイプの流れ狭窄部などのジュール・トムソン膨張用部材による圧縮気体の膨張によって冷却を行う。例えば、典型的な亜酸化窒素システムは、約０．１ＭＰａの圧力で約−８５℃〜−６５℃以上の温度に達するように気体を約５ＭＰａ〜５．５ＭＰａに加圧する。アルゴンでは、約２１ＭＰａの初期加圧で０．１ＭＰａの同じ圧力において温度約−１６０℃を達成する。亜酸化窒素冷却システムは、液体窒素システムによって実現される温度及び冷却力を達成することはできない。亜酸化窒素及び冷却システムは、室温における高圧気体の入口がプローブ先端でジュール・トムソン絞り部材又は他の膨張装置に到達すると、システムの断熱の必要性を排除するために、いくつかの利点を有する。しかし、比較的大きい初期圧力と組み合わされた不十分に低い動作温度のために、凍結手術への適用は厳しく限定される。さらに、ジュール・トムソンシステムは、通常、圧縮ガスを膨張させることによって必要な温度降下を達成するために、流出する膨張ガスを使用して流入する高圧ガスを冷却するための熱交換器を使用する。これらの熱交換器システムは、直径で３ｍｍ未満であることを要する所望の小型サイズのプローブ先端とは両立できない。アルゴン・システムは、所望の冷凍アブレーション温度に達成することができるものの、アルゴン・システムは、十分な冷却力を実現せず、非常に高い気体圧力を必要とする。これらの制限は非常に望ましくないものである。

別の冷凍アブレーション・システムは、臨界点近傍又は超臨界状態にある流体を使用する。そのような冷凍アブレーション・システムは米国特許第７，０８３，６１２号及び米国特許第７，２７３，４７９号に説明されている。これらのシステムは先のシステムに比べていくつかの利点を有する。この利点は気体並みの粘度を有する流体から生じる。このシステムは、窒素の臨界点に近い動作条件を有することによって、なお良好な熱容量を提供しながら、上記で説明した望ましくない蒸気閉塞を回避することを可能にする。さらに、この冷凍システムは小さなチャネル・プローブを使用することができる。

しかし、冷凍アブレーション・システムで臨界点近傍の寒剤を使用することによる課題が生じる。詳細には、窒素がその臨界点を通過（約８回）すると窒素に著しい密度変化が生じ、器具の事前冷却時間を長くする必要性が生じる。熱容量は、臨界点の近くのみが高く、長い事前冷却時間を必要とするより高い温度においては、システムは非常に非効率である。さらに、このシステムは冷凍プローブを効率的に温めない（又は解凍しない）。更に、臨界点近傍の寒剤システムは、作製がより困難である特別注文の極低温ポンプを必要とする。

更に他のタイプの冷凍システムが特許文献に説明されている。米国特許第５，９５７，９６３号、米国特許第６，１６１，５４３号、米国特許第６，２４１，７２２号、米国特許第６，７６７，３４６号、米国特許第６，９３６，０４５号、及び２００８年１１月１９日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４号は、延性があり柔軟な冷凍プローブを説明している。ジュール・トムソン効果と組み合わせた、液体窒素、亜酸化窒素、アルゴン、クリプトン及び他の寒剤又はその異なる組合せを供給するための凍結手術システムを説明した特許の例には、米国特許第５，５２０，６８２号、米国特許第５，７８７，７１５号、米国特許第５，９５６，９５８号、米国特許第６０７４５７２号、米国特許第６，５３０，２３４号、及び米国特許第６，９８１，３８２号が含まれる。

米国特許第７，０８３，６１２号明細書 米国特許第７，２７３，４７９号明細書 米国特許第５，９５７，９６３号明細書 米国特許第６，１６１，５４３号明細書 米国特許第６，２４１，７２２号明細書 米国特許第６，７６７，３４６号明細書 米国特許第６，９３６，０４５号明細書 国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４号明細書 米国特許第５，５２０，６８２号明細書 米国特許第５，７８７，７１５号明細書 米国特許第５，９５６，９５８号明細書 米国特許第６０７４５７２号明細書 米国特許第６，５３０，２３４号明細書 米国特許第６，９８１，３８２号明細書 特許出願第１２／４２５，９３８号明細書

しかし、上記で説明したシステムにもかかわらず、冷凍プローブの多管の遠位端内で蒸発及び「蒸気閉塞」を排除することができる、低圧及び極低温を使用した改善された冷凍アブレーション・システムがなお望ましい。

この冷凍アブレーション・システムは、流路に液体冷媒を循環させる。流路は閉じており、流路に通る液体冷媒を蒸発させないか、又は液体冷媒の状態を変化させない。冷凍アブレーション・システムは、流路に沿っていくつかの構成部材を含む。液体冷媒を初期圧力及び初期温度で保持する容器が提供される。一具体例においては、初期圧力は比較的低く、初期温度は標準の環境温度又は室温である。このシステムは、液体冷媒を流路を通って流すとともに、液体冷媒の圧力を所定の圧力まで上昇させて圧縮液体冷媒を形成するように動作可能な液体ポンプを更に含む。冷却装置又は冷却器は、圧縮液体冷媒を初期温度よりも低い所定の極低温まで冷却する。所定の極低温は、組織にとって致死である温度と同じである。別の具体例においては、所定の極低温は、摂氏−１００度以下であり、別の具体例においては、摂氏−１４０度以下である。

さらに、このシステムは、圧縮液体冷媒を受け入れるように構成された冷凍プローブを含む。冷凍プローブは、遠位エネルギー輸送部及び遠位先端を有する細長いシャフトを含む、さまざまな部分を有する。遠位エネルギー輸送部は、冷却用マイクロチューブの束及び戻りマイクロチューブの束を含む。液体冷媒は、冷却用マイクロチューブ及び戻りマイクロチューブを通って、それぞれ前記遠位先端に向かって流れ、及び前記遠位先端から離れるように流れる。

一具体例においては、戻りマイクロチューブは、液体冷媒を容器に運ぶ少なくとも１つの寒剤戻りラインに流体的に結合され、それにより液体冷媒が蒸発することなく液体冷媒の循環流れ経路を完成する。逆止弁又は別の減圧弁が、戻りラインと容器との間の流路に沿って位置付けられて、容器に入る前の液体冷媒の圧力を下げることができる。

遠位端部は、剛性又は成形可能であってもよい。剛性の具体例によれば、マイクロチューブは、ステンレス鋼などの剛性材料から形成される。

別の具体例においては、遠位端は、成形可能、曲げ可能、又は柔軟である。マイクロチューブは、動作中に遠位部が柔軟なままであるために、−２００℃から環境温度までの全範囲の温度で柔軟性を維持する材料で製造されたものにできる。

本発明の成形性は、直径、肉厚及び材料に基づいて、調節され選択されることが可能である。一具体例においては、マイクロチューブのそれぞれは、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の内径、約０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の肉厚を有し、及び／又は、ポリイミド材料から形成される。

別の具体例においては、絶縁された入口ラインが冷凍プローブのシャフトに沿って延在し、液体冷媒を冷却用マイクロチューブの束又は複数の冷却用マイクロチューブに輸送する。冷却入口ラインは、排気された空間又は真空の空間により断熱される。

別の具体例においては、このシステムは、比較的低圧で動作する。初期圧力は０．４ＭＰａ〜０．９ＭＰａであり、圧縮後の流路に沿った圧縮圧力は０．６ＭＰａ〜１．０ＭＰａである。これは、小さな液体ポンプでの動作を可能にする利点を有する。

別の具体例においては、冷凍アブレーション・システムの冷却器は、所定の極低温を有する液体寒剤に沈められた熱交換器を含む。

別の具体例においては、マイクロチューブの束は冷却表面の表面積を増やすのに十分であり、したがって標的組織への熱伝達（冷却）を高める。マイクロチューブの数は５個〜１００個である。複数の冷却用マイクロチューブが、環状を構成する戻りマイクロチューブの束の周りに位置付けられてもよい。

別の具体例においては、冷凍プローブは、冷媒を液体のみの状態に維持しながら、圧縮液体冷媒を遠位先端へ、及び遠位先端から循環させるように構成される。冷凍プローブは、遠位エネルギー輸送部及び遠位先端を有する細長いシャフトを含む、さまざま部分を有する。遠位エネルギー輸送部は、冷却用マイクロチューブの束及び戻りマイクロチューブの束を含む。液体冷媒は、冷却用マイクロチューブ及び戻りマイクロチューブを通って、それぞれ前記遠位先端に向かって流れ及び前記遠位先端から離れるように流れる。

本発明の別の流れ例においては、冷凍アブレーション・システムは、冷凍プローブに入る前の液体冷媒を温める第２の流路を含む。冷凍プローブは、標的組織に熱を伝達する。スイッチ、弁、又は他の手段が、どちらの流路が選択されるかを制御して、その結果として熱か極低温エネルギーかのどちらが冷凍プローブのアクティブな（選択された）チューブを通って組織に与えられる。

別の流れ例においては、極低温エネルギーを組織に付与するための冷凍アブレーション方法が、液体冷媒の状態を変えずに、密閉された流路を通って液体冷媒を流すステップを含む。この方法は、冷凍プローブの遠位部を標的組織の近傍に位置付けるステップと、冷凍プローブの遠位部に沿って延在する複数の冷却用マイクロチューブの壁を通して極低温エネルギーを組織に伝達するステップとを更に含む。複数のマイクロチューブは、遠位部がアブレーションの標的である組織と適合して、組織へのエネルギーの伝達を高めるように屈曲されてもよい。

一具体例におけるマイクロチューブは、シャフトに沿って環状に延在し、一組の内側の戻りマイクロチューブを同心円状に取り囲む。戻りマイクロチューブは、より温かな液体冷媒を冷凍プローブの近位部に戻す。

本発明の別の具体例においては、曲面を有する組織にエネルギーを付与するための冷凍アブレーション方法を含む。この方法は、冷凍アブレーション・システムの流路を通って液体冷媒を流すステップを含む。液体冷媒は単相の状態のままであり、流路を通って流れる間にその臨界状態には達しない。

この方法は、冷凍プローブの遠位部を標的組織の近傍に位置付けるステップと、遠位部を曲面の周りで曲げるステップとを更に含む。この方法は、遠位部の周りで氷構造体を形成するステップを更に含み、氷構造体は、遠位部にある複数の冷却用マイクロチューブを通して極低温エネルギーを与えることによって形成される。氷構造体の形状は、細長い要素、ループ型、フック型、又は作業者によって選択された別の形状の形を取ることができる。

本発明の別の具体例においては、非窒素の冷媒を使用する。更に別の具体例は、従来のジュール・トムソン効果を排除するように液体冷媒を循環させる。更に別の具体例は、冷媒がその流路を通って流れる間に、流体の粘度が液体状態にある流体の粘度であるように、非臨界点近傍状態において液体冷媒を循環させることである。更に別の具体例では、流体が流路を通って流れる間に実質的に非圧縮性のままで冷媒流体を循環させる。

本発明の説明、目的、及び効果は、添付の図面と併用して、以下の詳細な説明より明らかになるであろう。

本発明による冷凍アブレーション・システムで使用される液体冷媒の冷却サイクルに対応した状態図。 本発明による冷凍アブレーション・システムで使用される液体冷媒の加熱サイクルに対応した状態図。 圧力の関数としての液体窒素の沸点の図である。 冷凍プローブにおいて複数のマイクロチューブを備える冷凍アブレーション治療のための冷却システムの概略図。 本発明による冷凍プローブの遠位部の断面図。 図４ａに示された遠位先端の拡大図。 図４ａに示された冷凍プローブの遷移部の拡大図。 図４ａに示された冷凍プローブの端面図。 冷凍プローブの、遠位先端に及び遠位先端から液体冷媒を運ぶための、複数のマイクロチューブを示す４ｅ−４ｅ線に沿った断面図。 冷凍プローブの遠位部に沿ってさまざまな形状の氷を生成する冷凍プローブ動作を含む、閉じたループの単相液体冷媒冷凍アブレーション・システムを示す図。 冷凍プローブの遠位部に沿ってさまざまな形状の氷を生成する冷凍プローブ動作を含む、閉じたループの単相液体冷媒の冷凍アブレーション・システムを示す図。 冷凍プローブの遠位部に沿ってさまざまな形状の氷を生成する冷凍プローブ動作を含む、閉じたループの単相液体冷媒の冷凍アブレーション・システムを示す図。 冷凍プローブの複数のマイクロチューブと、液体冷媒を温めるための第２の流路とを備える、冷凍アブレーション治療のための別の冷却システムの概略図。

本発明を詳細に説明する前に、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、説明される本発明に対してさまざまな変更形態及び修正形態がなされてもよく、均等形態が代用されてもよい。本発明は、本明細書において述べられる特定の変形形態に限定されないことを理解されたい。本開示を読むとき、当業者には明らかであるように、本明細書において説明され図示される個々の実施例のそれぞれは、本発明の範囲又は趣旨から逸脱せずに、他のいくつかの実施例のいずれかの特徴から容易に分離されるか、又は特徴と組み合わされてもよい、別個の構成要素及び特徴を有する。さらに、多くの修正形態が、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセス行動、又はステップを、本発明の目的、趣旨、又は範囲に適合させるようになされてもよい。すべてのそのような修正形態は、本明細書においてなされる特許請求の範囲内にあることを意図している。

本明細書に列挙された方法は、列挙された事象の順序のみならず、列挙された事象の、論理的に可能であるいかなる順序で実施されてもよい。更に、値の範囲が示される場合、その範囲の上限値と下限値との間にあるすべての介在値、及びその提示された範囲における任意の他の提示された値又は介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。また、説明される本発明の変形形態のいかなる任意の特徴も、独立して又は本明細書で説明される特徴の任意の１つ又は複数と組み合わせて、述べられ特許請求されてもよいことが企図されている。

本明細書において言及されたすべての既存の内容（例えば、刊行物、特許、特許出願、及びハードウェア）は、その内容が本発明の内容と矛盾する（その場合には本明細書の内容が優先される）場合を除いて、その全体を本明細書に援用する。参照された事項は、本出願の出願日に先立つそれらの開示のためのみに提供されている。本明細書における何物も、本発明が先行発明によってそのような資料に先行する権利がないことを認めるものとして解釈すべきではない。

単数形の記載は、その物が複数存在している可能性を含む。より詳細には、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、「ｓａｉｄ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示されない限り複数の指示対象も含むものとする。特許請求の範囲は、任意の必須でない要素を排除するように起案されてもよいことを更に留意されたい。したがって、この記載は請求項要素の記述に関連した「唯一の」「ただ１つの」などのような排他的な用語を使用するための、又は「否定的な」限定を使用するための、先行する基礎として働くことを意図している。最後に、特に定義されていない限り、本明細書において使用されるすべての技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有することを認識されたい。

冷凍アブレーション治療のための本発明の冷却システムは、低圧及び極低温における液体冷媒を使用して、冷凍プローブの遠位端及び除去すべき生物学的組織の周りに確実な冷却を提供する。冷凍プローブの多管遠位端と組み合わされた冷却手段としての液体冷媒の使用は、冷媒の蒸発をなくし、凍結手術処置を大幅に単純化する。

低圧及び極低温の冷媒を使用する実例が図１Ａに図示されている。詳細には、融点約−１５０℃を有するＲ２１８冷媒（オクタフルオロプロパン）の相図が示されている。図１Ａの図の軸線は、Ｒ２１８冷媒の圧力ｐ及び温度Ｔに対応し、固体状態、液体状態、及び気体状態が共存するところの点（ｐ，Ｔ）の位置を線で表す相線１１及び１２を含む。本実施例に関連してＲ２１８が示されているものの、本発明は他の液体冷媒の使用を含むことができる。

図１Ａの点Ａにおいて、冷媒は、貯蔵タンク又は容器の中で「気液」平衡状態にある。冷媒は、約０．４ＭＰａの初期圧力ｐ_０において、環境温度Ｔ_０又はそれよりわずかに低い温度を有する。閉じたループサイクル又は冷媒流路が、液体冷媒が容器又は貯蔵タンクを出る地点から開始する。冷媒が、全冷却サイクルを通して液体状態のままであるために、且つ冷凍プローブ又はカテーテルを通して寒剤が流れるために必要な圧力を提供するために、冷媒は、わずかに上昇した圧力約０．７ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲（又はこの実例では約０．７５ＭＰａ）で維持される。これは、図１Ａの点Ｂに対応する。点Ｂは、Ｒ２１８冷媒の液体範囲にある。更に、液体は、図１Ａの路１３によって示される温度Ｔ_ｍｉｎに対する点Ｂから点Ｃへと冷却装置（冷却器などであるがそれに限定されない）によって冷却される。この温度は、上昇した圧力において、その凍結温度よりもいくぶん高い（温かい）ことになる。

点Ｃにおける低温の液体冷媒が、冷凍アブレーション治療に使用され、治療すべき生物学的組織と熱的に接触している冷凍プローブの遠位端に誘導される。この熱的接触は、冷凍プローブのマイクロチャネル遠位端の水圧抵抗（インピーダンス）によって引き起こされる点Ｃから点Ｄへの圧力降下と同時に、液体冷媒の温度上昇につながる。戻り液体の温度は、その環境のために上昇する。詳細には、温度は、周囲環境との熱連通のために、且つ逆止弁（点Ａ^＊）などの装置によって維持されたわずかに上昇した圧力によって上昇する。約６ｋＰａの小さな圧力降下が、液体冷媒を貯蔵タンクに戻す戻りラインの液相条件を維持するために望ましい。最終的に、サイクル又は流路は、液体寒剤が貯蔵タンクに入る地点で完成する。液体冷媒は、図１Ａの点Ａに再度対応する容器のポート又は入口穴を通して再び入ることができる。上記で説明した冷却サイクルが、必要に応じて連続的に繰り返されることになる。

いくつかの実例において、冷却装置又は冷却器は、その圧力に応じた所定の温度Ｔ_ｍｉｎを有する圧縮液体窒素に沈められた熱交換器であってもよい。圧力は、約１．０ＭＰａ〜３．０ＭＰａの範囲に及んでよい。液体窒素を、液体アルゴン又はクリプトンに置き換えることができる。この場合では、所定の温度Ｔ_ｍｉｎは、約０．１ＭＰａ〜０．７ＭＰａほどの低さの圧力において得られる。液体冷媒の必要な所定の温度Ｔ_ｍｉｎ及び対応する圧力を定義する液体窒素の「圧力ｐ−温度Ｔ」の図の例が図２に示されている。

本発明の実施例は、冷却サイクル中、低圧及び低温下でいかなる蒸発もなしに閉じたループにおいて動作中の液体状態にある冷媒を循環させることである。冷凍アブレーション治療のための冷却システムが図３に概略的に示されている。ここで、容器３０内の初期圧力ｐ_０における液体冷媒は、環境の温度Ｔ_０下において液体ポンプ３１によって圧縮される。蒸気の高圧縮が後に続く、冷媒の蒸発によって冷却が達成される典型的な閉じた冷却サイクルとは反対に、このポンプは非圧縮液体を流すので、サイズが非常に小さくてもよい。更に液体冷媒は、コイル部３３を通して冷却器３２に移される。コイル部３３は、搬入ライン３６から供給された、逆止弁３７により所定の圧力下に維持されたボイルオフ寒剤３４、３５に沈められている。

ボイルオフ寒剤は所定の温度Ｔ_ｍｉｎを有する。冷却器３２のコイル部３３は、柔軟な遠位端３１１の多管の入口流体輸送マイクロチューブに流体連結される。その結果、最も低い動作温度Ｔ_ｍｉｎを有する低温の液体冷媒が、真空空間３１０を形成する真空シェル３９によってカプセル化された低温の入力ライン３８を通って、冷凍プローブの遠位端３１１に流れ込む。流体輸送マイクロチューブの端部に位置付けられた端部キャップ３１２が、入口流体輸送マイクロチューブから、戻された液体冷媒を含む出口流体輸送マイクロチューブへと、流体輸送を行う。次いで、戻された液体冷媒は、戻された冷媒の圧力を初期圧力ｐ_０をわずかに上回るまで下げることを意図した逆止弁３１３を通過する。最後に、冷媒は、ポート又は開口３１５を通って容器３０に再び入り、液体冷媒の流路を完成する。システムは、連続的な冷媒の流れを形成し、図３の流路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ^＊−Ａは図１Ａに示された相の物理的位置に対応する。冷媒は、開口３１７を通って容器を離れる地点から、開口３１５を介して貯蔵タンク又は容器に戻る地点までの全流路又は全サイクルを通して、その液体状態を維持する。

液体冷媒を使用した閉じたループの冷凍プローブの例は、「冷凍アブレーション処理の方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｒｙｏａｂｌａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」と題する２００９年４月１７日付で出願された特許出願第１２／４２５，９３８号に説明されている。

本冷却システムにおいて、説明されたプロセスの達成可能な最低温度Ｔ_ｍｉｎは、使用されるべき液体冷媒の凍結温度を下回らないことになる。凍結手術における多くの実際的な応用では、冷凍プローブの遠位端の温度は、少なくとも−１００℃以下でなければならず、冷凍アブレーション処置を有効に実施するためには−１４０℃以下がより好ましい。約−１５０℃以下で標準凍結温度を有することが知られている一般的に使用される毒性のないいくつかの冷媒が存在する。それらを以下の表１に示す。

図４ａを参照すると、本発明の一実施例に従った冷凍プローブの遠位部４００が示されている。遠位部４００は、複数のチューブ４４０、４４２から構成されるエネルギー輸送部を含む。

図４ｃ及び図４ｅを参照すると、遠位部４００が、２組のチューブ、即ち、入口流体輸送マイクロチューブ４４０と出口流体輸送マイクロチューブ４４２とを含む。入口流体輸送チューブ４４０は、液体冷媒を極低温エネルギー輸送領域が生じる冷凍プローブの遠位部に誘導して、プローブの近傍の組織を治療する。これらの冷却（又はアクティブな）マイクロチューブは、環状を形成する構成で示されている。出口流体輸送（又は戻り）マイクロチューブ４４２は、液体冷媒を標的部位から離れるように誘導する。

図４ｂは、図４ａに示されたエネルギー輸送部４００の遠位端の拡大図である。端部キャップ４４３が、入口マイクロチューブ４４０及び出口マイクロチューブ４４２の端部に位置付けられて、流体遷移チャンバ４４４を画定する。流体遷移チャンバ４４４は、入口流体輸送マイクロチューブと出口流体輸送マイクロチューブとの間に、密な流体連通を提供する。端部キャップは、しっかり締められ、粘着剤又は接着剤により流体的に密封されてもよい。一実施例において、ブッシング（はめ輪）４４６が、プラグ４４８を遠位部に取り付けるために使用される。他の製造技術が、構成要素を作製し互いに連結させるのに用いられてもよく、それらはなお本発明の範囲内にあることを意図している。

図４ｃは、遷移領域４５０の拡大図を示す。複数の冷却用マイクロチューブ４４０が、１つ又は複数のより大きな入口通路４６０に流体結合され、戻りマイクロチューブが、１つ又は複数のより大きな戻り通路４５２に流体結合されている。戻りラインは最終的に、液体冷媒を、寒剤源又は例えば図３で説明した容器３０などの容器に誘導し戻し、それにより、寒剤が蒸発又は流出することを許容することなく、液体寒剤の流路又はループを完成する。

好ましい実施例では、入口ライン４６０は熱的に絶縁されている。絶縁は、コーティング及び絶縁材料により形成される層によって実現されてもよい。好ましい絶縁構成は、入口ラインを取り囲む排気された空間、即ち真空層を形成することを含む。

流体輸送マイクロチューブは、さまざまな材料から形成されてもよい。剛性のマイクロチューブに好適な材料は、焼きなましされたステンレス鋼を含む。柔軟なマイクロチューブに好適な材料は、ポリイミド（カプトン）を含むが、これに限定されない。本明細書で使用されるとき、柔軟とは、過度の力をかけずに、且つ割れなどの著しい性能低下をもたらしたりすることなく、冷凍プローブの多管の遠位端をユーザが所望する方向に曲げる能力を指すことを意図している。これは、曲線の組織構造の周りで冷凍プローブの遠位部を操作するのに役立つ。

別の実施例において、柔軟なマイクロチューブは、−２００℃から周囲温度までの全範囲の温度で柔軟性を維持する材料により形成される。別の実施例においては、−２００℃〜１００℃の範囲の温度で柔軟性を維持する材料が選択される。

流体輸送マイクロチューブの寸法は多様であってよい。流体輸送マイクロチューブのそれぞれは好ましくは約０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍ、より好ましくは約０．１ｍｍ〜１ｍｍ、最も好ましくは約０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の内径を有する。各流体輸送マイクロチューブは好ましくは約０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ、より好ましくは約０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲の肉厚を有する。

本発明は、これまでのプローブに比べて熱交換範囲が実質的に拡大される。本発明の熱交換範囲は、遠位端の多管の性質のために比較的大きい。使用されるマイクロチューブの数に応じて、遠位端は単一のシャフトで同様のサイズの直径を有するこれまでの遠位端に比べて、熱接触範囲を数倍に増やすことができる。マイクロチューブの数は、広く多様であってよい。シャフト遠位部におけるマイクロチューブの数は、好ましくは５本〜１００本、より好ましくは２０本〜５０本である。

図５から図７までにおいて見られるように、異なる形状の氷構造体及び氷球５００ａ、５００ｂ、５００ｃが、冷凍プローブの多管の遠位部３１１の周りで形成できる。遠位端を所望の方向に曲げることによって、氷球が所望の形状に作製され得ることを見ることができる。これらの形状は、広く多様であってよく、例えば、図５の細長い要素５００ａ、図６のフック型５００ｂ、図７に示されるような完成ループ型５００ｃ、又は更に詰まった渦巻状（「ゼンマイ型」）を含む。別のタイプの多管の冷凍プローブについては、２００８年１１月１９日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４号も参照されたい。

本発明の別の実施例は、冷凍プローブの遠位部を加熱することを含む。冷凍プローブの遠位部を温めることは、氷構造体を解かして、プローブの取り外しを容易にする、又は、限定はしないが、電気焼灼、凝固、又は熱によるアブレーションなどの外科的な適用を行うために役立つことができる。

図８は、図１Ａ及び図３に関連して上記で説明したような第１の冷却流路ＡＢＣＤＡ^＊と、液体を温めるための第２の加温流路ＡＢ_ＨＣ_ＨＤ_ＨＡ^＊とを含む、冷凍アブレーション・システムを示す。詳細には、加温流路が、図８の貯蔵タンク３０で始まり、図１Ｂの点Ａ^＊に対応する。液体冷媒は、図１Ｂの点Ｂ_Ｈに対応する液体ポンプ３１によって圧縮される。

図８に示されるように、液体冷媒は冷却器３２をバイパスし、加熱ユニット５０４に入る。冷却器をバイパスすること又は流路を切り換えることは、例えば、弁５００、５０２を使用して実現できる。しかし、当業者に知られているような他の手段が利用されてもよい。

加熱器５０４は、液体の温度を上昇させる直列式の加熱器であってもよく、図１Ｂの点ＣＨに対応する。

液体は、加熱器部を出て、冷凍プローブ又はカテーテル６００に入る。より温かい液体が、遠位部６０２及び多管の構造を介して、組織／氷と熱的に連通する。

液体冷媒は、カテーテルを出て、図１Ｂの点ＤＨに示されたものに対応する温度及び圧力になる。次に、液体はポート３１５を介して貯蔵タンクに戻された後、点Ａ^＊において環境温度になる。逆止弁又は他の手段３１３が、全流路及び全サイクルを通して寒剤を液体状態に維持する、Ａ^＊とＡとの間の小さな圧力差を提供するために組み込まれてもよい。

冷凍プローブの多管の遠位端の能力により、冷凍アブレーションは、硬い針状の応用から、限定はしないが、外部及び内部の心臓への適用、内視鏡への適用、手術用ツール、血管内使用、皮下及び表在の皮膚科学への適用、放射線学への適用その他を含む、最新の診断処置及び治療処置を支援するために使用される、ほぼすべての最新の装置へと拡張される。

本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本発明に対し、いくつかの変形形態及び修正形態がなされてもよいことが理解されるであろう。

Claims (26)

1. 組織を治療するための、閉じたループを有する、単相の液体冷媒の冷凍アブレーション・システムにおいて、該冷凍アブレーション・システムが、
   前記液体冷媒を初期圧力及び初期温度で保持する容器と、
   前記液体冷媒の圧力を所定圧力まで上昇させ、それにより圧縮液体冷媒を形成するように動作可能な液体ポンプと、
   前記圧縮液体冷媒を、前記初期温度よりも低い所定の極低温まで冷却するように動作可能な冷却装置と、
   前記冷却装置に結合され、前記圧縮液体冷媒を受け入れるように構成された冷凍プローブと
   を備え、
   前記冷凍プローブが、遠位のエネルギー輸送部及び遠位先端を有する細長いシャフトを更に備え、前記エネルギー輸送部が、複数の冷却用マイクロチューブ及び複数の戻りマイクロチューブを備え、前記液体冷媒が、前記冷却用マイクロチューブを通って前記遠位先端に向かって流れ、及び前記戻りマイクロチューブを通って前記遠位先端から離れるように流れ、前記複数の戻りマイクロチューブが、前記容器に流体結合されており、それにより前記液体冷媒の前記ループが完成されており、前記冷媒が前記ループを通って運ばれる際に前記液体冷媒が蒸発することがないようになっている、冷凍アブレーション・システム。
2. 前記複数の冷却用マイクロチューブが、前記複数の戻りマイクロチューブの周りを取り囲いでいる、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
3. 前記複数の冷却用マイクロチューブ及び前記複数の戻りマイクロチューブが、撚り合わされた束を形成している、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
4. 前記マイクロチューブのそれぞれが、動作中に遠位部が柔軟なままであるために、−２００℃から環境温度までの範囲の温度において柔軟性を維持する材料により製造されている、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
5. 前記冷却用マイクロチューブが、冷却入口ラインに接続され、該入口ラインが真空の空間によって絶縁されている、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
6. 前記所定の極低温が−１４０℃以下である、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
7. 前記初期圧力が、０．２ＭＰａ〜１．５ＭＰａであり、前記所定の圧力が、０．６ＭＰａ〜２．０ＭＰａである、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
8. 前記冷却装置が前記極低温の液体寒剤に沈められたコイル状の熱交換器を備える冷却器である、請求項６に記載された冷凍アブレーション・システム。
9. 前記冷却装置が、スターリング冷凍機及びパルス管冷凍機から選択された１つである、請求項６に記載された冷凍アブレーション・システム。
10. 前記マイクロチューブのそれぞれが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の内径を有する、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
11. 前記マイクロチューブのそれぞれが、約０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の肉厚を有する、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
12. 前記マイクロチューブのそれぞれが、ポリイミド材料から形成される、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
13. 前記液体冷媒がＲ２１８である、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。
14. 組織を治療するための、単相の液体冷媒の冷凍アブレーション・システムにおいて、該冷凍アブレーション・システムが、
    液体冷媒と、
    前記液体冷媒を初期圧力及び初期温度で保持し、前記液体冷媒が出入りするための入口及び出口をそれぞれ備える容器であって、前記入口から液体冷媒流路が始まり、前記出口で前記冷媒流路が終わる、前記容器と、
    前記容器と流体連通し、前記液体冷媒を前記容器から前記液体冷媒流路を通って流れさせるとともに、前記液体冷媒の圧力を所定の圧力まで上昇させて圧縮液体冷媒を形成するように動作可能な液体ポンプと、
    前記液体冷媒流路を通って前記ポンプの下流に配置され、前記圧縮液体冷媒を前記初期温度よりも低い所定の極低温まで冷却するように動作可能な冷却装置と、
    前記流路を通って前記冷却器の下流に配置された冷凍プローブと
    を備え、
    前記冷凍プローブは、遠位のエネルギー輸送部を有する細長いシャフトを更に備え、前記エネルギー輸送部が、前記液体冷媒を前記組織に向けて運ぶための複数のアクティブなマイクロチューブ、及び前記液体冷媒を前記組織から離れるように運ぶための複数の戻りマイクロチューブを備え、前記液体冷媒流路を通って流れる前記液体冷媒が液体のみの状態のままである、冷凍アブレーション・システム。
15. 加温ラインを備える制御可能な冷却バイパスループを更に備え、前記加温ラインが、前記液体冷媒を前記冷却装置から離れるように誘導し、前記冷凍プローブに入る前の前記液体冷媒の温度を環境温度を超えて上昇させるようになっている、請求項１４に記載された冷凍アブレーション・システム。
16. 極低温エネルギーを組織に付与するための冷凍アブレーション方法において、該冷凍アブレーション方法が、
    冷媒容器の出口から始まり、エネルギー輸送用遠位部を有する冷凍プローブを通って、前記冷媒容器の入口に戻る第１の流路を通って液体冷媒を流すステップであって、前記第１の流路を通って流れる前記液体冷媒が液体のみの状態のままである、前記液体冷媒を流すステップと、
    前記冷凍プローブの前記エネルギー輸送用遠位部を前記組織の近傍に位置付けるステップと、
    前記冷凍プローブの前記エネルギー輸送用遠位部に沿って延在する複数のマイクロチューブの壁を通して極低温エネルギーを前記組織に伝達するステップと
    を含む冷凍アブレーション方法。
17. 前記組織へのエネルギーの輸送を向上させるために、前記冷凍プローブの前記エネルギー輸送用遠位部を前記組織に適合させるステップを更に含み、該適合させるステップを、前記複数のマイクロチューブを屈曲させることによって実施する、請求項１６に記載された冷凍アブレーション方法。
18. 前記複数のマイクロチューブが、前記エネルギー輸送用遠位部で環状に配置される、請求項１６に記載された冷凍アブレーション方法。
19. 前記位置付けるステップを、内視鏡、可視化装置、及びステアリング装置からなる群から選択された１つの装置によって実施する、請求項１６に記載された冷凍アブレーション方法。
20. 前記マイクロチューブの前記壁を通して、前記組織に熱を伝達するステップを更に含む請求項１６に記載された冷凍アブレーション方法。
21. 前記液体冷媒を前記第１の流路から第２の流路に切り換えるステップであって、前記第２の流路が前記液体冷媒を温める加熱要素を含む、前記切り換えるステップを含む請求項２０に記載された冷凍アブレーション方法。
22. 曲面を有する組織にエネルギーを与えるための冷凍アブレーション方法であって、
    液体冷媒の状態を変えずに、冷凍アブレーション・システムの閉じた第１の流路を通って前記液体冷媒を流すステップであって、前記冷凍アブレーション・システムが遠位部を有する冷凍プローブを備える、前記液体冷媒を流すステップと、
    前記冷凍プローブの前記遠位部を前記組織の近傍に位置付けるステップと、
    前記遠位部を曲げるステップと、
    前記組織に接触した前記遠位部の周りで氷構造体を形成するステップであって、前記氷構造体が、前記遠位部の複数のマイクロチューブを通して極低温エネルギーを伝達することによって形成される、前記形成するステップと
    を含む冷凍アブレーション方法。
23. 前記氷構造体の形状が、ループ型、フック型、及びゼンマイ型からなる群から選択された１つの形状である、請求項２２に記載された冷凍アブレーション方法。
24. 前記マイクロチューブの壁を通して氷に熱エネルギーを与えることによって、前記氷構造体を融解させるステップを更に含む請求項２２に記載された冷凍アブレーション方法。
25. 前記液体冷媒を前記第１の流路から第２の流路に切り換えるステップであって、前記第２の流路が前記液体冷媒を温める加熱要素を含む、前記切り換えるステップを含む請求項２３に記載された冷凍アブレーション方法。
26. 前記液体冷媒がプロパンである、請求項１に記載された冷凍アブレーション・システム。