JP2022171938A - 圧力調整機能を備えた冷凍凝固手術システム - Google Patents
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Abstract
Description
そのような任意の1つの実施形態では、圧力制御バルブが開いた後の経過時間を所定の時間と比較することができる。圧力制御バルブが所定の時間を超えて開いたままである場合、圧力制御バルブを閉じることができ、及び/又はフォルト条件を生成することができる。好適には、所定の時間は、第1及び/又は第2のアルゴリズムに従って制御されたときに圧力制御バルブが開いたままである時間よりも長くすることができる。
図2は、冷凍凝固手術システム10の概略図である。システムの部品は、システムのハウジング12の内部にコンパクトに格納することができる。冷凍凝固手術システムは、1つ以上の流体源14を含む。流体源14は、冷凍凝固手術中に熱伝達の媒体又は流体を供給することができる。例えば、熱伝達媒体は、アルゴン、窒素、空気、クリプトン、CO2、CF4、キセノン、及び他の様々なガスなどの流体とすることができる。一例では、流体源14は、単に加圧容器又はキャニスタであり得る。特定の有利な態様では、冷凍凝固手術システム10は、携行可能なデスクトップコンソールの形態であり得る。そのようないくつかの有利な態様では、システムは、約22.7kg(50ポンド)未満(例えば、約20kg(44ポンド))の重量を有してもよい。したがって、そのようなシステムは、手術室にコンパクトに配置することができ、それによって必要なスペースを減らすことができる。
上記のように、処置具は、図3に示されるクライオプローブ100などのクライオプローブ100であり得る。クライオプローブ100は、細長いほぼ円筒形の中空体、すなわちプローブシャフト102を備える。シャフトは、内部コンポーネント(トロカールなど)を示すために断面図で示されています。プローブシャフト102には、システムを配備している間に患者の組織を貫通するために、流体又は制御接続よりも遠位の部分106に配置された操作先端104が形成されている。結合器具108は、遠位部分106の反対側の近位部分110に配置されている。結合器具108は、以下でさらに説明されるように、制御システム310及び/又は流体源に接続するためのピン111を備える。
あるいは、電気ヒータ116は、クライオプローブ100の遠位部分106を加熱するために、クライオプローブ100の他の場所に配置され得る。電気ヒータ116は、抵抗ヒータ116とすることができ、電気ヒータ116は、そこを流れる電流及び電気ヒータ116の電気抵抗に比例する熱を生成する。そのような場合、プローブは、電流をヒータ116に流すための電力源に接続するように配置される。
システムの特定の例では、熱伝達媒体は、圧力調整システム200に入るとき、初期状態であり得る。初期状態は、初期圧力と初期温度で定義できる。初期圧力及び初期温度は、熱伝達媒体が膨張(例えば、オリフィス114を通るジュール・トムソン膨張)を受けるときに、熱伝達媒体の圧力及び温度の両方が低下し得るようなものであり得る。しかしながら、熱伝達媒体が初期圧力よりも大幅に低い圧力から膨張する場合、圧力の低下は、温度の(例えば、極低温への)低下を伴わない場合がある。したがって、極低温状態で遠位部分108に熱伝達媒体を提供することが望ましい場合、圧力調整システム200に入る熱伝達媒体の圧力は、初期圧力から実質的にさらに低減する必要がないであろう。しかしながら、極低温状態ではない熱伝達媒体が遠位部分108に提供される場合、熱伝達媒体の圧力は、圧力調整システム200によって初期圧力から実質的に低減され得る。
図4は、圧力調整システム200の詳細を示す概略図である。図4では、様々な構成要素を接続する実線は、流体連通(例えば、機械的結合)によって圧力調整システム200の構成要素に結合された流体ライン、又はダクト204(例えば、管)であり得る。
図5は、処置を実施するために2つ以上の処置具を使用できるように、複数の冷凍凝固処置具に接続するためのシステムの例を示す。図5は、各バルブ出口(214a,214b,214c,214d)の接続を示す。図示された実施形態では、各流体チャネル(216a,216b,216c,216d,・・・216n)は、2つのサブチャネル(216a-1,216a-2,216b-1,216b-2,216c-1,216c-2,216d-1,216d-2)に接続され、それぞれがクライオプローブ100と流体連通可能である。したがって、図示された実施形態に従って1つの圧力制御バルブ(図3に示されるS1,S2,S3,S4・・・Sn)は、2つのクライオプローブに流体連結され得る。それぞれの圧力制御バルブについて、追加の、又はより少ないクライオプローブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)があることも、本発明の範囲に想定される。サブチャネルは、分配マニホールド210及びその構成要素を冷凍プローブ100の近位結合器具108に接続するように、流体ポート又はコネクタの形状に構成することができる。例えば、サブチャネルは、近位結合器具108の近位ピン111と係合して接続することができるコネクタで終端することができる。有利には、サブチャネルに流体接続可能であることに加えて、近位結合器具108は、クライオプローブ100を制御システム310と(例えば、BNCタイプの電気コネクタ及び/又は電気ケーブルを介して)電気的に接続して、制御を可能にすることができることにより、システム310は、冷凍凝固手術の前又はその最中にクライオプローブ100と電気的に通信する。
例えば図1、2及び4に示されるような圧力制御バルブは、システム制御(例えば、コントローラ68又はシステム制御310)からの出力に応答してバルブの作動を引き起こすためのバルブ制御又はアクチュエータに関連付けられる。バルブ制御は、バルブシートとの選択的係合のためのバルブ部材の移動を引き起こすか又は可能にするソレノイドを含み得る。バルブ部材がバルブシートと係合すると、バルブを通る流れが制限され(閉鎖状態)、解放された流れが許される(開放状態)。バルブコントローラは、一例では、制御システムからの出力信号に応答して、ソレノイドに電位を与えるために、制御システムと通信する(例えば、信号及び/又は命令を受信する)電気制御回路を含むことができる。他のタイプのバルブが、本発明の範囲内で企図される。
再び図1、2及び4を参照する。圧力調整システム52,200は、流体の圧力を決定するための1つ以上の圧力トランスデューサ、又はセンサを含み得る。制御システムは、圧力調整システムの動作を制御するためにトランスデューサからの出力を受け取るように配置されている。以下において、トランスデューサに関するより詳細な説明を簡単にするために、図2及び4に示されるトランスデューサが参照されるが、この説明の任意の態様は、図1のセンサ66に等しく適用される。各圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)は、対応する又は関連付けられた圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)に流体連通している。いくつかの実施形態では、圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)は、各圧力制御バルブの出口に設けることができる。他の実施形態では、圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)は、各圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)よりもさらに下流に設けることができる。場合によっては、バルブ出口(214a,214b,214c,214d・・・214h)とクライオプローブの本体の近くの下流の間で圧力が大幅に変化しないことがある。したがって、圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)の位置は、圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4など)の下流の適切な位置になるようにカスタマイズできる。
制御システムは、凍結又は解凍状態のいずれかで処置具を操作するために、冷凍凝固処置具に供給される熱伝達媒体の流れを制御するように構成される。本明細書で説明するように、コントローラは、圧力バルブ装置の作動を制御し、少なくとも解凍状態では、作動を制御するために関連づけられた圧力トランスデューサからの出力に応答する。制御システムのさらなる詳細は、特に図2及び4を参照して以下に説明されるが、より一般的に他の実施形態に適用される。
(アルゴリズム1-オンオフ制御)
以下に説明するように、制御システム(例えば、システム68又は310)は、制御システムによって実行されると、制御システムに、例えば、図7,8に例示されるステップを実行させる制御アルゴリズムを含むコンピュータ可読記憶媒体を含む。図7は、非限定的な例示的実施形態による、解凍サイクル(又は焼灼)中に熱伝達媒体の圧力を調整する制御アルゴリズム600を示す。本明細書に記載されるステップ(例えば、アルゴリズム600、700、900及び1000)は、少なくとも1つの圧力トランスデューサ(例:PT1)によって測定された圧力に基づいて、少なくとも1つの圧力制御バルブを介して少なくとも1つの流体チャネル(例えば、S1)における圧力を調整するために使用され得る。必要に応じて、すべての流体チャネルの圧力は、各圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)によって測定された圧力に基づき、少なくとも各圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)を同時に及び/又は順次制御することによって調整できる。
図8は、別の非限定的な例示的実施形態による、解凍/焼灼サイクル中に熱伝達媒体の圧力を調整する制御アルゴリズム700を示す。制御アルゴリズム700は、制御アルゴリズム600と実質的に同様であり得る。一例では、制御アルゴリズム700は、(圧力トランスデューサによって測定されるような)圧力が常にバルブの開閉に瞬時に応答するわけではない場合に実装され得る。したがって、いくつかのそのような例では、圧力設定値に達したときにバルブが閉じられた後でも、(圧力トランスデューサによって測定された)圧力が上昇し続ける場合がある。制御アルゴリズム700は、そのような影響に対処して、一貫した安定した圧力を提供することができる。
図10は、非限定的な例示的実施形態による、解凍サイクル中に熱伝達媒体の流れを制御する方法900を示す。方法900は、異なるタイプのクライオプローブ(例えば、プローブシャフトの異なる外径、及び/又は異なる凍結/解凍特性を有する)が独立して制御されることを有利に可能にすることができる。このような場合、上記の圧力設定値は異なる場合がある。したがって、方法900は、特定のプローブタイプについて、凍結及び/又はアイスボール形成を伴うことなく、解凍(又は焼灼)中に効果的な熱分布を提供するために熱伝達媒体を供給しなければならない圧力設定点を決定できる。
図10は、非限定的な例示的な実施形態による熱伝達媒体の圧力を調整する制御アルゴリズム1000を示す。この方法は、開示された実施形態のいずれかによる冷凍凝固手術システムで実行することができる。この方法は、機械可読(又はコンピュータ実行可能)命令の形であり、制御システム310に提供される(例えば、メモリにプログラムされる)ことができる。ステップ1002で、制御システム310は、(例えば、ステップ1001で受け取られたユーザ入力に基づいて)冷凍手術システムが解凍(又は焼灼)操作、あるいは凍結操作のいずれを実行すべきかを判定することができる。制御システム310は、例えば、オペレータ入力に基づいてそのような決定を行うことができる。システムが凍結サイクルを実行しようとしていると制御システム310が判定する場合、オプションとして、制御システム310は、(オペレータの入力又は記憶されたプログラム設定に基づいて)どのクライオプローブが凍結操作を実行するかを決定できる。ステップ1006で、制御システム310は、圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)と電気的に通信し、圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)を閉状態から開状態へ切り替える電気信号を送信することができる。有利には、このステップで、制御システム310は、どの圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)が凍結操作を実行するクライオプローブに対応するかを決定し、それらの圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4など)を選択的に作動させることができる。あるいは、制御システム310は、すべての圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)を作動させることができる。さらに有利な態様では、制御システム310は、圧力トランスデューサ(PT1,PT2,PT3,PT4,・・・PTn)からの圧力測定データを監視することにより、凍結性能を制御し、凍結のパフォーマンスを調整するすることができる。例えば、制御システム310は、所望の凍結パフォーマンス(例えば、アイスボールのサイズで示される)に達した時に、圧力制御バルブ(S1,S2,S3,S4・・・Sn)を閉じる(及び/又は繰り返し開閉する)ことができる。
Claims (23)
- 手術システムの圧力調整システムであって、熱伝達媒体源から処置具に供給される熱伝達媒体の圧力を調整する、圧力調整システムにおいて、前記処置具は前記手術システムに接続可能であり、圧力調整システムは、
圧力制御バルブであって、前記圧力制御バルブは、前記熱伝達媒体源に流体連通する入口、及び前記処置具に流体連通する出口を備え、前記圧力制御バルブは、
前記熱伝達媒体の通過を可能にするための開状態と、
前記熱伝達媒体の通過を減少させるための閉状態であって、前記閉状態では前記圧力制御バルブを流れる熱伝達媒体の量は、前記開状態で前記圧力制御バルブを流れる熱伝達媒体の量よりも少ない閉状態とになるように、作動可能である、圧力制御バルブと、
前記圧力制御バルブに動作可能に接続された制御システムであって、前記制御システムは、
前記圧力制御バルブの出口又はその下流において、前記熱伝達媒体の圧力に対応する信号を受信し、
前記圧力が一定の最小圧力設定値以下か否かを判定し、
前記圧力が最小圧力設定値以下であると制御システムが判定した場合は、圧力制御バルブを開状態にするために第1の信号を送信し、及び、
前記圧力が最大圧力設定値を超えているか否かを判定し、前記圧力が最大圧力設定値を超えていると制御システムが判定した場合は、前記圧力制御バルブを閉状態にするために第2の信号を送信する、制御システムとを備える、手術システムの圧力調整システム。 - 前記制御システムは、前記圧力制御バルブが閉状態に作動された後、前記圧力が最大設定点圧力を超える第1の圧力まで増加するか否かを判定し、前記第1の圧力と前記最大圧力設定値の差に等しいオフセットをもって最小圧力設定値を調整するように構成される、請求項1に記載の圧力調整システム。
- 前記圧力制御バルブが閉状態に作動された後に、前記圧力が調整された前記最小圧力設定値以下であると判定した場合、前記制御システムは前記圧力制御バルブを開状態に作動させるために第3の信号を送る、請求項2に記載の圧力調整システム。
- 前記制御システムは、前記圧力制御バルブが作動して開状態になった後の経過時間を測定し、前記経過時間を所定の時間と比較する、請求項1に記載の圧力調整システム。
- 前記経過時間が前記所定の時間を超える場合、前記制御システムは、前記圧力制御バルブを閉状態に作動させるために前記第2の信号を送信する、請求項4に記載の圧力調整システム。
- 前記制御システムが、前記経過時間が前記所定の時間を超える場合、フォルト条件を示す第4の信号を送信する、請求項4に記載の圧力調整システム。
- 前記圧力制御バルブは、バルブアクチュエータと協働可能であり、前記バルブアクチュエータは、前記制御システムからの制御信号に応答して、前記バルブを開状態及び閉状態に作動させる、請求項1に記載の圧力調整システム。
- 前記アクチュエータがソレノイドを含む、請求項7に記載の圧力調整システム。
- 前記圧力制御バルブの出口又は出口の下流で前記熱伝達媒体の圧力を測定する圧力トランスデューサをさらに備える、請求項1に記載の圧力調整システム。
- 冷凍凝固手術システムにおいて、
冷凍凝固手術を実行するために患者に挿入するための1つ以上のクライオプローブであって、それぞれのクライオプローブは、熱伝達媒体の供給源から運ばれた熱伝達媒体を受け取る、1つ以上のクライオプローブと、
それぞれの前記クライオプローブに運ばれる前記熱伝達媒体の圧力を調整するための圧力調整システムであって、
1つ以上の圧力制御バルブであって、それぞれの圧力制御バルブは熱伝達媒体の供給源を少なくとも1つのクライオプローブと流体連通させるように動作可能であり、それぞれの圧力制御バルブは、
前記熱伝達媒体の通過を可能にするための開状態、又は
前記熱伝達媒体の通過を減少させるための閉状態を作動可能であり、
前記閉状態において前記圧力制御バルブを通って流れる熱伝達媒体の量は、前記開状態において前記圧力制御バルブを通って流れる熱伝達媒体の量より少ない、1つ以上の圧力制御バルブと、
1つ以上の圧力トランスデューサであって、それぞれの圧力トランスデューサは、関連する圧力制御バルブ、又はその下流において、前記熱伝達媒体の圧力を測定する、1つ以上の圧力トランスデューサを備える圧力調整システムと、
前記1つ以上の圧力制御バルブ及び前記1つ以上の圧力トランスデューサに動作可能に接続される制御システムであって、
前記圧力トランスデューサから受け取った圧力が最小圧力設定点以下であるか否かを判定し、
前記圧力が前記最小圧力設定値以下の場合、関連する圧力制御バルブを開状態に作動させるための第1の信号を送信し、
前記圧力トランスデューサから受け取った圧力が最大圧力設定値以上であるか否かを判定し、及び
前記圧力が前記最大圧力設定値よりも大きい場合、関連する圧力制御バルブを閉状態に作動させるための第2の信号を送信する、制御システムとを備える冷凍凝固手術システム。 - 複数の前記クライオプローブを含み、それぞれクライオプローブが他のクライオプローブに対して独立して動作可能であり、前記制御システムは、それぞれのクライオプローブに対応する最大圧力設定値及び最小圧力設定値を決定し、及び、対応する前記最大圧力設定値及び前記最小圧力設定値に基づいて、それぞれのクライオプローブに接続された圧力制御バルブを開状態と閉状態とに作動する、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- それぞれの圧力制御バルブは、バルブを閉状態及び開状態に作動させるためのバルブアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、作動を制御するために制御システムからの制御信号に応答する、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- それぞれクライオプローブは、解凍操作中に前記クライオプローブ内の前記熱伝達媒体を加熱するための、制御システムからの制御信号に応答する電気ヒータを有する、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記制御システムは解凍操作で前記クライオプローブ又はそれぞれのクライオプローブに搬送される熱伝達媒体の圧力を調整して、前記圧力が前記最大圧力設定点以下になるようにするものであり、前記最大圧力設定点では、患者に転送するための電気ヒータが発生する熱を前記熱伝達媒体が分散させるための、非極低温状態にある、請求項13に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記制御システムは解凍操作で前記クライオプローブ又はそれぞれのクライオプローブに搬送される熱伝達媒体の圧力を調整して、前記圧力が前記最大圧力設定点を超えるようにするものであり、前記最大圧力設定点では熱伝達媒体が凍結を生じる極低温状態にあるか、凍結操作において前記クライオプローブの周囲の組織を焼灼するうちの少なくとも一方を行う、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記制御システムは、それぞれの圧力制御バルブを、凍結操作の持続時間の間、開状態に作動させる、請求項15に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記熱伝達媒体はアルゴンである、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記圧力調整システムの上流にて約1000psi(約70バール)~約4000psi(約275バール)の圧力で熱伝達媒体を供給するため流体源と流体連通する、請求項17に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記最小圧力設定点は少なくとも約200psi(約15バール)である、請求項18に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記最大圧力設定点は約1000psi(約70バール)以下である、請求項18に記載の冷凍凝固手術システム。
- 前記1つ以上の圧力トランスデューサの前記圧力トランスデューサから受け取った圧力が一定の最大圧力設定点以上である場合、前記制御システムは、1つ以上の圧力制御バルブの圧力制御バルブが閉じたままである時間に対して、1つ以上の圧力制御バルブの圧力制御バルブは開いたままである時間の比率を減少させる信号を送信する、請求項10に記載の冷凍凝固手術システム。
- クライオプローブ内の圧力を調整する方法において、
冷凍凝固手術システムを設ける工程であって、前記冷凍凝固手術システムは、
1つ以上のクライオプローブと、
1つ以上の圧力制御バルブであって、それぞれの圧力制御バルブは少なくとも1つのクライオプローブと流体連通されている、圧力制御バルブと、
1つ以上の圧力トランスデューサであって、それぞれの圧力トランスデューサは対応する圧力制御バルブと流体連通している圧力トランスデューサと、
それぞれの圧力制御バルブと動作可能に通信する制御システムとを備える、冷凍凝固手術システムを設ける工程と、
少なくとも1つのクライオプローブが凍結操作又は解凍操作を実行しているか否かを判定する工程と、
少なくとも1つのクライオプローブが凍結操作を実行している場合、前記少なくとも1つのクライオプローブに流体連通された圧力制御バルブを開くことにより、熱伝達媒体が前記圧力制御バルブを介して少なくとも1つのクライオプローブに供給される結果、極低温膨張、及び、凍結のうちの少なくとも一方を生じるようにする、前記少なくとも1つのクライオプローブに流体連通された圧力制御バルブを開く工程と、
少なくとも1つのクライオプローブが解凍操作を実行している場合には、
前記圧力制御バルブを作動させる工程であって、少なくとも1つのクライオプローブに流体連通された圧力制御バルブを、前記圧力トランスデューサによって測定された圧力に基づいて繰り返し開閉することにより、
前記圧力制御バルブを通して供給される熱伝達媒体の圧力が、熱伝達媒体から生成される極低温膨張及び凍結のうちの少なくとも一方に対応する圧力よりも低くなる、前記圧力制御バルブを作動させる工程とを備え、
前記制御システムは、対応する圧力制御バルブに流体連通されたそれぞれの圧力トランスデューサによって測定された圧力に基づいて、他の圧力制御バルブとは無関係に各圧力制御バルブを作動させる、クライオプローブ内の圧力を調整する方法。 - 冷凍凝固手術システムにおいて、
1つ以上のクライオプローブと、
1つ以上の圧力制御バルブであって、それぞれの圧力制御バルブは少なくとも1つのクライオプローブと流体連通し、それぞれの圧力制御バルブは、他の圧力制御バルブに対して独立して、
熱伝達媒体の通過を可能にする開状態、及び
前記熱伝達媒体の通過を減少させるための閉状態であって、前記閉状態で前記圧力制御バルブを流れる熱伝達媒体の量は、前記開状態で圧力制御バルブを流れる熱伝達媒体の量よりも少ない、閉状態になるように作動可能である、1つ以上の圧力制御バルブと、
1つ以上の圧力トランスデューサであって、それぞれの圧力トランスデューサは対応する圧力制御バルブに流体連通されている、1つ以上の圧力トランスデューサと、
各圧力制御バルブと動作可能に通信する制御システムであって、制御システムは、
少なくとも1つのクライオプローブが凍結操作又は解凍操作を実行しているか否かを判定する工程と、
少なくとも1つのクライオプローブが凍結操作を実行していると制御システムが判定した場合、少なくとも1つのクライオプローブに流体連通されている前記圧力制御バルブを開くことによって、極低温膨張及び/又は凍結をもたらすために熱伝達媒体が前記圧力制御バルブを介して少なくとも1つのクライオプローブに供給されるようにする、圧力制御バルブを開く工程と、
少なくとも1つのクライオプローブが解凍操作を実行していると制御システムが判定した場合、
前記圧力トランスデューサによって測定された圧力に基づいて、少なくとも1つのクライオプローブに流体連通された前記圧力制御バルブを繰り返し開閉するように圧力制御バルブを作動させる結果、
前記圧力制御バルブを通して供給される熱伝達媒体の圧力が、熱伝達媒体から生成される極低温膨張及び凍結のうちの少なくとも一方に対応する圧力よりも低くなる、前記圧力制御バルブを繰り返し開閉するように前記圧力制御バルブを作動させる工程とを実行する、制御システムとを備え、
前記制御システムは、それぞれの圧力制御バルブを、対応する圧力制御バルブに流体連通されたそれぞれの圧力トランスデューサによって測定された圧力に基づいて、他の圧力制御バルブとは無関係に作動させる、冷凍凝固手術システム。
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