JP4887141B2 - 圧力と温度を制御可能なバルーン治療システム - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、一般に、冷却を利用する血管の治療のための装置及び方法に関する。詳しくは、本発明は、冷却バルーンの圧力状態を制御しながら患者の血管系内の病巣を低温治療するためのシステム、装置及び方法を提供する。

患者の血管系のアテローム性動脈硬化症を治療するために、多くの経皮的血管内治療が開発されてきた。これらの治療法のなかで最も成功しているのは、経皮経腔的血管形成術（percutaneous transluminal angioplasty）（ＰＴＡ）である。ＰＴＡは、血管系の狭窄部位を拡張してその狭窄部の向こう側への適切な血流を回復するために、通常は膨張可能バルーンとして形成される、拡張可能遠端部を備えたカテーテルを使用する。狭窄部位を開放するためのその他の治療法としては、方向性アテレクトミー（directional atherectomy）、回転性アテレクトミー（rotational atherectomy）、レーザ血管形成術、ステント挿入術等がある。これらの治療法、特にＰＴＡとステント挿入術は広く受け入れられているが、これらにはその後の再狭窄の発生の問題が残っている。

再狭窄とは、最初の成功した血管形成術その他の一次治療後において動脈が再び狭くなることである。再狭窄は通常一次治療の数週間又は数ヶ月以内に起こり、血管形成術を受けた全患者のうち５０％までもに何らかの程度影響を与える可能性がある。再狭窄は、少なくとも部分的には、一次治療によって引き起こされた損傷に応答して平滑筋細胞が増殖することから生じる。この細胞増殖は、「過形成（hyperplasia）」と呼ばれる。大幅な再狭窄が起こる血管は、通常、更に治療することが必要である。

過形成を治療して再狭窄を低減させるために、多くの対策が提案されている。過去に提案された対策としては、バルーンの膨張を長引かせること、血管を加熱されたバルーンで治療すること、血管を放射線で治療すること、一次治療後に抗血せん剤を投与すること、一次治療後に部位をステント挿入治療すること等がある。これらの提案の成功度は様々であるが、これらの治療のいずれもが、再狭窄と過形成の発生を完全に回避するのに全面的には成功していない。

最近、拡張と低温冷却との組合せを使用して病巣を改造（remodel）することによって、血管形成治療後に病巣が再び閉じることを防止又は遅延させることが提案されている。１９９８年１２月１日出願の同時係属米国特許出願第０９／２０３，０１１号（アトーニードケット番号１８４６８−０００１１０）は、低温冷却されたバルーンを使用して再狭窄を抑制するための例示的な構造と方法を記載しており、その全体を言及によってここに包含させる。これらの提案は血管内用として非常に有望なものではあるが、そこに記載されている血管内低温冷却を行うための構造と方法は更に改良されることが望ましい。特に、本発明に関連する研究からは、バルーン温度、バルーン膨張圧、及び、未膨張状態のバルーンから膨張状態の冷却バルーンへと移行するプロセス、を正確に制御することによって、結果が更に良好なものとなる可能性があることが分かる。一般には、低温冷却をしている間のプロセスの前又は後に、温度、圧力及びバルーン膨張をより高度に制御することが有効である。

これらの理由により、血管その他の体管腔を低温冷却するための、更に改良された装置、システム及び方法を提供することが望まれている。このように改良された装置、システム及び方法が、隣接組織の損傷を制限するべく非常に制御された状態で治療を提供することが可能なら特に望ましい。

発明の要旨
本発明は、血管その他の体管腔を制御可能に冷却するための改良された装置、システム及び方法を提供する。血管は、しばしば、その周囲の管壁を係合するようにバルーンを膨張させることによって、アテローム性動脈硬化又はその他の疾患について治療される。バルーンの冷却の制御は、前記バルーン内における低温流体の相変化、通常は液相から気相への相変化、によって行うことができる。冷却温度を選択された範囲内にとどめながら、選択された治療圧を提供することができ、バルーンの中間状態（挿入と位置決めに適した小プロファイル未膨張形態と、所望の圧力及び温度での完全に膨張した形態との間）を制御することができる。好ましくは、バルーンの制御された漸進的膨張（圧力の「段階状（stair-step）」増加等のよってバルーン内の圧力変化率を制御することによる）によって、損傷を抑制することができる。液相から気相への変化によって引き起こされる低温冷却とバルーン内での圧力環境との結合にも拘わらず、冷却流体流動特性が大幅に異なる代替選択可能な種々のバルーンカテーテルのいずれに対しても、単一の制御システムによって膨張制御を行うことが可能である。

第１の態様においては、本発明は、血管の部位を治療するための方法を提供する。該方法は、バルーンカテーテルのバルーンを、このバルーンが第１形態にある間に、前記血管内で、前記部位の近傍に位置決めする工程を含む。前記部位は、第２形態にある前記バルーンによって冷却されるが、これは、前記バルーンを径方向外方に付勢するべく該バルーン内において冷却流体を液相から気相へと変化させることによって行われる。前記バルーンが前記第１形態と前記第２形態との間にある間に前記バルーン内の冷却流体の中間圧状態を制御する。

多くの実施形態においては、前記中間圧状態は、前記第１形態と前記第２形態との間の前記バルーン内の圧力変化率を含むものとされる。この制御によって、前記第１形態から前記第２形態への膨張時間を０．２５秒以上とすることができる。圧力変化率は、前記バルーン内の圧力の複数段階の増加によって規定することができる。前記バルーンカテーテルは、冷却流体流動特性が互いに異なる複数種類の代替バルーンカテーテルから選択することができる。代替した冷却流体流動特性を補償するように前記冷却流体圧力状態を制御して、所望範囲内の圧力変化率を提供することができる。

前記中間圧状態は中間バルーン圧から成ることができる。この中間圧は、第１形態バルーン圧よりも大きく第２形態バルーン圧よりも小さいものとすることができる。冷却流体供給源は、前記バルーンカテーテルの供給ルーメンに接続して、遠位側において前記供給源から前記供給ルーメンに沿って前記バルーン内へと延出するとともに、近位側において前記バルーンカテーテルの排出ルーメンに沿って延出する流体路を形成することができる。前記圧力は、バルーンの上流側において前記冷却流体の少なくとも一部を逃がすことによって制御することができる。或いは、前記圧力は、前記バルーンの上流側で前記流体路に接続された逃がし弁（vent valve）を周期的に開閉することによって制御可能である。前記流体供給源とバルーンとの間で前記流体路に沿って流体デリバリ弁を配置し、この流体デリバリ弁も周期的に開閉することができる。前記冷却流体を、例えば、亜酸化窒素（nitrous oxide）とし、前記逃がし弁をバルブサイクル時間によって開閉することができる。前記流体デリバリ弁を前記バルブサイクル時間によって開閉し、これに対して、前記逃がし弁を前記流体デリバリ弁よりも、前記バルブサイクル時間の長い部分の間、開放することができる。バルーンの下流側で圧力を感知し、この感知された圧力を利用して、前記冷却流体の逃がし弁開閉のサイクルを決定することができる。多くの実施形態においては、バルーンにおいて、又はその下流側において感知された圧力を、オプションとして、逃がし弁とデリバリ弁とのサイクリングとの組合せで、排出圧放出弁によって使用することができる。

前記バルーンカテーテルは、互いに異なる代替冷却流体流動特性を有する複数種類の代替バルーンカテーテルから選択することができる。選択されたバルーンカテーテルの特性によって、冷却流体弁制御のレジメン（regimen）を決定することができる。この制御のレジメンによって、所望の範囲内のバルーン温度を提供することができ、代替の異なる制御のレジメンによって、代替バルーンカテーテルの異なる流動特性を補償することができる。選択されたバルーンカテーテルの流動特性は、初期又は較正用の冷却流体流を、その選択されたバルーンカテーテルに導入し、バルーンカテーテルからのその初期流体流の排出流動特性を感知することによって、測定することができる。

別の態様においては、本発明は、血管の部位を所定の冷却温度範囲へと冷却させるための方法を提供する。該方法は、バルーンカテーテルシステムのバルーンを、このバルーンが第１形態状態にある間に、前記血管内の、前記部位の近傍に位置決めする工程を含む。バルーン膨張圧が選択され、バルーンをこの選択された圧力まで、前記バルーンカテーテルシステムの冷却流体路に沿って冷却流体を液相から気相へと変化させることによって膨張させる。前記冷却流体路に沿った前記冷却流体流を、前記選択されたバルーン膨張圧と前記所定の冷却温度範囲とを提供するように制御する。

或いは、前記圧力を、前記冷却流体路に沿って前記バルーンの下流側で第１圧力放出弁と第２圧力放出弁との間で選択を行うことによって選択することができる。低圧側の放出弁は、高圧側の放出弁を前記冷却流体路に接続状態に維持しながら、前記冷却流体路をその低圧放出弁に対して開放することによって選択することができる。

別の態様においては、本発明は、血管の部位を冷却するためのカテーテルシステムを提供する。該システムは、近端部と遠端部とを備えるカテーテル本体と、前記遠端部の近傍に配設されたバルーンとを有するバルーンカテーテルを含む。前記カテーテル本体は、前記バルーンと流体連通する供給ルーメンと排出ルーメンとを備える。前記カテーテル本体の前記近端部に接続可能な流体供給源によって、遠位側において前記供給ルーメンに沿って、前記バルーンを通って延出し、近位側において前記排出ルーメンに沿って戻る冷却流体路が形成される。前記流体供給源は、液体から気体へと相変化して冷却を行う冷却流体を備える。前記流体路に、冷却流体制御システムが接続される。この流体制御システムは、前記バルーンが未膨張状態である第１形態を有する。前記冷却流体システムが第２形態となることによって、治療圧へのバルーンの膨張が起こり、前記部位が治療温度へと冷却される。前記冷却流体制御システムが中間形態となることによって、前記バルーンが制御された中間圧になる。

前記中間圧状態は、前記治療圧よりも低い圧力を含むことができる。前記中間圧状態は、前記バルーン膨張圧の変化率を含むことができる。この変化率は、前記バルーンの前記第１形態から前記第２形態への膨張が１秒間以上、多くの場合、少なくとも約７秒間またはそれ以上かかるものとすることができる。前記冷却流体は、亜酸化窒素を含むものとすることができ、前記治療圧は約７気圧から約１１気圧への範囲とすることができる。或いは、前記変化率は、複数の増加する圧力段階によって規定することができる。

互いに冷却流体流動特性が異なる、複数の代替の選択可能なバルーンカテーテルも提供可能である。各代替バルーンカテーテルは、前記流体供給源に接続してそれに対応する代替流体路を形成することができる。流体制御システムは、異なる流動特性を補償して、所望の温度範囲の治療温度と、所望の治療圧範囲の治療圧と、所望の圧力変化率の圧力変化率とを提供することができる。

前記流体制御システムは、前記バルーンの上流側で前記冷却流体路に沿って配設された逃がし弁を備えることができる。前記逃がし弁を開放状態と閉鎖状態とで周期的に循環させるようにタイマーを構成することができる。前記流体制御システムは、更に、前記流体供給源と前記バルーンとの間に配設された流体デリバリ弁を備えることができる。前記冷却流体は亜酸化窒素とすることができ、前記タイマーによって、前記逃がし弁をサイクル時間で周期的に開閉することができる。前記タイマーによって、更に、前記流体デリバリ弁を、同じサイクル時間で周期的に開放状態と閉鎖状態とで循環させることができる。但し、前記逃がし弁は前記流体デリバリ弁よりも前記サイクル時間のより長い部分開放することができる。

前記流体制御システムは、前記バルーンカテーテルに初期又は較正用の冷却流体流を導入し、バルーンの下流側において前記初期流の特性に応じて適切な冷却流体流の逃がし弁開閉のサイクルを決定することができる。前記冷却流体流の逃がし弁開閉のサイクルはバルブサイクル期間を含むものとすることができ、前記下流側特性は排出圧を含むものとすることができる。前記流体制御システムは、前記バルーンの下流側に代替選択可能な複数の圧力放出弁を含むことができる。

更に別の態様においては、本発明は、血管の部位を冷却するためのカテーテルシステムを提供する。該システムは、第１及び第２の代替選択可能バルーンカテーテルを有する。各バルーンカテーテルは、近端部と遠端部とを備えるカテーテル本体と、前記遠端部の近傍に配設されたバルーンとを有する。前記カテーテル本体は、前記バルーンと流体連通した供給ルーメンと排出ルーメンとを備える。各カテーテル本体の前記近端部には、流体供給源を選択的に接続して、その選択されたバルーンカテーテルに関連する冷却流体路を形成することができる。前記流体供給源は、液体から気体へと相変化して冷却を行う冷却流体を備える。前記第１バルーンカテーテル側の第１冷却流体路の特性は、前記第２バルーンカテーテル側の第２冷却流体路の特性と大幅に異なる。

発明の詳細な説明
本発明は、一般的には、体管腔その他の体組織における管腔壁の冷却治療のための、改良された装置、システム及び方法を提供するものである。本発明は、多くの場合、管壁（又は他の周囲組織）に径方向に係合するように冷却流体によって膨張されるバルーンを使用する。前記冷却流体は、多くの場合、少なくとも部分的に前記バルーン内において第１相から第２相へと変化し、気化の潜熱によって周囲の組織が冷却される。適当な冷却流体を導入すると、その冷却流体が液相から気相へと沸騰し始めると直ぐに（多くの場合、流体がカテーテルに流入した直後に）前記バルーンを非常に急速に膨張させることができるので、本発明は、このバルーンの膨張プロセスを好適に制御することができる。具体的には、前記バルーンが（バルーンの挿入と位置決めに適している）収縮形態と完全膨張状態（この完全膨張状態では、バルーン内での温度と圧力との所望の組合せによって、管腔表面冷却と組織拡張の両方、バルーン／標的組織係合等を起こすことが可能である）との間にある時に、前記バルーン内での中間圧状態、通常は中間圧又は圧力の中間変化率、を制御することができる。

ここからは図１を参照すると、カテーテルシステム１０は全体的に、制御／供給装置１２とカテーテル１４とを有する。制御／供給装置１２は、例えば弁、圧力トランスデューサ、電子制御ハードウエアおよび／又はソフトウエアなどの冷却流体制御システム構成要素と共に、冷却流体供給源１６を備えている。制御／供給装置１２は、入力キー、ディスプレイ等のユーザインターフェース機能を備えることができる。別実施形態では、外部ユーザインターフェース又はデータ処理構造を利用することができ、制御／供給装置１２の構成要素を別々のハウジング構造に分離することができる。

例示的な供給／制御装置１２は、バッテリ、壁コンセントその他の便利な電力源から電力を供給するためのケーブル１８を備える。更に、真空供給源２０が、ここでは、注射器などの容積式ポンプとして供給／制御装置１２に内蔵されている。装置１２のハウジングは、治療中に片手で保持するのに適したサイズ、形状及び重量を有する。装置１２は、この装置とカテーテルとに設けられたインターフェース用ハブ又はコネクタ２２によってカテーテル１４に接続される。装置１２、カテーテル１４及び前記インターフェース用コネクタは、２００１年９月１４日出願で「改良式安全低温療法カテーテル」と題する同時係属の米国特許出願第０９／９５３，４６４号（アトーニードケット番号１８４６８−０００６２０ＵＳ）により完全に記載されており、その全開示が言及によってここに包含される。

前記カテーテル１４は、全体的に、近端部近接のコネクタ２２と、遠端部２４と、これらの間に延出する長手カテーテル本体２６とを有する。カテーテル本体２６の遠端部２４の近傍にはバルーン２８が配設されている。本実施形態においては、前記バルーン２８は、真空空間をその間に挟んで、内側バルーン３０と外側バルーン３２とを含む（図３を参照）。これら第１バルーン及び第２バルーン間に付与される真空状態をモニタし、かつ真空状態が悪化した場合には冷却流体流を遮断することにより、前記第１バルーン及び第２バルーンの両方の封じ込め状態を効果的にモニタし、血管系内での冷却液体又は気体の放出を抑制することができる。

次に図２を参照すると、低温冷却バルーンの膨張中、その膨張媒体は、装置１２内のキャニスタ中に、６５０ｐｓｉ（約４．５ＭＰａ）以上、通常は８５０から９５０ｐｓｉ（約５．９ＭＰａから約６．６ＭＰａ）、の高圧で維持することができる。小容量の小型の封止されたキャニスタを使用することによって、冷却流体の枯渇による過剰治療を回避することが可能な簡便な単用システムが提供される。１０ｃｃから２０ｃｃの容積を有する亜酸化窒素キャニスタによって、約８ｇ〜約２５ｇの冷却流体を収納して、前記バルーンカテーテルシステム１０用の非常に安全で効果的な冷却・膨張媒体を提供することができる。しかし、これらの高圧キャニスタがバルーンカテーテルシステム１０に接続された時の膨張率は、多くの場合０．１秒以下で、過剰となる可能性がある。これらの高率でのバルーン膨張は、治療部位における血管の過剰な損傷をもたらし、より高い切開率、より高い再狭窄率等をもたらす可能性がある。

前記バルーン膨張率を低減させるためには、様々な制御方法を使用することができる。しかし、図２に示されているように、装置１２を、複数の選択可能なバルーンカテーテル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，．．．のいずれかに接続することができる。これらのバルーンカテーテルは、多くの場合、カテーテル本体、バルーン、および／又は、互いに特性が大幅に異なるその他構成要素を備えたものとされる。これらの異なる特性は、装置１２からの冷却流体の流動特性に大きな影響を与えるので、装置１２に接続された時に、選択されたバルーンカテーテル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，．．．のいずれに対しても制御された膨張率を提供する制御法が望ましい。

図２に示されているバルーンカテーテル１０の具体的な特性について言及すると、第１バルーンカテーテル１０ａは、第１バルーン２８ａに接続された第１カテーテル本体２６ａを有する。第２カテーテル１０ｂは、前記第１カテーテルのものに類似しているカテーテル本体２６ａと、第１バルーンよりも大幅に長い長さ（従って、容量も遥かに大きい）を備えるバルーン２８ｂとを有している。第３カテーテル１０ｃは、第１カテーテル２６ａよりも遥かに長いカテーテル本体２６ｂ等を有する。多くの場合、互いに流動特性の異なる５つ以上の代替選択可能なカテーテル、多くの場合は１０以上の代替選択可能なカテーテル、好ましくは２０以上の代替選択可能なカテーテル、を提供することが有利である。９０ｃｍ以下のカテーテル本体長さを有するカテーテルが、多くの場合、１００ｃｍ以上のカテーテル本体長さの単数又は複数のカテーテルと共に、代替選択可能なカテーテルのセットに含まれることになる。（カテーテル本体２６の軸心に沿って測定した）複数のバルーン長を、５ｃｍ以上の長さのバルーンにセットとして含ませることができる。同様に、５ｍｍ以下のバルーン直径を、６ｍｍ以上のバルーン直径と含ませることができる。

交替選択可能なカテーテルセットの一例においては、８０ｃｍと１２０ｃｍのカテーテル本体長を、２ｃｍ，４ｃｍ及び６ｃｍのバルーン長と提供することができる。本体長とバルーン長の組合せの一部又は全部を、４ｍｍ，５ｍｍ，６ｍｍ及び７ｍｍの直径のバルーンを有するカテーテルで使用可能である。前記セット例は、流動特性の異なる２４のカテーテルを含むが、これらはカテーテル構造間の別の相違から達成することもできる。例えば、異なるカテーテル長、バルーン長、バルーン直径、バルーンに流入する流体の冷却用のオリフィス長を、これらの異なるカテーテル間で異なるものとすることができる（多くの場合バルーン長の関数として、冷却流体の流量がバルーン表面全体を冷却するのに十分なものとなるように、長いバルーンは短いオリフィスを有する）。

カテーテル間の大きな差異、バルーンへの冷却流体流入ルーメンの容積及び直径、冷却流体を搬送する配管系の温度、供給キャニスタをカテーテル本体に接続するマニホルド、及びその他の物理的な違いによって、カテーテルに流入する亜酸化窒素流体の温度、および／又は、気体／液体ミックスを大幅に変えることができる。このことによって、圧力制御アルゴリズムが複雑になり、選択されるかもしれない大幅に相違するカテーテルにおいて均一な反応を作り出すことが困難となる可能性がある。更に、カテーテル本体からの排出流を測定する時における冷却流体システム全体の反応時間によって、例えば複数のカテーテル全体を通じて均一な圧力段階を作り出すためには、単純なフィードバックループに依存することが困難となる可能性がある。

次に、図３及び図４を参照すると、カテーテル１０の種々の構造がより詳細に示されている。カテーテル本体２６は、このカテーテル本体の近端部と遠端部に延出する、冷却流体供給ルーメン４０と排出ルーメン４２とを有する。前記第１及び第２バルーン３０，３２は、カテーテル本体と一体の延出部分としてもよいし、それと別体に形成して、それに取付けてもよい。前記バルーンは、カテーテル本体と同じ材料又は異なる材料から形成することができ、接着剤、熱溶接等によってカテーテル本体に取付けることができる。カテーテル本体２６は、ポリエチレン、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル、および／又は、それらのコポリマー及び誘導体を含む、種々のポリマー材から構成することができる。バルーン３０，３２は、弾性および／又は非弾性の構造を含むものとすることができ、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ウレタン、ラテックス、シリコーン、ポリエチレン、ＰＥＢＡＸ^ＴＭ等の高強度ポリマー等の材料から構成することができる。バルーン３０，３２は互いに異なる材料から形成することができ、例えば、第１バルーンをＰＥＴ等の高強度材料から形成し、第２バルーンをポリエチレンなどの高耐久性材料から形成することができる。バルーン２８は、通常、少なくとも１ｃｍ、好ましくは約１．５ｃｍ〜１０ｃｍ、の長さを有し、１．５ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を有するものとすることができる。

真空空間３４内には熱バリアを設けることができ、この熱バリアは、バルーン間の空隙を形成又は維持する。適当な熱バリアは、編成、編組、螺旋状編成、又は、ＳＡＡＴＩＦＩＬ^ＴＭポリエステル、ＰＥＳ３８／３１Ｍの名で米国ニューヨーク州サマーズのＳＡＡＴＩＴＥＣＨ社から市販されているポリエステル材などの節状繊維を含むことができる。前記ポリエステル層上、又は前記第１および第２バルーン間のその他の箇所には、撮像を容易にするために放射線不透過性マーカも配設することができる。既に言及によってここに包含させた米国特許出願第０９／９５３，４６４（アトーニードケット番号１８４６８−０００６２０ＵＳ）により完全に記載されているように、選択された温度で相が変化する流体を含む熱バリアの使用を含めて、その他種々多様な別構造も可能である。

引き続き図３及び図４を参照すると、カテーテル本体２６に沿ったハブ４４によって、ガイドワイヤポート４６をカテーテル本体のガイドワイヤルーメン４８に接続することができる。処理の完了後のバルーンの収縮を容易にするために、バルーン収縮ポート５０が排出ルーメン４２に接続される。バルーンが破裂する前にシステムを遮断するように、前記内側バルーンの内面と前記真空空間との間には少なくとも１つの破裂板を配設することができる。ワイヤ５４によってバルーンのセンサを装置１２に接続しながら、真空空間３４を真空ルーメン５２によって前記ハブ２２に接続することができる。

図５は、前記システム１０の流路及び制御構成要素の一部の機能流れ図を示している。システム１０の流体遮断部６０は、一般に、回路によって遮断弁６４に接続された真空スイッチ６２を有し、前記回路はバッテリ６６から電力供給される。前記スイッチ６２は、所定レベルの真空が検出された場合にのみ閉じ状態に留まることができる。或いは前記回路を、前記スイッチが前記所定レベルの真空状態が存在する時にのみ開放されるように、かつ、前記スイッチが開放された時には前記遮断弁６４が開放されるように構成することも可能である。カテーテル本体、内側バルーンおよび／又は外側バルーンに破断が存在する時、真空状態は低減し、低温流体又は血液が前記真空ルーメン又は真空空間に流入することを許容する。

前記システムの圧力制御部７０においては、流体は、遮断弁６４を通って（亜酸化窒素キャニスタなどの）流体供給源７４から冷却流体路に沿って流れる。デリバリ弁６４が開放されると、流体は、流体供給ルーメン４０に沿ってバルーン３０へと進むことが許容され、ここで冷却流体の少なくとも一部が液体から気体へと相変化する。前記流体の一部は、バルーン３０に入る前、および／又は、バルーン３０から排出ルーメン４２へと排出された後も、液体から気体へと相変化することができる。圧力放出弁７６によって、前記排出物の放出、通常は周囲環境への放出、を制御する。別のシステムでは、前記排出物は、真空供給源、廃棄物チャンバ、リサイクルシステム等に放出することができる。放出弁７６は、排出ルーメン４２及びバルーン３０内の背圧を制御する。

遮断弁又はデリバリ弁６４が開放されると、流体供給源７４からの冷却流体は、逃がし弁（vent valve）７２へと進行することが許容される。次に、この弁７２（及び、冷却流体制御システム７０のその他の構造部分）がバッテリ６６に接続される。前記接続回路は、多くの場合、バルブサイクル時間を設定するためのタイマーを含むものとされる。前記逃がし弁７２が開放されると、前記流体供給源および／又は流体供給ルーメンからの冷却流体が逃がされ、これによって、バルーン３０への冷却流体の流入を大幅に制限する。

後に詳述するように、前記トランスデューサ７８からの測定圧に応じて、逃がし弁および／又は遮断弁のサイクルのレジメン（regimen）を選択することができる。具体的には、前記遮断弁６４を開閉することによって、初期又は較正用の冷却流体流を流体供給源４０に導入することができる。前記トランスデューサ７８の圧力を測定することによって、前記コントローラは、そのシステムの冷却流流動特性の少なくとも一部を測定することができる。本実施形態においては、前記逃がし弁および／又は遮断弁のバルブサイクル時間は、圧力トランスデューサ７８によって測定される排出物の圧力に応じて決定される。ここでも、流体供給源７４の温度を制御するためのバッテリ６６駆動ヒータの使用を含む当該システムの機能ブロック図のその他の特徴は、既にここに言及によって包含させた２００１年９月１４日出願の同時係属米国特許出願Ｎｏ．０９／９５３，４６４に、より詳細に記載されている。

図６には、前記冷却流体路に沿った前記システム１０の構成要素が示されている。これら構成要素の使用法８０が図１０のフローチャートに示されている。図６及び図１０を参照すると、前記逃がし弁が閉じられた状態（工程８２）で、前記デリバリ弁又は遮断弁６４は、冷却流体を供給ルーメンマニホルド６５の管に導入するのに十分な時間開放される。前記逃がし弁は、１／２秒間以下、理想的には２０ｍｓ、開放することができる。前記システムは、前記逃がし弁及びデリバリ弁が共に閉じられた状態で休止し（工程８６）、工程８８では、この閉じ状態の前、その間、又はその後、に排出圧をトランスデューサ７８によって測定することができる。休止時間は、測定圧に基づくものとすることができる（工程９０）。前記両弁が閉じられた状態での休止中に、前記マニホルド６５内の冷却流体が沸騰し、冷却流体を（オプションとしては気体／液体混合物として）バルーンに送る。前記休止時間後、前記逃がし弁７２は開放することができる（工程９２）。前記デリバリ弁での開閉は、バルーンが中間圧に達するような反復休止回数８６で反復することが可能である（工程９４）。いったん中間圧が達成されると、バルーンを次の圧力段階へとステップアップすることができる（工程９６）。

好ましくは、約５ｐｓｉ〜２５ｐｓｉ（約３４．５ｋＰａ〜約１７２．４ｋＰａ）の圧力増加を作り出すためには、短い初期休止時間８６を使用することができる。この工程からの測定圧８８を使用して、後続のバルブサイクルのための休止又はサイクル時間を算出することができる。一般に、比較的大きな測定排出圧をもたらす流動特性を有するカテーテルは、小容量の長いバルーンと室温マニホルドのカテーテルを含む。そのようなカテーテルのために中間圧を提供するには、短い休止時間とバルブサイクル時間が適切であろう。低い測定排出圧を有するカテーテルには、所望の中間圧を達成するためには、工程８６でのより長い休止及びバルブサイクル時間が有利であろう。

次に図７を参照すると、病巣の拡張の前および／又はその間に冷却を使用することによって、非冷却バルーンでの血管形成術用に通常使用されるものよりも低い拡張バルーン圧力を使用することが可能となる。いくつかの実施形態においては、約８気圧の圧力でバルーン２８を膨張させ、係合された管壁組織を約−２℃〜−１２℃、理想的には−１０℃までの温度に冷却することによって、反動（recoil）および／又は再狭窄を抑制しながら狭窄性病巣を開放することができる。病巣の一部、特に、重度に石灰化した又は線維症性の病巣の場合、より高い圧力が有利である。管壁への損傷を制限するためには、最初は低い圧力で病巣を拡張することが有利であるかもしれない。管の拡張がその低い圧力ではうまく行かないのであれば、第２のより高い圧力（オプションとして、その後、第３の更に高い圧力）で拡張することが望ましい。

図７のシステムにおいては、バルーン圧力は、大部分、圧力トランスデューサ７８に接続された圧力放出弁７６ａによって制御される。選択可能性がより高い圧力の使用を可能にするために、第１及び第２の圧力放出弁７６ａ，７６ｂが排出ルーメン４２に接続される。第１圧力放出弁７６ａは、低い圧力に（カテーテル本体に沿った気体の圧力低下を補償するために、例えば約８気圧以下に）設定することができ、これに対して第２圧力放出弁７６ｂは、それよりも幾分高い圧力（例えば、１０気圧又はそれよりも僅かに低い圧力）に設定される。コック弁９０を手動で閉じ位置へと回動操作することによって、カテーテルがより高い圧力で作動するように、前記低圧放出弁７６ａを、排出システムから分離することができる。前記弁が開放位置にある時には、気体が低圧弁から排出される。

図９を参照して理解されるように、バルーンが様々な圧力で作動する時、バルーン内の冷却流体（多くの場合亜酸化窒素）は異なる温度で気化する。８気圧においては、バルーン内部の温度は約−４０℃である。１０気圧では、標的組織温度（多くの場合、約−１０℃）を提供するべくバルーン内の温度は約−３５℃とすることができ、冷却流体が流れる時間を、低圧よりも高圧の場合により長い冷却時間を提供するように調節することができる。亜酸化窒素を８気圧及び１０気圧で使用する場合、−１０℃の標的温度に達する時間は、それぞれ、約２０秒間及び３０秒間である。前記圧力トランスデューサは、前記排出圧を検出し、装置１２のマイクロプロセッサに、選択されたバルーン圧に対して適当な時間作動するように信号を送ることができる。

次に図８を参照すると、カテーテル１４が管に導入される前に、カテーテルのプロファイルを最小化し前記真空トランスデューサを起動するべく、前記内側バルーン３０と外側バルーン３２の両方に、通常、真空状態が付与される（図３及び図５を参照）。治療の間、前記真空空間３４と真空ルーメン５２とが環境圧よりも低い状態に留まるので、前記内部バルーンが膨張される時には前記内側及び外側真空回路を分離することが有利である。真空ルーメン５２と排出ルーメン４２との間には一方向弁９４を設け、真空源９６を使用して排出ルーメン内を真空引きすることによって、二つの別々の真空源に依存する必要無く、両バルーンを同時に収縮させることが可能である。

次に図１１Ａ〜１１Ｄを参照して、血管ＢＶの標的部位ＴＰを治療する方法が理解される。カテーテル１４を、ガイドワイヤＧＷ上で導入し、バルーン２８を血管ＢＶ内の前記標的部位ＴＰの近傍に位置決めする。初期冷却流体流１１Ｂ又は較正用冷却流体を、冷却流体路に、その内部で気化するように導入することができる。この初期流体または較正用流体によって、バルーン２８の下流側で測定可能な（排出圧などの）排出特性を作り出すことができ、これによってシステムが適切な冷却流体流のレジメン（regimen）を確認することが可能となる。従って、図１１Ｃに略示されているようなバルーン２８内での中間圧状態を提供するべく、その後の冷却流体流には適当な冷却流体制御アルゴリズムを適用することが可能である。この制御された中間圧状態は、多くの場合中間バルーン圧とされるが、制御された率の圧力の増加率とすることも可能である。そのような圧力増加率は、通常は３つ以上の圧力増加段階である、一連の圧力増加段階として規定することができる。

図１１Ｂに示されているように、バルーン２８は、膨張開始後、約０．２５秒間〜約１０秒間、多くの場合１秒間以上、更に多くの場合約０．５秒間〜約７秒間、そしてオプションとして約７秒間以上、の時間で完全膨張状態に達することができる。いくつかの実施形態においては、特に前記中間圧が第１拡張圧と図７のシステム等を使用したその後のより高い拡張圧とを含む場合には、バルーンの最初の膨張と最大膨張圧への膨張との間には、遥かに長い時間が経過するものとすることが可能である。

以上、例示のために、かつ理解明瞭のために、例示的実施形態について幾分詳細に説明してきたが、当業者は、種々の改変、応用、変更を使用することが可能であると理解するであろう。従って、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。

本発明の原理による低温バルーンカテーテルシステムの斜視一部破断図 図１のバルーンカテーテルシステムの近位側ハウジングと、互いに冷却流体流動特性の異なる複数種の冷却バルーンカテーテルのうちいずれかと、の代替選択可能な接続を示す概略図。 図１のシステムのバルーンカテーテルの一部破断図 図３の線４−４に沿ったバルーンカテーテルの断面図 図１のバルーンカテーテルシステムの構成要素を示す機能ブロック図 図１のシステムの冷却流体路に沿って配設された構成要素を示す概略図 代替的な冷却流体路と、これに関連する構成要素とを示す概略図 図１のシステムの内側バルーン及び外側バルーンを収縮させるともに、これら内側バルーン及び外側バルーンの漏れを検出するために真空状態を形成するための真空システムを示す概略図 図１のシステム用膨張流体の一例である亜酸化窒素の、膨張圧及び温度の関係をグラフによって示す図 図１のシステムのバルーンを所望の圧力へと膨張させるための複数段階のフローチャート 図１のシステムを使用した血管の治療を略示する断面図 図１のシステムを使用した血管の治療を略示する断面図 図１のシステムを使用した血管の治療を略示する断面図 図１のシステムを使用した血管の治療を略示する断面図

Claims (13)

1. 血管の部位を冷却するためのカテーテルシステムであって、
   近端部と遠端部とを備えるカテーテル本体と、前記遠端部の近傍に配設されたバルーンとを有するバルーンカテーテルと、前記カテーテル本体は、前記バルーンと流体連通する供給ルーメンと排出ルーメンとを備えることと、
   前記カテーテル本体の前記近端部に接続されて、遠位側において前記供給ルーメンに沿って、前記バルーンを通って延出するとともに、近位側において前記排出ルーメンに沿って戻り延出する冷却流体路を形成可能な流体供給源と、前記流体供給源は、液体から気体へ相変化して冷却を行う冷却流体を有することと、
   前記流体路に接続された冷却流体制御システムと、該流体制御システムは、前記バルーンが未膨張状態である第１形態と、前記バルーンが治療圧へと膨張されて前記部位を治療温度へと冷却する第２形態と、前記バルーンの中間圧状態が制御される中間形態とを有することと、前記流体制御システムは、前記バルーンの上流側で前記冷却流体路に沿って配設された逃がし弁を含むことと、
   前記逃がし弁を開放状態と閉鎖状態とで周期的に循環させるように構成されたタイマーとを備えることを特徴とするカテーテルシステム。
2. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、前記中間圧状態は、前記治療圧よりも低い圧力を含むカテーテルシステム。
3. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、前記中間圧状態は、バルーン膨張圧の変化率を含むカテーテルシステム。
4. 請求項３に記載のカテーテルシステムであって、前記変化率は、前記バルーンの前記第１形態から前記第２形態への膨張が少なくとも約０２５秒間となるように構成されているカテーテルシステム。
5. 請求項４に記載のカテーテルシステムであって、前記冷却流体は亜酸化窒素を含み、前記治療圧は、約７気圧〜約１１気圧の範囲であるカテーテルシステム。
6. 請求項４に記載のカテーテルシステムであって、前記変化率は、複数の増加する圧力段階によって規定されるカテーテルシステム。
7. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、更に、互いに異なる冷却流体流動特性を有する複数の代替選択可能なバルーンカテーテルを有し、各代替バルーンカテーテルは前記流体供給源に接続してそれに対応する代替流体路を形成可能であり、前記流体制御システムは、所望の温度範囲の少なくとも１つの治療温度と、所望の治療圧範囲の治療圧と、所望の圧力変化率範囲の圧力変化率との少なくとも１つを提供するべく前記互いに異なる流動特性を補償するカテーテルシステム。
8. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、前記流体制御システムは、更に、前記流体供給源と前記バルーンとの間に配設された流体デリバリ弁を有するカテーテルシステム。
9. 請求項８に記載のカテーテルシステムであって、前記冷却流体は亜酸化窒素を含み、前記システムは、更に、サイクル時間によって前記逃がし弁を開放状態と閉鎖状態とで周期的に循環させるタイマーを有し、前記タイマーは、前記流体デリバリ弁を同じサイクル時間で周期的に開放状態と閉鎖状態とで循環させ、前記逃がし弁は前記流体デリバリ弁よりも前記サイクル時間のうち長い部分開放されるカテーテルシステム。
10. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、前記流体制御システムは、初期冷却流体流を導入し、前記バルーンの下流側においてこの初期流の特性に応じて適切な冷却流体流の逃がし弁開閉のサイクルを決定するカテーテルシステム。
11. 請求項１０に記載のカテーテルシステムであって、前記冷却流体流の逃がし弁開閉のサイクルはバルブサイクル時間を含み、前記下流側特性は排出圧を含むカテーテルシステム。
12. 請求項１に記載のカテーテルシステムであって、前記流体制御システムは、前記バルーンの下流側に代替選択可能な複数の圧力放出弁を有するカテーテルシステム。
13. 血管の部位を冷却するカテーテルシステムであって、
    第１及び第２の交替選択可能なバルーンカテーテルと、各バルーンカテーテルは、近端部と遠端部とを備えるカテーテル本体と、前記遠端部の近傍に配設されたバルーンとを有し、前記カテーテル本体は、前記バルーンと流体連通する供給ルーメンと排出ルーメンとを有することと、
    各カテーテル本体の前記近端部に接続されて、前記選択されたバルーンカテーテルに関連し、第１冷却流体路及び第２冷却流体路を含む冷却流体路を形成可能な流体供給源と、該流体供給源は、液体から気体へ相変化して冷却を行う冷却流体を有し、前記第１バルーンカテーテル側の第１冷却流体路の特性は、前記第２バルーンカテーテル側の第２冷却流体路の特性と大幅に異なることと、
    前記冷却流体路に接続された冷却流体制御システムと、該流体制御システムは、前記冷却流体路に接続されたセンサを有し、該センサは、較正モードにおいて前記供給源からの較正流体流に応答して較正信号を生成し、前記流体制御システムは、治療モードにおいて前記較正信号に少なくとも部分的に基づいてバルーン圧を制御することと、前記流体制御システムは、前記バルーンの上流側で前記冷却流体路に沿って配設された逃がし弁を含むことと、
    前記逃がし弁を開放状態と閉鎖状態とで周期的に循環させるように構成されたタイマーとを備えることを特徴とするカテーテルシステム。

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