JP7219498B2 - 極低温ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、一般にポンプ、特に極低温材料のポンピングに関する。
極低温材料用のポンプは、効率的に動作するために、弾性の低下など、極低温によって引き起こされる制限を克服できなければならない。極低温ポンプの効率を改善するためのシステムおよび方法は、当技術分野で知られている。
Ｇａａｒｄｅｒ氏の米国特許第２，８８８，８７９号（特許文献１）は、極低温で冷却された液化ガスのポンピング、特に液体酸素のポンピングについて記載している。ポンプは、浸漬タイプであり、ポンプは極低温剤容器内にあり、極低温剤自体によって冷却される。
Ｇｏｔｔｚｍａｎｎ氏他の米国特許第３，４５６，５９５号（特許文献２）は、２つの目的に使用されるポンプについて記載している。１つは極低温剤をポンプで送ることで、もう１つはそれにより極低温剤が流れるピストンサイクルを数えることによって流量を測定することである。
Ｂｅｒｒｅｔｔｉｎｉ氏の米国特許第３，９５８，４４３号（特許文献３）は、貯蔵容器から分配された極低温剤の量を測定するために使用されるメータを提供し、そして較正するための装置を記載している。
Ｐｒｅｓｔｏｎ氏他の米国特許第５，６１６，８３８号（特許文献４）は、液化天然ガス供給流路と回路内に入口と出口を有する断熱容器に取り付けられた極低温剤メータについて記載している。
Ｋｏｔｔｋｅ氏の米国特許第６，２０３，２８８号（特許文献５）は、内部コンパートメントが閉じたシリンダーを含む往復ポンプについて記載している。ポンプは、極低温剤をポンピングするために使用することができる。
Ｇｒａｍ氏他の米国特許第６，６５９，７３０号（特許文献６）は、極低温液体と蒸気の両方を貯蔵タンクからポンプに供給して、ベントの必要性を減らすための装置について記載している。ポンプは、極低温液体または液体と蒸気の混合物をポンピングするように動作可能である。
Ｂａｕｓｔ氏他の米国特許７，１９２，４２６（特許文献７）および８，５５１，０８１（特許文献８）は、極低温剤をプローブに供給するための極低温手術システムについて記載している。このシステムには、極低温剤で満たされたコンテナが含まれており、コンテナは極低温剤内に浸漬されたポンプのベローズを備える。
Ｄａｎｌｅｙ氏他の米国特許８，４１８，４８０（特許文献９）は、単動式容積式ベローズポンプを使用して、液体窒素などの極低温液体を貯蔵デュワーから機器の測定チャンバーに連結された熱交換器に移送する冷却システムについて記載している。
Ｄｕｏｎｇ氏他の米国特許第８，６７１，７００号（特許文献１０）は、１つのコンテナ組立体に取り付けられたアクチュエータを有する、少なくとも１つのポンプ組立体を含む極低温流体発生器を記載している。
Ｂａｕｓｔ氏他の米国特許８，９９８，８８８（特許文献１１）および９，４０８，６５４（特許文献１２）は、過冷却液体極低温剤をさまざまな構成の極低温プローブに送達するための極低温医療機器について記載している。極低温プローブは、損傷した、病気の、癌性の、または他の望ましくない組織の治療に使用することができる。
Ｄｏｗｎｉｅ氏他の米国特許第９，４４１，９９７号（特許文献１３）は、二相流体に浸漬された少なくとも１つの圧電発振器を使用して、二相流体の物理的特性を測定する方法を記載している。
Ｄｒｕｂｅ氏他の米国特許出願２００５／０２７４１２７（特許文献１４）は、極低温液体を使用ポイントに分配するためのモバイルシステムについて記載している。このシステムは、極低温液体の供給を含む低圧バルクタンクと、タンクから極低温液体を受け取るためにバルクタンクと連通している高圧サンプとを含む。
Ｂａｂｋｉｎ氏他の米国特許出願２０１０／０２５６６２１（特許文献１５）は、液体極低温剤を蒸発させることなく、閉じた流体経路に沿って液体極低温剤または冷媒を駆動する冷凍アブレーションシステムについて記載している。
Ｂｅｒｚａｋｅｔａｌ氏の米国特許出願２０１４／０１６９９９３（特許文献１６）および２０１５／０３００３４４（特許文献１７）は、第１の端部に入口開口部および出口開口部を備えたベローズを有するポンプセクションを含む極低温ポンプについて記載している。
米国特許第２，８８８，８７９号 米国特許第３，４５６，５９５号 米国特許第３，９５８，４４３号 米国特許第５，６１６，８３８号 米国特許第６，２０３，２８８号 米国特許第６，６５９，７３０号 米国特許第７，１９２，４２６号 米国特許第８，５５１，０８１号 米国特許第８，４１８，４８０号 米国特許第８，６７１，７００号 米国特許第８，９９８，８８８号 米国特許第９，４０８，６５４号 米国特許第９，４４１，９９７号 米国特許出願２００５／０２７４１２７ 米国特許出願２０１０／０２５６６２１ 米国特許出願２０１４／０１６９９９３ 米国特許出願２０１５／０３００３４４
本発明の一実施形態は、装置であって：
管腔を含み、生きている被験者の組織に接触するように構成された遠位端を有するプローブと；
遠位端に配置された温度センサと；
ポンプモータを有し、管腔を通してプローブの遠位端に極低温流体を送達し、そしてプローブから戻り極低温流体を受け取るように結合された、ポンプと；
戻り極低温流体を戻り極低温液体と戻り極低温ガスに分離するように結合された分離器と；
戻り極低温ガスの流量を測定するように結合された流量計と；そして
温度センサによって測定された温度と戻り極低温ガスの流量に応答してポンプモータのポンプ速度を制御するように構成されたプロセッサと；
を有することを特徴とする装置を提供する。
開示された一実施形態では、ポンプがピストンポンプを有する。
他の一実施形態では、ポンプがベローズポンプを有する。
さらに他の一実施形態では、温度が低下する間、プロセッサは、戻り極低温ガスの流量に関係なく、ポンプ速度を所定の高い回転速度に設定する。
一般的に、温度が所定の定常状態値に低下している場合、プロセッサは、戻り極低温ガスの流量が測定されたピーク高値流量から所定の低流量に減少するまで、ポンプ速度を所定の高い回転速度に設定する。
選択肢としての実施形態では、戻り極低温ガスの流量が所定の低流量を含む場合、プロセッサは、ポンプ速度を、所定の高い回転速度よりも低い所定の速度に低減する。一般的に、ポンプ速度が低い設定速度に低減されている場合、プロセッサは、温度および流量の少なくとも１つが変化したときに、ポンプ速度を増加させる。
さらに代替的な実施形態では、所定の低流量が、測定されたピーク高値流量の１００％未満の所定のパーセンテージである。所定のパーセンテージが５０％である。
またさらなる代替的実施形態では、温度が温度センサによって測定された第１の定常状態温度を含む場合、プロセッサは、第１の速度にポンプ速度を設定し、そして温度が第１の定常状態温度よりも低い第２の定常状態温度を含む場合、プロセッサはポンプ速度を第１の速度よりも大きい第２の速度に設定する。
本願発明は以下の図面を参照した実施形態の詳細な記載からより十分に理解されよう：
本発明の一実施形態による、外科手術に使用される装置の概略図である。 本発明の一実施形態による、ポンプの概略図である。本発明の実施形態による、外科手術に使用される装置の概略図である。 本発明の一実施形態による、プローブの概略図である。 本発明の一実施形態による、図１の装置の概略ブロック図であり、装置の要素がどのように一緒に接続されるかを示す図である。 本発明の一実施形態による、装置の操作においてプロセッサが従うステップのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、装置の操作においてプロセッサが従うステップのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、装置の操作においてプロセッサが従うステップのフローチャートである。 本発明の一実施形態による、フローチャートのステップを示すグラフである。 本発明の一実施形態による、フローチャートのステップを示すグラフである。
（概論）
従来の極低温ポンプシステムとは対照的に、本発明の実施形態は、プローブへの極低温流体の送達によって達成される温度、ならびにプローブから極低温ガスを戻す流量を測定する。２つの測定値を使用することにより、本発明の実施形態において、プローブを低温定常状態に冷却するために必要な極低温液体の量を減らすことができる。体積の減少は、低温定常状態への移行中と低温定常状態自体の両方で発生する。
したがって、本発明の実施形態では、装置は、管腔および、生きている被験者の組織に接触するように構成された遠位端と、を備えるプローブを有する。温度センサは遠位端に配置され、装置は、ポンプモータを備えるポンプを有し、ポンプは、管腔を通してプローブの遠位端に極低温流体を送達し、そしてプローブから戻る極低温流体を受け取るように結合される。
装置は、戻り極低温流体を戻り極低温液体と戻り極低温ガスに分離するように結合された分離器と、戻り極低温ガスの流量を測定するように結合された流量計とをさらに備える。プロセッサは、温度センサによって測定された温度および戻り極低温ガスの流量に応じて、ポンプモータのポンプ速度を制御するように構成されている。
（詳細な記載）
以下の記載において、図面中の同様の要素は、同様の数字によって識別される。
ここで、本発明の実施形態による、外科手術に使用される装置２０の概略図である図１を参照する。例として、以下の記載で想定される外科手術は乳房腫瘍に関するものであるが、装置２０は、前立腺または腎臓腫瘍などの他の外科手術に使用することができ、そのような外科手術はすべて本発明の範囲内に含まれると見なされることが理解されよう。
外科手術は、患者２８に対して医師２４によって実行され、医師は、装置２０に含まれるディスプレイ３２上で外科手術の結果を観察することができる。（通常、乳房腫瘍に対する外科手術は、乳房の超音波スキャンを実行することを含む。スキャンは通常、医師２４以外の超音波専門家によって実行される。超音波スキャンの詳細は、本開示とは関係がなく、そして簡略化のため、超音波専門家は図１に示されていない。）
装置２０は、装置の動作のためのソフトウェア４４が記憶されているメモリ４０に結合されたプロセッサ３６によって制御される。プロセッサ３６およびメモリ４０は、操作コンソール４２にインストールされる。メモリ４０内のソフトウェア４４は、例えば、ネットワークを介して、電子形式でプロセッサにダウンロードされ得る。代替的または追加的に、ソフトウェアは、光学的、磁気的、または電子的記憶媒体などの非一過性有形媒体で提供され得る。ソフトウェア４４は、装置操作アルゴリズム４８のためのソフトウェアを含み、装置２０の操作においてプロセッサによって実行されるステップを含む。装置操作アルゴリズム４８は、以下でより詳細に記載される。
乳房腫瘍の外科手術では、装置２０を使用して、最初にポンプ５６に保持された極低温流体５２を、腫瘍の近くに挿入される遠位端を備えるプローブ６０に注入する。流体５２は、最初は液体の形態であるが、外科手術中に、流体は、液体から液体／気体混合物に、あるいは完全に気体の状態にさえ変化する可能性がある。特に明記しない限り、本明細書では、極低温流体５２は、例として、液体または気体の窒素を含むと想定されている。しかしながら、極低温アルゴンなどの他の極低温流体を装置２０で使用することができ、そのような極低温流体はすべて、本発明の範囲内に含まれると想定されることが理解されよう。ポンプ５６はプローブ６０に接続されており、医師２４はプローブ６０を操作して、プローブの遠位端を腫瘍に対して正しく配置する。（操作は通常、上記の超音波スキャンを観察する医師によって支援される。）ポンプ５６とプローブ６０の両方は、以下で詳しく記載される。
図２は、本発明の一実施形態による、ポンプ５６の概略図である。ポンプ５６は、ピストンに結合されたモータ６８によって駆動されるピストン６４を備えるピストンポンプである。本発明の実施形態では、ポンプ５６のようなピストンポンプ以外の極低温流体ポンプ、例えばベローズポンプを使用することができ、本明細書の記載は、そのような異なるポンプに対応するために変更されうる。
ポンプ５６は、デュワー７２に接続されており、デュワー７２は、デュワーの下部空間８０に液体形態で保持されている極低温流体５２を保持している。デュワー内の液体の上、上部空間８４には、極低温液体の蒸発によって形成されたガスがある。
図２に示されるように、ポンプ５６のピストン、およびピストンに取り付けられたポンプ要素は、液体形態の流体５２に浸漬される。モータ６８の動作時に、液体形態の極低温流体は、出口逆止弁７６および出口管９４を介してデュワーから出る。弁７６および管９４から出る流体は、通常、約１００％液体であり、ポンプから出る流体は、出口管を介してプローブ６０に送られる。
ポンプ５６は、プローブ６０から戻り極低温材料を受け取るように接続されている。戻り極低温材料は、典型的には液体－ガス混合物であるが、場合によっては、戻り材料は、約１００％のガス、またはおそらく約１００％の液体を含み得る。戻り材料は、受容管９２を介して液体／ガス分離器８８に入力される。分離器８８は、分離された極低温液体を空間５２内の既存の極低温液体に戻し、分離されたガスが上部空間８４に入ることを可能にする。
上部空間８４は、出口管９６を介してガス流量計１００（図４）に接続され、ガス流量計１００（図４）は、次に、大気に接続する。したがって、上部空間８４に入る分離されたガスは、ガス流量計１００を介して大気に排出される。
図３は、本発明の実施形態による、プローブ６０の概略図である。プローブ６０は、シャフト近位端でプローブのシャフト１０８に取り付けられたハンドル１０４を備える。シャフト１０８は、尖った遠位端１１２で終端し、これにより、シャフトは、患者２８の乳房の１区画のような、組織を貫通することができる。セクション１１６に示されるように、シャフト１０８は、典型的には薄壁ステンレス鋼から形成される３つの同心管を含む。第１の内側の管１２０は中央管腔１２４を囲み、内側の管は第２の管１２８によって囲まれる。第１の管および第２の管は中間空間１３２によって分離される。第３の外側の管１３６は第２の管１２８を囲む。第２および第３の管は、空間１４０によって分離されている。
温度センサ１４４、通常は熱電対またはサーミスタは、遠位端１１２内に固定的に配置される。温度センサ用のケーブル１４８は、通常、空間１４０に配置される。ケーブルはプロセッサ３６に接続され、センサ１４４によって感知された温度をプロセッサが測定できるようにする。
装置２０の動作において、シャフト１０８の第２の管と第３の管との間の空間１４０は、密閉された真空状態に維持される。以下でより詳細に記載するように、中央管腔１２４は、極低温流体をポンプ５６から遠位端１１２に運ぶために使用され、中間空間１３２は、極低温流体を遠位端からポンプに戻すために使用される。
シャフト１０８の内部構造に概ね類似した内部構造を有するフレキシブルチューブ１５２は、ハンドル１０４を介してシャフトに結合される。チューブ１５２内の管腔は、極低温流体をポンプ５６から中央管腔１２４に運び、そして戻り極低温流体を中間空間１３２からポンプに移送するように構成される。
図４は、本発明の実施形態による、装置２０の概略ブロック図であり、装置の要素がどのように一緒に接続されるかを示す図である。ブロック図は、要素間の極低温流体の流れと信号データの流れを示している。
プロセッサ３６は、ポンプモータ制御信号をモータ６８に提供することにより、装置２０の動作を制御する。起動すると、モータはポンプ５６を操作し、それにより極低温流体が出力逆止弁７６を介してデュワー７２から排出される。排出された極低温流体は、フレキシブルチューブ１５２およびハンドル１０４を介して、デュワーから流出し、プローブ６０に入って遠位端１１２に達する。
極低温流体は、通常、液体／ガス混合物として、プローブ６０、ハンドル１０４、およびフレキシブルチューブ１５２を介して遠位端１１２からデュワー７２の液体／ガス分離器８８に戻る。分離器は、戻り極低温流体を、上部空間８４に入るガスと、下部空間８０に入る液体に分離する。上部空間８４に入るガスは、ガス流量計１００を介して大気に排出される。
図に示されているように、プローブの遠位端にある温度センサ１４４は、プローブ先端の温度を示す信号をプロセッサ３６に提供する。プロセッサ３６はまた、ガスメータ１００から、戻りガス流量を示す信号を受信する。この流量は、セパレータ８８から空間８４に流入するガスの流量に対応する。プロセッサ３６は、これらの信号を使用して操作アルゴリズム４８を操作し、これにより、プロセッサは、ポンプモータ６８を制御する出力信号を生成することができる。ポンプモータに送信される出力信号はモータの回転数を制御する。
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、装置２０の操作においてプロセッサ３６が従うステップのフローチャートを示し、図６および７は、本発明の一実施形態による、フローチャートのステップを表示するグラフである。フローチャートのステップは、操作アルゴリズム４８のステップに対応する。
操作アルゴリズム４８は、３つのフローチャート、本明細書では温度フローチャート１６０とも呼ばれる第１のフローチャート１６０、本明細書ではガス流量フローチャート１６４とも呼ばれる第２のフローチャート１６４、および本明細書では定常状態フローチャート２２０とも呼ばれる第３のフローチャート２２０を含む。装置２０の操作において、プロセッサは、最初にフローチャート１６０および１６４を同時にアクティブ化し、定常状態フローチャート２２０はアクティブ化されない。プロセッサは、通常、プローブ６０が患者に配置された後で、医師２４によってコンソール４２を使用してプロセッサ３６に送信された、フローチャートをアクティブ化するコマンドで、フローチャート１６０および１６４をアクティブ化する。（以下で記載するように、定常状態フローチャート２２０は後でアクティブ化される。）
フローチャート１６０および１６４の起動時に、両方のフローチャートの最初の操作ステップ１６８で、医師２４は、装置２０の目標定常状態動作温度Ｔｓを設定する。装置の定常状態動作温度Ｔｓは、極低温流体５２、本明細書では液体窒素（沸点－１９６℃）を含むと想定される、の沸点よりも高い。定常状態の動作温度は、モータ６８のポンプ速度がプロセッサ３６によって一定の低い回転速度に設定されると維持されるプローブ先端の温度に対応する。通常、定常状態の動作温度はモータの一定の低い回転速度に依存するため、一定の低い回転速度が高いほど、定常状態の動作温度は低くなる。
開示された実施形態では、モータ６８の一定の低い回転速度は、約－１６０℃の定常状態の動作温度に対して約２８ｒｐｍ（毎分回転数）であり、モータの一定の低い回転速度は、約－８０°Ｃの定常状態の動作温度に対して約８ｒｐｍである。しかしながら、一定の低い回転速度および定常状態の動作温度のこれらの値は一例であり、したがって、本発明の範囲は、８ｒｐｍおよび２８ｒｐｍとは異なるモータ６８の一定の低い回転速度、および－８０°Ｃおよび－１６０°Ｃとは異なる対応する定常状態の温度を含むことが理解されよう。所望の定常状態の動作温度に必要な一定の低い回転速度は、過度の実験なしに決定され得ることも当業者には理解できよう。
さらに、最初のステップ１６８で、プロセッサ３６は、モータ６８の速度を高い回転速度まで上昇させる。
ガス流量フローチャート１６４において、制御は、ガス流量記録ステップ１７０に移り、ここで、プロセッサ３６は、ガス流量計１００のガス流量を記録する。
開始時に、プローブ６０およびそれに接続するフレキシブルチューブ１５２は、通常、ほぼ室温であり、プロセッサは、プローブ先端の温度センサ１４４からの信号にアクセスして、プローブ先端温度Ｔを判定する。両方のフローチャートの第１の判定ステップ１７２において。プロセッサは、温度Ｔがステップ１６８で設定された定常状態の動作温度Ｔｓよりも高いかどうかをチェックする。
フローチャート１６０において、判定ステップ１７２が否定を返す場合、すなわち、Ｔ＞Ｔｓ ℃である場合、フローチャートは、高いポンプ速度ステップ１７６に進み、プロセッサは、モータ６８を高い回転速度で操作し続ける。開示された実施形態では、高い回転速度は、およそ４０ｒｐｍ～５０ｒｐｍの範囲にある。次に、フローチャートの制御は判定ステップ１７２に戻り、その結果、プロセッサ３６は判定を繰り返す。
フローチャート１６４において、判定ステップ１７２が否定を返す場合、フローチャートはフローチャートの転送ステップ１８０に進み、プロセッサは温度フローチャート１６０に従ってモータ６８の速度を設定する。ステップ１８０から、制御は判定ステップ１７２に戻り、フローチャート１６０の場合、プロセッサ３６は判定を繰り返す。
フローチャートの開始時に発生する Ｔ＞Ｔｓ ℃の状態は、装置２０の初期凍結プロセスに対応する。
図６に定常状態温度Ｔｓが約－１６０ ℃の外科手術のグラフを示し、図７に定常状態温度Ｔｓが約－８０ ℃の外科手術のグラフを示す。図６では、グラフ３００は温度Ｔ（°Ｃ）対 時間（ｓ）をプロットし、グラフ３０４はガス流量Ｇ（Ｌ／分）対 時間をプロットし、グラフ３０８はモータ速度Ｓ（ｒｐｍ）対 時間をプロットする。図７において、グラフ４００は、温度Ｔ（℃）対 時間をプロットし、グラフ４０４は、ガス流量Ｇ（Ｌ／分）対 時間をプロットし、グラフ４０８は、モータ速度Ｓ（ｒｐｍ）対 時間をプロットする。
グラフに示されているように、最初の開始期間３１２および４１２では、通常、装置２０のオペレーションの開始から約３０秒間、温度Ｔは約－１６０°Ｃ（図７）および－８０°Ｃ（図６）に急激に低下し、一方モータ６８の回転速度Ｓは４８ｒｐｍ（図６）と３０ｒｐｍ（図７）の高い回転速度に上昇する。この期間は、判定ステップ１７２が繰り返される時間に対応する。
フローチャート１６０では、判定ステップ１７２が肯定、すなわち Ｔ≦Ｔｓ を返すと、制御はガス流量フローチャートステップ１８４に移り、プロセッサはガス流量フローチャート１６４に従ってモータ６８の速度を設定する。プロセッサはガス流量フローチャート１６４にアクセスするが、プロセッサは、不等式 Ｔ≦Ｔｓ が連続することを確認し、肯定を返すために判定ステップ１７２を繰り返す。
ガス流量フローチャート１６４において、判定ステップ１７２が肯定を返すと、制御は第２の判定ステップ１８８に移り、そこでプロセッサはガス流量計１００の流量を示す信号にアクセスする。第２の判定ステップ１８８において、プロセッサは、ガス流量計１００ガスの流量が、高い値から所定の低いガス流量に低下したか否かをチェックする。所定の低いガス流量は、達成されたときに、到達した定常状態温度に悪影響を与えることなくモータ６８の速度を低下させることができることを指し示すガス流量である。所定の低いガス流量は、過度の実験なしに、当業者によって見出され得る。
グラフに示されているように、第１の開始期間３１２、４１２では、ガス流量は通常、最初のゼロから増加する。第１の開始期間が終了した場合でも、グラフは、ガス流量が増加し続け、通常、２番目の開始期間３１６で約１００ Ｌ／分のピーク最高値（図６）および２番目の開始期間４１６で約８０Ｌ／分（図７）のピーク最高値に達することを示している。一実施形態では、第２の開始期間３１６、４１６は、第１の開始期間の終了後、約３０秒の持続時間を有する。第２の開始期間の終了から始まる第３の開始期間３２０（図６）および第３の開始期間４２０（図７）において、ガス流量はその後減少し始め、それが所定の低いガス流量に到達するまで比較的高いままである。
所定の低いガス流量は、ピーク値流量の１００％未満であり、典型的には、ピーク値流量の割合、すなわちパーセンテージとして設定される。一実施形態では、パーセンテージは約５０％に設定され、その結果、約１００Ｌ／分のピーク値の場合、所定の低いガス流量は約５０Ｌ／分であり（図６）、ピーク値が約８０Ｌ／分の場合、所定の低ガス流量は約４０Ｌ／分である（図７）。５０％の値は概算で例示的であり、したがって、本発明の範囲は、ピーク高値率の５０％よりも低いまたは高い所定の低いガス流量の値を含むことが理解されよう。
最初の３つの開始期間中の高いガス流量は、フレキシブルチューブ１５２およびプローブ６０を含む装置２０の極低温流体冷却要素に起因する。要素がほぼ定常状態に近づくにつれて、ガス流量はほぼ定常状態の値に近づく。
上記のように、第２の判定ステップ１８８において、プロセッサ３６は、メータ１００を通るガスの流量が高い値から所定の低い値のガス流量に低下したかどうかをチェックする。プロセッサは、ステップ１７０で記録されたガス流量にアクセスすることによってこのチェックを実行する。
第２の判定ステップ１８８が否定を返す場合、すなわち、ガス流量が所定の低い値のガス流量に達していない場合、制御は高いポンプ回転速度ステップ１９２に移り、プロセッサはモータ６８の速度Ｓを高い回転速度に維持し続ける。ステップ１９２から、制御は第２の判定ステップに戻り、その結果、プロセッサはこのステップを繰り返す。
第２の判定ステップ１８８が肯定を返す場合、すなわち、ガス流量が所定の低い値のガス流量に達した場合、制御はポンプ速度低下ステップ１９６に移り、プロセッサは、設定された割合またはパーセンテージでモータ６８の速度を繰り返し低下させる。ここでは１０％と想定されているが、事前設定されたパーセンテージはこの値よりも低い場合も高い場合もある。以下で記載するように、ステップ１９６の反復は、否定を返す第３の判定ステップ２００を条件とする。
肯定を返す第２の判定ステップ１８８は、第３の開始期間３２０（図６）および第３の開始期間４２０（図７）が終了し、遷移期間３２４および４２４が開始することに対応する。
ステップ１９６から、制御は第３の判定ステップ２００に移り、プロセッサ３６は、ガス流量がほぼ一定の値に減少したかどうかをチェックする。一実施形態では、ほぼ一定の値は、Ｔｓ＝－１６０℃の場合、約３５Ｌ／分であり、Ｔｓ＝－８０℃の場合、約１８Ｌ／分であるが、他の実施形態では、Ｔｓの値に対して、これらの値よりも高いかまたは低い。
第３の判定ステップが否定を返し、ガス流量がほぼ一定ではない場合、制御はポンプ速度を下げるためステップ１９６に戻り、モータ速度のさらなる低下が実行され、第３の判定ステップが繰り返される。
第３の判定ステップが肯定を返し、ガス流量がほぼ一定である場合、制御は、低い速度ステップ２０４で設定されたポンプ速度に移り、プロセッサは、モータ６８の速度を、事前設定された固定の低い速度に徐々に下げる。一実施形態では、固定された低い速度は、Ｔｓ＝－１６０℃の場合は約２８ｒｐｍであり、Ｔｓ＝－８０℃の場合は約８ｒｐｍである。
肯定を返す第３の判定ステップ２００は、装置２０が定常状態を達成することに対応し、したがって、ステップ２０４は、定常状態フローチャート２２０のアクティブ化も含む。定常状態の達成は、遷移期間３２４の終了、および定常状態期間３２８（図６）の開始に対応し、そして遷移期間４２４の終了、および定常状態期間４２８（図７）の開始に対応する。
定常状態期間３２８および４２８の開始時、すなわち、ステップ２０４の実施時に、プロセッサは、温度フローチャート１６０およびガス流量フローチャート１６４の動作を停止し、定常状態フローチャート２２０をアクティブにする。
定常状態フローチャート２２０において、プロセッサは、判定ステップ２２４で、温度Ｔおよび流量Ｇが両方とも一定であるかどうかをチェックする。判定が肯定を返す場合、プロセッサは、ポンプ速度を一定に維持するステップ２２８で、モータ６８をその低い回転速度に維持する。判定が否定を返した場合、プロセッサは、ポンプ速度増加ステップ２３２で、モータ６８の速度を事前設定された量、通常は約２～６ｒｐｍだけ増加させる。ステップ２２８および２３２の両方の後、制御は判定ステップ２２４に戻り、プロセッサ３６はそれを繰り返す。
本発明の実施形態は、プローブの遠位端の温度と、戻り極低温ガスの流量の両方を測定することによって、極低温ポンプシステムの動作の効率をかなり改善することが理解されよう。温度と流量の両方を使用することにより、従来技術のシステムと比較して使用される極低温流体の量を減らしながら、定常状態の低温を達成および維持することが可能になる。
上記の実施形態は例として引用されており、本発明は、上記で特に示され、記載されたものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記の様々な特徴の組み合わせおよびサブ組合せの両方、ならびに前述の記載を読んだ当業者に想起される、先行技術に開示されていない、その変形および修正を含む。

Claims (10)

  1. 装置であって：
    管腔を含み、生きている被験者の組織に接触するように構成された遠位端を有するプローブと；
    前記遠位端に配置された温度センサと；
    ポンプモータを有し、前記管腔を通して前記プローブの遠位端に極低温流体を送達し、そして前記プローブから戻り極低温流体を受け取るように結合された、ポンプと；
    前記戻り極低温流体を戻り極低温液体と戻り極低温ガスに分離するように結合された分離器と；
    前記戻り極低温ガスの流量を測定するように結合された流量計と；そして
    前記温度センサによって測定された温度と前記戻り極低温ガスの流量に応答して前記ポンプモータのポンプ速度を制御するように構成されたプロセッサと；
    を有することを特徴とする装置。
  2. 前記ポンプがピストンポンプを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記ポンプがベローズポンプを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 前記温度が低下する間、前記プロセッサは、前記戻り極低温ガスの流量に関係なく、前記ポンプ速度を所定の回転速度に設定する、ことを特徴とする請求項１－３のいずれかに記載の装置。
  5. 前記温度が所定の定常状態値に低下している場合、前記プロセッサは、前記戻り極低温ガスの流量が測定されたピーク流量から前記測定されたピーク流量より低い所定の流量に減少するまで、前記ポンプ速度を前記所定の回転速度に設定する、ことを特徴とする請求項１－３のいずれかに記載の装置。
  6. 前記戻り極低温ガスの流量が前記所定の流量を含む場合、前記プロセッサは、前記ポンプ速度を、前記所定の回転速度よりも低い更なる所定の速度に低減する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 前記ポンプ速度が前記低い更なる所定の速度に低減されている場合、前記プロセッサは、前記温度および前記流量の少なくとも１つが変化した場合に、前記ポンプ速度を増加させる、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 前記所定の流量が、測定されたピーク流量の１００％未満の所定のパーセンテージである、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
  9. 前記所定のパーセンテージが５０％である、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 前記温度が前記温度センサによって測定された第１の定常状態温度を含む場合、前記プロセッサは、第１の速度に前記ポンプ速度を設定し、そして前記温度が前記第１の定常状態温度よりも低い第２の定常状態温度を含む場合、前記プロセッサは前記ポンプ速度を前記第１の速度よりも大きい第２の速度に設定する、ことを特徴とする請求項１―３のいずれかに記載の装置。
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