KR102034319B1 - 극저온 의학 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

손상된, 질병있는, 암성 또는 다른 원치않는 조직의 치료를 위한, 특히 심방 세동의 치료 시 심장 조직의 절제에서 사용되는, 다양한 구성의 극저온프로브에 과냉각 액체 극저온유체를 전달하기 위한 극저온 의학 장치가 설계된다. 상기 장치는 액체 극저온유체가 공급 및 반송 단계 둘 다에 포함된 질소인 밀폐 또는 반밀폐 시스템이다. 상기 장치는 초임계 상태에 대한 극저온유체, 구체적으로 초임계 질소를 생성할 수 있고, 임의의 신속한 냉각 시스템에서 사용될 수 있다. 설계된 바대로, 상기 장치는 또한 심내막 카테터 및 심외막 프로브를 일체화한다.

Description

극저온 의학 시스템{CRYOGENIC MEDICAL SYSTEM}

관련 출원

본원은 2011년 3월 2일에 출원된 미국 출원 제13/038,862호에 대한 우선권을 주장하고, 상기 출원은 참조문헌으로 본원에 포함된다.

본 발명의 분야

본 발명은 일반적으로 의학 기술 분야 및 특히 심방 세동과 같은 심장 부정맥을 치료하기 위해 사용되는 극저온 시스템에서 사용하기 위한 의학 장치에 관한 것이다.

최근 수년에 걸쳐, 최소 침습 치료에 대한 외과 공동체 내에서의 강한 움직임이 있다. 최소 침습 치료의 주목적은 1) 표적 조직 적출, 2) 입원 기간 감소, 3) 수술후 사망률 제한, 4) 일상 활동 및 직장으로의 복귀 간격 단축 및 5) 전체 치료 비용 감소를 포함한다. 질환 상태를 치료하는 하나의 최소 침습 방법은 극저온치료로도 공지된 조직 냉동을 이용하는 것이다. 현재, 장기 한정 종양, 예컨대 전립선, 신장, 간 및 심혈관 질환, 망막 박리, 통증 관리 및 다른 병/질환 상태를 포함하는 다양한 질환 상태를 치료하기 위해 극저온치료가 사용된다.

극저온치료는 근본적인 수술 및 방사선 치료에 대한 효과적인 최소 침습 대안방법이다. 일반 마취 또는 경막외 마취 하에 시술을 실행한다. 시술은 환자에게 더 빠른 회복 및 잠재적 부작용의 중증도 감소를 제공한다. 대수술 또는 연장된 병원 체류와 관련된 비용 없이, 극저온치료는 또한 비용 효과적 치료 옵션이다.

현재까지 이용되는 접근법은 전체 시스템 또는 피스톤 및 벨로우 압축에 중압 내지 고압의 사용을 통해 유체 이동을 구동하는 액체 극저온유체(cryogen)의 전달에 집중한다. 현재, 액체 질소를 이용하는 현재의 시스템은 14 내지 480psi의 압력에서 조작되고; 상기 시스템은 사용시 약 500psi를 초과하는 압력에서 조작되거나 견딜 수 없다. 추가로, 열 교환기의 사용은 이 장치의 활성화가 극저온유체(예컨대, 액체 질소)를 프로브로 순환시켜 열 싱크를 생성하여 조직 냉동을 발생시키는 극저온유체의 시간 소모적인 비효과적 수동 과냉각을 허용하는 극저온유체의 욕 내에 위치한 코일로 제한된다.

극저온치료의 개선 및 액체 극저온유체를 극저온프로브로 더 잘 순환시켜 작은 관을 통해 신속한 전달을 제공하고, 치료 및 비용에 대해 개선된 측정을 수월하게 하는 치료와 관련된 의학 장치 또는 부품의 수요가 존재한다. 본 발명의 시스템은 표적 조직의 냉동을 위해 액체 극저온유체의 극저온프로브로의 순환(냉각, 전달 및 반송)을 허용한다. 본 발명은 조직 적출을 수월하게 하고, 입원 기간을 줄이고, 수술후 사망률을 제한하고, 일상 활동 및 직장으로의 복귀를 단축시키고, 추가로 전체 치료 비용을 감소시킨다. 바람직하게는, 장치 설계 및 용도에 대한 이러한 개선은 또한 복수의 질환 상태의 치료를 위한 이의 이용을 증가시킨다.

이러한 하나의 카테고리의 질환은 상당한 건강 문제점인 심장 부정맥을 포함한다. 심방 세동은 흔한 심장 부정맥이다. 심방 부정맥이 심실 부정맥만큼 자주 치명적이 아닐 수 있지만, 심방 부정맥은 색전증과 같은 다른 병증에 대한 위험 인자를 증가시킨다. 추가로, 심방 부정맥은 심실 부정맥의 개시에 기여할 수 있다.

구체적으로, 심방 세동은 심장 내의 비정상 전기 활성으로부터 생기는 병증이다. 동방(SA: sinoatrial) 결절, 방실(AV: atrioventricular) 결절을 포함하는 심장 구역에서 또는 심장 조직의 다른 영역 내에 이 비정상 활성이 일어날 수 있다. 게다가, 심방 세동은 심장 내에 하나 이상의 병소 내에 비정상 활성에 의해 야기될 수 있고, 전기 활성은 일반적으로 심장이 혈액을 펌프질하는 효율을 감소시킨다. 이 병소가 심방의 허파 정맥, 특히 상폐 정맥 내로부터 생길 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 또한 "전도 블록"을 형성하는 비정상 전기 활성의 병소에서 또는 그 근처에서 조직을 구조적으로 변경하거나 절제함으로써 심방 세동이 제어될 수 있는 것으로 생각된다.

일 방법에서, 수술 또는 심외막 절제로 알려진 개심 수술 동안, 심방에서 메이즈형 패턴으로 일련의 절개를 만들고 함께 다시 봉합함으로써("콕스-메이즈(Cox maze)" 시술이라 칭할 수 있음) 심장 및 허파 정맥의 조직을 변경한다. 절개가 치유되면서, 반흔 조직이 형성되고, 반흔 조직은 전도 경로를 차단하여 심방 세동을 야기할 수 있다.

선행 기술에서의 프로브 장치는 노출된 심장에 직접 적용되는 직선 극저온 또는 고주파(RF: radiofrequency) 병변의 생성을 위해 바로 가슴 개봉 방식으로 사용하도록 설계된다. 평행 프로브 구성원은 조직 두께에 걸쳐 병변을 생성하도록 사용되고, 일 구성원은 심근 조직을 심방 챔버의 내부로 침투시키고 외면 위의 구성원과 협조한다. 다른 설계는 검상돌기하 또는 흉곽 경피 접근법을 이용하여 심막 공간으로 침투한다. 이러한 프로브는 심실 빈맥(VT: ventricular tachycardia)을 치료하기 위해 심내막 카테터 또는 다른 모의 장치와 조합되어 사용될 수 있다.

반면, 심장 및 허파 정맥의 조직을 구조적으로 변경하는 덜 침습적인 방법은 심내막 절제로도 공지된 절제 카테터의 사용을 통해 조직을 절제하는 것을 포함한다. 상기 기술은 통상적으로 에너지의 인가로 비정상 전기 활성을 갖는 병소 또는 다른 영역에서 병변을 생성하는 것을 특징으로 한다. 심장에서 병변을 생성하여 전기 신호를 차단하거나 전기 신호의 이동 경로를 심장에서 변경하기 위해 절제 카테터를 또한 사용할 수 있다. 절제 카테터의 다른 예는 RF 에너지를 전달하여 조직을 절제한다. 절제 카테터의 또 다른 예는 극저온치료를 전달하여 조직을 냉동시켜 이를 절제한다.

극저온치료는 극저온치료 카테터에 의해 환자의 심장 또는 순환계 내에 적절한 치료 부위로 전달될 수 있다. 극저온성형술 또는 극저온치료라 칭하는 이 방법을 이용하여 표적 조직의 부분을 냉각시키거나 그렇지 않으면 냉동시켜 표적 조직을 절제할 수 있다. 극저온치료 카테터는 일반적으로 이의 원위 단부, 예컨대 내부에 냉각 챔버를 갖는 팽창성 벌룬에서 치료 구성원을 포함한다. 극저온치료를 전달하기 위해, 팽창성 벌룬은 환자 내부의 치료 부위에 도입되고, 벌룬이 위치하고 이후 팽창된다. 일단 위치하면, 극저온 유체가 극저온치료 카테터의 근위 단부에서 환자의 외부 공급원에 의해 제공될 수 있고, 루멘을 통해 냉각 챔버로 원위로 전달되고, 이 챔버에서 이것은 방출될 수 있다. 챔버로의 극저온 유체의 방출은, 상응하게, 절제하고자 하는 조직과 접촉할 수 있는 벌룬의 외면과 함께, (예를 들면, 줄-톰슨(Joule-Thompson) 효과를 통해) 챔버를 냉각시킬 수 있다. 극저온 유체의 방출로부터 생성된 가스는 배출 루멘을 통해 환자의 외부의 저장소 또는 펌프로 근위로 배출될 수 있다. 챔버로의 극저온 유체의 방출 및 챔버로부터의 생성된 가스의 배출의 결과로서, 벌룬에 인접한 조직을 적절한 기간 동안 치료 수준(예를 들면, 0℃, -20℃, -60℃, -80℃ 또는 몇몇 다른 적절한 값)으로 냉각시킬 수 있다.

예를 들면, 극저온성형술을 이용하여 재협착 또는 재코일링을 발생시키는 혈관 내의 병변을 냉각시키고 냉동하고 동시에 확장시킬 수 있다. 심방 세동을 치료하기 위해 심장에서 병변을 생성하기 위해 극저온치료를 또한 이용할 수 있다. 그러나, 극저온치료를 이용하여 심장 내 병변을 생성하는 것은 벽재성(즉, 두께에 걸쳐) 병변을 생성시키기 위해 충분한 냉각을 전달하는 데 있어서 난관을 부여한다. 또한, 심장 내외로 전달되는 혈액은 심장에서의 표적 부위에 일정하게 열을 제공하여, 극저온치료에 의해 전달되는 냉각에 대응하고 표적 부위에 전달될 수 있는 냉각의 양을 제한한다. 이는 결국 추가로 벽재성 병변 또는 원하는 크기 또는 특성의 병변이 표적 조직에서 생성되는 것을 방지한다. 따라서, 절제 치료를 수행하기 위한 개선된 장치 및 방법에 대한 수요가 현재 존재한다. 상기 장치는 성질상 벽재성 및 연속인 병변을 제공함으로써(그렇지 않으면, 심장을 분절하고 세동을 예방하는 것이 가능하지 않을 것임) 치료의 중요한 양태를 다룰 것이다.

최소 침습 수술 기술은 심혈관 시스템의 모든 파트 내에 의학 시술을 수행하기 위해 공지되어 있다. 예시적인 공지된 시술은 작은 직경의 고가요성 카테터를 하나 이상의 혈관을 통해 심장으로 통과시키는 단계를 포함한다. 원하는 대로 위치할 때, 카테터의 추가의 피쳐(feature)가 무엇보다도 혈관 폐색, 조직 생검 또는 조직 절제와 같은 의학 치료의 전부 또는 일부를 수행하기 위해 관련 장비와 조합되어 사용된다. 거의 항상, 이 시술을 심장이 박동하고 혈액이 흐를 때 수행한다. 가시화 및 위치선정의 도움이 장치의 일반적인 배치에 적절하더라도, 조직이 이동하고 혈액이 흐르면서, 선택된 위치 및 배향에서 장치를 유지시키는 것은 특히 빨리 수행되어야 하는 시술 동안 어려울 수 있다. 진단 및 가시화 장비 및 기술이 계속해서 진화하면서, 더 높은 정확성으로 치료하고자 하는 조직 영역을 확인하면서 상기 장치를 빨리 위치시키고 치료를 유발할 수 있다.

이동하는 조직 및 흐르는 혈액에 의해 제시되는 난관 이외에, 치료되는 조직의 실제 토폴로지는 난관을 제시한다. 예를 들면, 심장의 내부 챔버는 불규칙하고 비평탄하여 섬유성 표면을 갖고, 혈관에 대한 구멍도 그러하다. 따라서, 연장선을 따른 균일한 조직 접촉 또는 조직 접촉에 필요한 시술의 경우, 공지된 장치의 사용을 위한 구조 및 기술은 여러 점에서 부족할 수 있다. 예를 들면, 심방 세동 절제의 성공 속도를 증가시키고자 하는 시도로 심방으로부터 하나 이상의 허파 정맥을 전기 분리하기 위한 목적을 위해 심방 내의 조직을 절제하기 위해 좌심방에서의 배치를 위해 카테터 기반 장치가 공지되어 있다.

특정한 시술에 대한 요건에 따라, 절제되는 표적 조직은 단일 스팟, 연속 스팟 또는 직선 절제(즉, 직선 또는 곡선적 절제)인 것을 특징으로 할 수 있다. 맥관구조에 의한 시술에 부여되는 성질 및 해부학상 구속으로 인해, 각각의 시술은 고려할 독특한 안건을 제시한다. 극저온절제에 의한 조직 파괴는 표적 조직이 특정 온도보다 낮게 냉각될 것을 요한다. 또한, 최근 연구는 냉각 속도 및 후속 가온 속도가 극저온절제 시술에서 파괴된 조직 세포의 백분율에 영향을 미칠 수 있다는 것을 제시한다.

따라서, 심방 또는 심실 심장 근육에서의 부정맥 또는 빈맥의 절제를 다루고, 더 특히 바로 가슴 개봉을 통해 심장을 다루거나 심외막 또는 심막내 접근법을 통해 복강경검사 또는 흉강경 기술을 이용하는 빈맥의 맵핑 및 절제에 대해 경피 검상돌기하 심막 접근법을 이용하는 심외막 접근법에 대한 극저온 시스템에 대한 수요가 바람직하다. 극저온카테터에 의해 심내막 접근법을 이용함으로써 이러한 심장 문제점을 해소하기 위한 극저온 시스템에 대한 수요가 또한 존재한다.

실행시, 심근 조직 치료 시 표준 절제 플랫폼은 고주파(RF) 에너지이다. 그러나, 심각한 합병증에 대한 가능성 없이 원주 병변을 안정하게 생성하도록 고주파 에너지는 변경될 수 없다. 특히, 심근 세포를 절제하면, 가열 에너지는 또한 세포외 기질 단백질을 변경하여 이 기질이 붕괴되게 한다. 이는 허파 정맥 협착증의 중심일 수 있다. 게다가, RF 에너지는 노졸중을 비롯한 혈전색전증 합병증의 원인일 수 있는 심장의 내막을 손상시키는 것으로 알려져 있다. 절제에 RF 에너지의 사용은 치료후 관심 있는 영역에서의 콜라겐 축적과 같은 뜻밖의 치유 반응을 발생시킬 수 있다. 몇몇 경우에, RF 절제는 시술후 치유에서 관상동을 폐색시키는 병변을 생성할 수 있다. RF는 또한 상당한 방사선 노출을 야기한다. 개선된 치유 반응을 포함하는 절제 장치 및 방법에 대한 수요가 존재한다.

극저온치료가 심장 수술을 비롯한 여러 의학 분야에 아우르지만, 실제 시스템 설계, 냉각제 전달 및 반송, 휴대용 장치, 가요성 프로브 선단 및 카테터로부터 상호연결 밸브, 제어장치 및 보충적 지지 시스템까지 다루어야 하는 여러 수요가 존재한다. 추가로, 심장 세팅시, 현재의 극저온절제 접근법이 이 열 추출 난관을 극복할 수 없으므로, 혈액 풀에 의해 제공되는 열 싱크는 이러한 접근법에 엄청난 난관을 생성한다. 새로운 극저온절제 시스템, 의학 장치 및 시술은 이러한 문제점 중 여러 문제점을 피할 수 있다.

하기 본 발명은 심장 조직, 손상된, 질병있는, 암성 또는 다른 원치않는 조직의 치료를 위한 다양한 구성의 극저온프로브에 과냉각 액체 극저온유체를 전달하도록 설계된 극저온 의학 장치이다. 극저온 의학 시스템은 심방 또는 심실 심장 근육에서의 부정맥 또는 빈맥의 절제 및 더 특히 극저온프로브 또는 극저온카테터에 의한 심외막 접근법, 심막내 접근법 및 심내막 접근법을 다룬다.

상기 장치는 초임계, 유사 유체 또는 가압 액체 극저온유체가 공급 및 반송 단계 둘 다에 포함된 밀폐 또는 반밀폐 시스템이다.

일 실시양태에서, 극저온 의학 시스템을 환자 치료 시술에서 사용하고, 극저온유체를 포함하는 듀어(dewar)(501), 상기 듀어 내의 흐름 생성기(509)를 포함하는 적어도 하나의 극저온엔진(cryoengine)(530); 내부에 배치된 하나 이상의 가열기(512), 적어도 하나의 포트(502), 하나 이상의 제어 밸브(508, 506, 510, 514), 상호연결된 제1 용기(505) 및 제2 용기(507)를 갖는 적어도 하나의 가압 시스템(503); 상기 흐름 생성기를 상기 가압 시스템의 포트에 연결하는 적어도 제1 부착물(508) 및 상기 포트에 연결된 하나 이상의 극저온선(516); 및 내부에 배치된 하나 이상의 관형 구조물(301, 306)를 포함하되, 각각 상기 극저온엔진의 극저온선과 연결되는 근위 단부(121) 및 치료 부위에 위치한 원위 단부(65, 68, 138, 302, 404)를 갖는 하나 이상의 극저온기구(175, 265, 300, 400)를 포함하고, 상기 제1 용기는 상기 극저온유체 중에 침지되고 제1 온도를 지니며, 상기 제2 용기는 상기 극저온유체의 외부에 위치하고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도를 지니고, 상기 가압 시스템은 단독으로 또는 조합되어 초임계 극저온유체, 가압 극저온유체 또는 하나 이상의 유사 유체를 생성한다.

상기 극저온 의학 시스템은 초임계 극저온유체를 포유동물 심장 조직을 포함하는 이환, 암성 또는 원치 않는 조직을 포함하는 임의의 치료 부위 및 포유동물 체내의 혈관/맥관구조에 연속 흐름을 제공하는 가압 시스템을 포함한다.

일 실시양태에서, 상기 극저온 의학 시스템의 극저온선은 상기 극저온엔진을 상기 극저온기구에 연결하고 상기 초임계 극저온유체를 상기 극저온기구의 미세한 관형 구조물에 공급하는 공급 배관을 포함한다. 반송 배관은 극저온유체가 상기 극저온기구의 원위 단부로부터 듀어 또는 극저온유체 저장소로 재순환되게 한다. 극저온기구, 또는 극저온엔진으로부터 극저온기구로 이어지는 임의의 엄빌리컬(umbilical) 또는 연결 배관 내의 관형 구조물은 동축 또는 사이드바이사이형 구성으로 위치한 제1 배관 및 제2 배관을 적어도 포함한다. 이러한 설계는 경성 또는 가요성 일체형 배관 내의 극저온유체의 공급 및 반송 둘 다를 허용한다. 극저온기구와 조합된 다양한 구성의 극저온엔진은 사용되는 극저온 의학 시스템이 복수의 치료 부위를 치료하도록 한다.

상기 극저온 의학 시스템은 약 10초 내지 약 180초 내에 포유동물 심장 조직 또는 임의의 치료 부위를 냉동시킨다. 냉동 시, 약 2㎜ 내지 약 30㎜의 직경 또는 약 1㎜ 내지 약 130㎜ 이상의 길이를 갖는 아이스볼이 형성된다.

일 실시양태에서, 상기 극저온기구는 심외막 극저온 프로브 또는 심내막 극저온 카테터 형태를 취한다. 일 실시양태는 상기 극저온기구와 조합되어 사용되는 해동 메커니즘을 포함한다. 상기 해동 메커니즘은 상기 극저온기구에 일체형일 수 있고 인출 및 인입될 수 있다.

상기 극저온 의학 시스템의 다른 실시양태는 상기 극저온엔진의 극저온선과 상기 극저온기구의 관형 구조물을 상호연결하는 하나 이상의 연결기를 추가로 포함한다. 일 양태에서, 상기 연결기는 가역적으로 상기 극저온엔진 또는 상기 극저온기구에 부착하고 이들로부터 탈착된다. 다른 양태에서, 상기 연결기는 또한 용이한 부착을 제공하는 텔레스코핑 피쳐(telescoping feature), 스냅온(snap-on), 트위스트온(twist-on) 또는 퀵커넥트(quick-connect) 피쳐를 갖는다. 피쳐는 상기 극저온선 및 상기 관형 구조물을 유연하게 위치시키기 위해 인출 및 인입된다.

다른 실시양태에서, 상기 극저온 의학 장치는 상기 치료 부위에 상기 원위 단부를 기동시키는 핸들을 갖는 극저온기구를 통합한다. 핸들의 일 양태는 상기 극저온엔진 및 상기 극저온프로브의 조작을 위해 센서를 모니터링하고 정보 교환하는 하나 이상의 디스플레이를 포함한다.

추가로, 다른 실시양태는 치료 시술 동안 인출 및 인출되는 텔레스코핑 피쳐를 갖는 극저온기구를 이용한다. 일 실시양태에서, 상기 공급 배관은 상기 반송 배관과 상호연결되어 일체형 극저온관을 형성하고 상기 극저온기구의 원위 단부 내외로의 상기 초임계 극저온유체의 신속한 제어 전달을 제공한다. 이 양태에서, 텔레스코핑 피쳐는 공급 및 반송 배관을 따라 정렬된다. 일체형 극저온관은 경성 또는 가요성일 수 있다.

상기 시스템의 일 실시양태에서, 상기 극저온엔진은 하나 이상의 가압 시스템이 복수의 치료 시술을 수행하기 위한 하나 이상의 매니폴드를 포함하는 다중 포트 시스템이다. 상기 가압 시스템 및 상기 매니폴드는 복수의 치료 시술을 동시에 또는 연속하여 수행하도록 구성된다. 복수의 치료 시술은 하나 이상의 심외막 치료, 하나 이상의 심내막 치료를 개별적으로 또는 임의의 이들의 조합으로 포함한다.

일 실시양태에서 상기 극저온기구는 또한 상기 치료 부위에 부착하는 하나 이상의 부품을 포함한다. 상기 부품은 혈관 또는 조직, 예컨대 포유동물 심장 조직을 클램핑한다.

극저온 의학 시스템의 일 실시양태는 극저온기구의 원위 단부의 치료 부위로의 배치를 가시화하기 위한 모니터링을 추가로 포함한다. 상기 모니터링 시스템은 임의의 광 섬유 가시화 수단을 비롯하여 상기 시스템의 외부에 또는 상기 극저온기구의 내부에 있을 수 있다. 상기 극저온엔진 및 상기 극저온기구 내의 센서는 온도, 압력, 누수, 유속, 심장 전기 활성, 냉동 구역 형성, 컴퓨터 모의 극저온기구 구성물 및 상기 극저온기구의 배치를 포함하는 조건을 모니터링한다. 추가로, 상기 시스템의 일 실시양태는 상기 극저온엔진 및/또는 상기 극저온기구 내의 원거리 제어장치를 이용한다. 원거리 제어장치는 치료 횟수, 아이스볼 형성, 프로브 배치, 프로브 각, 프로브 편향, 온도 및 압력을 포함하는 치료 프로토콜을 조절한다. 상기 장치의 일 양태는 아이스볼 형성의 소정의 크기를 유지하고, 치료 횟수를 제어하고, 프로브 탈착, 조직 해동 및 가열을 허용하는 극저온 의학 시스템 내의 가온 피쳐를 이용한다.

상기 시스템의 하나의 신규성은 벽재성 직선 병변을 생성하는 극저온기구를 포함한다.

본 발명의 실시양태는 포유동물 심장에서 극저온절제를 수행하기 위한 극저온기구로서, 상기 극저온기구는 하나 이상의 극저온기구 내외로 극저온 매질을 순환시키는 통합 관형 구조물을 형성하기 위해 제1 극저온선 및 제2 극저온선과 상호연결된 하나 이상의 극저온기구; 극저온 매질이 내부에 함유된 용기; 과냉각 챔버에 의해 둘러싸인 열 교환기; 내부에 배치된 하나 이상의 가열기, 적어도 하나의 포트 및 하나 이상의 제어 밸브를 갖는 적어도 하나의 가압 장치로서, 상기 가압 장치의 적어도 제1 부분은 상기 극저온 매질의 내부에 있고 상기 가압 장치의 적어도 제2 부분은 상기 극저온 매질의 외부에 있는 것인 가압 장치; 상기 극저온 매질을 상기 가압 장치의 포트에 전달하는 흐름 생성기로서, 상기 제어 밸브는 초임계 상태의 상기 극저온 매질을 상기 포트로부터 상기 열 교환기로 심장 조직의 표적 부위에서의 상기 하나 이상의 극저온기구로 방출하는 것인 흐름 생성기를 포함하는 극저온기구이다.

일 실시양태에서, 본 발명의 극저온유체는 초임계 질소, 유사 유체 질소 및/또는 가압 액체 질소를 생성하도록 가압된 극저온 매질로서 액체 질소를 사용한다.

상기 극저온 의학 시스템을 사용하여 심장 조직에서 극저온치료를 수행하는 방법은 상기 가압 시스템을 상기 극저온유체로 충전하는 단계; 상기 가압 시스템을 활성화하여 가압 초임계 극저온유체를 형성하는 단계; 및 상기 가압 극저온유체를 하나 이상의 공급 라인을 통해 상기 극저온기구로 지시하고 상기 극저온기구로부터 상기 하나 이상의 반송 라인을 통해 지시하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 지시 단계 내의 또는 추가의 단계로서 심장 조직의 극저온절제 단계를 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 극저온기구는 포유동물 심장의 표면에 심외막 치료를 제공하거나 심장의 내면으로의 혈관 접근 또는 동공 접근의 방식에 의해 심내막 치료를 제공하는 가요성 상호연결을 이용한다. 극저온절제 동안, 상기 극저온기구는 벽재성 병변을 생성한다.

본 발명의 다른 실시양태는 단독으로 또는 심외막 치료 및 심내막 치료와 조합되어 포유동물 심장의 임의의 구역에서의 또는 포유동물 체내의 맥관구조 내의 조직을 동시에 또는 탠덤으로 절제하는 하이브리드 절제 시술을 이용하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 하이브리드 절제 시술은 수술 중재와 조합된 극저온절제 또는 고주파, HiFu 및 레이저 치료를 포함하는 하나 이상의 절제 에너지원을 포함한다. 제한이 아니라 예시적인 목적을 위해, 2개의 심외막 프로브 또는 2개의 심내막 카테터 또는 2 이상의 극저온시술을 수행하는 1개의 심내막 카테터/프로브와 함께 1개의 심외막 프로브를 사용할 수 있다. 다른 하이브리드 시술은 심외막 극저온시술을 RF, HiFu 및/또는 레이저 치료를 포함하는 심내막 극저온시술 또는 다른 절제 접근법과 조합할 수 있다.

극저온 시스템의 다양한 실시양태 및 양태가 심장 부정맥, 특히 심방 세동을 치료하기 위해 이용될 수 있다. 액체 냉각제 또는 극저온유체를 공급 경로에서 적절히 충분히 유지시키고 온도를 낮추도록 노력하면서, 원하는 프로브 또는 카테터에 제공되는 냉각제를 차갑게 하기 위해 극저온 공급 콘솔(console)을 사용한다. 액체 냉각제의 관련된 가온, 유체 저항 증가(예를 들면, 가스 버블 형성) 및 프로브/카테터의 선단으로의 냉각제 흐름 감소로 인한 조작 환경으로부터 일정 거리에 대형 콘솔을 위치시키는 것과 관련된 어려움을 해소하면서, 콘솔은 따라서 이동 가능하고 극저온원으로부터 탈착 가능하다. 상호연결 파트 및 부품은 또한 심외막(예를 들면, 극저온프로브 부착물) 또는 심내막(예를 들면, 극저온카테터 상호연결) 치료 옵션에 따라 채택 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 콘솔은 심방 세동의 치료에 대해 치료 옵션을 하이브리드 심외막 및 심내막 장치로 도입할 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 볼 때 하기 상세한 설명으로부터 잘 이해된다. 다양한 특징이 반드시 크기변경될 필요가 없는 것으로 강조된다. 사실, 치수는 설명을 명확히 하기 위해 임의로 증가하거나 감소할 수 있다. 추가로, 장축 물체의 하기 표시가 장축 물체가 6피트를 초과하는 길이(원하는 용도에 따라 달라짐)로 연장되는 스케일로 작도될 수 없다.
도 1은 본 발명의 장치의 실시양태의 측면도;
도 2는 열 교환기의 일 실시양태의 측면도;
도 3은 본 발명의 열 교환기의 일 실시양태의 측면도를 예시한 도면;
도 4는 본 발명의 장치의 일 실시양태의 상면도;
도 5는 상기 시스템의 정면도의 도면;
도 6은 루멘이 가스 상태에서 입자로 충전될 때 개시된 본 발명의 장치의 예시적인 실시양태의 측면도;
도 7은 도 6에서의 예시적인 실시양태의 단면도;
도 8은 온도가 선택된 특정 가스의 동결점으로 감소할 때의 개시된 본 발명의 장치의 예시적인 실시양태의 측면도;
도 9는 도 8에서의 예시적인 실시양태의 단면도;
도 10 내지 도 13은 본 발명의 장치의 다양한 실시양태의 측면도;
도 14는 본 발명의 제품의 예시적인 실시양태를 도시한 도면;
도 15는 본 발명의 실시양태를 도시한 도면;
도 15a는 도 15로부터의 단부의 확대도;
도 16은 핸들을 포함하는 본 발명의 실시양태를 도시한 도면;
도 17은 극저온 시스템의 실시양태를 도시한 도면.

하기 상세한 설명에서, 예시 및 비제한의 목적을 위해, 특정한 상세내용을 개시하는 예시적인 실시양태가 본 발명의 이해를 통해 제공되도록 기재되어 있다. 그러나, 본원에 개시된 특정한 상세내용으로부터 벗어나는 다른 실시양태로 본 발명이 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 명확하다. 다른 경우에, 본 발명의 설명을 모호하게 하지 않도록 널리 공지된 장치 및 방법의 상세한 설명이 생략될 수 있다.

본 발명의 일 실시양태에 따른 장치 및 시스템의 외부 도면이 도 1에 도시되어 있다. 극저온 시스템 또는 장치(30)는 내부 동공 또는 루멘(15)을 둘러싸는 용기(6)를 형성하는 측벽(17)을 갖는다. 도 1의 실시양태에서, 용기(6)는 진공 절연된 듀어(6) 형태를 취한다. 그러나, 절연된 용기의 임의의 크기 또는 형상이 듀어(6)로서 이용될 수 있다. 듀어(6)는 액체 극저온유체를 저장하고 공급 라인(11) 및 반송 라인(12)을 프로브 또는 카테터(비도시)에 상호연결하여 밀폐 시스템(30)을 형성한다. 듀어(6)는 스테인리스 강, 극저온상용성 플라스틱 또는 절연된 용기를 제공하는 것으로 공지된 임의의 다른 재료와 같은 재료로 제조될 수 있다. 듀어(6)는 액체 질소 또는 다른 액화 가스(본원에서 극저온유체라 칭함)를 최대 수위(13)까지 충전한다. 일 양태에서, 액체 질소가 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 임의의 유체 극저온유체(예를 들면, 아르곤, 산소, 헬륨, 수소)를 사용할 수 있다.

내부 동공 내에, 듀어(6)의 저장소(15)는 액체 극저온유체를 실링된 가압 장치(40)에 전달하는 잠수형 펌프(1)이다. 일 실시양태에서, 밸브(2)는 압력 충전을 가압 장치(40)의 내부 개방 챔버(42)로 제어한다. 극저온유체가 가압 장치(40)에 진입하면, 내부 개방 챔버(42) 내에 하우징된 액침 가열기(44)는 극저온유체를 가열하여 원하는 압력을 생성시킨다. 가압 챔버 내의 액체 질소는 약 -196℃의 온도에서 시작한다. 가열기가 활성화될 때, 이는 인접 영역 내의 질소를 비등시킨다. 따라서, 내부 동공(42) 내의 온도는 약 -196℃ 내지 -100℃ 범위, 더 통상적으로 약 -196℃ 내지 -160℃ 범위 또는 더 정확히 약 -170℃ 내지 -160℃ 범위 내에 머문다. 이후, 가압 극저온유체는 밸브(32)를 통해 칸막이 직선 열 교환기(4)로 방출된다. 일 양태에서, 액체 질소는 가압 장치 내에 초임계 질소(SCN: supercritical nitrogen)로 전환된다. 이후, SCN는 과냉각을 위해 열 교환기로 지시되고 액상으로 조정되어 과도한 온도를 획득한다. 이후, SCN은 하나 이상의 가요성 극저온프로브로 주입되어 SCN은 프로브 선단에 최소 마찰로 흐를 수 있다.

다른 양태에서, 극저온유체는 가압 액체, 유사 액체 또는 임계 극저온유체로 전환될 수 있다. 다른 상태로는, 단독의 또는 조합된, 유사 액체 및/또는 유사 가스 또는 임의의 다른 상태의 조성을 포함하는 초임계(유사 유체) 조성을 들 수 있다.

가압 챔버를 충전하는 펌프 이외에, 가압 챔버 또는 내부 동공으로 액체 질소를 빨아들이는 진공 펌프가 가압되고 압력이 액체 질소를 챔버로 구동하는 다른 방법을 이용할 수 있다. 다른 양태에서, 펌프(1)는 저장소(15)로부터 가압 장치(40)로 극저온유체를 순환시키는 프로펠러 또는 더 정확히 흐름 생성기(1)이다.

일 실시양태에서, 칸막이 직선 열 교환기(4)는 외부 극저온프로브로의 전달을 위해 가압 극저온유체를 과냉각하는 과냉각 챔버(3)에 의해 둘러싸인다. 입구(23) 및 출구 구멍(36)에서 열 교환기(4)와 연결된 과냉각 챔버(3)는 과냉각 액체 극저온유체를 공급하기 위한 통합 유닛(51)을 형성한다. 열 교환기(4)로부터, 과냉각 극저온유체는 공급 라인(11)으로 통과하고 다양한 구성의 극저온프로브가 부착된 제어 밸브(14) 및 출구 포트(35)로부터 계속해서 나온다. 과냉각 챔버는 벤트 라인을 임의의 벤트(vent)(8)에, 밸브(27)를 통해 제어되는 공급 연결 라인(19)에 또는 진공 펌프(18)에 연결된 제어 밸브(7)를 통해 제어되는 진공 라인(16)에 부착할 수 있다.

극저온유체는 (도 1에서 화살표로 도시한 대로) 극저온프로브로부터 반송 관(12)을 통해 듀어(6)의 반송 챔버/실린더(5)로 반송된다. 반송 관(12)은 열 교환기(4)를 벗어나는 공급 관(11)을 또한 둘러싸는 반송 실린더(5)에 연결된다. 하나 이상의 출구 포트(35)가 듀어(6)의 측벽(17)에 포함될 수 있거나, 다양한 제어 밸브를 도입하는 별도 유닛(14)일 수 있다.

도 1에 도시된 실시양태가 열 교환기를 사용하지만, 다른 실시양태는 열 교환기를 사용하지 않는다. 이는 SCN 상태를 희생함이 없이 설계를 단순화한다.

조작시, 장치(30)는 공급 포트(29)를 통해 충전되고, 이후 실링되어 밀폐 시스템을 형성함으로써, 의학/수술 분야에서 사용되는 동안 액체 극저온유체의 공급, 반송, 수집 및 재사용을 허용한다. 전체 시스템(30)이 조작 동안 가압되거나 가압되지 않을 수 있다. 전체 시스템(30)이 조작 동안 가압되는 경우, 이 압력은 압력 챔버의 충전을 수월하게 한다. 상기 시스템은 또한 주변 환경으로 환기되어 조작 동안 초과 압력 축적을 방지할 수 있다. 일 양태에서, 반송 극저온유체를 반송 실린더 또는 챔버(5)로 비운다. 다른 양태에서, 반송 극저온유체를 벌크 유체를 듀어(6) 내의 내부 루멘(15)으로 비울 수 있다.

본 발명의 일 실시양태에서, 직선 열 교환기(4)는 조직으로의 전달 전에 액체 극저온유체를 과냉각시킨다. 도 1의 실시양태에서, 직선 열 교환기(4)는 과냉각 챔버(3)를 통과하고 입구(23) 및 출구 구멍(36)을 통해 연결되는 내부 챔버(4)이다. 내부 챔버(4)를 통과하는 액체 극저온유체는 외부 과냉각 챔버(3)에 의해 과냉각 정도로 온도가 감소한다. 챔버 구성물 내의 챔버는 진공(18)이 밸브 제어 포트(9)를 통해 방출될 때 액체 극저온유체로 충전되어 극저온유체에 작용하는 대기압을 감소시키는 과냉각 진공 챔버(3)를 포함한다. 이후, 과냉각 챔버(3) 내의 극저온유체의 온도는 훨씬 더 감소할 수 있다.

열 교환기가 여기서 포함되지만, 열 교환기가 단순화된 실시양태에서 도입될 필요가 없다는 것에 주목한다. 치료 부위로의 SCN의 연속 제어 전달을 제공하는 가압 챔버의 사용을 통해 SCN의 상태를 성취한다. 2개 이상의 가압의 챔버를 갖는 것은 초임계 극저온유체(여기서, SCN)의 연속 및 제어 전달을 수월하게 한다.

과냉각 챔버(3)는 또한 과냉각 유닛을 통과하는 액체 극저온유체의 온도, 압력 및 유속을 모니터링하고 전자적으로 제어하기 위해 최대 액체 극저온유체 수위의 외부에 밸브 제어 포트(8)를 포함한다. 일 양태에서, 진공(18)이 제어 내부 밸브(7) 또는 외부 밸브(9)에서의 진공 라인(16)에서 방출될 수 있다. 다른 양태에서, 공급 라인(19)에 의해 또는 과냉각 챔버(3)로부터 나오는 임의의 초과 가스에 대한 벤트(8)로서 과냉각 챔버(3)로의 액체 극저온유체의 전달에 밸브 제어 포트(8)가 접근될 수 있다. 도 1에 기재된 바대로, 진공(18)이 또한 진공 라인(39)에 의해 극저온프로브(들)에 부착한다.

직선 열 교환기(4)의 양태가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 2 및 도 3은 직선 칸막이 열 교환기(4) 및 통합 유닛(51)으로서의 과냉각 유닛(3)의 상이한 양태의 측면도를 도시한다. 챔버(4)의 내부 루멘 내의 내부 중앙 부품 또는 나선(20)은 코르크스크류처럼 작동하여 액체 극저온유체의 흐름 경로(25)를 증가시킨다. 내부 챔버(4)의 외벽(22)은 또한 액체 극저온유체의 더 신속하고 감소된 냉각을 위해 열 교환기의 표면적을 증가시키는 배플(baffle)(24)을 포함한다. 도시된 바대로, 일련의 배플(24)이 (화살표로 도시된 바대로) 내부 루멘 내의 극저온유체의 흐름 경로(25)로 발산되어, 열 교환기(4)의 표면적을 증가시킨다. 그러나, 나선 부품은 액체 극저온유체의 흐름을 효과적으로 증가시키는 임의의 크기 및 형상일 수 있다. 표면적을 증가시키기 위해 포함된 하기 도시된 바와 같은 평면 구조물 또는 임의의 추가의 피쳐가 도입되거나 대체될 수 있다.

도 3은 내부 구조물(20)이 평면 구성을 갖고 또한 액체 극저온유체의 흐름(25)을 증가시키는 원형 모션으로 조작되는 직선 열 교환기(4)의 다른 실시양태를 도시한다. 내부 구조물(20)은, 가능하게는 내부 구조물(20)의 방사상 이동이 가능하게 하는 상호연결된 관형 유닛과 함께, 챔버(4)의 내부 루멘을 통한 액체 극저온유체의 흐름의 순환을 돕는다.

의학 장치의 일 실시양태는 반송 챔버(5)가 열 교환기(4)로부터 나오는 공급 라인(11)을 둘러싸는 도 1에서 반송 실린더(5)로서 도시된 반송 챔버(5)를 포함한다. 이후, 반송 챔버(5) 및 둘러싸인 공급 라인은 시스템/의학 장치(30)에 대해 제2 열 교환기를 제공할 수 있다. 극저온유체 반송은 반송 챔버(5)로 환기된다. 일 양태에서, 반송 챔버(5)는 주요 듀어(6)로 가스 및/또는 액체 과흐름을 환기시키는 반송 챔버(5)의 탑정 근처에 일련의 벤트 홀(26)을 포함한다. 벤트 홀(26)은 극저온유체의 재사용을 허용하여 의학 장치(30)에 대한 조작 시간을 연장시킨다.

다른 양태에서, 반송 관(12)은 주요 듀어(6)로 환기되기 전에 반송 극저온유체를 과냉각하기 위해 직접적으로 또는 직선 열 교환기(열 교환기(4) 및 과냉각 챔버(3)의 조합과 유사)를 우선 통과시킴으로써 주요 듀어(6)로 환기된다. 주요 듀어(6)로의 극저온유체의 반송은 극저온유체가 열 교환기를 통해 반송되게 하여 극저온유체가 재사용되고 조작 시간을 심지어 더 길게 연장한다.

다른 실시양태에서, 의학 장치(30)는 임의의 가열기, 센서, 모터 또는 게이지를 포함하는 일련의 컴퓨터 제어 밸브를 통해 제어되는 시스템을 제공할 수 있다. 센서는 듀어 내의 압력, 온도 및 유체 수위를 제어하고 모니터링하고, 바람직할 수 있는 임의의 미터법을 측정할 수 있다. 일 양태에서, 센서는 한정된 안전성 범위 내에 압력 수준을 모니터링한다. 다른 양태에서, 센서는 듀어의 내부의 하나 이상의 부품의 가압을 제어할 수 있다. 출구 포트 밸브(14)를 포함하는 임의의 밸브(2, 7, 8, 9, 27 또는 32)가 극저온 시스템의 제어되고 일정한 조작(예를 들면, 전자적으로 제어되는 밸브를 통한 컴퓨터 제어 조작)이 가능하도록 자동화될 수 있다.

시스템(50)의 실시양태가 도 4에 도시되어 있다. 시스템(50)의 상면도로 도시된 바대로, 일련의 6개의 박동성 가압 챔버(40)는 밀폐 시스템(50)의 듀어(6) 내의 실링된 챔버/실린더(40)이다. 펌프로부터, 액체 극저온유체는 박동성 가압 챔버(40)로 펌프질되고, 이 챔버는 이후 일련의 연속 폭발로 액체 극저온유체를 열 교환기(4)로 전달한다. 칸막이 직선 열 교환기(4)는 통합 과냉각 유닛(3)을 일체화하면서 가압 액체 극저온유체의 증대된 과냉각을 제공한다.

이후, 각각의 액침 가열기(44)를 각각 포함하는 챔버(40)는 액체 극저온유체를 일정한 속도 또는 구체적으로 소정의 속도로 열 교환기(4)에 연속하여 전달할 수 있다.

열 교환기로부터, 과냉각 극저온유체는 공급 라인(11)으로 통과하고 제어 밸브(14)가 위치하고 다양한 구성의 극저온프로브가 부착된 출구 포트(35)를 통해 계속해서 나온다. 극저온유체는 (도 4에서 화살표로 도시된 바대로) 극저온프로브로부터 듀어(6)로의 반송 관(12)을 통해 반송 실린더(5)로 반송된다. 반송 관(12)은 열 교환기(4)를 떠나는 공급 관(11)을 둘러싸는 반송 실린더로 연결된다. 전체 시스템(50)은 조작 동안 가압되거나 가압되지 않을 수 있다. 장치는 또한 벤트 포트(8)를 통해 주변 환경으로 환기되어 조작 동안 과도한 압력 축적을 방지한다.

도 4의 실시양태에 도시된 시스템(50)의 조작 동안, 극저온 시스템(50)은 충전되고 이의 극저온 충전 탱크로부터 탈착된다. 일 실시양태에서, 시스템(50)은 용이한 접근 및 이동성을 위한 밀폐 콘솔 내에 보호되고 완전히 포함된 별도 이동 유닛이다. 시스템이 실링되면, 극저온 공급이 여러 시술 동안 유지될 수 있다. 액체 극저온유체의 재사용은 극저온치료 및 극저온수술 시술에 대한 시간 절약 및 비용 효과적 모델을 제공한다. 시스템(50)은 신속한 냉각을 요하는 임의의 방법에 추가로 이용될 수 있다.

그러나, 다른 양태에서, 상기 시스템은 벌크 액체 질소 공급과 직접 연결로 실행되도록 구성된다.

도시된 바대로, 시스템(50)은 액체 극저온유체를 공급 매니폴드(33)로 지시하는 공급 라인(11)에 연결된 잠수형 액체 극저온유체 펌프(1)를 포함한다. 여기서, 질소가 사용되는 극저온유체이다. 공급 매니폴드(33)는 액체 질소를 액체 극저온유체가 가열되는 적어도 하나의 박동성 가압 챔버(40)로 이송시킨다. 이후, 가압 액체 극저온유체(여기서, 액체 질소)는 직렬의 다음의 가압 실린더/챔버(40)를 충전하기 시작하여 1개의 챔버(40)를 충전할 때, 다른 챔버가 동시에 가압되고 사용에 준비될 수 있다. 이는 실린더를 통한 활성의 파동을 허용하여 이것이 시스템 조작의 각각의 단계를 통해 순환할 수 있다. 가압 극저온유체가 열 교환기(4)로 전달되고, 공급 라인(11)으로부터 나온 과냉각 가압 극저온유체가 출구 포트(35)를 통해 부착된 극저온프로브로 통과하면서, 다른 가압 챔버가 충전되고 가압된다. 액체 극저온유체의 동시 사용 및 가압은 극저온 기구 또는 프로브로의 일련의 연속 박동으로 액체 극저온유체의 순차 전달을 제공한다. 매니폴드는 공급 연속 압력으로 통합될 수 있다. 열 교환기가 또한 과냉각 SCN의 공급 연속 전달에 사용될 수 있다.

일 실시양태에서, 액체 질소를 사용하지만; 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 및 이러한 원하는 다른 유체를 포함하는 임의의 극저온 유체를 사용할 수 있다. 각각의 가압 장치(40)는 원하는 바대로 압력 밸브 제어 입구(52), 밸브 제어 출구(54) 및 벤트 포트뿐만 아니라 액침 가열기(44)를 포함한다. 일 양태에서, 가압 장치(40)의 충전은 공급 매니폴드(33) 위의 일련의 압력 밸브(52)를 통해 제어된다. 액체 극저온유체는 각각의 가압 장치 내에서 가열된다. 이후, 가압 액체 극저온유체는 출구 매니폴드(34)의 출구 포트/구멍(46)에 대한 제어 밸브(54)를 통해 공급 라인(11)으로 방출되고, 칸막이 직선 열 교환기(4)로 전달된다. 예시된 실시양태에서, 과냉각 유닛(3)은 더 신속한 냉각을 위해 열 교환기(4)를 둘러싼다.

일 실시양태에서, 극저온 장치(50)는 함께 연결된 6개의 가압 장치(40)를 포함한다. 그러나, 다른 실시양태는 개별적으로 또는 함께 조합되어 연결된 임의의 수의 가압 장치(40)를 포함할 수 있다. 이후, 상기 장치는 가압 액체 극저온유체를 열 교환기(4)로 전달하도록 개별적으로 또는 순서대로 제어될 수 있다. 다른 양태에서, 하나 이상의 가압 장치(40)가 하나 이상의 극저온프로브를 공급하도록 배치될 수 있다. 추가로, 일련의 가압 장치(40)가 다른 일련의 장치(40)와 상호연결될 수 있다.

도 4의 실시양태에서, 6개의 박동성 가압 챔버(40)가 콘솔의 지지체 네트워크 내에 하우징된다. 일례에서, 듀어의 반 내의 3개의 실린더가 동시에 충전되고, 듀어의 나머지 반 내의 3개의 실린더가 극저온유체를 출구 매니폴드로부터 전달한다. (그러나, 임의의 수의 실린더가 개별적으로 또는 원하는 조합으로 조작될 수 있다.) 액체 극저온유체는 실링된 가압 챔버(40) 내에서 가열된다. 압력이 실링된 가압 챔버(40) 내에서 특정 수준으로 증가하고, 이후 가압 극저온유체가 열 교환기(4)로 제어 가능하게 방출되어 극저온유체를 과냉각한다. 일 양태에서, 과냉각 진공 챔버(3)는 열 교환기(4)를 둘러싸서, 부착된 극저온프로브(프로브 또는 카테터라고도 칭함)로의 과냉각 극저온유체의 전달을 수월하게 한다. 가압 극저온유체를 사용하면서, 과냉각 극저온유체가 다양한 구성의 극저온프로브가 부착된 출구 포트(35)로부터 계속해서 나오면서, 열 교환기 내의 센서는 공급 라인(11)으로 통과하는 과냉각 극저온유체의 온도 및 압력을 모니터링한다.

상기 시스템이 각각의 실린더(40)를 개별적으로 충전하거나 인출하면서, 임의의 동시 충전 또는 인출 또는 충전 또는 인출 속도가 시스템에 도입될 수 있다. 밀폐 시스템은 극저온프로브로의 전달에 이용 가능한 액체 질소의 공급을 유지시키고 극저온치료 시술에 더 즉각적이고 신속한 속도의 냉각을 제공한다. 따라서, 공급 탱크가 듀어를 충전하는 공급 포트(29)를 밀폐하고(도 1 및 도 4 참조), 상기 시스템을 임의의 위치 또는 세팅으로 이동시킬 수 있다. 게다가, 도 1에 기재된 바대로, 공급 밸브(2)를 밀폐하고 방출 밸브(14)를 개방하여 극저온프로브로의 액체 극저온유체의 흐름을 생성시킬 수 있다. 따라서, 밸브 및 센서의 다양한 배치는 유사한 흐름을 제공할 수 있다.

일 실시양태에서, 가압 챔버(40)는 충전되고 듀어는 실링된다. 단일의 구동 펌프(1)는 가압 챔버로의 극저온유체의 방향성 흐름을 영구화한다. 일 실시양태에서, 모든 챔버는 다양한 구성의 단일의 방향성 펌프질을 통해 충전될 수 있다. 다른 실시양태에서, 리버시블 펌프 및 충전 방법은 1개의 가압 챔버(40)가 충전되게 하고 이후 펌프(1)는 다른 가압 챔버를 충전하는 기능을 뒤집거나 역전시킨다. 상기 방법은 임의의 수의 챔버를 충전하도록 반복될 수 있다. 또한, 공급 매니폴드는 가압되어 액체 질소를 가압 챔버로 구동할 수 있다.

일 실시양태에서, 가압 챔버(40)를 듀어(6) 내에 완전히 밀폐한다. 그러나, 밀폐 시스템이 극저온유체의 극저온프로브로의 박동성 전달을 제공하는 한 가압 실린더의 임의의 배치가 가능하다. 그러므로, 임의의 단일 구성 또는 복수의 구성의 극저온프로브 또는 카테터를 사용할 수 있다. 상기 기구는 또한 신속한 극저온전달 방법 또는 극저온치료에 극저온총 또는 극저온장치를 제공할 수 있다.

도 5에 도시된 바대로, 극저온 시스템(200)(극저온엔진(200)으로도 공지됨)은 2개의 실린더 구성을 갖고, 이의 시스템은 (I) 커버(209) 위의 부품 및 (II) 커버 밑의 부품의 2개의 서브어셈블리로 나뉜다. 커버 밑의 모든 부품은 액체 질소 듀어(206)에 포함되고 조작 동안 대기압(비점 = -196℃)에서 액체 질소 중에 액침된다. 조작 시스템의 기계 및 부품은 극저온카테터/극저온프로브(265)가 완전한 시스템(200)을 형성하도록 부착된 콘솔(210) 내에 하우징된다. 극저온엔진의 조작 특징 및 초임계 질소(SCN)의 제조 및 수송 방법을 이해하기 위해, 극저온유체 흐름의 간단한 설명은 하기와 같다.

듀어(206)를 외부 공급원 유래의 액체 질소로 충전시, 액침형 액체 극저온유체 펌프(201)가 활성화되어 각각의 극저온유체 공급 실린더(202a 및 202b) 또는 카트리지를 연속하여 충전한다. 초기에, 1개의 카트리지(202a)가 이의 연결된 극저온유체 가압 카트리지(203a)를 따라 충전된다. 극저온 솔레노이드 밸브(204(a 및 b))는 카트리지 어셈블리 내의 가스의 환기를 제공하여 충전을 지원한다. 매니폴드(208)(통상적으로 금속, 스테인리스 강 또는 알루미늄)는 카트리지/실린더(202, 203)로의 접근점을 제공한다. 매니폴드는 가열기, 열전대 및 실린더(202, 203)로 향하는 벤트 라인과 같은 부품을 포함한다. 충전 방법의 완료시, 극저온유체 가압 카트리지(203a)는 가열되어 약 1000psi(68bar)의 압력을 생성한다. 액체 질소는 약 493psi(34bar)(비점 = -147℃)에서 임계가 된다. 임계점을 초과하는 가압은 최소 표면 장력을 갖고 무마찰에 근접하게 흐를 수 있고 가스 또는 액체로 조정될 수 있는 특성을 갖는 농밀한 유체인 SCN을 형성시킨다.

대기 액체 질소에 의해 냉각(-196℃)된 카트리지 내에서 액체 질소를 SCN으로 전환함으로써, SCN은 과냉각되고 액상으로 조정되어, 대략 50℃의 초과 온도(즉, 비등 없이 열을 흡수하는 능력)를 획득한다. SCN이 가요성 극저온프로브로 주입되는 경우, SCN은 프로브 선단(비등 챔버)으로 최소 마찰로 흐른다. 선단에서, SCN 압력은 용적 증가 및 유출 제한으로 인해 하강하고, 열은 선단의 내면을 따라 흡수(핵 비등)되고, 질소 가스의 마이크로 버블이 액체로 다시 응축되고, 가압 액체 질소가 반송 관을 떠나면서 가온된 SCN이 이 가압 액체 질소로 복귀하고 대기 액체 질소를 포함하는 듀어에 재공급된다. 이 흐름 동역학은 수 초 내에 일어나고 고압 솔레노이드 밸브(204)에 의해 조절된다. 제1 카트리지 서브어셈블리(202a 및 203a)를 비울 시, 상기 방법은 제2 카트리지 서브어셈블리(202b 및 203b)로 반복된다.

도 5에 도시된 바대로, 액체 질소의 제한은 대기 액체 질소를 초임계 질소로 전환하는 신규한 장치를 개발함으로써 극복된다. 액체 질소가 대형 관을 통해 이미 전달되고 신속한 전달을 제공하지 않으므로, 본원에 기재된 현재의 시스템은 극저온기구(265)의 매우 작은 배관을 통한 액체 극저온유체의 신속한 전달을 허용한다. SCN은 비등 없이 2미터가 넘는 피하 배관을 통해 주입되고 인출되어, 표적 부위 특이적 조직 절제로 선단에서 얼음을 거의 즉시 형성할 수 있을 뿐만 아니라 혈전 또는 동맥류의 형성 없이 벽재성 병변을 형성한다. 초임계 질소는 1개의 상 또는 다른 상에 대해 조정될 수 있는 가스 및 액체 둘 다의 특성을 갖는 농밀한 유체이다. 액상에서, SCN은 표면 장력이 부족하고 마찰 없이 수송된다. 상기 기재된 기술은 대기 액체 질소 중에 액침된 가압 카트리지 내에서 SCN을 생성시킨다. 극저온유체 생성기로서 조작되는 이 극저온엔진은 주변 대기 액체 질소에 의해 약 -196℃로 과냉각된 비점이 약 -149℃인 액상의 SCN을 생성시킨다. SCN이 장치로부터 프로브 선단으로 배출되면서, SCN은 경로에 걸쳐 기생 열 획득을 보상하는 과냉각 및 무마찰 흐름 둘 다로 인해 가스로의 상 전이 없이 시스템을 즉시 통과한다. 그러므로, 도 5의 실시양태는 임의의 초냉각 시스템에서 또는 액체 극저온유체를 극저온기구로 지시하는 데 사용될 수 있다. 초임계점은 사용되는 특정한 액체 또는 가스의 화학에 의해 결정된다. 따라서, 상기 시스템은 화학의 상이함을 수용하도록 조정될 수 있다. 카테터/프로브 어셈블리(265)가 도 5의 극저온엔진에 연결된다.

일 실시양태에서, 극저온절제 콘솔의 설계는 극저온유체로서 SCN을 사용하는 극저온수술 장치이다. 콘솔은 리버스 액체 질소(LN2)를 저장하는 (외부 공급원으로부터 충전된) 진공 절연 스테인리스 강 공급 듀어를 포함한다. 이 듀어의 뚜껑은 폼 절연의 2" 두께 조각이 등받이로 있는 1" 두께의 델린의 절삭 조각이다. 3" 가요성 도관은 듀어로부터의 질소 가스를 바로 콘솔 바닥으로부터 환기시킨다. 24V DC 모터에 의해 구동되는 소형 황동 기어 펌프는 일련의 체크 밸브를 통해 LN2를 펌프질하여, 펌프를 통해 스테인리스 강 공급 실린더로 다시 탈출하는 것을 방지한다. 충전 동안 생성된 질소 가스는 출구가 콘솔 내에 위치한 열 교환기에 진입하기 전에 2개의 저압 솔레노이드 밸브(LP 벤트 밸브)를 통해 환기된다. 공급 실린더 내의 LN2 수위는 실린더의 하부, 중간부 및 상부에서 및 주요 벤트 라인 내의 뚜껑 바로 위의 점에서의 온도를 판독하는 멀티포인트 열전대 프로브에 의해 모니터링된다. 제2 스테인리스 강 실린더(압력 실린더)는 공급 듀어 외부에 위치하고 고압 솔레노이드 밸브(압력 밸브)를 통해 공급 실린더에 연결된다. 이 밸브는 충전 동안 밀폐되어 차가운 질소 가스가 압력 실린더에 진입하는 것을 방지하지만, 가압 동안 개방되어 가압 SCN의 전체 용적/압력 헤드를 증가시킨다. 실린더는 임의의 용기, 임의의 형상 및 크기의 형태를 취할 수 있고; 여기서 사용되는 실린더는 1ℓ, 2.25ℓ 및 5ℓ이지만, 임의의 크기 및 치수가 작동할 수 있다. 그러나, 실행시, 원통형 조작 환경에서의 조작 장치의 풋프린트는 가능한 한 작다. 용적은 특정 용도, 시술 횟수 및 조작 환경의 크기 제한에 기초할 수 있다.

일 양태에서, 가압 상 동안, 벤트 밸브를 밀폐하고, 압력 밸브를 개방하고, 공급 실린더에 침지된 2개의 카트리지 가열기를 켠다. 가열 테이프를 압력 실린더 주위에 권취하고 가열기와 함께 밀폐 시스템에 충분한 에너지를 공급하여 초임계 질소(SCN)를 생성한다. 적절한 압력(약 1000psi)을 얻으면, 프로브 포트에 질소를 공급하는 통상의 2개의 고압 밀폐 솔레노이드 밸브(주입 밸브)를 개방할 수 있다. 벤트 접합부에서의 매니폴드에 위치한 압력 트랜스듀서 및 압력 라인에 의해 압력을 모니터링한다. 약 1200psi로 설정된 압력 블리드 밸브(pressure bleed valve)를 또한 이 매니폴드에 위치시키고 시스템의 과가압을 방지한다.

다른 양태에서, 극저온엔진은 또한 해동 피쳐를 포함한다. 압력 실린더의 바닥 말단에 구리 배관으로 둘러싸인 인라인 가스 열 교환기가 있다. 다른 양태에서, 활성화될 때 주변 영역의 프로브 표면 가열 및 해동을 발생시키는 극저온프로브의 내부 또는 외부에서의 써모레지스터 와이어, 필름 또는 코팅의 배치에 의해 해동을 성취할 수 있다. 냉동 사이클 완료 후, 잔류 질소 가스는 이 가열기 및 고압 솔레노이드 밸브 제어 흐름을 통해 프로브 포트의 주입 라인으로 통과한다. 냉동/해동 사이클 완료시, 시스템 내 잔류 압력은 약 500psi이다. 이후, LP 벤트 밸브가 개방되어 시스템을 대기압으로 복귀시킬 수 있는 지점으로 이 압력을 환기시키도록 매니폴드에 연결된 통상의 고압 밀폐 솔레노이드 밸브(HP 벤트 밸브)를 개방한다. 콘솔은 또한 절연을 공급하는 프로브 포트의 진공 라인에 연결된 오일이 적은 진공 펌프 및 프로브에 대해 안전성 피쳐, 및 조작 전에 따뜻한 질소 가스를 시스템에 걸쳐 플러싱하는 퍼지 라인을 포함한다. 펌프는 또한 원하는 경우 조작실 진공 시스템에 연결될 수 있다.

본 발명의 포함된 극저온 의학 시스템(500)이 도 17에 예시되어 있다. 콘솔(528) 내에 (도 5의 극저온엔진(200)과 유사한) 극저온엔진(530)이 있다. 듀어(501)는 액체 질소(LN2)로 충전되어 극저온유체 저장소(501)를 생성한다. 가압 시스템(503)은 라인(504)에 의해 상호연결되고 (2개의 용기(505 및 507)를 연결하는) 밸브 제어장치(510)를 갖는 제1 용기(505) 및 제2 용기(507)를 이용한다. 이 실시양태에서, 제1 용기(505)는 극저온유체 저장소/듀어(501) 내에 수직으로 위치한다. 제2 용기(507)는 주변 공기를 갖는 주변 온도에서 극저온유체 저장소(501) 외부에 수직으로 위치한다. 극저온 흐름 액츄에이터(actuator)(509)가 극저온유체 저장소 내부에 위치한다. 충전 모터(522)를 기동시켜 충전 밸브(508)(여기서, 일방향 흐름을 위한 체크 밸브)를 통한 LN2의 흐름을 시작시켜, 가압 시스템(503)의 제1 용기(505)의 저장소(501)로부터 포트(502)로의 LN2의 흐름을 생성함으로써 극저온 흐름 액츄에이터(509)는 활성화된다. 밸브(508)는 온도 및 압력 모니터링 및/또는 제어를 위한 센서를 포함할 수 있다. 제1 용기(505)를 충전할 때, 제1 용기(505)에 연결된 벤트 밸브(506)를 개방하여 가스가 벤트 라인(523)을 통해 벤트 팬(524)으로 탈출하는 충전 공정 동안 생성된 임의의 초과 증기를 환기시킨다.

제1 용기(505) 내의 액체 질소의 수위를 제1 용기(505)로부터 돌출된 열전대 센서(525)에 의해 측정한다. 몇몇 수단이 용기(505/507) 내의 액체 및 가스 극저온유체 수준을 감지하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 센서는 플로트 센서(float sensor), 커패시턴스 수준 센서, 열 센서 또는 이의 유사한 변형을 포함할 수 있다. 제1 용기(505)의 충전 후, 벤트 밸브(506)를 밀폐하고 제1 용기(505)와 제2 용기(507) 사이에 위치한 밸브 제어장치(510)를 개방하여 제1 용기(505) 내에 일정 용적의 액체 질소를 포함하고 제2 용기(507) 내에 대략 동일한 용적의 질소 증기를 포함하는 연속 가압 시스템을 생성한다.

이 실시양태에서, 제1 용기(505)는 LN2 온도에 가까운 온도에 있는 반면; 제2 용기(507)는 제1 용기(505)의 온도보다 높은 주변 온도에 있다. 다른 양태에서, 제2 용기(507)의 온도는 상기 주변 온도로 상승된다. 제한함이 없이, 또 다른 양태에서, 제2 용기(507)의 온도는 약 30℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도에서 유지되어 더 낮은 온도가 이용될 때와 비교하여 더 빨리 압력을 구축하는 것을 돕는다.

가열기(512)는 제1 용기(505)의 내부에 배치되고 LN2에서 비등 미세환경을 생성하여 N2 가스를 생성하도록 활성화된다. 제1 용기(505) 및 제2 용기(507)가 밀폐 가압 시스템(503)을 형성하므로, LN2의 비등은 가스를 팽창시키고 이로써 가압 시스템(503) 내의 압력을 증가시킨다. 상기 시스템 내의 압력은 질소 임계점(492.9psi에서 -146.95℃)을 초과하여 증가하여, 당해 분야에 유사 유체 상태(유사 가스 또는 유사 액체)로도 공지된 초임계 질소(SCN)를 생성한다. 문헌[the various thermodynamic regions ; Reference : Hands , B.A. Cryogenic Engineering , Academic Press , 1996]을 기술하는 도 18(선행 기술)을 참조한다.

극저온 시스템(500)의 신규성은 부분적으로 초임계 질소(SCN)의 생성 및 유지를 위한 부품으로서 거의 동일 용적의 LN2 및 N2 증기로 시작하는 것에 인한다. SCN이 생성되고 약 1,000psi 이상의 압력이 가압 시스템 내에 성취되면, 제어 밸브(514)를 개방하여 SCN이 가압 시스템(503)으로부터 극저온선(516/518)으로 흐르게 하여, 따라서 외부에 위치한 프로브에 대한 연결 부위(526)를 향한 SCN의 유체 경로를 생성한다. 도 17의 도시에서, 본원에 기재된 부품을 포함하여 전체 가압 시스템(503)을 케이싱하는 콘솔(528)로의 용이한 접근을 위해 연결 부위(526)가 위치한다.

압력 블리더 밸브(527)는 밸브(514)가 개방되기 전에 초과 압력 축적을 방지한다. 통상적으로, 압력 블리더 밸브(527)는 가압 시스템에서 사용되는 재료의 파괴 압력까지 약 1250psi 또는 이 압력 주의의 압력에서 설정된다.

도 17에 도시된 바대로, 극저온선(516)은 주변 LN2 저장소(501) 내에 액침되고 가압 시스템(503)의 제1 용기(505)로부터 외부 극저온프로브(들)로 연속 유체 경로를 생성한다. 극저온선(516)을 통한 SCN의 흐름을 제어 밸브(514)에 의해 제어한다.

기재된 극저온 시스템 및 방법은 극저온프로브(도 17에 도시되지 않음) 또는 외부 극저온기구 내의 지정된 냉동 구역으로의 길이 약 2 내지 3미터 이상의 거리로 연장되는 극저온선(516), 구체적으로 공급 배관(518)을 통해 SCN을 전달한다. 또한, 상기 시스템(500)은 SCN을 공급하기 위한 연결 부위(526)를 외부에 위치한 프로브에 연결하는 초미세 모세관형 배관(비도시)를 통한 SCN의 전달을 공급한다. 프로브 선단으로의 초냉각 SCN의 전달을 제공하는 수초 내에 흐름이 일어난다. 이후, SCN은 제2 유체 경로(520) 또는 반송 관(520)을 통해 반송되고 시스템 내의 LN2 저장소에 재순환/반송/재소환된다. 극저온유체는 감압에서의 초냉각 온도에서 저장소(501)로 반송되어, 재사용을 위한 다시 LN2로의 전환을 수월하게 한다.

증기 및 액체의 차등 출발 용적은, 임계점 위의 증가 압력 하에 놓일 때, 혼합된 또는 상이한 물리적 상태를 생성시킨다. 이는 유지하고 제어하기 어려운 조건을 생성시킨다. 예를 들면, 1,000psi로 가압될 때 1:1의 LN2:N2 증기의 출발 용적 비는 SCN을 생성시킨다. 1,000psi로 가압될 때 3:1의 LN2:N2 증기의 출발 용적 비는 SCN을 생성시키지 않는데, 왜냐하면 이것이 임계 압력을 초과하더라도 임계 온도를 초과하지 않기 때문이다. 질소의 임계점 또는 근임계점(492.9psi)을 이용할 때, 출발 액체 대 용적 비는 상당히 증가한다. 압력 및 온도의 이 구역에서의 조작은 당해 분야에서 "근임계 질소"라 칭하는 비제한되고 제어 가능하지 않은 가변 상태를 생성시킨다. 본원에 기재된 용적, 압력 및 온도를 제어함으로써, 본 발명은 안정하고 제어 가능한 SCN 공급원, 압축 LN2 또는 유사 액체를 생성함으로써 선행 기술의 특정한 결함을 극복한다.

SCN의 생성, 이용 및 제어 전달은 극저온치료의 신속한 전달이 가능하게 하여, LN2 시스템의 작업 능력인 열 추출을 제공하면서 저온 가스 및 근임계 극저온유체/질소의 속도를 제공한다.

극저온 흐름 액츄에이터(509)는 저장소(501)로부터 가압 시스템(503)으로 LN2의 흐름을 액츄에이팅하여 가압 시스템(503)(용기(505 및 503) 포함)을 충전하도록 설계된다. 펌프라는 용어는 저장소(501)로부터 포트(502)를 통해 가압 시스템(503)으로의 LN2(도 17 참조)의 이동의 생성을 기술하기 위해 사용된다. 펌프/생성기(509) 내의 LN2의 압축 또는 가압이 없고; 즉, 펌프는 SCN을 생성하지 않고, 펌프는 LN2를 프로브 선단으로 공급 관 유체 경로 아래로 구동하는 힘을 갖지 않는다. 펌프는 제1 용기(505)를 LN2로 충전하는 수단이다.

일 양태에서, 극저온 시스템(500)의 조작 전에, 퍼지 라인(521)을 이용하여 질소 가스를 시스템을 통해 취입한 후 듀어(501)를 충전한다. 기재된 벤트 팬(524)은 벤트 밸브(506)를 통해 방출된 질소 가스의 온도를 증가시킨다. 벤트 라인(523)은 벤트 밸브(506)를 벤트 팬에 연결하여 온도를 제어한다. 이후, 콘솔(528) 내에서 주변 [더 따뜻한] 온도를 유지할 수 있다.

상기 시스템은 이용될 수 있는 다양한 실시양태에 대한 극저온기구라 칭하는 부착형 또는 일체형 극저온프로브 또는 극저온카테터를 추가로 포함한다. 본 발명의 일 실시양태에 따른 극저온 시스템의 극저온기구(65)의 외부 도면이 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 극저온기구(65)는 관 구성물 내의 관을 갖고 장축 물체(65)를 형성하는 카테터 형태를 취한다. 장축 물체(65)는 외부 절연 관(61) 내에 포함되고 장축 물체(65)의 관형 샤프트(60)의 길이에 걸쳐 연속하여 이어지는 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)을 포함하는 내관을 포함한다. 외부 절연 관(61) 또는 외부 카테터 시스(sheath)(61)는 장축 물체(65)의 크기, 형상 및 치수를 한정하고, 이는 내부 라인(62, 63)을 하우징할 수 있는 치수에 부합한다. 관형 샤프트는 따라서 장축 물체(65)의 근위 단부(51)로부터 원위 단부 또는 선단(68)으로 연장된다. 외부 카테터 시스(61)는 카테터 선단(68)의 원위 단부 내외로의 극저온유체의 흐름을 위한 통합 지지체 구조를 제공하고; 바람직하게는, 원위 단부는 냉동 사건이 개시되는 곳이다. 일 실시양태에서 사용되는 극저온유체는 액체 질소일 수 있다. 다른 실시양태에서, 초임계 질소를 사용한다. 그러나, 임의의 원하는 액체 극저온유체를 사용할 수 있고, 상기 시스템은 상이한 화학물질 및 물질 상을 수용하도록 조정된다.

내부 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)을 카테터(65)에 걸쳐 위치한 개방 구성 절연성 스페이서(53)에 의해 외부 시스(61)의 중앙에서 유지한다. 스페이서(53)는 개별 유닛, 관 압출 또는 배관 배치의 다른 수단의 형태일 수 있다. 개방 구성은 카테터 루멘(64)이 가스로 충전되게 한다. 외부 카테터 시스(61)를 연결기(66)에 실링하여 기체 루멘(64)을 생성한다. 선단(68)은, 내부 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)과 조합되어, 원위 단부에서 외부 시스(61)와 접촉하여 냉동 구역을 발생시킨다. 추가로, 개방 구성은 또한 진공이 카테터 루멘(64)에 인출되게 할 수 있다.

또한, 일 실시양태에서, 카테터(65)의 샤프트(60)는 샤프트(60)를 따라 이어지는 편향 와이어(67)에 의해 가능한 것처럼 가요성이고, 이 샤프트는 온도 유도 진공에 의해 절연된다. 편향 와이어(67)는 샤프트(60)를 카테터(65)의 선단 아래로 이어주어 카테터 선단(68)이 손가락 유사 이동으로 더 경사진 각으로 이동하게 하고 카테터/프로브(65)를 표적 조직으로 지시하는 제어 라인이다. 일 실시양태에서, 편향 와이어(67)는 장치(65)를 가이드하고, 온도, 압력 및/또는 생리학적 조건의 환경 측정을 모니터링한다. 가이드(67)는 단독으로 또는 조합되어 가이드 또는 임의의 수의 열전대, 압력 트랜스듀서, 심전도 모니터 또는 다른 전기생리학적 센서와 연결되어 개별 부품 및 센서, 예컨대 광학 영상화 부품을 통합할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양태는 절연성 폼(예를 들면, 스티로폼, 플라스틱, 고무화 재료 또는 이러한 다른 절연성 조성물)을 이용하여 외부 샤프트(60)를 내부 라인(62, 63)(즉, 내부 공급 라인(62) 및 반송 라인(63))으로부터 분리한다. 그러나, 본 발명의 다양한 양태는 원하는 조직 부위로 지시된 표적화가 가능하도록 조정 가능하고 편향 가능하게 설계된 카테터 선단(68)을 수용한다. 일 양태에서, 스페이서 또는 절연성 폼은 내부 공급 및 반송 라인이 외부 시스와 접촉시키는 것을 방지하도록 이용될 수 있다. 다른 양태에서, 임의의 냉동 구역이 카테터 선단(68)의 구성에 의해 지정된 바대로 생성될 수 있다(도 10 내지 도 13 참조).

본 발명의 카테터(65)를 이용하는 방법에서, 응축 기반 진공 절연이 온도 의존적이고 카테터(65)에 위치한다. 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)의 벽의 외면(69)에서, 표면(69)을 물리적으로 마킹하거나 화학적으로 에칭하는 방법은 핵 형성 및 포화 가스의 물리적 기화 증착을 증대시킨다. 제한이 아니라 오직 예시 목적을 위해, 표면은 실리카, 금속 입자 및/또는 탄소 코팅과 같은 임의의 수의 분말형 물질이 분무되어 조면화될 수 있다. 외부 시스(61) 내의 루멘(64)이 선택 증기 또는 비평형 상 변화 가스(64)로 충전된다. 이 실시양태에서, 예를 들면, 거의 실온, 약 0℃ 내지 약 37℃에서 가스 상태로 있지만(도 6, 도 7 참조), 부탄의 경우 약 0℃ 이하, 구체적으로 약 -138℃로 냉각시 결정질 침착물(52)로 고화하고, 동시에 지정된 표면(69)에서의 제어 증착 방법으로 결정 필름을 증착시키는(도 8, 도 9 참조) 부탄을 이용한다. 부탄은 부탄의 경우 임계점인 거의 -138℃에서 고화한다. 그러나, 온도 변화가 사용되는 증기 유형, 화학 특성 및 증기 조합의 변화에 따라 달라진다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 냉동 온도에 도달시 자발 핵 형성 및 동시 증착의 동일한 또는 유사한 효과를 생성하도록 다양한 가스의 온도를 선택적으로 제어할 수 있다. 상기 시스템의 하나의 신규성은 시술 이용에 대해 피하배관이 구조 및 기능을 보유하도록 이 진공이 형성되기에 충분히 피하배관을 차갑게 한다는 것이다.

또한, 일 실시양태는 도 6 및 도 7에 도시된 바대로 연결기(66)의 진공 포트(55)를 통해 극저온시스템 콘솔의 진공 라인을 카테터 또는 프로브(65)와 상호연결할 수 있다. 일 양태에서, 연결기에서 루멘을 밀봉하고 진공 포트(55)를 통해 진공을 기계적으로 인출시 진공이 형성된다. 다른 양태에서, 진공 포트는 이 자체의 진공 시스템을 통해 또는 극저온시스템의 진공 펌프와 조합되어 또는 병원 진공 시스템을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 내관의 지정된 외면에 가스 결정의 증착을 증대시키기 위해 핵 형성 증대된 표면 개질과 조합되어 [온도 유인책을 통해] 기계적으로 인출된 진공 또는 자발적으로 유도된 진공(내관에 절연을 생성하는 진공 그 자체)에 의해 이중 절연성 장벽이 본 발명에서 생성될 수 있다. 바람직하게는, 내관의 외벽은 관형 샤프트를 따라 지정된 부위에서 물리적으로 또는 화학적으로 에칭된다. 이후, 원위 단부 또는 선단(8) 내의 구역은 구체적으로 지정된 냉동 구역으로 배치될 수 있다.

일 실시양태에서, 이의 온도를 거의 냉동 0℃에서 유지시키도록 카테터의 외부 시스에서 가열 와이어 또는 가열 테이프를 사용한다.

기재된 실시양태에서, 핵 형성/승화는 증착 방법과 조합되어 공급 라인(62) 및 반송 라인(63) 외벽을 따라 고체 결정을 형성하고, 자발적으로 루멘(64) 내에 진공 공간을 생성시킨다. 진공 공간은 외부 카테터 시스와 성에 충전 내부 라인(62, 63) 사이에 절연성 장벽으로서 작용한다. 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)의 표면(69)의 길이에 따른 필름 증착은 낮은 열 전도율의 결정질 필름 증착물을 생성시킨다. 증착은 내관의 전체 길이로 이어지는 내부 라인의 전체 외면 또는 외면의 부분을 코팅할 수 있다. (주의: 도 6, 도 7에서의 'x' 마크는 핵 형성 농후 공급 및 반송 관 표면(69)을 나타내고, 이의 관 표면은 본원에 기재된 방법에 의해 변형된다). 비고화 가스 결정(54)인 비평형 상 변화 가스 입자(54)가 도 7에 도시되어 있다. "*"로 지칭된 핵 형성된 또는 고화된 입자가 표면(69)에서 "x" 확대(에칭)시 도 8, 도 9에 도시되어 있다. 가스가 냉동 온도에 도달할 때 핵 형성된 입자(52)("*"로 마킹)가 형성된다. 일 양태에서, 임의의 압력이 이용될 수 있다. 제한이 아니라 예시 목적 위해, 장치 내의 압력을 유지하거나 제어 가능하게 상승 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 실온에서 증기 상태의 보유를 돕기 위해 대기 또는 고압에서 가스를 유지시킬 수 있다.

본 발명의 다른 양태의 실시양태는 가스를 순수한 성분으로서 또는 다양한 성분의 혼합물로서 포함한다. 이러한 가스 조성물은 제한이 아니라 예시 목적 위해 부탄, 이산화탄소, 요오드, 캠퍼 및/또는 아산화질소를 포함할 수 있다.

다른 실시양태에서, 내부 라인(62, 63)의 벽을 처리하여 증착하고자 하는 가스의 화학 특성(예를 들면, 불순물로 표면을 마킹, 실리카 또는 다른 분말화 재료의 이용, 화학적 코팅 또는 에칭)에 맞게 핵 형성 효율을 일치시키는 것(이로써 유사한 효과가 생성됨)을 포함하는 방법에 의해 내관/라인(62, 63) 표면 위의 증대된 핵 형성 표면(69)이 생성될 수 있다.

본 발명의 실시양태는 도 10 내지 도 13에 도시된 선단(68)의 구조 구성을 조작한다. 도시된 하나 이상의 실시양태에서, 내부 부품(62/63)이 원위 단부(68)에서 외부 시스(61)와 접촉하는 냉동 구역이 생성된다. 도 10에서의 원위 단부(100)의 이러한 일 실시양태는 콜드 싱크(cold sink)에 영향을 미치는 외부 시스(61)와 접촉하는 밀폐 루프 코일링 공급 관(106)을 포함한다. 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)은 코일(106)의 형성시 선단의 냉동 구역에서 만난다.

도 11에 도시된 원위 단부(110)의 다른 실시양태에서, 극저온유체가 선단에서 순환하고 이후 반송되는 금속 벌룬 선단(107)이 도시되어 있다. 공급 라인(62)은 반송 라인(63)의 연장부를 넘어 선단(68)으로 길이가 연장되어, 카테터가 시술을 위해 기동될 때 벌룬형 선단(107)으로 펌프질된 극저온유체는 팽창 구역의 실링된 폐쇄지역 내에서 순환한다. 그러나, 공급 라인(62)은 임의의 길이 또는 거리를 선단으로 연장할 수 있다. 벌룬형 선단은 금속, 플라스틱 또는 세라믹 조성물을 포함하는 임의의 가요성 또는 경성 재료로 이루어질 수 있다. 유사하게, 시스 내의 벌룬형 구조가 극저온 시술에 외부 시스(61)가 팽창 및 수축되게 할 수 있다. 예를 들면, 제한함이 없이, 혈관에서 수행되는 극저온 시술은 유리하게는 프로브의 원위 단부에서 팽창성 극저온 부재(107)를 사용하여 내부 팽창성 극저온 부재가 연장하면서 외부 시스가 연장한다.

또한 도 11에 도시된 바대로, 개별 공급 라인(62) 및 개별 반송 라인(63) 둘 다와 연결된 원위 부분(68) 내에서 팽창성 선단(107)을 실링한다. 원위 단부(110)의 실시양태는 장축 관의 길이에 포함되고 관형 샤프트(60)(여기서 오직 도 11에서 도시된 부분)와 연결된 냉동 구역으로서 작용하는 원위 선단(68)을 갖는다(즉, 도 14에 도시된 실시양태에서, 원위 단부(128)는 원위 단부(110)로 대체될 수 있음). 실링된 계면(127)은 팽창성 영역이 극저온 매질의 충전 및 제거와 상응하게 팽창하고 수축할 있도록 보장한다. 극저온 매질은 일 실시양태에서 액체 질소이다. 그러나, 상기 시스템 및 치료 수단의 요건을 수용하는 임의의 극저온유체를 사용할 수 있다. 추가로, 팽창성 구조, 여기서는, 금속 벌룬 선단은 액체 질소의 사용에 부합하는 재료로 설계되고 구성된다. 사용되는 극저온유체의 유형을 고려함이 없이, 팽창성 선단은 원치 않는 효과를 없애거나 생성시킬 수 있다. 제한함이 없이 예시 목적을 위해, 액체 질소를 사용하는 시스템 및 장치의 요건을 충족하도록 본 실시양태의 선단을 설계한다.

도 11에서의 프로브/시스템의 다른 양태는 실링된 계면(127)이 뭉툭한 선단 프로브 내의 관형 샤프트(60)로부터 먼 선단의 냉동 구역(68)을 실링하는 벽 또는 연결 부품(비도시)일 수 있다는 것이다. 실링된 계면은 공급 라인(62) 및 반송 라인(63)이 냉동 선단에 접근하게 하고, 극저온유체가 실링된 구역(68) 내에서 이의 개방 단부(137)가 분산되게 한다. 도 11에서, 실링된 구역은 벌룬 선단이지만, 실링된 구역의 임의의 크기 또는 형상이 본 발명의 상이한 양태에서 사용되어 유사한 결과를 생성할 수 있다. 일 실시양태에서 단부 개방형 공급 라인이 반송 라인의 개방 단부를 넘어 원위 단부를 향해 실링된 구역으로 추가로 연장된다는 것에 주의해야 한다. 그러나, 임의의 길이의 공급 라인 또는 반송 라인이 사용될 수 있고; 동일한 길이 또는 상이한 길이를 갖는 길이가 원하는 바대로 설계될 수 있다.

도 12는 밀폐 루프 선단(118)을 도시하는 프로브 선단/원위 단부(155)의 다른 실시양태이다. 밀폐 루프 선단은 공급 라인(62) 및 반송 라인(63) 둘 다를 통합 연결하여 프로브의 냉동 구역에서 원위 단부로의 액체 극저온유체의 전달 및 반송을 위한 통합 구조물을 형성한다. 선단에서, SCN 압력은 용적 증가 및 유출 제한으로 인해 하강하고, 선단의 내면을 따라 열이 흡수되고(핵 비등), 질소 가스의 마이크로 버블이 액체로 다시 응축되고, 가온된 SCN이 반송 관을 빠져나오면서 가압 액체 질소로 복귀하고 대기 액체 질소를 포함하는 듀어에 재공급된다. 이용 후 상기 시스템이 듀어 내의 주변 근처 압력에서 LN2를 회수하도록 반송 라인 내의 온도 및 압력을 유지한다. 듀어 내의 극저온유체는 통상 주변 압력, 약 -196℃ 또는 약 -160℃+/-40℃ 범위의 온도에 있다.

도 13은 냉동 구역 또는 선단(68) 내에 열 교환기(119)가 핀 고정된 밀폐 루프 선단으로서의 극저온프로브(165)를 도시한 것이다. 열 교환기는 조직으로부터 더 효과적인 열 추출을 제공하여, 더 빠른 극저온치료 및 더 우수한 손상/조직 부위로의 냉동을 제공한다. 열 교환기는 또한 콘솔로의 반송 전에 극저온유체를 냉각하여 극저온유체 회수를 증가시키기 위해 사용된다. 선단 설계의 다른 변형은 임의의 크기 및 치수일 수 있거나, 당해 분야에 공지된 카테터 또는 프로브(65)의 크기 또는 형상을 취할 수 있다. 제한함이 없이 예시 목적을 위해, 암 치료에서, 극저온프로브는 표적 조직을 절제하기 위해 사용된다. 심장 용도에서, 카테터 또는 수술 프로브는 극저온절제 시술에서 사용된다. 하기 기재된 극저온프로브의 추가의 구성은 또한 다른 구조 변형을 수용할 수 있다.

다른 실시양태에서, 선단의 구성물은 얼음 볼을 둘러싸고 파괴되는 임의의 얼음 단편을 포획하는 팽창성 네트(비도시)이다. 네트는 프로브 선단 주위에 정적 환경을 유지하여 얼음 형성을 수월하게 한다.

도 14에 도시된 바대로, 극저온치료 시술을 수행하기 위한 제품이 약 6 내지 8피트 길이의 길쭉한 물체(175)로서 도시되어 있다. 근위 단부(121)에서의 연결기(116)는 극저온프로브가 극저온 전달 시스템(200)과 연결되게 한다(도 5 참조). 냉동 구역 또는 선단(138)이 원위 단부(128) 내에 위치하고 가요성 관형 샤프트(120)(엄빌리컬로도 공지됨)가 단부 사이에 위치한다. 원위 단부(128)의 다양한 실시양태 중 몇몇은 도 10 내지 도 13에 도시되어 있고, 원위 단부(100, 110, 155, 165)의 실시양태는 길쭉한 제품(175) 내의 원위 단부(128)에 재배치로 제공될 수 있다. 물체(175)는 표적 조직 부위에서 냉동 구역으로 극저온유체를 전달하기 위해 하나의 내관(공급 관)이 시스 내에 배치된 (도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은) 외부 시스를 포함하고; 중앙에 위치한 내부 공급 관과 관형 샤프트(120)의 외벽 사이의 간격은 냉동 구역으로부터 액체 극저온유체를 반송한다. 제한함이 없이 예시 목적을 위해, 공급은 주변 동축 반송 라인의 중앙에 있다. 그러나, 극저온 전달 및 반송 라인은 다양한 배치(즉, 반대의 배치)로 구성될 수 있다. 라인이 또한 서로 인접하게 위치할 수 있다. 극저온 전달 시스템에서 사용되고 연결될 때, 제품(175)은 동시에 관형 샤프트(120)에 걸쳐 절연성 진공을 생성한다. 이중 절연성 장벽이 내관의 외면을 따라 증대된 핵 형성 증착 방법과 조합되어 온도 개시 일시 진공에 의해 형성된다(하기 기재). 따라서, 핵 형성 부위는 제품에 걸쳐 어디에서도 선택적으로 배치될 수 있다. 추가로, 외부 활성 진공이 일시 진공과 조합되어 또는 자립형 피쳐로서 이용될 수 있다. 극저온 카테터 또는 프로브 절연을 또한 능동 방출 또는 일시적 방출 진공을 통해 성취할 수 있다.

일 실시양태에서, 원위 단부(128)는 침형 프로브 단부이다. 다른 실시양태에서, 원위 단부(128)는 뭉툭한 선단 프로브 단부 형태를 취한다. 원위 부분(128)은 관형 샤프트에 일체형일 수 있거나 이와 연결되어 제거 가능하게 위치할 수 있다. 근위 연결기, 관형 샤프트 및 원위 프로브 단부의 상호연결은 따라서 개별 파트가, 단독으로 또는 조합되어, 재사용되거나, 폐기될 수 있는지를 결정한다. 추가로, 원위 단부(28)의 길이는 치료 시술에 따라 변할 수 있고, 치료되는 조직에 해당하는 임의의 크기, 형상 및 치수일 수 있다.

도 15에 도시된 바대로, 극저온절제 장치의 일 실시양태는 수술 심장 극저온프로브(300) 형태를 취한다. 수술 심장 극저온프로브(300)로서 극저온절제 장치를 조작하는 것은 극저온절제 콘솔(도 5에 도시)에 의해 제공되는 바대로 약 1000psi의 압력 및 약 -210℃ 내지 약 -100℃의 온도 범위를 갖는 고압 액체 질소인 초임계 질소(SCN)를 이용한다. 고압 SCN은 미세루멘 공급 관(301)으로 통과하여 비등 챔버 또는 프로브 선단(302)으로 통과한다(도 15a 참조). SCN은 당해 분야에 현재 사용되는 임의의 극저온장치보다 일정하게 높은 속도로 조직으로부터 열을 추출하여 표적 조직을 초냉각한다. 선단에서, 압력은 조작 상태에 따라 약 0psi 내지 1000psi로 변한다. 냉동은 구체적으로 열 교환 표면을 제공하는 비절연된 외부 케이싱(303)을 갖는 프로브 선단(302)에서 일어난다. 결합 관(304)(도 15a 에서 확대도 참조)이 절연된 관 부분(305)으로부터 프로브 선단(302)을 분리한다. 결합 관(304)은 가소화 재료이지만, 땜납 또는 접착제를 포함하는 임의의 결합 부품이 사용될 수 있다. SCN은 주변 조직으로부터 열 유입에 의해 증발되고 이후 미세루멘 반송 관(306)에 의해 콘솔로 반송된다. 공급 관(301) 및 반송 관(306) 둘 다 외부 시스(307) 내에 동축 방식으로 하우징된다. 그러나, 다른 양태에서, 배관, 공급 및 반송 관은 평행 구성으로 사이드바이사이형으로 위치할 수 있다.

도 15a에 도시된 바대로, 공급 관을 통한 흐름 경로(→→)는 원위 선단(302)을 향한 SCN의 이동을 나타낸다. 외부 케이싱(303)에 가장 가까운 반송 화살표는 원위 선단으로부터 먼 외부 동축 경로에서의 질소 반송을 나타낸다. 반송 관(306)과 외부 시스(307) 사이의 환체(308)가 유체 경로를 따른 원치않는 열을 최소화하기 위해 진공 하에 유지된다. 배관이 끝나고 고압 극저온 동축 연결기(320)를 사용하여 콘솔(여기서 비도시)과 접한다. 상기 연결기는 안전한 가요성 또는 경성 누수 방지 연결부를 제공하기 위해 텔레스코핑 방식으로 연장되고 수축될 수 있다.

초기에, 선단 압력은 약 800psi 내지 약 1200psi 범위이고, 20초 내에 약 -150℃ 미만의 온도를 성취한다. 극저온유체를 반송 이후 듀어 내에 수집할 때, 최종 압력은 주변 압력이거나 그 근처이고, 극저온유체 욕의 온도는 통상 약 -196℃이다.

또한, 수술 심장 프로브(300)는 배관 계면(311)에서 프로브 핸들(310)이 구비된다. 계면(311)은 가요성 또는 경성일 수 있고; 현재의 설계는 연결부가 배관으로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위해 호스 바브(barb)와 함께 황동 또는 금속 재료를 사용한다. 그러나, 플라스틱 또는 가소화 성분을 포함하는 극저온용도에 고안된 임의의 재료가 적용 가능할 수 있다. 일 실시양태에서, 플라스틱 프로브 핸들(310)은 극저온절제의 사용자의 원거리 제어장치(예를 들면, 의사가 작동시키는 온/오프 제어장치)를 위한 전기기계적 어셈블리 또는 트리거(trigger)(312)를 하우징한다. 전자 디스플레이는 장치 및 시술에 대한 정보를 제공한다. 예를 들면, 프로브 온도는 공급 또는 반송 관에 위치한 T형 열전대에 의해 포획된다. 플러그는 원거리 온/오프 트리거 및 온도 측정에 대한 전기 프로브/콘솔 계면을 제공한다. 다른 양태에서, 개별 플러그 또는 복수의 플러그를 사용할 수 있다. 플러그 또는 전기 및 신호 연결기는 프로브 내외로의 신호, 데이터, 정보를 콘솔 컴퓨터로 전송한다.

평활한 프로브 선단의 일 실시양태에서, 어닐링된 스테인리스 강 배관은 말단 캡과 함께 이용된다. 다른 실시양태에서, 물결형 프로브 선단은 침광 캡과 어닐링된 스테인리스 강 배관이다. 그러나, 선단 및 관의 조성은 장치의 조작 온도에 적합할 수 있는 다양한 금속 또는 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 유사한 조성물의 결합 관이 부품을 상호연결한다. 프로브 샤프트는 약 2인치 내지 48인치 길이이고, 외부 외피 어댑터는 심외막 또는 심내막 시술 및 장치 용도에 따라 약 2피트 내지 10피트이다. 치수의 양태, 및 상응하는 의학 시술 및/또는 특정한 표적 조직을 보완하는 제품을 획득하기 위해 크기, 형상 및 구성이 변할 수 있다.

일 양태에서, 공급 관(301)은 스테인리스 강 배관이 슬리브된(sleeved) 폴리이미드 재료이다. 공급 관 매니폴드는 실링된 원위 단부를 갖고, 심지어 프로브의 외면(303)을 따른 얼음 형성의 분포를 위해 불규칙 홀(315)이 프로브 선단(302) 길이에 걸쳐 엇갈려 있다. 홀의 크기 및 치수를 비롯한 홀의 수는 냉동 구역의 원하는 길이 및 폭에 따라 달라질 수 있다. 일 실시양태에서, 0.012 내지 0.0032인치의 근사치의 홀 내부 치수가 이용된다. 그러나, 원하는 효과를 생성하기 위해 임의의 홀 크기 또는 홀 사이의 간격이 설계될 수 있다. 홀(315)은 특정 시술에 특정한 균일한 냉동 구역을 생성한다. 제한함이 없이 예시 목적을 위해, 연속 직선 경로를 따른 균일한 냉동이 (심방 세동의 치료 시) 심장 표면에 걸쳐 벽재성 연속 병변을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 홀 크기, 수 및 간격은 절제된 크기 및 조직 유형을 비롯하여 프로브 설계 및 절제 부위에 기초하여 변할 수 있다.

추가로, 반송 관(306)은 길이가 약 10피트까지 연장되는 가요성 배관일 수 있다. 다시, 특정한 바람직한 실시양태에 따르면 반송 관의 다양한 크기 및 치수를 이용할 수 있다. 일 양태에서, 반송 관 연장부는 또한 일체형 구조로의 내부 공급 및 반송 관을 캡슐화하고, 약 2000psi 이상의 지정된 파괴 압력을 갖는 폴리우레탄 섬유 브레이디드(braided) 배관의 외부 외피를 갖는 폴리이미드 배관이다. 파괴 압력이 사용되는 재료에 기초하여 변하므로, 선택된 상응하는 재료는 극저온 시스템에 의해 요구되고 이용되는 압력을 견딜 수 있다.

극저온기구(400)의 다른 실시양태가 도 16에 도시되어 있다. 여기에 도시된 극저온기구(400)는 공급 극저온선(401) 및 반송 극저온선(406)이 동축으로 배치된 극저온카테터(400)이여서 반송 극저온선(406)이 공급 극저온선(401)을 둘러싼다. 가요성 카테터(402)는 고압 SCN을 카테터(402)의 근위 단부(405)로부터 원위 단부(404)로 밀어서 원위 선단(404)을 신속히 냉각시키는 SCN 초냉각 시스템을 이용한다. 내부 부품은 극저온프로브(300)에서처럼 SCN을 수용하면서 가요성 카테터 선단(402)을 실행한다.

극저온카테터 핸들(410)은 사용자, 통상적으로 의사가 카테터(402)의 이동을 용이하게 제어하도록 하여, 원위 선단(404)을 수동으로 위치시키거나 원위 선단(404) 이동을 원거리에서 액츄에이팅하게 한다. 일 실시양태에서, 원위 선단(404)을 더 정확하게 위치시키기 위해 텔레스코핑 카테터(402)를 사용할 수 있다. 일 양태에서, 텔레스코핑 피쳐는 카테터(402)에 일체형이다. 다른 양태에서, 텔레스코핑 피쳐는 확실한 부착을 위해 극저온선과의 계면에서 카테터에 부착하는 별도 부품이다. 이러한 텔레스코핑 연장부는 냉동 프로토콜의 활성화 전에, 동안에 또는 후에 원하는 바대로 인출되고 인입된다. 피쳐는 정확성 및 카테터 제어 및 크기, 길이 및 사용 범위 변화를 제공한다.

제한함이 없이 예시 목적을 위해, 텔레스코핑 피쳐를 여기서는 카테터 기반 시스템에서 이용한다. 그러나, 피쳐는 경성 또는 가요성 프로브 또는 침형 선단으로 또는 가요성 및 경성 부품과 조합되어 사용될 수 있다. 일 양태에서, 텔레스코핑 피쳐는 치료 프로토콜 이후 냉동 구역을 침투하거나 포함하는 해동 메커니즘이다. 텔레스코핑 또는 돌출형 피쳐의 다른 양태는 극저온기구의 유체 흐름, 이동 및 정확한 배치를 제어하기 위한 가요성 연결부 또는 경성 연장부를 강조할 수 있다.

본 발명의 시스템의 임의의 부품과 함께, 파트 및 부품을 의학 세팅에서 무균화에 고안된 재료로부터 제조하고, 극도의 온도 또는 압력을 견디도록 제조한다. 몇몇 양태에서, 상기 시스템의 파트 및 부품은 일체형으로 연결된다. 그러나, 파트 및 연결은 제거 가능하고 프로브, 니들 및 카테터 그 자체를 포함하는 일회용 파트이도록 제조될 수 있다.

본 발명은 극저온치료 및 치료와 관련된 의학 장치 또는 부품에서의 다른 개선을 촉진한다. 본 발명의 의학 장치는 표적 조직의 냉동을 위해 초임계 극저온유체의 극저온프로브로의 순환(냉각, 전달 및 반송)을 허용한다. 본 발명은 조직 적출을 수월하게 하고, 이로서 입원 기간을 줄일 수 있고; 추가의 이점은 수술후 사망률을 감소시키고, 일상 활동 및 직장으로의 복귀를 단축시키고, 추가로 전체 치료 비용을 감소시킨다. 장치 설계 및 용도에 대한 이러한 개선은 또한 복수의 질환 상태의 치료에 장치의 이용을 증가시킨다.

본 발명의 장치는 극저온프로브 또는 카테터의 샤프트의 절연을 비롯하여 극저온프로브 또는 카테터의 샤프트를 따른 온도 유도 일시 진공 절연 및 표적 열 치료에서의 극저온유체의 전달을 허용하여 극저온수술 장치의 개발에서의 접근법을 나타낸다. 게다가, 온도 개시 진공을 내관을 따른 표면 개질과 커플링하여 증대된 핵 형성 및 내관의 표면에서 포화 가스의 증착이 가능하게 하고 추가의 절연층을 생성하도록 장치가 개발된다. 일 양태에서, 본 발명의 장치는 관 표면의 개질을 통해 내관의 외면에 증대된 증착을 허용하여, 추가의 절연 장벽을 생성한다. 다른 양태에서, 주변 온도에서 외부 관의 포화 가스 충전 루멘은 고압 또는 대기압에 있을 수 있다.

본 발명의 실시양태는 산업에서 현재 사용되는 임의의 장치, 용기, 기구 또는 용기의 크기 및 형상을 취하도록 변형될 수 있다. 본원에 개시된 바대로, 극저온기구, 프로브 또는 카테터는 본 발명에서 또한 임의의 크기, 형상 또는 치수를 가질 수 있다. 극저온기구는 단일 용도 일회용 또는 다목적용/재사용용 (그리고 개별 환자 치료 사이에 무균화될 수 있는) 파트일 수 있다. 일 실시양태에서, 공급 및 반송 라인을 포함하는 장축 관형 연결부는 약 6 내지 8피트 이상으로 연장된다. 그러나, 특정한 치료법 및 치료에 설계된 바대로 임의의 길이를 이용할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 상호연결 세그먼트를 사용함으로써 길이를 또한 성취할 수 있다. 그러나, 12인치 미만의 치수가 또한 매우 적합할 수 있고, 여기서 부착 배관, 제거형, 탈착형 또는 일회용 파트가 설계에 통합된다. 구체적으로, 조직 표적으로의 개선된 카테터/프로브 접근을 위해 원통형 또는 대안적 구조 설계가 극저온 시스템에서 이용될 수 있다. 추가로, 임의의 관/라인 재배치는 상기 시스템의 부품과 조합되어 여러 형태를 취할 수 있고 임의의 크기, 형상 또는 통로를 가질 수 있다.

본 발명의 의학 장치의 사용시, 산업에서 다양한 방법이 승인된 극저온 용도에 따라 이용될 수 있다. 기재된 바대로, 본 발명의 실시양태는 오직 예시 목적이고 제한되지 않는다. 유리하게는, 상기 장치는 표적 열 치료에서 중요한 단계를 나타낸다. 본 발명의 의학 장치와 사용하기 위해 표적 조직에 냉동 온도를 적용하는 다양한 극저온수술 장치 및 시술이 이용될 수 있다. 조직을 표적화하거나 절제하기 위해 사용되는 접근법 중 몇몇이 가능하게 하고 개선시키기 위해 본원에 개시된 의학 시스템이 개발되었다. 게다가, 의학 장치는 칸막이 직선 열 교환기를 통한 액체 극저온유체의 제어 펌프질을 커플링하여 극저온유체의 전체 온도를 감소시켜 유체의 더 높은 열 용량을 제공하고 이로써 극저온프로브에서의 냉각 가능성을 증가시킬 수 있다.

상기 시스템의 일 실시양태에서, 조작 장치의 기계 및 전기 메커니즘이 상기 시스템이 용이하게 이송되게 하는 콘솔, 외피 또는 인클로져(enclosure) 내에 포함된다. 이후, 인클로져는 임의의 이동형 피쳐, 예컨대 휠, 핸들 및 장착물을 포함하여(또는 이러한 피쳐를 갖는 카트에 배치를 허용) 상기 시스템은 치료의 위치 내외로 이송될 수 있다. 이러한 이동성은 상기 시스템이 조작실 또는 치료학적 치료 부위 내외로 쉽게 이동하게 한다. 공급 포트(29)(도 1에 도시)에서 상기 시스템에 액체 질소 또는 이러한 다른 극저온 유체를 초기에 공급하는 극저온유체 충전 탱크 및 충전 라인으로부터 상기 시스템이 용이하게 분리된다는 것에 또한 유의한다. 이러한 개선된 피쳐는 표준 극저온 의학 장치의 벌키함을 제거한다.

상기 기재된 바대로, 벌크 극저온유체 공급에 직접 연결되면서 또는 당해 분야의 현재의 공급 시스템에 의해 명확한 것처럼 상기 시스템이 조작될 수 있다.

제시된 바대로, 본 발명의 복수의 실시양태는 극저온 산업에서 현재 사용되는 표준 의학 장치에 비해 여러 개선을 제공한다. 표적 조직의 냉동을 위해 극저온프로브 또는 극저온카테터로의 액체 극저온유체의 냉각, 전달 및 반송을 위해 개선된 극저온 의학 시스템은 현저하게 이의 이용을 증대시킨다. 본 발명은 비용을 절약시키고 치료 시간을 상당히 감소시켜 건강 환경에 대한 비용을 추가로 감소시킨다. 이전에 예측하지 못한 이점이 실현되고 복수의 질환 상태의 치료에 대한 이점을 편리하게 제공한다. 또한, 이러한 개선은 용이한 취급, 저장 및 접근성이 가능하게 설계된 장치가 구성되게 한다.

예시된 바대로, 상기 장치는 이러한 구조의 임의의 조합을 통합하여 도입하는 능력과 함께 임의의 통합 구조물, 용기, 장치 또는 플라스크를 포함할 수 있다. 본 발명이 따라서 기재된 바대로, 상기 동일물이 본 발명의 개시내용의 이점을 가지면서 당해 분야의 당업자에 의해 많은 방식으로 변할 수 있는 것이 자명하다. 이러한 변형은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 이러한 변형은 특허청구범위 및 이의 법적 등가물의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다는 것이 당업자에게 자명하다.

심장 부정맥의 치료를 다룰시, 포유동물에서 심장 조직을 치료하기 위한 다양한 연구가 수행되었다. 특히, 본 발명의 신규성을 검증하고 확인하기 위해 개과(canine)에서 연구를 수행하였다.

심외막 시술 이전에, 하나는 물결형 선단 극저온프로브이고 하나는 표적 조직 부위에 배치되는 평활한 선단 극저온프로브인 프로브를 선택한다. 프로브는 무균화되고 다양한 무균 온도 및 치료를 견딘다.

제한함이 없이 예시 목적을 위해, 의학 시술에서 이용되는 현재의 냉동에 기초하여 하기 연구를 수행하고, 냉동을 이의 위치에 따라 60초, 90초 또는 120초 동안 각각의 심장에서 수행하였다. 의사가 지목한 대로, 그리고 외부 열전대에 의해 표시된 바대로, 각각의 냉동은 약 15 내지 30초 동안 냉동 후 가시화되는 벽재성 극저온병변을 생성시켰다. 극저온클램프를 극저온프로브를 지지하기 위한 중앙 조각과 통합시켰다. 물결형 극저온프로브를 전체 클램프에 삽입하고 원하는 심외막 위치에 성공적으로 위치시켰다. 극저온프로브의 어닐링된 평활한 선단을 수동 관 벤더를 사용하여 90° 각 전에 예비 성형하였다. 이후, 벤트 선단을 클램프 조우(clamp jaw) 부위에서의 구멍을 통해 삽입하고 조우의 프로필에 일치하게 손으로 성형하였다. 평활한 선단이 덜 가요성이지만(어닐링된 배관 대 물결형 어닐링된 배관), 극저온프로브는 프로토콜에서 기재된 바대로 위치할 수 있다. 평활한 선단 극저온프로브는 선단 표면 구성으로 인해 물결형 선단 프로브와 비교하여 더 쉽게 심내막 공간으로 삽입된다.

물결형 극저온프로브와 평활한 선단 프로브 구성 사이의 성능 비교를 내부 및 외부 온도 모니터링으로 수행하였고 유사한 냉동 성능을 나타낸다. 심실 냉동 모델에서, 평활한 선단은 더 한정되고 정확한 직선 냉동 병변(프로브 근처에 더 집중된 손상으로 덜 측면적인 분산)을 생성하는 것으로 보인다.

상호연결 파트는 추가의 난관을 제시한다. 일 실시양태에서, 극저온 동축 연결기 설계는 프로브 또는 콘솔 계면에서 누수가 일어나지 않으면서 성공적인 것으로 입증되었다. 호스 어셈블리 및/배관의 탄성 및/또는 가요성 성질이 다양한 연결 파트 및 상호연결과 통합될 수 있다. 제한함이 없이 예시 목적을 위해, 무균 수술 분야에서 언급시 극저온절제 시스템의 배치는 상호연결 파트 및 부품(예를 들면, 길이 약 6피트 내지 8피트 범위의 엄빌리컬 배관(절제 부위의 배치 및 위치에 따라 길이가 길거나 짧음))의 분할을 결정한다.

모든 냉동을 1000psi 초과의 압력에서 개시하고, 단일의 냉동은 내부 가압 챔버의 충전마다 수행하였다(유의: 여기서 "충전"은 가압 챔버 내의 극저온유체의 충전 및 가압을 의미하는 것으로 의도됨). 자동 및 전자 컴퓨터 제어는 원하는 충전 사이클을 성취하는 것을 도울 수 있다.

충전 사이클 직후, 벤트 밸브를 밀폐하고, 압력 밸브를 개방하고, 내부 가압 가열기를 활성화하였다. 가압 시간이 변하더라도, 상기 시스템을 모든 실행에 대해 150초 내에 1000psi로 가압하였다. (약 500psi에서) 각각의 실행 후 압력 실린더에서의 잔류 압력을 유지시키는 냉동 사이클의 완료시 압력 밸브를 밀폐함으로써 가압 사이클을 가속시켰다. 압력 실린더의 가열은 약 25 내지 35℃에서 온도를 유지시켜 가압 사이클을 추가로 돕고, SCN 압력을 더 우수한 효율을 위해 약 500psi 내지 약 1000psi에서 유지시켰다. 약 1000psi 주위의 압력이 약간 변동하여 약 15초 내지 약 120초(치료에 대해 약 2분의 기간) 내에 표적 조직 부위를 치료할 수 있다.

극저온프로브의 배치시, 주입 밸브를 활성화(개방)하여 극저온유체 흐름을 시작하였다. 극저온프로브의 내부 열전대는 냉동 부위의 위치(예를 들면, 클램프 내로, 표면 위로 또는 쌈지 봉합을 통해 심내막내로)에도 불구하고 이용되는 프로브 선단(평활 또는 물결형)와 무관하게 5초 미만 내에 약 -170℃로 신속하고 가파른 온도 하강을 나타냈다. 일 양태에서, 평활한 선단 프로브를 사용하여 더 좁은 냉동 구역을 성취할 수 있다. 더 좁은 냉동 구역은 직선 병변을 비롯하여 한정된 병변 부위를 생성하고, 추가로 부수적인 손상을 방지하였다. 현재의 직선 병변이 약 2㎝ 내지 5㎝ 이상 범위에서 생성될 수 있다.

따라서, 액체 질소, 구체적으로 SCN을 사용하는 것의 이점은 오늘날 조작시 감압 시스템(예를 들면, 아산화질소 및 아르곤 기반 시스템)을 억제한다는 것이다. SCN에 의한 열 추출은 다른 장치의 열 추출을 초과하여, 치료 시술을 더 빨리 하고 전체 치료 시간을 감소시킨다. 추가로, 다양한 의학 시술을 수용하도록 상호연결 기구가 소형화되고 조정될 수 있다.

원하는 시간 동안 냉동 후, 주입 밸브를 밀폐하여 극저온유체 흐름을 정지시키고, 따뜻한 식염수를 사용하여 프로브를 신속히 해동하였다. 주입 밸브 밀폐(냉동 종료) 직후, 가압 가열기를 끄고, 압력 밸브를 밀폐하고, 고압 벤트 밸브를 개방하였다. 상기 시스템이 대기압(0psi의 상대 압력)으로 복귀할 때, 상기 장치는 상기 방법을 다시 반복할 준비가 되었다. 다른 실시양태에서, 프로브는 상기 장치의 일체화된 해동 사이클 피쳐의 활성화에 의해 신속히 해동되었다.

상기 연결기는 나사산형성 회전 밸브(threaded turn valve), 스냅 또는 트위스트 퀵 커넥트, ¼ 회전 스냅 핏 밸브(snap-fit valve), 스냅 핏 시일(snap-fit seal) 또는 프로브의 내부 부품을 극저온어셈블리의 내부 부품과 일체화하는 연결기의 다른 유형을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 부품은 내부 및 외부 매칭 피쳐를 가져 누수 방지 시일을 제공하였다.

제한함이 없이 예시 목적을 위해, 2분 심내막 냉동이 60초 내에 심방의 외면에서 -100℃의 온도를 기록하였다. 조직을 절제하기 위해 사용되는 기간의 거의 두배 이상인 냉동 기간에도 불구하고 이 "과냉동" 시나리오에서 동물 또는 조직에 대한 해로운 효과가 관찰되지 않았다. 안전성 면에서, 이 효과는 극저온엔진의 안전성 설계를 실현한다.

게다가, 상기 시스템의 다른 실시양태에서, 프로브의 열 성능이 예상된 것과 같았다. -170.5±2.8℃의 평균 반송 흐름 온도가 기록되었다. 평활한 선단 대 물결형 선단 프로브에 대한 평균 탱크 압력 쇠퇴 사이의 뚜렷한 차이가 관찰되었다. 그러나, 평활한 선단과 물결형 선단 프로브를 비교할 때 명확한 성능 차이가 관찰되지 않았다.

심내막 시술

일 실시양태에서, 하대 정맥 우심방의 심내막 카테터 극저온절제에 개과 모델을 사용하였다. 그러나, 심장으로 이어지는 임의의 혈관을 통해 카테터를 도입할 수 있다. 진정제 투여 및 적절한 정맥관 배치 후, 대퇴 정맥 및 경정맥에 캐뉼라 삽관하여 카테터에 대한 접근을 허용하고; 혈류역학 값에서 임의의 편차가 시술 동안 생기는지를 결정하기 위해 대퇴 동맥 접근을 또한 실행하였다. 경피 접근을 통해, 다극성 표준 카테터를 각각 1) 관상동 내 병소에, 2) 우심방 비함유 벽의 병소에, 3) 히스 번들의 병소에, 4) 하대정맥-삼첨판 협부(cavo-tricuspid isthmus)의 병소에 및 5) 가시화 시스템, 예컨대 형광투시 가시화 지도 기술에 의한 우심방의 3D 영상화를 위한 병소에 위치시킨다.

하대정맥-삼첨판 협부에서 전도를 시계방향으로 그리고 반시계방향으로 시험하였다. 각각의 이 영역에 극저온열 에너지를 인가하였다.

관상동을 페이싱(pacing)하면서, 극저온열 에너지를 인가하였다. 페이싱 동안 점진적으로 더 낮은 온도로 극저온열 에너지를 적정하여 단일의 인가에 의해 (하대정맥-삼첨판 협부 블록을 생성하기 위한) 협부 블록을 성취하였다. 이방향 블록을 수행한 후, 페이싱 부위는 우심방 비함유 벽에 대해 카테터의 원위 전극을 스위치하여 하대정맥-삼첨판 협부를 통한 전도를 재평가하면서 동일한 사이클 길이에서 페이싱하였다. 이후, 가시화 시스템을 이용하여 절제 후 우심방을 맵핑하였다. 시스를 통해 니들을 삽입하여 우심방과 좌심방 사이의 격벽을 천공하여 좌심방에 대한 극저온절제 카테터의 진입을 허용함으로써 경중격성 천자를 수행하였다. 이후, 좌심방에서 절제를 수행하여 시간 및 특정 전력 프로토콜을 이용하여 블록을 성취하였다.

심외막 시술

심외막 시술의 일 실시양태에 대한 프로토콜은 다음과 같다:

본 연구의 목적은 대조군으로서 표준 10㎝ 극저온프로브를 사용하여 새로운 극저온절제 기술을 평가하는 것이다. 이 소규모 샘플 연구는 6개소의 표적 위치에서 박동 심장 개과 모델에서의 벽재성 병변을 성취하기 위한 일반적인 안전성 및 유효성을 평가한다. 극저온클램프를 프로브와 조합되어 사용하여 좌심방 돌기(LAA), 우심방 돌기(RAA), 오른쪽 허파 정맥(RPV) 및 왼쪽 허파 정맥(LPV)에서 병변을 생성시켰다. 프로브를 단독으로 사용하여 2개의 우심실 심외막 병변 및 1개의 우심방 심내막 병변을 생성시켰다. 극저온프로브는 표적 조직을 냉동시키고 전기 전도 경로를 차단하였다. 극저온클램프를 사용하여 허파 정맥을 둘러싸고 조직을 냉동하여 전기 전도 경로를 차단하였다. 극저온프로브는 단독으로 사용되어 직선 병변을 생성하였다.

본 발명의 실시양태에서, 하나의 프로브는 원위 선단에서 물결형 벨로우 세그먼트를 사용하였다. 다른 실시양태는 가요성 길이 10㎝, 직경 3.2㎜의 절제 세그먼트를 갖는 프로브를 사용하였다. 90초 및 120초에서, 각각의 가시적 벽재성 성에 후에, 각각의 심방 돌기 및 허파 정맥에 대해 대변 조직 온도를 기록하였다. 우심실 심외막 병변 깊이(7 내지 10일 후 조직학적 평가)를 60 및 120초 냉동 기간에 성취하였다(그러나, 더욱 자주, 냉동은 15 내지 30초 범위에서 이의 예상된 치료 성능을 성취하였다). 우심방 심내막 병변에 대해 이 깊이를 기록하였다. 현재의 기술에 대한 시험 프로토콜의 개관이 표 1에 제시되어 있다.

심외막 절제의 일 양태에서, 정중 흉골 절개술을 우선 수행하였다. 가슴 견인기를 이 공간에 위치시키고 개봉하여 장기 및 흉강 혈관에 노출시켰다. 동맥 압력 모니터링을 위해 왼쪽 내부 유방 동맥에 캐뉼라 삽관하였다. 심장막을 개봉하여 심막 크래들을 생성하였다. 원주로, 오른쪽 및 왼쪽 허파 정맥을 나눴다.

제시된 절제 시술 동안, 극저온프로브를 극저온클램프와 조합하여 표 1에 기재된 기간에 따라 심방 돌기 및 허파 정맥을 절제하기 위해 이용하였다. 반대 조직 표면에 부착된 열전대를 사용하여 각각의 병변의 온도를 측정하였다. 각각의 병변에 대한 완전한 가시적 성에 및 대변 조직 온도에 대한 시간을 기록하였다. 이후, 프로브를 독립적으로 이용하여 (표 1에 따라) 쌈지 접근법을 이용하여 2개의 직선 우심실 심외막 병변 및 1개의 우심방 심내막 병변을 생성하였다.

절제 이후, 프로브를 따뜻한 식염수로 해동하고 제거하였다. 심장막 및 복장뼈에 느슨하게 재접근한 후 봉합을 통해 근육 및 피부를 덮었다.

다수의 실행이 기재되어 있다. 그럼에도 불구하고, 본 문헌의 정신 및 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 특히, 예를 들면, 극저온 시스템 및 프로브/카테터가 극저온유체로서 SCN을 사용하는 것으로 기재되어 있지만, (변형 설계에서 통합될 수 있는) 비임계 액체 질소 또는 다른 극저온유체를 또한 사용할 수 있다. 게다가, 환자의 심장 이외의 (예를 들면, 환자의 전립선 또는 다른 분비선; 환자의 위장관 일부; 소정맥(예를 들면, 정맥류); 또는 다른 적합한 내부 치료 부위 및 조직을 비롯하여) 환자의 신체 영역에 표적 극저온치료를 전달하기 위해 극저온프로브 및 극저온카테터를 사용할 수 있다. 복수의 냉각 및 열 절연 구역이 제공될 수 있고, 이 구역은 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 따라서, 다른 실행이 특허청구범위 내에 있다.

추가로, 기재된 연구는 단일의 극저온프로브 또는 카테터를 사용한다. 복수의 극저온프로브 및 카테터의 사용은, 단독으로 또는 조합되어 또는 동시에, 하이브리드 또는 이중 심외막 및 심내막 절제 시술의 성능을 촉진할 수 있다. (상기 기재된 프로토콜에서처럼) 심장 우회 또는 인 오프 우회(in off bypass) 박동 심장을 사용하여 다양한 기재된 기술을 이용하는 극저온절제 방법을 수행할 수 있다. 현재의 극저온절제 기술이 약 3분 미만의 기간(박동 심장에서의 병변마다 3분)에서 효과적인 절제를 성취할 수 없으므로, 오프 우회 시술을 수행하는 능력은 극저온장치에 엄청난 신규성을 제공한다. 또한, 개봉 흉골절개술 시술, 최소 침습 흉강경 시술, 경피 또는 혈관 관통 접근을 통해 절제 방법을 성취할 수 있다. 추가로, 극저온절제 시술은 또한 상기 언급된 하이브리드 시술에 대한 다양한 접근법을 나타내는 다른 것들 중에서 고주파, HiFu, 레이저 또는 수술 절개를 포함하는 다른 절제 또는 수술 치료 양상과 조합되어 수행될 수 있다.

Claims (40)

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2. 삭제
3. 삭제
4. 극저온 의학 시스템을 위한 극저온엔진으로서, 상기 극저온엔진은
   극저온유체 저장소를 생성하기 위한 액체 극저온유체로 충전될 수 있는 듀어;
   상기 듀어 내에 위치하고 상기 듀어의 외부에 위치한 제2 용기에 제어 밸브를 갖는 라인에 의해 유체 연결된 제1 용기를 갖고, 가열기가 상기 제1 용기의 내부에 배치되는 가압 시스템;
   충전 밸브;
   상기 듀어 내에 위치한 극저온유체 흐름 액츄에이터(actuator)로서, 상기 극저온유체 흐름 액츄에이터의 활성화는 상기 극저온유체 저장소로부터 상기 충전 밸브를 통한 상기 제1 용기로의 액체 극저온유체의 흐름을 생성하는 것인 극저온유체 흐름 액츄에이터;
   상기 제1 용기에 연결된 벤트 벨브(vent valve); 및
   상기 극저온유체를 하나 이상의 극저온기구에 연결하고 극저온유체를 상기 하나 이상의 극저온기구에 공급하는 하나 이상의 극저온선을 포함하고,
   상기 제1 용기는 제1 용기의 극저온유체 수준을 측정하도록 제1 용기로부터 돌출된 열전대를 포함하는, 극저온엔진.
5. 제4항의 극저온엔진; 및
   하나 이상의 극저온기구를 포함하는 극저온 의학 시스템.
6. 극저온 의학 시스템에 의해 초임계 질소를 생성하는 방법으로서,
   (a) 제5항의 극저온 의학 시스템을 제공하는 단계;
   (b) 상기 극저온엔진의 듀어를 액체 질소로 충전하여 극저온유체 저장소를 생성하는 단계, 상기 제1 용기는 상기 극저온유체 저장소에 위치하는 것인 단계;
   (c) 상기 극저온유체 흐름 액츄에이터를 활성화하여 상기 제1 용기를 액체 질소로 충전하고 상기 제1 용기에 연결된 상기 벤트 벨브를 개방하여 충전 동안 증기의 환기가 가능하게 하는 단계;
   (d) 충전 이후, 상기 벤트 벨브를 밀폐하고 상기 제1 용기와 상기 제2 용기 사이의 제어 밸브를 개방하여 거의 동일 용적의 액체 질소 및 질소 증기를 포함하는 연속 가압 시스템을 생성하는 단계; 및
   (e) 상기 제1 용기 내의 가열기를 활성화하여 상기 극저온유체 저장소 내에 위치하는 상기 제1 용기 내의 액체 질소에서 비등 미세환경을 생성시켜 상기 가압 시스템 내의 압력을 증가시켜 초임계 질소를 생성하는 단계를 포함하는, 초임계 질소의 생성 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 용기는 제1 온도를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 극저온유체 저장소의 외부에 위치하고 제1 온도보다 높은 제2 온도를 갖는 것인 초임계 질소의 생성 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 극저온선은 상기 극저온유체 저장소 중에 액침되는 것인 초임계 질소의 생성 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 가압 시스템으로부터 상기 하나 이상의 극저온선을 통한 상기 하나 이상의 극저온기구로의 초임계 질소의 흐름을 허용하는 단계를 추가로 포함하는 것인 초임계 질소의 생성 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 가압 시스템은 1,000psi 이상의 압력으로 가압되는 것인 초임계 질소의 생성 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 가압 시스템을 1,000psi 이상의 압력으로 가압한 후, 상기 방법은 상기 가압 시스템으로부터 상기 하나 이상의 극저온선을 통한 상기 하나 이상의 극저온기구로의 초임계 질소의 흐름을 허용하는 단계를 추가로 포함하는, 초임계 질소의 생성 방법.
    
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