KR102612115B1 - 냉동 니들 - Google Patents

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앤드류 케빈 자크만
모데차이 블레이위즈
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Abstract

냉동 니들은 원위 부분을 갖는 외부 튜브를 포함하며, 원위 부분은 외부 튜브 내에 위치된 일반적인 중앙 가스 공급 라인을 갖는다. 가스 공급 라인은 원위 부분에 걸쳐 외부 튜브의 외부 표면 상에 아이스볼을 형성하기 위하여 냉동 가스를 공급한다. 가스 공급 라인은 원위 부분 내에 위치된 팽창 챔버 내에서 종료된다. 냉동 니들은 외부 튜브의 내부 표면과 접촉하는 열교환 나선부를 포함한다. 아이스볼이 대칭 형상을 갖도록 열교환 나선부는 원위 부분의 단위 거리당 증가하는 표면적을 갖는다.

Description

냉동 니들
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 2월 20일자로 출원된 미국특허출원 제14/627,568호를 우선권으로 주장하며, 이 출원의 전체적인 내용은 본 명세서 내에서 참고로 원용된다.
분야
본 발명은 일반적으로 대칭적인 형상을 갖는 아이스볼(iceball)을 형성하기 위한 냉동 니들에 관한 것이다.
냉동 수술 시스템은 하나 이상의 냉동 가스원에 연결된 하나 이상의 냉동 니들을 포함하고 있다. 이러한 시스템은 공동으로 양도된 미국특허 제8,066,697호 및 미국특허공개 제2010/0256620A1호에 설명되어 있으며, 이의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서 내에 참고로 원용된다. 이러한 냉동 수술 시스템에서, 냉동 가스는 냉동 가스원에서 하나 이상의 냉동 니들로 전달될 수 있다. 냉동 가스의 팽창으로 인하여 냉동 니들은 냉각 또는 가열될 수 있으며, 그렇게 함으로써 냉동 니들 근처의 조직을 동결시키거나 해동시킨다.
특정 실시예는 원위 부분을 갖는 외부 튜브를 포함하는 냉동 니들을 포함한다. 냉동 니들은 외부 튜브 내에 동축적으로 위치된 가스 공급 라인을 갖는다. 가스 공급 라인은 원위 부분에 걸쳐 외부 튜브의 외부 표면 상에 아이스볼을 형성하기 위하여 냉동 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 중앙 가스 공급 라인이 팽창 챔버 내에서 종료하도록 냉동 니들은 원위 부분 내에 위치된 팽창 챔버를 가질 수 있다. 냉동 니들은 외부 튜브의 내부 표면과 접촉하는 열교환 나선부를 가질 수 있다. 냉동 니들은 팽창 챔버로부터 근위 부분을 향하여 냉동 가스를 운반하도록 맞추어진 중앙 가스 공급 라인과 열교환 나선부 사이에서 환형으로 획정된 복귀 가스 흐름 루멘을 가질 수 있다. 아이스볼이 대체로 대칭적인 형상이도록 열교환 나선부는 원위 부분 내에 대체로 균일한 냉각을 제공할 수 있다.
특정 실시예에서, 아이스볼이 대체로 대칭 형상을 갖도록 열교환 나선부는 원위 부분의 단위 거리당 증가하는 표면적을 갖는다. 일부 경우에, 복귀 가스 루멘은 팽창 챔버로부터 근위 부분을 향하여 냉동 가스를 위한 나선형 복귀 경로를 제공한다.
특정 실시예는 냉동 수술 동안에 대칭적인 아이스볼을 형성하는 방법을 포함한다. 본 방법은 본 명세서 내에서 설명된 것과 같은 냉동 니들을 포함하는 냉동 수술 시스템을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 가스 공급 라인을 통하여 냉동 가스를 공급하고, 팽창 챔버 내에서 냉동 가스를 팽창시키고, 원위 부분에 냉동 가스를 위한 나선형 복귀 경로를 제공하고, 그리고 아이스볼이 대체로 대칭적인 형상을 갖도록 원위 부분에 걸쳐 외부 튜브의 외부 표면 상에 아이스볼을 형성하는 것을 포함하며, 여기서 냉동 가스는 팽창 챔버에서 근위 부분을 향하는 방향으로 복귀 가스 흐름 루멘 내에서 흐른다.
하기의 도면은 본 발명의 특정 실시예를 도시한 것이며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 도면은 (명시되지 않는 한) 반드시 축척대로 작성되지는 않으며 다음의 상세한 설명 내의 설명과 함께 사용하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예는 이하 첨부된 도면과 관련하여 설명될 것이며, 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1a는 실시예에 따른 냉동 니들의 사시도;
도 1b는 도 1a에 도시된 냉동 니들의 1B 부분의 확대된 사시도;
도 2는 평면 2-2를 따라 절취된, 도 1a에 나타나 있는 냉동 니들의 "3" 부분의 확대 횡단면 정면도;
도 3은 도 1a에 도시된 냉동 니들의 "3" 부분의 확대 사시도로서, 내부에 수용된 내부 구성 요소를 도시하기 위하여 도면에서 외부 튜브는 제거됨;
도 4는 평면 4-4를 따라 절취된, 도 3에 나타나 있는 냉동 니들의 횡단면도;
도 5는 도 1a에 도시된 냉동 니들의 "5" 부분의 확대 사시도로서, 내부에 수용된 내부 구성 요소를 도시하기 위하여 도면에서 외부 튜브는 제거됨;
도 6은 도 2에 도시된 냉동 니들의 "6" 부분의 확대 사시도;
도 7a는 원위 말단에 형성된 타원형 아이스볼과 함께 도시된 특정 실시예에 따른 냉동 니들의 정면도; 및
도 7b는 원위 말단에 형성된 구형 아이스볼과 함께 도시된 특정 실시예에 따른 냉동 니들의 정면도.
다음의 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 어떤 방식으로든 본 발명의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 제한하기 위한 것은 아니다. 오히려, 다음의 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 일부 실용적인 실예를 제공한다. 구조, 재료, 치수, 제조 공정의 예는 선택된 요소를 위하여 제공되며, 다른 모든 요소는 본 발명 분야의 당업자에게 공지된 것을 이용한다. 본 기술 분야의 당업자는 언급된 예 중 다수가 다양한 적절한 대안을 갖고 있다는 점을 인식할 것이다.
냉동 수술 시스템은 표적 조직(예: 종양)을 냉동 절제하기 위하여 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 시스템은 하나 이상의 냉동 니들, 하나 이상의 냉동 가스원 및 컨트롤러를 포함하고 있다. 냉동 가스원은 아르곤, 질소, 공기, 크립톤, CO2, CF4, 제논 및 다양한 다른 가스와 같은 가스를 공급할 수 있다. 냉동 수술 시스템은 또한 하나 이상의 센서, 유량계, 타이머, 아날로그/디지털 컨버터, 유선 또는 무선 통신 모듈 등을 갖는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 부가적으로, 컨트롤러는 또한 냉동 니들에 공급되는 냉동 가스의 유속, 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
예를 들어, 냉동 수술 중에 외과 의사는 도 1에 도시된 바와 같은 하나 이상의 냉동 니들을 배치하여 환자 해부 구조(patient anatomy)의 표적 영역 또는 그 부근에 냉동 니들(10)을 위치시킴으로써 환자 해부 구조의 표적 영역을 냉동 절제(cryoablate)할 수 있다. 일 예에서, 냉동 니들(10)은 주울-톰슨(Joule-Thomson) 효과를 이용하여 냉각 또는 가열 효과를 생성한다. 그러한 경우에, 냉동 가스는 냉동 니들(10) 내에서 고압에서 저압으로 팽창한다. 냉동 가스의 팽창은 냉동 니들(10)의 말단(tip) 근처의 조직을 냉동 절제하기에 필요한 온도 또는 그 이하의 온도를 초래한다. 팽창된 냉동 가스와 냉동 니들(10)의 외부 벽면 간의 열전달이 사용되어 아이스볼을 형성할 수 있으며, 결과적으로 조직을 냉동 절제할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이, 냉동 니들(10)의 구성 요소는 외부 튜브(12) (예를 들어, 투관침(trocar)) 내에 위치된다. 외부 튜브(12)는 배치 동안에 환자의 조직을 관통하기 위해 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)에 배치된 원위 작동 헤드(16)를 가질 수 있다. 외부 튜브(12)는 환자의 조직 내에서의 배치를 허용하기 위해 실질적으로 얇은 횡단면을 가질 수 있다. 일 예에서, 외부 튜브(12)는 약 2.1㎜의 외부 직경을 갖는다. 외부 튜브(12)의 다른 치수 또한 고려된다. 예를 들어, 외부 튜브(12)는 약 1.5㎜ 내지 약 2.4㎜의 외부 직경을 가질 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 외부 튜브(12)는 환자의 해부 구조의 표적 영역에 또는 그 부근에 위치된 원위 부분(20)을 가질 수 있다. 외부 튜브(12)는 또한 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)과 근위 부분(30) 사이에 위치된 중간 부분(24)을 가질 수 있다. 부가적으로, 외부 튜브(12)는 길이 방향 축(34)을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉동 니들(10)은 원위 작동 헤드(16)에 고압가스를 제공하기 위해 실질적으로 그 길이를 따라 연장되는 가스 공급 라인(38)을 포함하고 있다. 가스 공급 라인(38)은 외부 튜브(12) 내에 동축적으로/동심적으로 위치될 수 있다. 가스 공급 라인(38)은 원위 부분(20)에 걸쳐 외부 튜브(12)의 외부 표면(40) 상에 아이스볼을 형성하기 위하여 냉동 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 가스 공급 라인(38)은 모세관일 수 있다. 도 1b를 참고하면, 가스 공급 라인(38)은 냉동 니들(10)의 근위 부분(30)에 위치되면서 제1 말단(52)에서는 냉동 가스원(미도시)에 그리고 제2 말단(54)에서는 모세관에 작동 가능하게 연결된 근위 열교환기(50)를 포함하고 있다. 근위 열교환기(50)는 중간 부분 및/또는 원위 부분으로 전달되기 전에 냉동 가스원으로부터의 냉동 가스를 사전 냉각시킬 수 있다.
도 1b를 계속 참조하면, 근위 열교환기(50)는 중앙 코어(58)에 권취된 중공 나선형 튜브(56)일 수 있다. 근위 열교환기(50)의 나선형 튜브(56)는 감기지 않은 열교환기와 비교하여 나선형 튜브(56)의 단위 길이당 증가된 열교환 표면적을 제공한다. 나선형 튜브(56)는 황동으로 제조될 수 있다. 스테인리스 스틸과 같은 다른 금속도 고려된다. 도 1a에 도시된 실시예에서, 근위 열교환기(50)는 원위 작동 헤드(16)로부터 멀리 떨어져 위치된다. 예를 들어, 근위 열교환기(50)는 핸들(미도시)에 위치될 수 있다. 이러한 경우에, 조작자(예를 들어, 외과 의사)에 의한 (예를 들어, 손잡이를 잡음으로써) 수동 배치를 용이하게 하도록 절연 외부 커버(미도시)가 근위 열교환기(50) 위에 배치될 수 있다. 절연 외부 커버는 열 수축 플라스틱 필름으로 만들어질 수 있다. 일부 경우에서, 중앙 코어(58)는 원위 작동 헤드(16)와 비교하여 실질적으로 강성일 수 있다. 이러한 실시예는 연질 조직을 관통시키기 위한 실질적인 가요성 원위 작동 헤드(16) 및 냉동 가스를 예냉하기 위하여 근위 열교환기(50)를 갖는 실질적인 경질 핸들을 구비한 냉동 니들(10)을 제공하는데 유익할 수 있다.
도 2를 참고하면, 원위 부분(20)은 제1 부분(60)과 제2 부분(70)을 가질 수 있다. 냉동 니들(10)은 가스 공급 라인(38)이 팽창 챔버(72) 내에서 종결되도록 원위 부분(20)의 제1 부분(60) 내에 팽창 챔버(72)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 가스 공급 라인(38)(예를 들어, 모세관)은 주울-톰슨 오리피스(74) 내에서 종료될 수 있다. 주울-톰슨 오리피스(74)는 팽창 챔버(72) 가까이에 위치될 수 있다. 가스 공급 라인(38)을 통하여 공급된 고압 냉동 가스는 주울-톰슨 오리피스(74)를 통해 가스 공급 라인(38)을 빠져나가 팽창 챔버(72) 내에서 팽창한다. 냉동 가스가 팽창 챔버(72) 내에서 팽창함에 따라, 냉동 가스는 급속하게 냉각되고 외부 튜브(12)의 외부 표면(40) 위에 상이한 형상 및/또는 치수의 아이스볼들을 형성한다. 팽창될 때 냉동 가스가 유입되고 있는 냉동 가스보다 차갑도록 냉동 가스의 팽창이 이루어질 수 있다.
계속해서 도 2를 참고하면, 냉동 니들(10)은 열교환 나선부(100)와 중앙 가스 공급 라인(38) 사이에 환형으로 획정된 복귀 가스 흐름 루멘(78)을 포함한다. 복귀 가스 흐름 루멘(78)은 도 2에 도시된 복귀 흐름 경로(79)를 따라 팽창 챔버(72)로부터 냉동 니들(10)의 근위 부분(30)을 향하여 냉동 가스를 운반할 수 있다. 복귀 가스 흐름 루멘(78)은 냉동 니들(10)의 외부 튜브(12)의 내부 벽면(102)과 가스 공급 라인(38) 사이에서 냉동 가스의 복귀 경로를 따라서 획정된다. 아래에 설명될 특정 실시예에서, 복귀 가스 흐름 루멘(78)은 나선 형상이다. 이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 작동 중에, 냉동 가스는 팽창 챔버(72) 내에서 팽창하고, 팽창된 냉동 가스는 복귀 흐름 루멘 내에서 흐르며, 그로 인하여 가스 공급 라인(38)을 통해 흐르는 유입되는 냉동 가스를 냉각시킨다. 팽창된 가스는 이후에 외부 튜브(12)의 말단 근처에서 대기로 배출될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 일부 경우에, 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)에서 또는 근처에서 조직을 해동하기 위하여, 조직을 소작하기 위하여 또는 다른 목적을 위하여 히터(80)는 선택적으로 원위 부분(20) 근처에서 외부 튜브(12) 내에 제공되어 조직을 냉동 절제한 후 냉동 니들(10)의 분리를 용이하게 할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 전기 히터(80)는 가스 공급 라인(38) 및 외부 튜브(12)와 동축으로 제공되어 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)을 가열하는 것을 가능하게 한다. 대안적으로, 전기 히터(80)는 냉동 니들(10) 내의 다른 곳에 위치되어 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)을 가열할 수 있다. 전기 히터(80)는 저항 히터일 수 있으며, 여기서 전기 히터(80)는 전기 히터(80)를 통한 전류 흐름 및 전기 히터의 전기 저항에 비례하여 열을 발생시킨다. 그러한 경우에, 이전에 언급된 바와 같이, 컨트롤러(미도시)는 (예를 들어, 휘트스톤 브리지, 전류계 또는 전압계로) 냉동 니들(10) 내의 전기 히터(80)로 전류 흐름을 공급 및/또는 조절할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 전기 히터(80)는 가스 공급 튜브 주변의 (예를 들어, 약 50 코일 내지 약 200 코일의) 헬리컬 코일에 권선된 금속 와이어 (예를 들어, 구리)를 포함한다. 예를 들어, 와이어는 와이어의 인접한 코일 사이의 무시할 수 있는 피치로 권선된다. 부가적으로, 와이어는 가스 공급 튜브의 외부 표면(40)과 실질적으로 접촉할 수 있다. 전기 히터(80)가 본 명세서 내에 도시되어 있는 반면에, 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)을 가열하는 대안적인 방법이 고려된다. 예를 들어, 원위 부분(20)은 대신에 냉동 가스원에 의하여 공급된 고압 헬륨과 같은 가열 가스 (예를 들어, 냉각 가스의 액화에 의해 얻어진 온도보다 낮은 반전 온도를 갖는 냉동 가스)를 사용하여 가열될 수 있다. 대안적으로, 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)은 가열되지 않을 수 있으며 및/또한 주위는 조직 해동되지 않을 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 냉동 가스의 온도는 제2 부분(70)에서보다 (주울-톰슨 효과로 인하여) 원위 부분(20)의 제1 부분(60)에서 더 낮을 수 있으며, 냉동 가스와 외부 튜브(12) 간의 열교환은 제2 부분(70)에서보다 제1 부분(60) 상에서 더 클 수 있다. 이는 비대칭 형상을 갖는(예를 들어, 제2 부분(70)을 향하여 대체로 테이퍼진 아이스볼을 갖는 배(pear) 형상의) 아이스볼을 초래할 수 있다. 비대칭적인 아이스볼 형성을 방지하기 위하여, 도 2 및 도 3에서 보여지는 바와 같이, 한 예에서, 냉동 니들(10)은 냉동 니들과 외부 튜브(12) 사이의 열 교환을 향상시키도록 구성된 코일을 포함하는 열교환 나선부(100)를 포함한다. 열교환 나선부(100)는 외부 튜브(12)의 내부 벽면(102)과 접촉하고 외부 튜브(12)와 동축적으로 위치된다. 아마도 도 2에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 열교환 나선부(100)의 코일은 외부 튜브(12)의 내부 벽면(102)과 접촉하며 히터(80) 또는 가스 공급 라인(38) (예를 들어, 모세관)과는 접촉하지 않는다. 이 코일은 외부 튜브(12)의 내부 벽면(102) 상의 핀으로서 효과적으로 작용하며 외부 튜브(12)로의 열 전달을 개선하여 대칭 형상을 갖는 아이스볼을 형성하며, 여기서 대칭은 외부 튜브(12)의 길이 방향 축(34)을 기준으로 한다.
도 2 및 도 3을 계속 참고하면, 외부 튜브(12)의 내부 벽면(102) 상의 열교환 나선부(100)의 존재는 표면적을 증가시키며, 복귀 가스는 이 표면적에 걸쳐 팽창 챔버(72)로부터 그리고 냉동 니들(10)의 근위 부분(30)을 향하여 흐른다. 더욱이, 냉동 가스는 나선형 경로를 따라 팽창 챔버(72)로부터 냉동 니들(10)의 근위 부분(30)을 향하여 흘러 향상된 열교환을 야기한다. 이러한 실시예는 팽창된 냉동 가스와 외부 튜브(12) 사이의 보다 높은 열전달을 초래하며, 결과적으로 아래에서 설명될 바와 같이 원하는 아이스볼 형상 및 치수 (예를 들어, 구형 또는 타원형과 같은 대칭 형상)를 제공한다. 열교환 나선부(100)는 냉동 가스에서 냉동 니들(10)의 외부 튜브(12)로의 열 전달이 일어나는 표면적을 증가시킴으로써 원위 부분(20)에 걸친 열 전달을 향상시킨다. 예를 들어, 열교환 나선부(100)는 원위 부분(20)에서 열교환 표면적을 제공할 수 있으며, 냉동 가스 온도가 약 -155℃일 때 외부 튜브(12)가 -150℃의 온도로 균일하게 냉각되도록 냉동 가스와 외부 튜브(12) 간의 열교환을 가능하게 한다. 다른 온도 또한 고려된다. 예를 들어, 냉동 가스 온도가 약 -155℃ 내지 약 -150℃일 때, 외부 튜브(12)는 약 -145℃ 내지 약 -150℃ 범위 내의 임의의 온도로 냉각될 수 있다.
(도 7a 및 도 7b에 가장 잘 도시된) 아이스볼이 대체로 대칭 형상이 되도록 열교환 나선부(100)는 원위 부분(20)의 전체 길이(104)에 걸쳐 대체로 균일한 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 냉동 가스와 외부 튜브(12) 간의 열 전달률이 원위 부분(20)의 전체 길이(104)에 걸쳐 대략적으로 일정하도록 열교환 나선부(100)는 원위 부분(20)의 전체 길이(104)에 걸쳐 균일하게 외부 튜브(12)를 냉각시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 제1 부분(60)에 걸쳐 복귀 흐름 루멘 내에서 흐르는 냉동 가스는, 주울-톰슨 오리피스 부근의 냉각 가스의 급속한 팽창 및 제1 부분(60)에서 발생하는 관련된 급속 냉각 때문에, 제2 부분(70)에 걸쳐 복귀 흐름 루멘 내에서 흐르는 냉동 가스보다 낮은 온도에 있을 수 있다. 이러한 경우에, 제1 부분(60)에 걸친 냉동 가스와 외부 튜브(12) 사이의 열 전달률이 제2 부분(70)에 걸친 냉동 가스와 외부 튜브(12) 사이의 열 전달률과 대략 동일하도록 열교환 나선부(100)는 제2 부분(70)에 걸친 냉동 가스와 외부 튜브(12) 간의 열 전달을 증가시킬 수 있다. 그러한 실시예는 대칭 형상을 갖는 아이스볼을 생성하는 것을 용이하게 할 수 있으며 비대칭 형상을 갖는 (예를 들어, 배 형상의) 아이스볼의 형성을 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 열교환 나선부(100)는 나선 피치를 갖는다. 나선 피치는 대칭 형상 (예를 들어, 타원형 또는 구형)을 갖는 아이스볼(150)을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 코일은 가변 나선 피치를 가질 수 있다. 도 3에서, 원위 부분(20)의 제1 부분(60)에 걸친 제1 피치(108)와 원위 부분(20)의 제2 부분(70)에 걸친 제2 피치(110)의 2개의 나선 피치가 도시되어 있다. 열교환 나선부(100)의 인접한 코일들이 제2 부분(70)보다 제1 부분(60)에서 더 이격되도록 제1 피치(108)가 제2 피치(110)보다 클 수 있다. 예를 들어, 열교환 나선부(100)는 제1 부분(60)에서 제2 부분(70)에서보다 단위 길이당 더 적은 코일을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 열교환 나선부(100)는 원위 부분(20)의 제1 부분(60)의 단위 길이당 표면적과 비교하여 원위 부분(20)의 제2 부분(70)에서 단위 길이당 더 큰 표면적을 갖는다. 냉동 가스가 제1 부분(60)에서보다 제2 부분(70)에서 더 높은 온도를 가짐에 따라 아이스 볼(150)(도 7a 및 도 7b에 가장 잘 도시됨)이 대체로 대칭 형상을 갖도록 제2 부분(70)에서의 증가된 표면적은 대략적으로 동일한 외부 튜브(12)와 냉동 가스 사이의 열 전달을 용이하게 한다. 대안적으로, 나선 피치는 원위 부분(20)의 전체 길이(104)에 걸쳐 일정할 수 있다.
본 명세서에 도시된 실시예에서, 열교환 나선부(100)는 코일 스프링이다. 열교환 나선부(100)는 주석으로 코팅된 구리로 제조될 수 있다. 원하는 나선 피치의 나선 형상으로 형성되도록 충분한 복원력 및/또는 가단성을 갖는 다른 금속 및 합금(예를 들어, 스테인리스 강) 또한 고려된다.
다시 도 2를 참조하고, 그리고 이제 도 4를 참조하면, 냉동 니들(10)은 원위 부분(20) 이외의 위치에 위치할 수 있는 절연 외장재(120)를 포함한다. 절연 외장재(120)는 외부 튜브(12)에 붙어있어 팽창 챔버(72)로부터 복귀하는 팽창된 냉동 가스가 외부 튜브(12)와 접촉하는 것을 방지한다. 예를 들어, 아이스볼(150)이 외부 튜브(12)의 노출된 영역(예를 들어, 외부 튜브(12)와 복귀 가스 흐름 루멘(78) 사이에 위치된 절연 외장재(120)를 갖지 않는 외부 튜브(12)의 영역)에 형성되도록 차가운 복귀 가스는 의도된 표적 영역 이외의 환자 신체 부위와의 접촉을 방지한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 원위 부분(20)의 전체 길이(104)가 노출된다. 이 노출된 영역 길이(140)에 걸쳐, 팽창된 냉각 가스는 냉동 니들(10)의 외부 튜브(12)와 접촉하며 아이스볼(150)을 형성한다. 절연된 외장재는 본 실시예에서 냉동 니들(10)의 중간 부분(24)의 전체 길이에 걸쳐 위치된다. 중간 부분(24)의 전체 길이에 걸쳐, 냉동 가스는 외부 튜브(12)와 접촉하는 것이 방지되며, 이로 인하여 중간 부분(24)을 둘러싸는 조직의 냉각 및/또는 그 위의 아이스볼 형성이 방지된다.
어떤 경우, 외부 튜브(12)의 노출 영역 길이(140) (도 2에 가장 잘 도시)는 아이스볼의 형상을 결정할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 예를 들어 냉동 니들(10)의 원위 부분(20)에 걸쳐 형성된 타원형 및 구형의 아이스볼(150)을 각각 도시한다. 일 예에서, 외부 튜브(12)의 노출 영역 길이(140)가 약 34㎜일 때, 아이스 볼(150)은 도 7a에 도시된 것과 같은 실질적으로 타원형 형상을 가질 수 있다. 다른 예에서, 외부 튜브(12)의 노출된 영역 길이(140)가 약 18㎜일 때, 아이스 볼(150)은 도 7b에 도시된 것과 같은 실질적으로 구형의 형상을 가질 수 있다. 도 7a 및 도 7b에서 형성된 아이스볼(150)은 대칭 형상을 갖고 있기는 하지만, (예를 들어, 절연 외장재(120)에 의해 덮이지 않은) 외부 튜브(12)의 노출 영역 길이(140)는 아이스볼(150) 형상의 종횡비(160)에 영향을 미친다. 예를 들어, 더 짧은 노출 영역 길이는 구형의 아이스볼(150)을 생성하고, 더 긴 노출 영역 길이는 타원형의 아이스볼을 생성한다. 절연 외장재(120)의 길이를 짧게 하거나 연장시킴으로써 다양한 대칭 형상이 얻어질 수 있다. 따라서, 노출된 영역 길이(140)는 달라져 아이스볼(150)의 종횡비(160)를 변화시킬 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 아이스볼(150)의 종횡비(160)는 니들(10)의 길이 방향을 따라 측정된 아이스볼(150)의 길이(162)와 니들(10)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 측정된 아이스볼(150)의 폭(164)의 비율로서 한정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 약 1의 종횡비(160)는 구형의 아이스볼(150)을 의미한다.
일부 예시적인 경우에, 본 명세서에 개시된 열교환 나선부(100)는 복귀 가스 흐름 루멘(78) 내에서의 팽창된 냉동 가스의 흐름에 대한 추가적인 저항을 생성할 수 있다. 이러한 경우에, 냉동 니들(10)의 치수는 과도한 흐름 저항 및/또는 배압이 니들(10) 내에서 발생되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 절연 외장재(120)는 원위 부분(20)으로부터 근위 부분(30)을 향한 팽창된 냉동 가스의 복귀 유동을 허용하기에 적합한 치수를 가질 수 있다. 도 5 및 도 6에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 예를 들어, 절연 외장재(120)는 가스 공급 라인(38)과 절연 외장재(120)의 외부 벽면 사이에 환형 갭을 생성하기에 충분한 내부 직경(170)을 가질 수 있다. 환형 갭은 복귀 가스 흐름 루멘(78)과 유체 연통되어 이를 통하여 흐르는 냉동 가스를 수용한다. 일 예에서, 절연 외장재(120)의 내부 직경(170)은 약 1.32㎜이다. 다른 예에서, 절연 외장재(120)는 약 0.5㎜ 내지 약 2㎜의 내부 직경(170)을 가질 수 있다. 일 예에서, 외부 튜브(12)의 외부 직경이 약 2.1㎜일 때, 절연 외장재(120)는 약 1.0㎜ 내지 약 1.4㎜의 내부 직경(170)을 가질 수 있다. 다른 예에서, 외부 튜브(12)의 외부 직경이 약 1.5㎜일 때, 절연 외장재(120)는 약 0.72㎜의 내부 직경(170)을 가질 수 있다. 다른 예에서, 외부 튜브(12)의 외부 직경이 약 2.4㎜일 때, 절연 외장재(120)는 약 1.25㎜ 내지 약 1.7㎜의 내부 직경(170)을 가질 수 있다. 따라서, 절연 외장재(120)의 내부 직경(170)은 복귀 가스 흐름 루멘(78)으로부터 환형 갭을 통해 흐르는 팽창된 냉동 가스에 작용하는 배압을 최소화할 만큼 충분히 크다. 이러한 경우, 배압이 최소화되어 팽창하는 냉동 가스의 압력을 가능한 한 낮게(예를 들어, 제로 게이지) 떨어지게 하며, 이는 가스 온도를 더 낮게 하고 아이스볼을 더 크게 한다. 절연 외장재(120)의 내부 직경(170)을 최대화하는 것은 냉동 니들(10)의 전체 배압을 최소화하는 것을 돕는다.
특정 실시예는 냉동 수술 중에 대칭 형상을 갖는 아이스 볼을 형성하는 방법을 포함한다. 본 방법은 본 명세서 내에 개시된 것과 같은 냉동 수술 시스템을 제공하는 단계, 가스 공급 라인(38)을 통해 냉동 가스를 공급하는 단계, 팽창 챔버(72) 내에서 냉동 가스를 팽창시키는 단계, 원위 부분(20) 내의 냉동 가스를 위하여 나선형 복귀 경로를 제공하여 냉동 가스는 팽창 챔버(72)에서부터 근위 부분(30)을 향하는 방향으로 복귀 가스 흐름 루멘(78) 내에서 흐르는 단계 및 아이스볼(150)이 대체로 대칭적인 형상을 갖도록 아이스볼(150)을 원위 부분(20)에 걸쳐 외부 튜브(12)의 외부 표면(40) 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 냉동 니들(10)의 실시예는 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 실질적으로 대칭적인 아이스볼이 바람직한 형상을 갖도록 냉동 니들(10)이 구성될 수 있다. 냉동 니들(10)은 원위 부분(20)의 일부에 걸쳐 열전달을 향상시킬 수 있으며 따라서 보다 작은 니들 외부 튜브(12) 직경으로 바람직한 아이스볼 특성(예를 들어, 대칭, 크기 및 형상)을 얻을 수 있다. 또한, 보다 작은 니들 외부 튜브(12) 직경 때문에, 무게 및 침 핸들 상에서의 토크가 또한 최소화되어 냉동 수술 중에 냉동 니들(10)을 쉽게 배치 가능하게 한다.
따라서, 균일하게 분산된 냉각을 갖는 냉동 니들(10)의 실시예가 개시된다. 비록 본 실시예가 특정 개시된 실시예를 참조하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 개시된 실시예는 설명의 목적으로 제시된 것이며 제한의 목적을 위하여 제공된 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 변경, 개조 및 수정이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.

Claims (22)

  1. 냉동 니들로서,
    환자의 해부 구조의 표적 영역에 또는 그 근처에 위치된 원위 부분 및 길이 방향 축을 갖는 외부 튜브;
    상기 외부 튜브 내에 위치되며, 상기 원위 부분에 걸쳐 상기 외부 튜브의 외부 표면 상에 아이스볼을 형성하기 위하여 냉동 가스를 공급하도록 구성된 가스 공급 라인;
    내부에서 상기 가스 공급 라인이 종료하도록 상기 원위 부분 내에 위치된 팽창 챔버;
    상기 외부 튜브의 내부 표면에 접촉하는 열교환 나선부;
    상기 열교환 나선부로부터 분리되고, 상기 가스 공급 라인 및 상기 가스 공급 라인 주변의 상기 외부 튜브와 동축적으로 위치된 히터; 및
    복귀 흐름 경로를 따라 상기 팽창 챔버로부터 냉동 가스를 운반하도록 맞추어진 상기 가스 공급 라인과 상기 열교환 나선부 사이에서 환형으로 획정된 복귀 가스 흐름 루멘을 포함하고,
    상기 열교환 나선부는 냉동 가스와 상기 외부 튜브 간의 열 전달률이 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 일정하도록 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 상기 외부 튜브를 균일하게 냉각시키는 것을 가능하게 하고, 상기 열교환 나선부는 상기 외부 튜브의 상기 외부 표면 상에 형성된 아이스볼이 상기 외부 튜브의 길이 방향 축을 따라 형상이 대칭이 되도록 상기 원위 부분에서 균일한 열 전달률을 제공하는, 냉동 니들.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히터는 상기 가스 공급 라인과 접촉하는, 냉동 니들.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 상기 외부 튜브의 축과 동축적으로 위치된, 냉동 니들.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복귀 가스 흐름 루멘은 형상이 나선형인, 냉동 니들.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외부 튜브는 약 2.1㎜의 외부 직경을 갖는, 냉동 니들.
  6. 제1항에 있어서, 상기 팽창 챔버는 냉동 가스를 팽창시키도록 맞추어지며, 복귀 흐름 루멘 내에서 흐르는 팽창된 냉동가스는 가스 공급 라인을 통하여 흐르는 유입 냉동 가스를 냉각시키도록 맞추어진, 냉동 니들.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 상기 열교환 나선부의 인접한 턴(turn)들 사이에 축 방향으로 한정된 나선 피치를 가지며, 상기 나선 피치는 상기 열교환 나선부를 따라 구성 가능하여 타원형 또는 구형 형상을 갖는 아이스볼을 생성하는, 냉동 니들.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열교환 나선부를 따르는 상기 나선 피치는 상기 원위 부분에 걸쳐 실질적으로 일정한, 냉동 니들.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열교환 나선부를 따르는 상기 열교환 나선부는 상기 원위 부분의 제1 부분에 걸친 제1 피치와 상기 원위 부분의 제2 부분에 걸친 제2 피치를 갖는, 냉동 니들.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 피치는 상기 제2 피치보다 크며 따라서 아이스볼이 대칭 형상을 갖도록 냉각 가스는 원위 부분의 제2 부분에 걸쳐 열 전달을 향상시키는, 냉동 니들.
  11. 제1항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 헬리컬 스프링인, 냉동 니들.
  12. 제11항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 주석 코팅부를 갖는 구리를 포함하는 금속 합금으로 만들어진, 냉동 니들.
  13. 제1항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 원위 부분에, 냉동 가스의 온도가 각각 약 -155℃ 및 약 -150℃일 때 외부 튜브가 약 -150℃ 내지 약 -145℃의 온도로 냉각되도록 냉동 가스와 외부 튜브 사이에 충분한 열교환을 제공하는 열교환 표면적을 갖는, 냉동 니들.
  14. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 라인을 실질적으로 둘러싸며 그에 따라 상기 외부 튜브의 길이의 일 부분에 걸쳐 상기 복귀 가스 흐름 루멘과 상기 외부 튜브 사이에 장벽을 형성하는 절연 외장재를 더 포함하며, 상기 절연 외장재는 상기 가스 공급 라인과 상기 절연 외장재의 내부 벽면 사이에 환형 갭을 생성하기에 충분한 내부 직경을 갖고, 상기 환형 갭은 그를 통하여 흐르는 냉동 가스를 수용하도록 상기 복귀 가스 흐름 루멘과 유체 연통하는, 냉동 니들.
  15. 제14항에 있어서, 상기 절연 외장재의 내부 직경은 약 1.32㎜인, 냉동 니들.
  16. 제14항에 있어서, 상기 팽창된 냉동 가스가 노출된 영역에 걸쳐 외부 튜브와 직접적으로 접촉하도록 상기 절연 외장재는 상기 외부 튜브의 길이의 일 부분에 걸쳐 상기 가스 공급 라인을 둘러싸며, 노출된 영역 길이는 사전 설정된 종횡비를 갖는 아이스볼을 생성하도록 맞추어진, 냉동 니들.
  17. 제14항에 있어서, 상기 절연 외장재의 외부 벽면과 상기 가스 공급 라인 사이에서 획정된 상기 환형 갭은 상기 복귀 가스 흐름 루멘으로부터 상기 환형 갭을 통하여 흐르는 팽창된 냉동 가스에 작용하는 배압을 최소화하기 충분한 직경을 갖는, 냉동 니들.
  18. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 라인은 상기 외부 튜브의 길이 방향 축과 동축적인 냉동 니들.
  19. 제1항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 원위 부분에서 상기 외부 튜브의 내부 표면과 접촉하는, 냉동 니들.
  20. 냉동 니들로서,
    환자의 해부 구조의 표적 영역에 또는 인접하게 위치된 원위 부분을 갖는 외부 튜브;
    상기 외부 튜브 내에 위치되며, 상기 원위 부분에 인접한 상기 외부 튜브의 외부 표면 상에 아이스볼을 형성하기 위하여 냉동 가스를 공급하도록 구성된 가스 공급 라인;
    내부에서 상기 가스 공급 라인이 종료하도록 상기 원위 부분 내에 위치된 팽창 챔버;
    상기 외부 튜브의 내부 표면에 접촉하며, 아이스볼이 대칭적인 형상을 갖도록 상기 원위 부분의 단위 거리당 증가하는 표면적을 갖는 열교환 나선부;
    상기 열교환 나선부로부터 분리되고, 상기 가스 공급 라인 및 상기 가스 공급 라인 주변의 상기 외부 튜브와 동축으로 위치된 히터; 및
    상기 팽창 챔버로부터 근위 부분을 향하여 냉동 가스를 운반하도록 맞추어진 상기 가스 공급 라인과 상기 열교환 나선부 사이에서 환형으로 획정되며, 상기 팽창 챔버로부터 상기 근위 부분을 향하여 냉동 가스를 위한 나선형 복귀 경로를 제공하는 복귀 가스 흐름 루멘을 포함하고,
    상기 열교환 나선부는 냉동 가스와 상기 외부 튜브 간의 열 전달률이 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 일정하도록 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 상기 외부 튜브를 균일하게 냉각시키는 것을 가능하게 하는, 냉동 니들.
  21. 제20항에 있어서, 상기 열교환 나선부는 상기 원위 부분의 제2 부분에 걸쳐 냉동 가스에서 상기 외부 튜브로의 열전달을 향상시키도록 구성되어 냉동 가스가 상기 원위 부분의 전체 길이에 걸쳐 상기 외부 튜브를 균일하게 냉각시키는, 냉동 니들.
  22. 냉동 수술 중에 대칭적인 형상을 갖는 아이스볼을 형성하는 방법으로서,
    냉동 니들을 포함하는 냉동 수술 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 냉동 니들은,
    환자의 해부 구조의 표적 영역에 또는 인접하게 위치된 원위 부분을 갖는 외부 튜브;
    상기 외부 튜브 내에 위치된 가스 공급 라인;
    내부에서 상기 가스 공급 라인이 종료하도록 상기 원위 부분 내에 위치된 팽창 챔버;
    상기 외부 튜브의 내부 표면에 접촉하며, 상기 원위 부분의 단위 거리당 증가하는 표면적을 갖는 열교환 나선부;
    상기 열교환 나선부로부터 분리되고, 상기 가스 공급 라인 및 상기 가스 공급 라인 주변의 상기 외부 튜브와 동축으로 위치된 히터; 및
    복귀 흐름 경로를 따라 상기 열교환 나선부와 상기 가스 공급 라인 사이에서 환형으로 획정된 복귀 가스 흐름 루멘을 포함하고,
    상기 열교환 나선부는 냉동 가스와 상기 외부 튜브 간의 열 전달률이 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 일정하도록 상기 원위 부분의 길이에 걸쳐 상기 외부 튜브를 균일하게 냉각시키는 것을 가능하게 하는, 상기 냉동 수술 시스템을 제공하는 단계;
    상기 가스 공급 라인을 통하여 냉동 가스를 공급하는 단계;
    상기 팽창 챔버 내에서 상기 냉동 가스를 팽창시키는 단계;
    상기 원위 부분 내에 냉동 가스를 위한 나선형 복귀 경로를 제공하는 단계로서, 상기 냉동 가스는 상기 팽창 챔버에서 근위 부분을 향하는 방향으로 상기 복귀 가스 흐름 루멘 내에서 흐르는, 상기 나선형 복귀 경로를 제공하는 단계; 및
    아이스볼이 대칭적인 형상을 갖도록 상기 외부 튜브의 외부 표면 상에 상기 아이스볼을 형성하는 단계를 포함하는, 냉동 수술 중에 대칭적인 형상을 갖는 아이스볼을 형성하는 방법.
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