(57)【要約】  カテーテルの外面に設けられるフレキシブル熱伝達素子と、膨張したバルーンを形成するべく、フレキシブル熱伝達素子を膨張させるための膨張流体を供給するために配置される導管と、ガイドワイヤを受け入れるためのガイドワイヤルーメンと、バルーンを膨張させるための上記膨張流体を冷却するために配置される細長い冷却要素とを備えるカテーテルが提供される。膨張したときに、冷却要素がバルーン内の略中心にあり、上記ガイドワイヤルーメンが、冷却要素に平行であり、冷却要素から半径方向にずれるように、上記冷却要素及び上記ガイドワイヤルーメンは、フレキシブル熱伝達素子の内側に配置される。
2019514463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルの外面に設けられるフレキシブル熱伝達素子と、
膨張したバルーンを形成するべく、前記フレキシブル熱伝達素子を膨張させるための膨張流体を供給するために配置される導管と、
ガイドワイヤを受け入れるためのガイドワイヤルーメンと、
前記バルーンを膨張させるための前記膨張流体を冷却するために配置される細長い冷却要素と
を備え、
膨張したときに、前記冷却要素が前記バルーン内の略中心にあり、前記ガイドワイヤルーメンが前記冷却要素に平行であり、前記冷却要素から半径方向にずれるように、前記冷却要素及び前記ガイドワイヤルーメンは、前記フレキシブル熱伝達素子の内側に配置され、
前記フレキシブル熱伝達素子は、前記冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、異方的に膨張して、前記バルーンを形成するように構成される、カテーテル。
【請求項２】
前記冷却要素は、使用時において、前記バルーンの内面が前記バルーンの周囲の周りで前記冷却要素によって実質的に均一に冷却されるように前記バルーン内に配置される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
前記細長い冷却要素は、前記バルーンの中心軸に平行な方向に長軸に沿って延びる、請求項１又は２に記載のカテーテル。
【請求項４】
前記バルーンの前記中心軸は、前記細長い冷却要素の前記長軸から、０．１から０．５ｍｍ、より好ましくは０．２から０．４ｍｍだけ半径方向にずれている、請求項３に記載のカテーテル。
【請求項５】
前記冷却要素の前記長軸に垂直な前記平面内で見た場合、前記冷却要素が前記バルーンの略中心に設けられるように、前記冷却要素は、前記フレキシブル熱伝達素子の内側に配置される、請求項１から４の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項６】
前記フレキシブル熱伝達素子は、非対称な第１端部及び第２端部を有する実質的に円筒形のバルーンへと膨張するように構成される、請求項１から５の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項７】
膨張流体を供給するために配置される前記導管、前記ガイドワイヤルーメン及び前記細長い冷却要素は、シャフトの内部に設けられ、前記フレキシブル熱伝達素子は、前記第１端部で前記シャフトに接着され、前記フレキシブル熱伝達素子は、前記第２端部で前記ガイドワイヤルーメンに接着される、請求項６に記載のカテーテル。
【請求項８】
前記冷却要素は、第２のチューブの内部に設けられた第１のチューブを有し、前記第１のチューブは、前記第２のチューブと実質的に平行であり、前記第２のチューブは、前記第１のチューブから前記冷却要素を冷却するための冷却材の流れを受け取るように構成される、請求項１から７の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項９】
使用時において、前記第１のチューブ及び前記第２のチューブは、前記第２のチューブの圧力が、前記第１のチューブより低くなるように操作される、請求項８に記載のカテーテル。
【請求項１０】
前記冷却要素は、前記第１のチューブから冷却材を受け取って前記冷却材を前記第２のチューブに提供するように構成される細長い冷却チャンバを有する、請求項８又は９に記載のカテーテル。
【請求項１１】
前記細長い冷却チャンバは、前記第２のチューブの端部と同一線上に配置されている、請求項１０に記載のカテーテル。
【請求項１２】
前記冷却要素は、前記第１のチューブから前記冷却チャンバに前記冷却材を搬送するように構成される制限チューブを更に有し、前記制限チューブは、前記第１のチューブより狭い内径を有する、請求項１１に記載のカテーテル。
【請求項１３】
前記制限チューブ及び前記冷却チャンバは、前記冷却材が前記第１のチューブに沿って液体として運ばれる場合、前記冷却材の少なくとも一部は、前記制限チューブにおいて及び／又は前記冷却チャンバにおいて相変化して、前記第２のチューブを気体として通って帰還するように構成される、請求項１２に記載のカテーテル。
【請求項１４】
前記バルーンは、実質的に円筒形状である、請求項１から１３の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１５】
血管に使用するとき、前記膨張したフレキシブル熱伝達素子は、前記血管の壁と前記膨張したフレキシブル熱伝達素子との間の流体流を塞ぐ、請求項１から１４の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１６】
前記導管は、前記フレキシブル熱伝達素子の前記膨張流体の帰還流を提供するように更に構成される、請求項１から１５の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１７】
前記バルーンの中心軸は、前記細長い冷却要素を通って、前記冷却要素の前記長軸の方向に延びる、請求項１から１６の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１８】
前記冷却要素は、前記ガイドワイヤルーメンの端部に取り付けられておらず、前記冷却要素は、使用時において、冷却材の流れが、前記冷却要素を振動させるように構成される、請求項１から１７の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１９】
前記フレキシブル熱伝達素子は、単一壁の外側膜を有する、請求項１から１８の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項２０】
前記フレキシブル熱伝達素子の前記膨張流体又は固化した膨張流体を加熱するためのヒーターを更に備える、請求項１から１９の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項２１】
前記導管、前記ガイドワイヤルーメン及び前記冷却要素は、シャフトから突出しており、前記シャフトの内側で、前記冷却要素は、前記冷却要素の前記長軸に垂直な前記平面内で見た場合、平坦な円形状を有する外面を有する、請求項１から２０の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項２２】
前記導管、前記ガイドワイヤルーメン及び前記冷却要素は、シャフトから突出しており、前記シャフトは、前記導管と、前記ガイドワイヤルーメンと、前記冷却要素との間の領域を占める固体を有する、請求項１から２１の何れか一項に記載のカテーテル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体の侵襲的な治療のためのバルーンカテーテルに関する。カテーテルは、バルーン内の中心に配置される細長い冷却要素を備え、バルーンの表面に亘って均一な冷却を提供する。
【背景技術】
【０００２】
１９７０年代後半から、凍結療法のためのカテーテルが心臓血管系に使用されてきており、例えば、それは心不整脈を外科的に治療するために使用された１９７７年から始まっている。続く長年に亘って、凍結療法は特に、心臓における作業に有利であることが広く認識されるようになった。その安全性及び有効性は、房室結節、肺静脈、及び微細な結節周囲の心房組織等の微細な心臓構造を、血栓症、穿孔又は他の有害事象について、外科医が懸念することなく切除することが可能であったことから、卓越していた。
【０００３】
凍結療法によるプラーク安定化の治療のためのカテーテルが、国際公開第２０１５／０６７４１４号（本明細書では以降、ＷＯ'４１４と称する）に記載されている。バルーンが、カテーテルシャフトの周りで膨張し、続いて冷却される。同軸に配置される冷却要素が、これを実現するために使用され、液体冷却剤が、内部の供給ルーメンからより大きな導管へと運ばれる。供給ルーメンを出る場合、冷却材は、発生する圧力低下に起因して相変化し、それを蒸発させ、温度が下がるようにさせる。冷たい気体は、次に、同軸に供給ルーメンを囲む帰還ルーメンを使用して除去される。
【０００４】
ＷＯ'４１４において議論されているように、上記の同軸設計によって多数の利点が提供される。例えば、気体冷却材がカテーテルから漏出するリスクがほとんどないので、単一層のバルーンが使用され得る。更に、冷却は、絶縁層が設けられる必要なく、それが必要とされる位置において、相変化を介して生じる。更になお、冷却要素及びその支持ルーメンは、小さな断面積を維持してよく、これは、それを、小径の動脈における適用に、例えば冠動脈疾患の治療に適したものとする。しかしながら、凍結療法のためのカテーテルの既知の設計を改善する必要は残っている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、カテーテルの外面に設けられるフレキシブル熱伝達素子と、膨張したバルーンを形成するべく、フレキシブル熱伝達素子を膨張させるための膨張流体を供給するために配置される導管と、ガイドワイヤを受け入れるためのガイドワイヤルーメンと、バルーンを膨張させるための上記膨張流体を冷却するために配置される細長い冷却要素とを備え、膨張したときに、冷却要素がバルーン内の略中心にあり、上記ガイドワイヤルーメンが冷却要素に平行であり、冷却要素から半径方向にずれるように、上記冷却要素及び上記ガイドワイヤルーメンは、フレキシブル熱伝達素子の内側に配置される、カテーテルが提供される。
【０００６】
好ましくは、上記冷却要素は、使用時において、バルーンの内面が、バルーンの周囲の周りで冷却要素によって実質的に均一に冷却されるように、バルーン内に配置される。
【０００７】
好ましくは、細長い冷却要素は、バルーンの中心軸に平行な方向に長軸に沿って延びる。
【０００８】
好ましくは、バルーンの中心軸は、細長い冷却要素の長軸から、０．１から０．５ｍｍ、より好ましくは０．２から０．４ｍｍだけ半径方向にずれている。
【０００９】
好ましくは、冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、冷却要素がバルーンの略中心に設けられるように、冷却要素は、フレキシブル熱伝達素子の内側に配置される。
【００１０】
好ましくは、フレキシブル熱伝達部材は、冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、異方的に膨張して、バルーンを形成するように構成される。
【００１１】
好ましくは、フレキシブル熱伝達素子は、第１の及び第２の非対称な端部を有する実質的に円筒形のバルーンへと膨張するように構成される。
【００１２】
好ましくは、膨張流体を供給するために配置される導管、ガイドワイヤルーメン及び細長い冷却要素は、シャフトの内部に設けられ、フレキシブル熱伝達素子は、第１端部でシャフトに接着され、フレキシブル熱伝達素子は、第２端部でガイドワイヤルーメンに接着される。
【００１３】
好ましくは、上記冷却要素は、第２のチューブの内部に設けられた第１のチューブを備え、第１のチューブは、第２のチューブと実質的に平行であり、第２のチューブは、第１のチューブから冷却要素を冷却するための冷却材の流れを受け取るように構成される。
【００１４】
好ましくは、使用時において、第１のチューブ及び第２のチューブは、第２のチューブの圧力が、第１のチューブより低くなるように操作される。
【００１５】
好ましくは、上記冷却要素は、第１のチューブから冷却材を受け取って上記冷却材を第２のチューブに提供するように構成される細長い冷却チャンバを備える。
【００１６】
好ましくは、細長い冷却チャンバは、第２のチューブの端部と同一線上に配置されている。
【００１７】
好ましくは、上記冷却要素は、第１のチューブから冷却チャンバに冷却材を搬送するように構成される制限チューブを更に備え、上記制限チューブは、第１のチューブより狭い内径を有する。
【００１８】
好ましくは、制限チューブ及び冷却チャンバは、冷却材が第１のチューブに沿って液体として運ばれる場合、冷却材の少なくとも一部は、制限チューブにおいて及び／又は冷却チャンバにおいて相変化し、第２のチューブを気体として通って帰還するように構成される。
【００１９】
好ましくは、上記バルーンは、実質的に円筒形状である。
【００２０】
好ましくは、血管に使用するとき、膨張したフレキシブル熱伝達素子は、血管の壁と膨張したフレキシブル熱伝達素子との間の流体流を塞ぐ。
【００２１】
好ましくは、導管は、フレキシブル熱伝達素子の膨張流体の帰還流を提供するように更に構成される。
【００２２】
好ましくは、導管は、フレキシブル熱伝達素子の膨張流体の供給流を提供するための第３のチューブと、フレキシブル熱伝達素子の膨張流体の帰還流を提供するための第４のチューブとを備える。
【００２３】
好ましくは、上記冷却要素は、ガイドワイヤルーメンの端部に取り付けられておらず、上記冷却要素は、使用時において、冷却材の流れが、冷却要素を振動させるように構成される。
【００２４】
好ましくは、フレキシブル熱伝達素子は、単一壁の外側膜を有する。
【００２５】
好ましくは、カテーテルは、フレキシブル熱伝達素子の膨張流体又は固化した膨張流体を加熱するためのヒーターを更に備える。
【００２６】
好ましくは、導管、ガイドワイヤルーメン及び冷却要素は、シャフトから突出しており、シャフトの内側で、冷却要素は、冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、平坦な円形状を有する外面を有する。
【００２７】
好ましくは、導管、ガイドワイヤルーメン及び冷却要素は、シャフトから突出しており、シャフトは、導管と、ガイドワイヤルーメンと、冷却要素との間の領域を占める固体を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
ここで、本発明の実施形態は、添付の図面を参照して議論されるであろう。
【００２９】
【図１】実施形態に係るカテーテルの冷却要素の断面の模式図である。
【図２】実施形態に係るカテーテルの冷却要素の模式図である。
【図３】実施形態に係るカテーテルの冷却要素の断面の模式図である。
【図４】実施形態に係るカテーテルの遠位端部の模式図である。
【図５】実施形態に係るカテーテルの遠位端部の断面の模式図である。
【図６】実施形態に係るカテーテルを操作するためのシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
身体へのカテーテルの挿入を容易にし、製造プロセスを単純化するため、既知のバルーンカテーテル、特にＷＯ'４１４のそれにおいて、シャフト及びバルーンの内部の中心にガイドワイヤルーメン（ＧＷＬ）を位置決めする動機付けがある。ＧＷＬは、バルーンの内部の中心に配置されるので、冷却要素は、冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、中心からずれるように設けられなければならない。バルーンが膨張される場合、バルーンの内部の流体の熱抵抗に起因して、冷却管からより遠いバルーンの表面の領域は、冷却管により近いものほど迅速に、又は効果的には冷却されない。バルーン及び任意の囲む組織の表面は、従って、不均一に冷える。
【００３１】
本発明の実施形態が、バルーンカテーテルの新しく有利な設計を提供する。カテーテルの新しい設計は、冷却要素及びＧＷＬを、フレキシブル熱伝達素子の内部に配置することによって、上記の不均一な冷却の課題を克服し、これにより、膨張する場合、冷却要素は、バルーンの内部で略中心にあり、ＧＷＬは、冷却要素に平行であり、冷却要素から半径方向にずれている。従って、バルーンを亘る熱伝達における空間的変化が、低減され、それにより、凍結療法を改善することが可能である。更になお、ＷＯ'４１４において開示されている冷却要素の利点は、保持されてよい。カテーテル設計は、特に冠動脈疾患の分野において広範囲の用途を有し、これは、プラーク安定化を含み得る。勿論、カテーテルのサイズは、用途に応じて調整され得、従って、カテーテルは、また、原則として、心房細動、腎交感神経焼灼術及び腫瘍切除の治療を含む他の用途に適している。
【００３２】
カテーテルは、バルーンカテーテルであり、バルーン領域を除いて、共通のシャフトの内部に支持される複数のルーメンを備える。バルーン領域に、フレキシブル熱伝達素子が代わりに設けられる。フレキシブル熱伝達素子は、膨張するように構成され、バルーンを形成する。膨張流体を冷却するための冷却要素だけではなく、１又は複数のルーメンが、バルーンに膨張流体の供給及び帰還を提供するためにシャフトの内部に設けられる。冷却要素は、シャフトから延びており、バルーンの内部で支持されていないことが好ましいが、実施形態は、また、ＧＷＬに取り付けられている冷却要素を含む。
【００３３】
冷却要素は、細長く、通常実質的に円筒形状であり、管状壁を備える。冷却要素は、また、好ましくは、冷却材の供給路及び帰還路を提供するための第１の及び第２のチューブを備え、第１のチューブ（本明細書では、供給ルーメンとも称される）は、より大きな第２のチューブ（本明細書では、帰還ルーメンとも称される）の内部に設けられる。第１のチューブ及び第２のチューブは、それぞれ細長く、互いに実質的に平行である軸に沿って延びる。帰還ルーメンの遠位先端は、閉じられてよく、その一方で、供給ルーメンの遠位先端は、開けられてよく、供給ルーメンの遠位先端は、冷却材が、供給ルーメンから第１の方向に帰還ルーメンへと流れ、次に、第１の方向と反対の第２の方向の流れは、帰還ルーメンに沿って戻り得るように、帰還ルーメンの端部から離れたところで停止してよい。冷却材が、供給ルーメンから帰還ルーメンに流れる場合、それは、体積が増加した領域へと移動し、結果的に、圧力が低下する。これは、冷却材における相変化を引き起こし、冷却材の少なくとも一部は、蒸発し、冷却要素の温度を減少させる。
【００３４】
バルーンを膨張させるための流体の供給流及び帰還流を提供する１又は複数のルーメンは、冷却材を供給するために使用されるルーメンとは完全に別個のものであることが好ましい。バルーンの膨張及び冷却要素の冷却は、別個の機構によって実行されることが好ましく、これらの動作は、制御され互いに独立して操作され得る。
【００３５】
カテーテルは、また、バルーン内部において膨張流体を加熱するための手段を含んでもよい。これは、例えば、膨張流体が治療中に凍結し、膨張流体を速やかに解凍する必要がある場合に使用され得る。そのような速やかな解凍を誘発する能力は、カテーテルが、例えば緊急状態等において動脈から迅速に取り出す必要がある場合に特に有益である。熱は、例えば、バルーンの内部だが冷却要素の外側に位置決めされ、ワイヤを介してカテーテルシャフトを下方へ流れ落ちる電流によって供給される、抵抗等の小型の電気ヒーター等、任意のタイプのヒーターによって提供され得る。加熱要素は、冷却要素の外面にプリントされた薄膜抵抗器、バルーン内部に位置決めされた個別抵抗、又は膨張流体自体によって形成され得る。膨張流体が加熱要素を形成する場合、ワイヤは、バルーンの近位端部及び遠位端部での電極に電気を供給し、膨張流体と接触しそこで終端し、これにより、ＡＣ又はＤＣ電流がバルーン内部の膨張流体を通過し得、それを温めさせる。
【００３６】
使用時において、カテーテルは、バルーン領域が、血管において冷却される組織の領域の隣に位置決めされるように、体へと挿入される。例えば、カテーテルが、凍結療法によるプラーク安定化のために代わりに使用される場合、バルーン領域は、プラークの隣に位置決めされ得る。カテーテルのバルーンは、液体によって膨張し、バルーンの外面は、組織と熱的接触する。冷却材は、冷却要素に供給され、冷却要素の温度は減少する。バルーン内の膨張液体は、冷却要素の外面に接触し、それにより冷却される。バルーンにおける気泡が、バルーンを通る熱伝導に対して影響を与えるので、膨張に先立ってバルーンから全ての気体を除去することが重要である。これは、通常、カテーテルが体へと挿入される前に真空ポンプ又はシリンジを使用して実行される。しかしながら、それは、代替として、インビボで実行されてよい。
【００３７】
上記のカテーテル設計の有利な態様は、冷却要素の冷却材が、バルーンを膨張させるために使用される流体と同じではないということである。冷却要素は、冷却要素が閉じられていることから、冷却材の相変化を安全に支持し得る。冷却材は、膨張可能なフレキシブル熱伝達膜と流体連通していないので、それが、カテーテルから血管へと漏出する機会はほとんどなく、二重層のバルーンを有するという要件は、回避され得る。単一層のバルーンは、複数の膜を持つバルーンよりも、著しく操作しやすく、能率化されている。更に、カテーテル設計は、ダブルバルーンシステムを採用している既知の設計よりも簡素であり、これは、コスト及び製造の複雑さを低減する。
【００３８】
冷却材帰還ルーメンの内部の冷却材供給ルーメンの配置は、冷却要素が、小さい断面積を保持することを可能にする。これは、ただ１つの冷却要素が必要とされる事実と相俟って、カテーテル（特にシャフト）が、小径を保持することを可能にする。これは、カテーテルを既知のカテーテル設計を挿入及び／又は操作することが困難である冠状動脈又はより小さい末梢血管系等、小径の動脈においての適用に特に適したものとする。
【００３９】
好ましい冷却要素設計の更なる利点は、相変化に起因する冷却が、必要に応じて制御され得る明確に画定された位置において発生することである。これは、カテーテルシステムの効率を改善する、なぜなら、冷却材を搬送するルーメンは、冷却材と周囲の環境との間において高レベルの絶縁を必要としないからである。更に、供給及び帰還ルーメンの並列配置は、液体冷却剤が、カテーテルの遠位先端から戻る冷たい気体冷却材によって冷却された状態が保たれることを意味する。これは、液体冷却剤が、体の内部にある（従って、３７℃にある）カテーテルのその部分へと流入する際に煮沸することを防止するのに役立つ。
【００４０】
膨張したときに、冷却要素がバルーン内の略中心にあり、ガイドワイヤルーメンが冷却要素に平行であり、冷却要素から半径方向にずれるように、冷却要素及びガイドワイヤルーメンは、フレキシブル熱伝達素子の内側に配置される。バルーンの中心軸は、通常、冷却要素の長軸の方向に、細長い冷却要素を通って延びる。バルーンが細長い、例えば、実質的に円筒形状である実施形態において、バルーンの中心軸は、また、バルーンの主軸である。
【００４１】
冷却要素の長軸は、一般的に、バルーンの中心軸と正確に同じではない。冷却要素とバルーンの表面との間の熱抵抗が、全ての半径方向（すなわち、冷却要素の長軸に垂直な全ての方向）において均一であるように、冷却要素を配置することが有利である。ＧＷＬ（及びバルーンの内部に設けられ得る任意の他のルーメン）の存在を補償すべく、これは、冷却管が、バルーンの内部で正確にセンタリングされないことを意味し得る。冷却要素は、従って、バルーンの内部で「略中心」にあるだけである。いくつかの実施形態において、冷却要素の長軸は、バルーンの半径の０から３３％のどれか、より典型的には０から２０％だけ、バルーンの中心軸から遠位にずれていてよい。例えば、１ｍｍの直径の冷却要素を有する円筒形状の３ｍｍの直径のバルーンに関して、冷却要素の中心は、冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、バルーンの中心から０．５ｍｍまでずれていてよい。冷却要素が、バルーンの内部で自由に振動し得るので、バルーンの内部の冷却要素の正確な位置は、使用中に僅かに変化し得る。しかしながら、ＧＷＬに対する冷却要素の配置は、同じままであるべきである。
【００４２】
実施形態の更なる利点は、以下において提供される詳細な説明において提示される。
【００４３】
図１は、実施形態に係るカテーテルの冷却要素１０５の設計の断面を示す。図１の左側に示されるのは、冷却材の管状供給ルーメン１０２及び管状帰還ルーメン１０１である。供給ルーメン１０２は、実質的に同軸の構成で帰還ルーメン１０１の内部に位置決めされる。供給ルーメン１０２の端部は、制限チューブ１０３に接続され、それと流体連通している。制限チューブ１０３は、供給ルーメン１０２より狭い直径を有する。供給ルーメン１０２に接続されている帰還ルーメン１０１の他方の端部は、冷却要素１０５の円筒冷却チャンバ１０４において終わる。本実施形態において、冷却チャンバ１０４は、帰還ルーメン１０１より僅かに大きな直径を有し、帰還ルーメン１０１の外側に延びる。
【００４４】
使用時において、加圧された冷却材の流れは、供給ルーメン１０２に入力される。冷却材は、液体又は液体及び気体の形態の冷却材の混合物であってよい。供給ルーメン１０２の端部における制限チューブ１０３は、供給ルーメン１０２の内においてほとんど圧力低下がなく、従って加圧された液体冷却剤のほとんど又は全てが、供給ルーメン１０２において液相に留まることを保証する。制限チューブ１０３の長さに沿って、圧力は、供給ルーメン１０２への接続における最大値から、冷却チャンバ１０４への制限チューブ１０３の出口におけるより低い圧力に低下する。液体冷却剤が制限チューブ１０３へと流入するとき、制限によって引き起こされる圧力降下は、液体の圧力が、その時点での周囲の温度におけるその蒸気圧力未満に降下することを意味する。これは、液体冷却剤の少なくとも一部が、蒸発して、気体へと相変化する原因となる。制限チューブ１０３から冷却チャンバ１０４へと流入する液体冷却剤もまた広がり、冷却チャンバ１０４及び／又は帰還ルーメン１０１の内部で蒸発する可能性がある。冷却材の拡張及び冷却材の相変化は、冷却チャンバ１０４の壁に対して冷却効果を有する。次に、冷却材は、液体及び／又は気体の形態で、冷却チャンバ１０４から帰還ルーメン１０１を通じて流れる。帰還ルーメン１０１の内部の圧力、及びそれにより冷却チャンバ１０４の内部の圧力は、真空ポンプによって低減されることが好ましい。後により詳細に説明される真空ポンプは、冷却要素１０５に接続されている帰還ルーメン１０１の他方の端部で動作する。圧力の減少は、拡張に起因する冷却効果及び冷却材の相変化の両方を増加させ、冷却チャンバ１０４における冷却材が、帰還ルーメン１０１へと流入することを保証する。
【００４５】
図２は、図１の冷却要素１０５の全体図を示す。冷却チャンバ１０４は、帰還ルーメン１０１より僅かに大きな直径を有する。より多くの冷却材が冷却チャンバ１０４において相変化するので、より大きな冷却効果が実現される。加えて、冷却チャンバ１０４の外径は、より大きな表面積を有し、従って、膨張流体を冷却することにおいてより有効である。
【００４６】
好ましくは、冷却要素のルーメンは、加圧された冷却材の圧力に耐えることができるように、適度に強固な材料で作成されている。いくつかの実施形態において、これらのルーメンは、また、カテーテルが動脈のプロファイルに一致するように変形することができるような程度の柔軟性を有する。
【００４７】
供給ルーメン１０２、帰還ルーメン１０１及び制限チューブ１０３は、ナイロン、３層の管、ポリイミド、ＰＥＢＡＸ５５Ｄ等のＰＥＢＡＸ（登録商標）、又は他の適している材料で作成され得る。供給ルーメン１０２及び帰還ルーメン１０１は、更なる強度及びフレキシブル特性を付加すべく、編まれた金属又はポリマーであってもよい。制限チューブ１０３及び供給ルーメン１０２は、それらが互いに一体であるか、又はそれらが別個の構成要素として構成され、次に接着剤で共に接合され得るように、同時に作成され得る。更に、冷却チャンバ１０４は、冷却チャンバ１０４が良好な熱伝導特性を有するように、全面的に又は一部分において銅で作成され得る。代替として、冷却要素１０５の全体は、ポリイミドで作成され得、なぜなら、この材料は、強く、壁が極めて薄く作成されることを可能にするからである。冷却要素１０５の全体に亘って同じ材料を使用することは、また、上記冷却要素の製造のしやすさを改善する。
【００４８】
好ましくは、冷却材は、Ｎ２Ｏであり、制限チューブ１０３に入り、全ての冷却材は実質的に液相にある。冷却材は、制限チューブ１０３から出てよく、一部のＮ２Ｏは液相にあり、一部のＮ２Ｏは気相にある。好ましくは、Ｎ２Ｏのほとんどは、液相にある。
【００４９】
図３に示されている実施形態は、冷却要素３０２の冷却チャンバ３０１が、帰還ルーメン１０１と同じ内径及び外径を有する点で、図１に示されるものとは異なる。冷却チャンバ３０１は、未だに、帰還ルーメン１０１に接続されているものとは他方の端部で閉じられており、すなわちブロックされている。帰還ルーメン１０１、供給ルーメン１０２及び制限チューブ１０３の寸法及び材料は、図１及び図２を参照して上記と同じであってよい。冷却チャンバ３０１の、制限チューブ１０３の端部から冷却チャンバ３０１の閉じられた端部までの長さは、好ましくは１ｍｍから１５ｍｍである。有利にも、冷却チャンバ３０１は、図１及び図２に示されているものより狭い。
【００５０】
しかしながら、制限チューブ１０３及び別個の冷却チャンバ１０４の存在は、任意である。代替的な実施形態において、液体冷却剤は、供給ルーメン１０２の遠位先端（すなわち、端部）を通って、又は供給ルーメン１０２の壁における、その長さに沿って分布される１又は複数の開口を通っての何れかで、帰還ルーメン１０１へと、供給ルーメン１０２から直接流入し得る。この場合、冷却材の一部は、供給ルーメン１０２より低い圧力を有する帰還ルーメン１０１に入るために動く場合、相変化する場合がある。このより低い圧力は、帰還ルーメン１０１の環状内部体積が、供給ルーメン１０２の内部体積より大きいことを保証することにより、及び／又は真空ポンプを使用することにより実現され得る。
【００５１】
図４は、実施形態に係るカテーテル１０の透視図である。カテーテル１０は、中空管状シャフト２を備え、中空管状シャフト２は、カテーテルの長さに沿って延び、バルーン領域１を除いて、内部に設けられるルーメンを包囲する。バルーン領域１に、膨張可能なフレキシブル熱伝達部材１６が設けられる。シャフト２は、編まれた、又は編まれていないＰＥＢＡＸ５５Ｄ等のＰＥＢＡＸ（登録商標）として、ポリエーテルブロックアミドで作成され、押出成形又は熱リフロープロセスを使用して形成される。
【００５２】
シャフト２の内側は、導管１８、細長い円筒冷却要素１１及び円筒ガイドワイヤルーメン（ＧＷＬ）１７を備える。冷却要素１１は、図１から図３において説明されている実施形態の何れかに類似していてよく、帰還ルーメン１０１の内部に設けられる供給ルーメン１０２を備える。
【００５３】
冷却要素は、バルーン７０へと膨張されるように構成される膜１６の形態である膨張可能な熱伝達素子の内部に設けられる。冷却要素は、それがバルーンの遠位端部の近くで、好ましくは、バルーン領域１の遠位半分に沿って略中間で終端するまで、バルーン１６の長軸に沿って一直線に延びる。冷却要素１１は、中心に配置され、フレキシブル熱伝達部材１６は、バルーン７０が膨張する場合、実質的に均一な冷却分布が、バルーン７０に亘って適用されるように成形される。特に、冷却要素１１及びガイドワイヤルーメン（ＧＷＬ）は、バルーン７０の外側（すなわち、膨張可能な熱伝達膜１６の表面）が、迅速にかつ均一に冷却されるように配置される。これは、図５に関連してより詳細に後に議論される。
【００５４】
ＧＷＬ１７は、使用時において、カテーテル１０を患者の体内に位置決めするために、外科的に埋め込まれたガイドワイヤ１５（図５に示されている）を通すように構成される。ＧＷＬ１７は、カテーテル１０の遠位先端のガイドワイヤ入口開口から、シャフト２に設けられるガイドワイヤ出口開口まで延びる（ラピッドエクスチェンジ（Ｒａｐｉｄ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ）カテーテルの標準である）。代替として、「オーバーザワイヤ（ｏｖｅｒ  ｔｈｅ  ｗｉｒｅ）」構成が使用されてよい。ＧＷＬ１７は、中空管であり、３層又は同種の材料で作成される。
【００５５】
膨張可能な熱伝達膜１６は、その近位端部でシャフト２の遠位先端に、その遠位端部でＧＷＬ１７に接着されている。これらの２つの端部の間の中央領域は、実質的に細長く、実質的に円筒形状のバルーン７０へと膨張されるように構成される。図４の模式図は、シャフト２からバルーン領域１の近位端部で鋭い、一定の角度で円筒形状の領域に向かって延びる（この領域から遠位端部でＧＷＬ１７に向かって戻る）膜１６を示しているが、このプロファイルは、通常、テーパ状であり、その形状は、任意の内部支持部材ではなくフレキシブル熱伝達膜１６の弾性及び形状によって主に決定されることを理解されたい。膜１６がシャフト２からバルーン領域１の近位端部で延び、その後、バルーン領域１の遠位端部でＧＷＬ１７に隣接する角度は、冷却要素１１の長軸６０（及びバルーンの中心軸５０）の周りで変化する。図４によって明らかであるように、これは、冷却要素１１が、バルーン７０の内部で中心に配置されることを保証する。これは、バルーン７０の中心領域が、実質的に均一で円筒形状であるが、テーパ状の端部領域が、非対称であることを意味する。
【００５６】
実施形態は、また、代替として、実質的に球状である膨張したバルーンを含む。しかしながら、バルーンの内部の冷却要素の中心位置決めを実現するべく、ある程度の非対称性が導入されてよい。導管１８（本明細書では、膨張ルーメンと称される）は、膨張したバルーン７０を形成するようにフレキシブル熱伝達膜１６を膨張させるための膨張流体を供給するために設けられる。膨張ルーメン１８は、シャフト２の内部に沿って延び、この実施形態において、シャフト２からバルーン領域１へと突出する。しかしながら、代替として、膨張ルーメンは、シャフト２の端部で終わってよい。いくつかの例において、２つ又はそれより多くの小さな膨張ルーメンの方が、１つの大きな膨張ルーメンよりもシャフト２の内部に収容することが物理的により容易であり得るので、いくつかの実施形態において、より速い膨張を可能にするべく、又はシャフト２の全体の断面積を低減するべく、複数の上記膨張ルーメンが設けられてよい。
【００５７】
シャフト２、特に、シャフト２の内部に設けられるルーメン間の空間は、膨張ルーメン１８における膨張流体の流れと逆方向に、バルーン７０からシャフト２に沿って戻る膨張流体の流れを提供するための帰還路として機能し得る。別個の収縮管を設ける必要がないので、これは、シャフト２の内部の省スペース化を可能にする。代替として、シャフト２が、膨張ルーメンとして振る舞う間に、導管１８が、収縮ルーメンとして振る舞うように、膨張流体の流れ方向は、逆転され得る。更に、シャフト２及び／又は膨張ルーメン１８は、いくつかの状況において膨張ルーメン及び収縮ルーメンの両方として機能し得、その場合、圧力は、シャフト２及び／又は膨張ルーメン１８の一端部で単に逆にされる。
【００５８】
カテーテルが、小さな血管をより容易に通ることを可能にするように、小径を有するシャフト２を設けることが望ましい。実施形態において、これは、シャフト２の外壁が、シャフト２の内側ルーメン（膨張ルーメン１８、ＧＷＬ、冷却要素１１、及び必要に応じて別個の収縮ルーメンを備える）の周りに押し出される、「リフロー」と称されるプロセスを使用して実現されてよく、これにより、内側ルーメンと外側表面との間の空間を完全に充填する固体を形成し、それにより、内側ルーメンを共に接合する。この複合構造は、シャフトが、内側ルーメンを囲む別個のチューブの形態で提供された場合の厚さよりも、リフローされるシャフトの壁の厚さを低減することを可能にする。通常、この低減は、シャフト５の外側チューブの厚さと等しく、これは、０．１ｍｍと０．３ｍｍとの間であり得る。
【００５９】
代替的な実施形態において、シャフト２の全径は、シャフト２に亘って、冷却要素１１の長軸に垂直な平面内で見た場合、楕円（ｏｖａｌ）又は楕円（ｅｌｌｉｐｓｅ）等の平らな円の形態で外面を有する冷却要素１１を設けることによって、低減され得る。この場合、シャフト２の内部に沿って延びる残りのルーメンは、冷却要素１１のより小さな外径の周りに配置され得る。これは、そうでない場合に内側ルーメンをきつく囲むために使用される可能性があることと比べて、より小さな直径を有するチューブの形態でのシャフト２を可能にする。冷却要素１１の帰還ルーメン１０１は、（シャフト２から突出する部分を含む）その長さに沿ってその平らな円形状の部分を維持するように形成され得る。代替として、帰還ルーメン１０１は、シャフト２の円形の断面の外部を維持しながら、シャフトの平らな円形の内部を形成するように、シャフト２の内部を変形させるコンプライアントの材料で形成され得る。
【００６０】
実施形態において、冷却要素１１は、バルーン領域１の内側でＧＷＬ１７に取り付けられている。しかしながら、好ましい実施形態において、冷却要素１１は、バルーン領域１の内側でＧＷＬ１７に取り付けられておらず、従って、冷却チャンバは、自由に振動でき、すなわちＧＷＬ１７の長軸に関して横方向に動く。
【００６１】
帰還ルーメンの閉じられた遠位端部は、通常、供給ルーメンの開放された遠位端部から追加で約２．０から３．０ｍｍ延びてよい。この領域は、冷却チャンバ１０４と考えられ得る。
【００６２】
人又は動物に対する心房細動及びプラーク安定化の治療を含み得る特定の用途のため、以下の寸法が望ましい場合がある。
冷却要素１１
外径＝０．３５から１．０ｍｍ
外壁厚さ＝０．０１９から０．０５ｍｍ
長さ＝１５から３０ｍｍ
帰還ルーメン１０１
外径＝０．３５から１．０ｍｍ
外壁厚さ＝０．０１９から０．０５ｍｍ
長さ＝１０００から１７５０ｍｍ
供給ルーメン１０２
外径＝０．１２から０．４ｍｍ
外壁厚さ＝０．０１４から０．０５ｍｍ
長さ＝１０００から１７５０ｍｍ
制限チューブ１０３
外径＝０．０７６２から０．１４０ｍｍ
外壁厚さ＝０．０１９から０．０２５４ｍｍ
長さ＝５から５０．８ｍｍ
膨張ルーメン１８
外径＝０．２５４から０．４０６ｍｍ
外壁厚さ＝０．０１９１から０．０５０８ｍｍ
長さ＝１０００から１７５０ｍｍ
ＧＷＬ１７
外径＝０．４０から１．０ｍｍ
内径＝０．３５から０．９５ｍｍ
長さ＝６５０ｍｍ  シャフト２
直径＝１．３５から３．３ｍｍ
【００６３】
実施形態は、また、他の寸法、特にＷＯ'４１４において提供されているような寸法を含み、それらは、参照により本明細書に組み込まれ、上記の寸法は、カテーテルが任意のサイズの血管で使用され得るように、スケールアップ又はスケールダウンされ得る。
【００６４】
冷却要素は、バルーン７０によって包含される。即ち、使用時において、冷却要素１１は、バルーン７０の膨張流体の内部にあり、膨張流体と冷却要素１１との間に配置されたバルーン７０の膜は存在しない。
【００６５】
バルーン７０は、通常１５ｍｍから３０ｍｍの長さであり、収縮する場合、好ましくは、カテーテルの外径が、収縮したバルーンによって増加されないように、シャフト２の外面と実質的に同一平面上にある。例えば、カテーテルの外径は、実質的に４Ｆｒ（すなわち１．３３３ｍｍ）であり得る。膨張する場合、バルーン７０の外径は、２．５ｍｍから４ｍｍであってよい。しかしながら、心房細動の治療において、約２４ｍｍ（例えば、＋／−１０％）の直径をもつより大きなバルーン７０が必要とされる場合がある。ルーメン等のカテーテル構成要素の寸法は、用途、特に、バルーンが膨張するように構成されるサイズに応じて調整され得る。例えば、大きなバルーンをより迅速に膨張及び収縮するべく、又は、増大した冷却効果を適用するべく、より大きなルーメンが望ましい場合がある。
【００６６】
バルーン７０は、様々な材料で作成されてよく、有効な熱交換のために標的面積との良好なフィット及び組織周りのより均一な温度分布を確実にするべく、望ましくはコンプライアント又は半コンプライアントである。バルーン７０は、また、もしこれが望ましい適用に適している場合は、ノンコンプライアントであってもよい。バルーン設計及び構造は、バルーン血管形成の分野において既知であるようになされてよい。しかしながら、実施形態において使用される膨張圧力は、血管形成において使用されるものよりも実質的に低いことから、バルーンは、強固である必要はなく、血管形成のために使用されるものほどの厚い膜を持つ必要はない。これは、バルーンは血管を拡大するために必要でないからである。実施形態におけるバルーンは、血管と良好な熱的接触をするためだけに必要であり、従って、バルーンは、好ましくは血管形成のために使用されるバルーンより薄い膜で作成される。バルーンは、コンプライアントバルーンに対してはシリコーン又はポリウレタン、ノンコンプライアントバルーンに対してはナイロン又はポリエステル等の様々な材料で作成され得る。壁の厚さもまた、実現されるべき特性に応じて変化するであろう。また、それらは、一般的に５から１００ミクロンの範囲にある。バルーンは、また、熱伝達が血管の内側表面における組織から最適化されるように、実質的に滑らかな外部表面も有し得る。バルーンの材料及び厚さは、バルーンの壁を通じた熱損失を最小限にするべく、最適化され得る。
【００６７】
バルーン７０は、膜１６から形成されてもよく、膜１６は、成形され、伸張され、又はそうでなければ冷却要素の長軸に垂直な平面内で見た場合、バルーン７０が、異方的に（すなわち、非対称に）膨張するように構成される。換言すると、バルーン７０は、冷却要素１１が、バルーン７０の内部で略中心であることを保証するように、異なる量だけそれが固定されるＧＷＬ１７から半径方向に拡張し得る。この例が、図４に示されており、ここで、ＧＷＬ１７とバルーン７０の上面Ｅとの間に延びるバルーン７０の領域Ａは、ＧＷＬ１７とバルーン７０の下面Ｆとの間に延びる領域Ｂより大きい。図４及び図５の実施形態において、図５のスケールから明らかであるように、範囲Ａは、半径方向に２．３ｍｍ延び、その一方で、距離Ｂは、半径方向に０．２ｍｍ延びる。
【００６８】
使用時において、膨張流体が、バルーン７０を膨張させるべく、膨張ルーメン１８に供給される。冷却要素１１は、次に、上記の実施形態において記載されたような冷却材の拡張及び／又は蒸発によって冷却される。液体及び／又は気体であり得る冷却材の、供給ルーメン１０２から帰還ルーメン１０１への流入（設けられた場合、可能であれば、制限ルーメン及び冷却チャンバを介して）は、冷却要素の遠位端部を、それがＧＷＬ１７に固定されていない場合、振動させる。有利にも、この冷却要素１０５の振動の動きは、冷却チャンバ１０４の上及び周りの膨張流体の撹拌を増加させ、それにより、膨張流体が冷却される速度及び膨張流体の温度均一性の両方を増加させる。膨張流体は、バルーン７０の内面と接触しており、バルーン７０は、それにより膨張流体が冷却されると冷却される。バルーン７０の外面は、従って、冷却要素による膨張流体の冷却に起因して冷却される。オペレータが、十分な冷却がカテーテルに適用されていたと判断した場合、バルーン７０は、収縮ルーメンを使用して収縮され、カテーテルが次に取り出され得る。
【００６９】
カテーテルは、代替として、ＧＷＬ１７に固定される冷却要素１１で実現され得る。しかしながら、これは、バルーンに対する冷却要素の相対位置を維持するのに役立つ。バルーンの振動は、冷却要素がＧＷＬに固定されていない場合よりも低減され得るが、振動は、好ましくは、完全に防止されない。
【００７０】
好ましくは、膨張流体は、固定された体積を有する。これは、膨張流体のカテーテルからのいかなる漏出によって引き起こされるいかなる損傷も制限する。膨張流体の任意の漏出はまた、バルーン７０が膨張している場合に膨張流体の圧力を監視することによって、又は手術後の膨張流体の量が、手術の開始時の量と同じであるかを決定することによっても、検出され得る。
【００７１】
膨張流体は、好ましくは、液体である。これにより、たとえカテーテルからの漏出があるとしても、その漏出は気体ではなく液体の漏出である。膨張流体は、生理食塩水等の塩化ナトリウムを含む、塩化ナトリウム濃度約０．９％の溶液、又はより高い塩化ナトリウム濃度、好ましくは２５％の塩化ナトリウム濃度の溶液であってよい。膨張流体は、好ましくは、水をベースとし、凝固点を下げるべく、様々な添加剤を含み得る。添加剤は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、アンモニア、エタノール、プロピレングリコール、エチレングリコール、プロパノン及びブタノンのうち１又は複数を含み得る。造影剤を含む他の添加剤もまた、使用され得る。膨張流体は、また、好ましくは無菌である。膨張流体が無菌であることを保証するべく、膨張流体は、事前にパックされた袋又はカテーテルに接続されたシリンジ等の別個の容器から提供され得る。
【００７２】
膨張流体を膨張ルーメン１８へと供給するための同じ装置は、それが膨張流体を除去することによってバルーン７０を収縮させることもまた可能であるように、それの動作を逆にしてもよい。例えば、膨張流体は、シリンジのプランジャを押すオペレータによってルーメン１８内へと注入されてよい。同じシリンジがまた、プランジャを引き抜くオペレータによって膨張流体を除去するためにも使用され得る。有利にも、そのような配置は、オペレータが、プランジャ引き抜きに続いて膨張回路における混入された気泡又は血をチェックすることによって、オペレータが、膨張流体の一部でもカテーテルから漏出していたかを容易に決定することを可能にする。
【００７３】
図５は、図４のカテーテルの、Ｘ‐Ｘ'平面に沿った断面図である。冷却要素１１及びＧＷＬ１７の、バルーン７０の中心（すなわち、「縦」又は「主」）軸５０に対する配置が、模式的に示されている。冷却要素１１は、先に説明したように、帰還ルーメン１０１の内部に同軸に配置された供給ルーメン１０２を備える。冷却要素１１は、バルーン７０の中心軸５０に平行な方向にその長軸６０に沿って延びる。長軸６０は、（軸５０及び軸６０に垂直な）半径方向に距離ｄだけ中心軸５０から変位される。しかしながら、冷却要素１１は、未だに、バルーン７０の内部に略中心に配置され、バルーン７０の中心軸５０は、冷却要素１１を通って延びている。この場合、中心軸５０は、供給ルーメン１０１と帰還ルーメン１０２との間の環状領域を通って延びる。他の実施形態において、バルーン７０の中心軸５０は、供給ルーメン１０１を通って延びてよい。長軸６０は、通常、中心軸５０から、０．５ｍｍ未満、より典型的には０．１ｍｍと０．４ｍｍとの間だけ半径方向にずれている。
【００７４】
バルーン７０の中心軸５０と、冷却要素１１の長軸６０との間の離間距離ｄは、冷却要素１１が、周囲の膨張流体を冷却する場合、バルーン７０の（対向する端Ｅ及び端Ｆを含む）表面が均一に冷却されるように、膨張流体に対するＧＷＬ１７の増大した熱抵抗が補償されるように選択される。
【００７５】
ＧＷＬ１７は、中心軸５０が、ＧＷＬを通って延びないように、バルーン７０に対して略中心からずれて設けられる。ＧＷＬ１７の外側は、通常、少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは０．５から１．８ｍｍだけ中心軸５０から半径方向にずれている。
【００７６】
スケールが、また、図５に示され、実施形態に係る可能な配置の例を図示する。スケールは、バルーン７０の対向する端Ｅ及び端Ｆから延びる。この実施形態において、３ｍｍ直径の膨張したバルーン７０は、１．０ｍｍ直径の帰還ルーメン１０１の内部に設けられる０．４ｍｍ直径の供給ルーメン１０２を有する冷却要素１１を収容する。０．５ｍｍ直径のＧＷＬ１７も設けられる。図示されているように、帰還ルーメン１０１は、端Ｅから１．３ｍｍから２．３ｍｍまで延び、バルーン７０の端から１．８ｍｍの距離にその長軸６０を有する。バルーンは、１．５ｍｍの半径を有し、バルーン７０の中心軸５０と冷却要素１１の長軸６０との間の距離ｄは、この場合０．３ｍｍである。他の実施形態において、この離間は、０．１ｍｍと０．５ｍｍとの間、より好ましくは０．２ｍｍと０．４ｍｍとの間であり得る。
【００７７】
図５に見られるように、ＧＷＬ１７は、それが冷却要素１１の外側と接触するように、端Ｅから約２．３ｍｍから２．８ｍｍまで延びる。膨張流体が、冷却要素１１及びＧＷＬ１７の外側を囲み、ＧＷＬ１７の外側とバルーン７０との間の２．８ｍｍから３．０ｍｍまでの領域を含む、バルーン７０の内部に示されている残りの体積を満たす。代替的な実施形態において、ＧＷＬ１７は、バルーン７０の表面を形成するフレキシブル熱伝達膜１６と少なくとも部分的に接触していてよいが、しかしながら、好ましくは、ＧＷＬ１７は、膜１６に取り付けられていない。
【００７８】
図６は、血管の標的部分を冷却するべく、本明細書で記載された実施形態に従って、カテーテルを使用するための例示的なシステムの図である。具体的に記載された構成要素の幾つかは、システムの動作に必須でなくてよいが、文脈のためだけに記載されていることは理解されるであろう。適切であり、機能的に類似の又は同等の構成要素が、交換可能に使用されてよい。
【００７９】
システムは：
‐冷却材シリンダー１００１と、
‐圧力調整器１００２と、
‐トライコネクタ１００４と、
‐真空ポンプ１００５と、
‐膨張デバイス１００３と、
‐カテーテルシャフト１００６とを備える。
【００８０】
図６において図示されていないが、システムは、また、本明細書において記載される実施形態の何れかに従って、カテーテル端部も備える。
【００８１】
冷却材シリンダー１００１は、冷却材の供給を制御するためのディップ管及びスピゴットバルブを有する。フレキシブルな高圧ホースが、冷却材シリンダーを圧力調整器１００２に接続する。圧力調整器からの注入管は、トライコネクタ１００４に接続する。また、トライコネクタに接続されているのは、膨張デバイス１００３に接続された膨張チューブ及び真空ポンプ１００５に接続された真空管である。トライコネクタは、注入管、真空管及び膨張チューブを互いに分離するように保持する。トライコネクタは、また、カテーテルシャフト１００６に接続し、それにより、カテーテルと、冷却材供給、真空ポンプ、及び膨張デバイスとの間の流体連結及び／又は気体連結をサポートする。
【００８２】
システムは、また、液体冷却剤がカテーテルに入る前にそれを冷却するべく、図６に図示されていない熱交換器を含み得る。これは、冷却材が患者の体内の温かい環境に入るにつれてそれが煮沸することを防止するであろう。熱は、冷凍回路又はペルチェクーラーを使用することによって、液体冷却剤から除去され得る。
【００８３】
システムは、当該システムがソフトウェア制御され得るようにコンピュータを更に備えてよく、当該コンピュータは、１又は複数の制御、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース等のユーザインタフェースを有する。システムは、また、１又は複数のセンサから受信される信号に基づいて、温度及び／又は圧力の監視のためのアセンブリを更に含み得る。
【００８４】
膨張デバイス１００３は、プランジャが押される場合に、膨張流体をカテーテルシャフト１００６へと流入させることによって動作する。膨張デバイスは、また、プランジャが引き抜かれる場合に膨張流体がカテーテルからデバイスへと流れて戻ることから、収縮デバイスでもある。膨張デバイスは、代替として、電気ポンプであってよい。
【００８５】
電気真空ポンプであってよい真空ポンプ１００５は、冷却材の帰還ルーメンに動作する。真空ポンプ１００５は、有利に、冷却要素の帰還ルーメン及び／又は冷却チャンバにおいて圧力を低下させ、それにより、発生する冷却材の相変化の量を増加させる。真空ポンプ１００５は、また、（提供された）供給ルーメン及び冷却チャンバにおける冷却材が、帰還ルーメンへと流れることを保証する。
【００８６】
真空ポンプ１００５を帰還ルーメンに適用することの更なる利点は、帰還ルーメンの圧力が、体内の通常の血圧よりも比較的低いことである。使用時において、帰還ルーメンが漏出した場合、これは、冷却材が流れ出るよりもむしろ、血液が帰還ルーメンへと流れる結果をもたらす。真空ポンプ１００５は、それにより、カテーテルの安全性を改善する。
【００８７】
システムは、また、膨張デバイス１００３と別個に、トライコネクタへの追加の別個の接続を通してカテーテルシャフト１００６と流体連通している収縮デバイスを備えてよい。収縮デバイスは、電気真空ポンプ等の真空ポンプであってよい。
【００８８】
カテーテルの動作に影響を与える変数は、膨張したバルーンの圧力及びバルーンの外面の温度である。これらの両方は、図６のシステムが操作されるような方法によって制御可能である。バルーンの圧力は、膨張デバイス１００３によって膨張流体の量、及び圧力を制御することによって制御可能である。バルーンの外面の温度は、冷却要素の温度、及び冷却要素がどのくらいの期間、膨張流体を冷却してきたかの両方に依存する。冷却要素の温度は、カテーテルへと流れる冷却材の圧力及び量を制御することによって制御可能である。膨張流体が冷却要素によって冷却される時間の長さは、いつ、システムオペレータがカテーテルへの冷却材の流れを開始し、カテーテルへの冷却材の流れを停止するかによって容易に制御される。
【００８９】
好ましくは、バルーンの圧力は、５ＡＴＭ（５０７ｋＰａ）より低く維持され、通常、３．５ＡＴＭ（３５５ｋＰａ）と４．５ＡＴＭ（４５６ｋＰａ）との間であるが、３ＡＴＭ（３０４ｋＰａ）又は１ＡＴＭ（１０１ｋＰａ）まで低くてよい。再狭窄又は閉塞をもたらす血管において起こる反応のリスクを低減するべく、有効な治療のためにバルーン圧は可能な限り低いことが望ましい場合がある。高圧凍結療法の適用に対する短期的反応は、また、平滑筋細胞の増殖であることが多く、危険な可能性がある。細胞をかなり切除することなくプラーク及び血管から熱を除去するために、組織界面温度は、所望の範囲内において維持されることが好ましい。本文献の全体に亘って、全ての圧力は、ゲージ圧として、つまり気圧を上回る圧力として与えられていることに留意されたい。
【００９０】
バルーンの外面の温度は、適用を考慮して適切な範囲内に維持される。例えば、凍結療法のため、温度は、＋１５℃（２８８Ｋ）と−３５度（２３８Ｋ）との間で維持されることが好ましく、０℃と−３０℃との間（２７３Ｋから２４３Ｋ）で維持されることがより好ましい。心房細動（及び組織切除が必要とされる他の用途）に関して、温度は、通常約−８０℃（１９３Ｋ）だが、だいぶより低く、例えば、−５０℃と−９０℃との間（２２３Ｋと１８３Ｋとの間）であってよい。
【００９１】
正確な温度は、標準的技法に従って、治療用途に依存する。バルーンの種類及び熱負荷に応じて、内側バルーン温度と外側バルーン温度との間において、約１０℃から４０℃の温度差があってよく、これは、システムを制御する場合に補償され得る。
【００９２】
好ましくは、センサが、フィードバック制御システムにおける温度及び圧力を監視し、それにより、制御するべく、バルーンにおいて、又は単にバルーンの内部等、カテーテル端部において、又はカテーテル端部の近くにおいて内部に提供される。例えば、熱電対が、ＧＷＬ又は冷却材帰還管に固定され、バルーン内部の温度を測定してよい。１又は複数の更なる熱電対が、バルーン組織界面温度を測定するべく、バルーンの内面又は外面に取り付けられてよい。加えて、圧力センサが、バルーンの内部に配置され、バルーン内の圧力を正確に監視し、それにより制御してよい。圧力センサは、流れの無い開放された油圧管であってよく、或いは、インフレータの近くの膨張回路において位置決めされてもよく、そうすることによって管内の流体圧力は、カテーテルの外側で測定される。圧力センサは、また、圧電トランスデューサ、光ファイバートランスデューサ又は他の種類のセンサであってもよい。圧力センサ及び流量計もまた、圧力及び冷却材の流れを測定するべく、冷却材回路において位置決めされてもよい。
【００９３】
温度及び圧力信号の両方が、バルーン圧及び／又は表面温度が所望の範囲内に留まるように、冷媒流を制御するために使用され得る。圧力トランスデューサは、また、異常圧を検知することによって、カテーテル内におけるいかなる漏出も検出するために使用されてもよい。温度センサは、また、バルーンによって血管閉塞を検出するために使用されてもよい。
【００９４】
先に記載されたように、カテーテルは、また、バルーン内において、膨張流体又は固化した膨張流体を加熱するための手段も含んでよい。有利に、これは、凍結している膨張流体が、必要な場合に迅速に解凍することを可能にする。
【００９５】
センサ、加熱するための手段及びカテーテルの遠位端部における任意の他のデバイスを支持するべく、システムは、電源を提供し、信号を制御し、センサ信号をデータへと変換するように構成された、１又は複数の電源、データインタフェース、又は他の信号処理ユニットへのコネクタを更に含んでよい。電気配線は、ルーメンと一緒に、又はカテーテルシャフトの外側に沿ってカテーテルシャフトに収納されてよい。
【００９６】
膨張流体の体積は、固定されており、かつ、小さいことが好ましい。これは、いかなる漏出によって引き起こされる損傷も最小化する。バルーンを膨張させるための膨張流体の注入は、例えば、ボタンを押すオペレータによって、自動的に制御され、実行されてよい。代替として、膨張流体は、手動で注入されてよい。
【００９７】
既知の技術に従って、カテーテルの１又は複数の部分は、Ｘ線不透過性であってよく、及び／又はＸ線不透過性マーカを含んでもよい。これは、カテーテルのオペレータを援助する。
【００９８】
冷却要素は、通常、帰還ルーメンの内部に設けられる供給ルーメンによって特徴付けられる。供給ルーメンは、帰還ルーメンの内部に中心に位置決めされ得るが、これは、必須ではない。供給ルーメンは、代替として、帰還ルーメンの側面に沿って位置してもよく、又は、その帰還ルーメンの内部の位置が、変化し得るように、帰還ルーメンに決して固定されなくてもよい。
【００９９】
本発明の更なる実施形態が、細長い冷却要素がまたガイドワイヤルーメンであるものを含む。例えば、冷却要素自体は、別個のガイドワイヤルーメンが必要とされないように、ガイドワイヤを受け入れるように構成されてよい。冷却要素が、供給ルーメンの内部に設けられた帰還ルーメンを備える実施形態において、供給ルーメン又は帰還ルーメンの何れかが、ガイドワイヤを受け入れるように配置されてよい。これは、設計を簡略化する利点を提供し、それにより、より構造的な支持を提供するだけではなく、シャフトの全体的なサイズが低減されることを可能にする。
【０１００】
更なる実施形態は、上記のように、実施形態に対して作成され得る多数の修正及び変化形を含む。特に、図において提供されている全ての寸法は、おおよそであって、実施形態は、異なる寸法を持つカテーテル設計を含む。更に、寸法は、治療されている人又は動物のサイズに応じて変化してもよい。本文献の全体に亘って、様々な特徴が、ルーメン及び管として記載されている。これらの用語は、交換可能に使用されてよく、上記特徴は、また、導管として見なされてよい。
【０１０１】
上述の実施形態において、冷却要素は、シャフトの当接端部と実質的に直線であり、同一線上にあることが好ましい。冷却要素は、剛性及び非フレキシブルであってよい。しかしながら、冷却要素は、それが、曲がることができるように、フレキシブルであることが好ましい、なぜなら、バルーンが、動脈の湾曲部分に位置決めされる場合に適切であるからである。
【０１０２】
上記のシステムの動作において、動作温度及び圧力が提供される。しかしながら、実施形態は、これらの動作温度及び圧力に決して限定されない。更に、動作温度及び圧力は、応用に応じて変化してよい。特に、実施形態はカテーテル、及びカテーテルをサポートする、国際公開第２０１２／１４０４３９  Ａ１においての開示に従って操作されるシステムを含み、それの全体のコンテンツが、参照することにより本明細書に取り込まれている。
【０１０３】
実施形態に係るバルーンは、血管形成のために使用されるバルーンより薄い膜を有し得る。しかしながら、実施形態は、また、バルーンが、冷却管における漏出の場合に二次バリアとして有利に機能するように、血管形成において使用されるものと同じ厚さのバルーンを使用することを含む。
【０１０４】
本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮すること、及び本明細書で開示されている実施形態を実施することによって、当業者にとって明らかになるであろう。本明細書及び例は、以下の請求項で示される本発明の真の範囲及び主旨を持ち、例示的だけであるとして考慮されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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