(57)【要約】  冷凍アブレーション装置が、組織へのエネルギー伝達を促進する遠位エネルギー供給部分を有し、その結果、組織目標温度をより早く達成する。エネルギー供給部分は、第１の熱交換領域と、第１の熱交換領域とは異なる熱交換効率を有する第２の熱交換領域とを有する。第１の熱交換領域は、周囲の組織と接触している凍結探針の半径方向の一部分又は長さに沿って、増加した表面積を有し得る。熱交換領域は、熱接触表面積を増加させ、組織への極低温エネルギーを増進させるように働く隆起線、荒肌面、ねじ山、及びマイクロチューブを有していてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織を処置するための冷凍アブレーション装置であって、
遠位エネルギー供給部分及び遠位先端を有する細長いシャフトと、
冷媒を前記遠位先端へ向けて移送するために前記遠位エネルギー供給部分を通して延びる少なくとも１つの能動ルーメンと、
前記冷媒を前記遠位先端から運び去るために前記遠位エネルギー供給部分を通して延びる少なくとも１つの帰還ルーメンと
を有する装置において、
前記遠位エネルギー供給部分が、第１の熱交換領域と、前記第１の熱交換領域とは異なる熱伝達効率を有する第２の熱交換領域とを有する
装置。
【請求項２】
前記第１の熱交換領域が、前記第２の熱交換領域とは異なる表面積を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の熱交換領域が前記第２の熱交換領域より遠位にあり、前記第１の熱交換領域が、前記第２の熱交換領域の表面積より大きな表面積を有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の熱交換領域の外側表面が、隆起線、溝、襞、及びねじ山から構成されるグループから選択される外部フィーチャを有する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の熱交換領域が第１の長さを有し、前記第１の長さが１〜６ｃｍの範囲にある請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の熱交換領域が第１の長さを有し、前記第２の熱交換領域が第２の長さを有し、前記第１の長さが前記第２の長さとは異なる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記細長いシャフトが剛体である請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の熱交換領域の内側表面が実質的に平滑で隆起線のない請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記外部フィーチャが襞であり、２〜５ｍｍの範囲の特有の高さを有する請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の熱交換領域が前記第２の熱交換領域より遠位にあり、それによって前記熱交換効率が前記細長いシャフトの前記遠位エネルギー供給部分に沿って長手方向に一様でない請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の熱交換領域が、前記細長いシャフトの前記エネルギー供給部分の第１の円弧部分に相当し、前記第２の熱交換領域が、前記細長いシャフトの前記エネルギー供給部分の第２の円弧部分に相当し、それによって前記熱交換効率が前記細長いシャフトの前記遠位エネルギー供給部分の円周の周りで一様でない請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の熱交換領域が、前記第２の熱交換領域の表面積より大きい表面積を有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の熱交換領域の外側表面が、隆起線、溝、襞、及びねじ山から構成されるグループから選択される外部フィーチャを有する請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の円弧部分が前記遠位エネルギー供給部分の円周の１／４〜３／４に及んでいる請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
組織を処置するための閉ループ、単一相、液体冷媒冷凍アブレーション・システムであって、
前記液体冷媒を初期圧力及び初期温度で保持する容器と、
前記液体冷媒の圧力を所定の圧力まで上昇させ、それによって圧縮液体冷媒を形成するように作動可能な液体ポンプと、
前記圧縮液体冷媒を、前記初期温度より低い所定の極低温温度まで冷却するように作動可能な冷却機構と、
前記冷却機構に連結され、前記圧縮液体冷媒を受け入れるようになされた凍結探針であって、該冷凍探針は、遠位エネルギー供給部分と遠位先端とを有する細長いシャフトを更に有し、前記エネルギー供給部分が、少なくとも１つの冷却ルーメン及び少なくとも１つの帰還ルーメンを有し、前記液体冷媒が前記冷却ルーメンを通って前記遠位先端へ向かって流れ、前記帰還ルーメンを通ってそこから流れ去り、また前記少なくとも１つのルーメンが前記容器に流体連結され、それによって前記冷媒が前記ループに沿って移送されるときに前記液体冷媒が蒸発することなく前記液体冷媒の前記ループが完結する凍結探針と
を有するシステムにおいて、
前記遠位エネルギー供給部分が、前記組織と前記遠位エネルギー供給部分との間の熱交換を向上させる第１の外部形状を有する第１の熱交換領域を有する
システム。
【請求項１６】
前記第１の外部形状が、隆起線及びねじ山から構成されるグループから選択される請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記遠位エネルギー供給部分が、前記第１の外部形状とは異なる形状を有する第２の熱交換領域を有する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの冷却ルーメンが、軸方向に延びる複数の冷却マイクロチューブであって、前記遠位エネルギー供給部分の前記第１の熱交換領域の円周のあたりに配置された複数の冷却マイクロチューブを有する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記所定の極低温温度が−１４０℃以下である請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記初期圧力が０．２〜１．５ＭＰａであり、前記所定の圧力が０．６〜２．０ＭＰａである請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
組織にエネルギーを適用する冷凍アブレーション方法であって、
前記凍結探針の前記遠位部分を前記組織の近傍に配置するステップと、
前記遠位部分の第１の領域の周りに前記組織に接触させて第１の氷結構造を形成するステップであって、前記遠位部分の前記第１の領域を通して極低温エネルギーを適用することによって前記第１の氷結構造を形成するステップと、
前記遠位部分の第２の領域の周りに前記組織に接触させて第２の氷結構造を形成するステップであって、前記遠位部分の前記第２の領域を通して極低温エネルギーを適用することによって前記第２の氷結構造を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２２】
前記第１の氷結構造が前記第２の氷結構造とは異なる寸法を有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の氷結構造の形状が、円筒、球、及び卵形から構成されるグループから選択される１つの形状である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
組織に極低温エネルギーを適用するための冷凍アブレーション方法において、
冷媒容器の出口から始まって、エネルギー供給遠位部分を有する第１の凍結探針を通り、前記冷媒容器の入口へと戻る第１の流路に沿って液体冷媒を流すステップであって、前記液体冷媒は前記第１の流路に沿って液体だけの状態に留まっているステップと、
前記第１の凍結探針の前記遠位部分を前記組織の近傍に配置するステップと、
前記第１の凍結探針の前記遠位部分に沿って延びる第１の熱交換領域を通して前記組織へ極低温エネルギーを伝達するステップと、
前記第１の凍結探針の前記遠位部分に沿って延びる第２の熱交換領域を通して前記組織へ極低温エネルギーを伝達するステップと
を含む方法。
【請求項２５】
第１の熱交換領域を通して前記組織へ極低温エネルギーを伝達する前記ステップが、第１の表面積を通してエネルギーを供給するステップを含み、また前記第１の表面積が前記第２の熱交換領域の第２の表面積より大きい請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の表面積が隆起線を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記配置するステップが、内視鏡、可視化機構、及び操作機構から構成されるグループから選択される１つの機構を介して行われる請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の表面積が前記第２の表面積より少なくとも１．１〜３．０倍大きい請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも第２の凍結探針を前記組織に挿入するステップを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の凍結探針の前記第１の熱交換領域及び前記少なくとも第２の凍結探針の前記第１の熱交換領域のうちの少なくとも１つを操作するステップであって、それによって前記第１の凍結探針の前記第１の熱交換領域が前記少なくとも第２の凍結探針の前記第１の熱交換領域に対向するステップを更に含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１０年１０月２７日付けで出願された米国特許仮出願第６１／４０７，１６８号、題名「Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ａｒｅａ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃｒｙｏａｂｌａｔｉｏｎ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、米国国立保健研究所によって付与された認可番号第１Ｒ４３ＣＡ１４１９８９−０１−０１号の下で政府の支援によって行われた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、生体組織を処置する冷凍アブレーション装置に関し、より詳細には、改良された熱交換遠位端部分を有する冷凍アブレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
冷凍手術療法は、処置する目標生体組織を適切に凍結させるために、極めて低い温度、及び複雑な冷却システムの適用を必要とする。これらシステムの多くは、隣接するいずれの健康な組織又は器官にも望ましくない影響を与えずに、組織の選択された部分に接触するように設計された特別な形状及び寸法を有する凍結探針又はカテーテルを使用する。極度の凍結が、凍結探針の遠位端部の中を通すある種のタイプの冷却剤によって生成される。凍結探針の遠位面は、望ましくは、処置する目標生体組織と直接熱的接触を行う。
【０００５】
しかし、多くの状況において、生体装置の冷凍アブレーションは、凍結探針と直接熱的接触状態にない目標組織内に所望の目標温度を必要とする。そのような状況では、実際の凍結探針又は極低温カテーテルから目標組織が存在する距離が重要である。例えば、撮像（例えば、超音波、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴）によって認識される深い癌性腫瘍は、一般に、−４０℃の目標温度までの、介在受動融解サイクルを伴う２回の凍結サイクルによって死滅する。腫瘍全体に−４０℃の目標温度を達成するのが早いほど、腫瘍に対する各凍結の致死率又は細胞障害性が高くなる。腫瘍の直径の１センチメートル毎にほぼ１つの凍結探針を想定すると、現在の臨床極低温技術では、通常の凍結時間は、５分の中間受動融解を伴い各最大１０分、合計で最大２５分である。それによって、全ての腫瘍縁を越えて目標温度−４０℃を達成するには、０℃の可視氷結縁が、一般に、腫瘍縁から１ｃｍ以上延出する必要がある。これら手法の速度を向上し、凍結探針からより深く離れた組織への目標温度の熱伝導を向上し、その上、目標腫瘍体積全体を扱うのに必要な凍結探針の数を限定することに大きな必要性がある。
【０００６】
例えば、液体窒素及び亜酸化窒素タイプのシステムを含む、様々な既知の冷凍手術システムがある。液体窒素は約−２００℃の極めて望ましい低温を有するが、その液体窒素が、周囲の暖かい生体組織と熱的接触をしている凍結探針の遠位凍結領域に導入されると、その温度が沸騰温度（−１９６℃）を超えて上昇し、液体窒素は、蒸発し、大気圧では体積で数百倍に膨張し、凍結探針の遠位端部から熱を急速に吸収する。この体積の膨大な増加は、微細針の内部空間が気体窒素によって「詰まらされる」と、「ベーパ・ロック」作用を生じる。更に、これらのシステムでは、気体窒素は、使用中、大気に単に直接廃棄され、手術室内の大気中の水分に曝されると結露の雲を発生し、液体窒素の貯蔵タンクを頻繁に再充填し、又は交換することを必要とさせる。
【０００７】
亜酸化窒素及びアルゴン・システムは、通常、凍結探針の先端に配設された小オリフィス、絞り、又は他のタイプの流れ狭窄部など、ジュール−トムソン（ＪＴ）膨張要素を通して加圧ガスを膨張させることによって、冷却を達成する。例えば、通常の亜酸化窒素システムは、約０．１ＭＰａの圧力で最低約−８５〜−６５℃の温度に達するために、ガスを約５〜５．５ＭＰａに加圧する。アルゴンでは、約２１ＭＰａの初期圧力により、同じ０．１ＭＰａの圧力で約−１６０℃の温度が達成される。亜酸化窒素冷却システムは、液体窒素システムによって実現される温度及び冷却力を達成することはできないが、室温で高圧ガスを取り入れるので、いくつかの利点を有する。亜酸化窒素又はアルゴンが、探針先端のジュール−トムソン絞り要素又は他の膨張機構に達するとき、軸及び延長ホースに沿った冷却が限られ、それによって、それらシステム構成要素の重度の断熱の必要性が排除される。しかし、比較的高い初期圧力と共に、低さが不十分な作動温度のために、冷凍手術の適用は厳しく制約される。
【０００８】
更に、ジュール−トムソン・システムは、通常、圧縮ガスを膨張させることによって必要な温度降下を達成するために、出て行く膨張ガスを利用して入ってくる高圧ガスを冷却する熱交換器を使用する。これら熱交換システムは、直径で３ｍｍ未満である必要がある探針先端の所望の小寸法に適合しない。アルゴン・システムは、望ましい冷凍アブレーション温度を達成することができるが、アルゴン・システムは、十分な冷却力をもたらさず、極めて高いガス圧力及び大きい体積を必要とする。これら制約は、実際の臨床用途には極めて望ましくない。
【０００９】
別の冷凍アブレーション・システムは、臨界又は超臨界状態近傍の液体を使用する。そのような冷凍アブレーション・システムが、米国特許第７，０８３，６１２号及び第７，２７３，４７９号に記載されている。これらシステムは、以前のシステムに勝るいくつかの利点を有する。利点は、気体のような粘性を有する流体によって生じる。窒素の臨界点近傍の作動状態を有することにより、システムは、良好な熱容量を実現したままで、上記の望ましくないベーパ・ロックを回避することが可能になる。更に、そのような極低温システムは、小さなチャネルの探針を使用することができる。
【００１０】
しかし、冷凍アブレーション・システムに近臨界冷寒剤を使用することからは課題が生じる。詳細には、窒素がその臨界点を一旦超えると窒素に著しい密度変化やはりあり（約８倍）、その結果、機器を長時間予冷却する必要を生じる。熱容量は臨界点の近傍でのみ高く、システムは、より高い温度では、長い予冷却時間を必要とし極めて非効率である。更に、システムは、凍結探針を効率的に暖めない（又は融解しない）。更に、近臨界冷寒剤システムは、創出し極低温で作動させるのがより難しい特化した極低温ポンプを必要とする。
【００１１】
更に他のタイプの極低温システムが特許文献に記載されている。米国特許第５，９５７，９６３号、第６，１６１，５４３号、第６，２４１，７２２号、第６，７６７，３４６号、第６，９３６，０４５号、及び２００８年１１月１９日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４が、柔軟な可撓性の凍結探針を記載する。ジュール−トムソン効果を伴う液体窒素、亜酸化窒素、アルゴン、クリプトン、及び他の冷寒剤、又はそれらの様々な組合せを供給する冷凍手術システムを記載する特許の例には、米国特許第５，５２０，６８２号、第５，７８７，７１５号、第５，９５６，９５８号、第６０７４５７２号、第６，５３０，２３４号、及び第６，９８１，３８２号が含まれる。
【００１２】
別のタイプの凍結探針が、Ｖａｎｃｅｌｅｔｔｅに対する米国特許公開第２００８０１１９８４０号に記載されている。凍結探針先端は、その内側及び外側表面に襞状、波型、又は別様の尾根式形状を有することによって表面面積が増加している。但し、凍結探針は、製造が困難であり得る複雑な管状断面を有するものとして示されている。Ｖａｎｃｅｌｅｔｔｅに示される管部分の複雑な断面は、冷媒の復路を複雑になし得、それによって、探針内側の熱交換をより非効率にする。
【００１３】
上記の特許文献に拘らず、目標生体組織の選択的冷却を達成する小さな寸法及び形状を有する改良型冷凍アブレーション装置が更に望まれる。組織への接触点から数ミリメートルの距離で、目標組織を細胞傷害温度へより急速に冷却することが、極めて重要であるが、冷却容量又は低い探針表面温度によって達成はされない。液体窒素、近臨界、又は単一相液体冷却システムなど、高冷却容量を有する極低温システムは、より速くより高信頼度の冷凍アブレーション手法を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第７，０８３，６１２号
【特許文献２】米国特許第７，２７３，４７９号
【特許文献４】米国特許第５，９５７，９６３号
【特許文献５】米国特許第６，１６１，５４３号
【特許文献６】米国特許第６，２４１，７２２号
【特許文献７】米国特許第６，７６７，３４６号
【特許文献８】米国特許第６，９３６，０４５号
【特許文献９】国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４
【特許文献１０】米国特許第５，５２０，６８２号
【特許文献１１】米国特許第５，７８７，７１５号
【特許文献１２】米国特許第５，９５６，９５８号
【特許文献１３】米国特許第６０７４５７２号
【特許文献１４】米国特許第６，５３０，２３４号
【特許文献１５】米国特許第６，９８１，３８２号
【特許文献１６】米国特許公開第２００８０１１９８４０号
【特許文献１７】米国特許出願第１２／４２５，９３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
熱的に処置される目標生体組織に直接接触するように配置することができ、管理された時間の間目標組織に氷結球を形成することができ、冷凍手術処置の効果を増進する先端を有する改良型冷凍アブレーション装置がなおも望まれる。
【００１６】
単一相液体冷媒によって作動することができる冷凍アブレーション先端を有する改良型冷凍アブレーション装置がなおも望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
組織を処置する冷凍アブレーション装置が、遠位エネルギー供給部分及び遠位先端を有する細長いシャフトと、冷媒を遠位先端へ向けて移送するために遠位エネルギー供給部分を通して延在する少なくとも１つの能動ルーメンと、冷媒を遠位先端から運び去るために遠位エネルギー供給部分を通して延在する少なくとも１つの帰還ルーメンとを備える。遠位エネルギー供給部分が、第１の熱交換領域と、第１の熱交換領域とは異なる熱伝達効率を有する第２の熱交換領域とを備え、それによって、熱交換効率が、細長いシャフトの遠位エネルギー供給部分に沿って長手方向に変化する。
【００１８】
別の実施例では、第１の熱交換領域が、第２の熱交換領域とは異なる表面積を有し得る。第１の熱交換領域が第２の熱交換領域より遠位にあり得、第１の熱交換領域が、第２の熱交換領域の表面積より大きな表面積を有する。
【００１９】
別の実施例では、第１の熱交換領域が第１の長さを有し、第１の長さが２〜６ｃｍの範囲にある。
【００２０】
別の実施例では、第１の熱交換領域が第１の長さを有し、第２の熱交換領域が第２の長さを有し、第１の長さが第２の長さとは異なる。第１の熱交換領域の外側表面が、隆起線（ｒｉｄｇｅｓ）、溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）、及びねじ山（ｔｈｒｅａｄｓ）から構成されるグループから選択される外部フィーチャ又は手段を有し得る。
【００２１】
別の実施例では、外部フィーチャが襞（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎｓ）であり、２〜５ｍｍの範囲の特徴的高さを有する。細長いシャフトが剛又は可撓であり得、実質的に平滑で隆起線なしの内面を有し得る。内側表面は、外側表面と同じ、又は異なる表面構造を有し得る。
【００２２】
別の実施例では、組織を処置するための閉ループ、単一相、液体冷媒冷凍アブレーション・システムが、（ａ）液体冷媒を初期圧力及び初期温度で保持する容器と、（ｂ）液体冷媒の圧力を所定の圧力まで上昇させ、それによって圧縮液体冷媒を形成するように作動可能な液体ポンプと、（ｃ）圧縮液体冷媒を所定の極低温温度まで冷却するように作動可能な冷却機構であって、所定の極低温温度が初期温度より低い、冷却機構と、（ｄ）冷却機構に連結され、圧縮液体冷媒を受け入れるようになされた凍結探針とを備える。凍結探針が、遠位エネルギー供給部分及び遠位先端を有する細長いシャフトを更に備える。エネルギー供給部分が、少なくとも１つの冷却ルーメン及び少なくとも１つの帰還ルーメンを備え、液体冷媒が、冷却ルーメン及び帰還ルーメンそれぞれを通って遠位先端へ向かって流れ、そこから流れ去り、少なくとも１つのルーメンが容器に流体連結され、それによって、冷媒がループに沿って移送されるとき液体冷媒が蒸発することなしに、液体冷媒のループが完結する。遠位エネルギー供給部分が、組織と遠位エネルギー供給部分との間の熱交換を向上させる第１の外部形状を有する第１の熱交換領域を備える。第１の外部形状は、隆起線、襞、及びねじ山から構成されるグループから選択される。遠位エネルギー供給部分は、第１の外部形状とは異なる形状を有する第２の熱交換領域を備え得る。
【００２３】
別の実施例では、少なくとも１つの冷却ルーメンが、軸方向に延在する複数の冷却マイクロチューブを備え、その複数のマイクロチューブが、遠位エネルギー供給部分の実効表面積を増加させる。マイクロチューブは撚り合わせた束の形態でもよい。別の実施例では、マイクロチューブは、遠位エネルギー供給部分の円周を巡って離隔配置されている。所定の極低温温度は、−１４０℃以下であり得る。初期圧力は、０．２〜１．５ＭＰａであり得、所定の圧力は０．６〜２．０ＭＰａであり得る。
【００２４】
別の実施例では、組織に極低温エネルギーを加える冷凍アブレーション方法が、冷媒容器の出口に始まり、エネルギー供給遠位部分を有する凍結探針を通り、冷媒容器の入口へ戻る第１の流路に沿って、液体冷媒を流すステップであって、液体冷媒が、第１の流路に沿って終始液体状態に留まるステップを含む。凍結探針の遠位部分が組織の近傍に配置される。極低温エネルギーが、凍結探針の遠位部分に沿って延在する第１の熱交換領域を通して組織へ伝達される。極低温エネルギーが、凍結探針の遠位部分に沿って延在する第２の熱交換領域を通して組織へ伝達される。第１の熱交換領域を通して組織へ極低温エネルギーを伝達するステップが、第１の表面積を通してエネルギーを供給するステップを含み得、第１の表面積は、第２の熱交換領域の第２の表面積より大きい。第１の表面積は、第２の領域の表面積より少なくとも１．１〜３．０大きくなり得る。第１の表面積は、隆起線を含み得る。又、配置するステップが、内視鏡、可視化機構、及び操作機構から構成されるグループから選択される１つの機構を介して行われ得る。
【００２５】
別の実施例では、複数の凍結探針が組織に挿入される。第１の凍結探針の第１の熱交換領域、及び少なくとも第２の凍結探針の第１の熱交換領域を、第１の凍結探針の第１の熱交換領域が、少なくとも第２の凍結探針の第１の熱交換領域に対向するように、回転することができる。
【００２６】
別の実施例では、組織にエネルギーを加える冷凍アブレーション方法が、凍結探針の遠位部分を組織の近傍に配置するステップと、遠位部分の第１の領域の周りに組織に接触させて第１の氷結構造を形成するステップであって、遠位部分の第１の領域を通して極低温エネルギーを加えることによって、第１の氷結構造を形成するステップと、遠位部分の第２の領域の周りに組織に接触させて第２の氷結構造を形成するステップであって、遠位部分の第２の領域を通して極低温エネルギーを加えることによって、第２の氷結構造を形成するステップとを含む。第１の氷結構造は第２の氷結構造とは異なる寸法を有し得る。
【００２７】
別の実施例では、第１の氷結構造の形状が、円筒、球、及び卵形から構成されるグループから選択される１つの形状である。
【００２８】
本発明の説明、目的、及び利点が、添付図面と併せて、以下の詳細な記述から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】冷凍アブレーション・システムに使用される液体冷媒の冷却サイクルに対応する状態図である。
【図２】圧力の関数としての液体窒素の蒸発温度の線図である。
【図３】凍結探針内に複数のマイクロチューブを備える、冷凍アブレーション処置用の冷却システムの概略図である。
【図４Ａ】本発明による凍結探針の遠位部分の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示された遠位先端の拡大図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示された凍結探針の移行部分の拡大図である。
【図４Ｄ】図４Ａに示された凍結探針の端面図である。
【図４Ｅ】液体冷媒を凍結探針の遠位先端へ運び、そこから戻す複数のマイクロチューブを示す、線４Ｅ−４Ｅに沿って取った断面図である。
【図５】ある形状の氷結をその遠位部分に沿って生成するように働く凍結探針を備える閉ループ、単一相、液体冷媒冷凍アブレーション・システムの図である。
【図６】ある形状の氷結をその遠位部分に沿って生成するように働く凍結探針を備える閉ループ、単一相、液体冷媒冷凍アブレーション・システムの図である。
【図７】ある形状の氷結をその遠位部分に沿って生成するように働く凍結探針を備える閉ループ、単一相、液体冷媒冷凍アブレーション・システムの図である。
【図８Ａ】生体組織に挿入された凍結探針の側面図である。
【図８Ｂ】線８Ｂ−８Ｂに沿って取った図８Ａに示された凍結探針及び組織の断面図である。
【図９Ａ】改良された熱交換領域及び標準的領域を有する冷凍アブレーション装置の細長いシャフトの部分側面図である。
【図９Ｂ】冷凍アブレーション装置の様々な遠位先端形状の図である。
【図９Ｃ】図９Ａに示された冷凍アブレーション装置の細長いシャフトの周りに形成された氷結構造の図である。
【図９Ｄ】冷凍アブレーション装置用の熱交換領域の一タイプを示す図である。
【図９Ｅ】冷凍アブレーション装置用の熱交換領域の一タイプを示す図である。
【図９Ｆ】冷凍アブレーション装置用の熱交換領域の一タイプを示す図である。
【図９Ｇ】冷凍アブレーション装置用の熱交換領域の一タイプを示す図である。
【図１０Ａ】改良された熱交換領域を有する冷凍アブレーション装置を使用して設定された実験の図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示された実験設定に使用された冷凍アブレーション装置の側面図である。
【図１１】図１０Ａに示された実験設定を使用した、時間経過による氷結構造の形成を示す第１のデータ・セットの図である。
【図１２】図１０Ａに示された実験設定を使用した、時間経過による氷結構造の形成を示す第２のデータ・セットの図である。
【図１３Ａ】ＪＴ冷却標準平滑凍結探針の５分での予想氷結球成長の図である。
【図１３Ｂ】ＳＰＬＣ冷却増強表面凍結探針の５分での予想氷結球成長の図である。
【図１３Ｃ】ＪＴ冷却標準平滑凍結探針の１０分での予想氷結球成長の図である。
【図１３Ｄ】ＳＰＬＣ冷却増強表面凍結探針の１０分での予想氷結球成長の図である。
【図１４Ａ】腫瘍内での本発明の一実施例による２つの凍結探針の部分上面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示された２つの凍結探針及び組織の端面図である。
【図１５Ａ】腫瘍内に配置された２つの標準的凍結探針の部分上面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示された２つの凍結探針及び組織の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明が詳細に説明される前に、本発明の主旨及び範囲を逸脱せずに、既述された本発明に様々な変更及び修正を加えることができ、同等品を置き換えることができるので、本発明が、本明細書に述べられる特定の変形実施例に限定されることはないことを理解されたい。当業者にとってこの開示を読むと明らかになるように、本明細書に説明され例示された個々の実施例のそれぞれは、本発明の範囲及び主旨を逸脱することなく、他の複数のいずれの実施例の特徴からも容易に分離することができ、又はそれらと組み合わせることができる個々の構成要素及び特徴を有する。更に、特定の状況、物体、物の組成、プロセス、目的（複数可）に対するプロセス行為（複数可）又はステップ（複数可）、本発明の主旨又は範囲に適合するように、多数の修正を行うことができる。全てのそのような修正が、添付特許請求の範囲に包含されるものとする。
【００３１】
本明細書に記載の方法は、記載された事項順序に加えて、記載事項を論理的に可能ないかなる順序で実行してもよい。更に、値の範囲が示されている場合、その範囲の上限と下限と間に入るあらゆる値、及びその言及範囲内の任意の他の言及値又は介在値が、本発明に包含されるものと理解されたい。又、記載された本発明の変形実施例のあらゆる任意選択の特徴が、独立に、又は本明細書に記載の任意の１つ又は複数の特徴と組み合わせて主張され特許請求され得るものとする。
【００３２】
本明細書で言及される全ての既存の主題（例えば、公表物、特許、特許出願、及びハードウェア）は、その主題が本発明の主題と矛盾し得る場合（その場合は本明細書に示されたものが優先する）を除き、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
単数のアイテムへの言及は、複数の同じアイテムが存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書及び添付特許請求の範囲に使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｓａｉｄ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が他の場合を明示しない限り、複数の指示対象物を含む。特許請求の範囲は、いかなる任意選択要素も排除するように書かれ得ることに留意されたい。即ち、この言及は、請求項の要素の詳述に関する「単に」、「のみ」などのような排他的用語の使用、又は「否定的」限定の使用に対する前提基準として働くことを意図している。最後に、別様に定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術用語又は科学用語は、本発明が帰属する分野の技術者によって通常理解されるのと同じ意味を有することを理解されたい。
【００３４】
本明細書に記載される極低温技術は、目標組織体積全体に細胞障害組織温度を発生するために、多数のパラメータ、特徴、及び／又はステップを必要とする。これらは、それらに限定されないが、１．）全体冷却容量、又は適切な熱発生ワット量を除去する能力、２．）組織に接触している凍結探針又は凍結カテーテルの表面で達成可能な最低温度、３．）目標組織と接触している凍結探針又は凍結カテーテルの表面積を含む。とりわけ、この最後の特性が、冷却容量の増加及び低温度を達成するために、本明細書において説明される。
【００３５】
冷凍アブレーション治療用の冷却システムは、液体冷媒を低圧及び極低温度で使用して、凍結探針の遠位端及び除去すべき周囲の生体組織の高信頼性冷却を実現する。更に、冷却手段としての液体冷媒の使用と組み合わせて、探針の遠位部分での熱交換面積を増強することによって、冷凍アブレーションの効率を著しく高めることができる。これによって、標準的平滑表面探針技術によるよりも、１．）より早く、２．）探針からより遠くで、探針から半径方向に離れて目標温度を達成することができる。
【００３６】
冷却システムは、好ましくは、低圧及び極低温度の冷媒を使用する。例示的冷媒はＲ２１８冷媒（オクタフルオロプロパン）である。その特性のいくつかを例示するために、Ｒ２１８冷媒の状態図が図１に示される。図１の線図の軸は、Ｒ２１８の圧力ｐ及び温度Ｔに対応し、固体（ＳＯＬＩＤ）、液体（ＬＩＱＵＩＤ）、及び気体（ＧＡＳ）状態が共存する点（ｐ、Ｔ）の軌跡を表す相線１１及び１２を含む。Ｒ２１８がこの実施例に関連して示されているが、本発明は、他の液体冷媒を使用することも含み得る。
【００３７】
図１の点Ａで、冷媒は、貯蔵タンク又は容器の中で「液体−蒸気」平衡状態にある。冷媒は、約０．４ＭＰａの初期圧力ｐ０において、環境の温度、又はそれより僅かに低い温度Ｔ０を有する。閉ループ・サイクル又は冷媒流路が、液体冷媒が容器又は貯蔵タンクから出る点から始まる。冷却サイクル全体を通して冷媒は液体状態のままであり、冷寒剤が凍結探針又はカテーテルを通って流れるのに必要な圧力をもたらすために、冷媒は、約０．７〜０．８ＭＰａ（又はこの実例では約０．７５ＭＰａ）の範囲の僅かに高い圧力で維持される。これは図１の点Ｂに対応する。点Ｂは、Ｒ２１８冷媒の液体領域内にある。更に、液体は、冷却機構（それに限定さないが冷凍装置など）によって、点Ｂから点Ｃへ温度Ｔｍｉｎまで冷却され、それが図１の経路１３によって示される。この温度は、上昇圧力での冷媒の凝固温度よりいくぶん高い（暖かい）。
【００３８】
点Ｃでの冷たい液体冷媒が、冷凍アブレーション処置に使用され、処置すべき生体組織と熱的接触状態にある凍結探針の遠位端部に導入される。この熱的接触が、液体冷媒の温度上昇に至り、凍結探針の微小チャネル遠位端部の流体抵抗（インピーダンス）によって生じる点Ｃから点Ｄへの圧力降下を同時に伴う。戻る液体の温度は、その環境により上昇する。詳細には、温度は、例えばチェック・バルブなどの機構によって維持される僅かに高い圧力の下に（点Ａ＊）、周囲環境との熱的連通によって上昇する。液体冷媒を貯蔵タンクに戻す返送ライン内で液相状態を維持するために、約６ｋＰａの小さな圧力降下が望ましい。最終的に、サイクル又は流路は、液体冷寒剤が貯蔵タンクに入る点で完結する。液体冷媒の再流入は、容器のポート又は入口孔を通り、再度図１の点Ａに対応し得る。上記の冷却サイクルは、必要に応じて連続的に繰り返される。
【００３９】
いくつかの実例では、冷却機構又は冷凍装置は、その液体窒素の圧力に応じた所定の温度Ｔｍｉｎを有する加圧液体窒素中に浸された熱交換器であり得る。圧力は、約１．０〜３．０ＭＰａの範囲であり得る。液体窒素は、液体アルゴン又はクリプトンによって置き換えることができる。これらの場合、所定の温度Ｔｍｉｎは、約０．１〜０．７ＭＰａほどの低さの圧力で得られる。液体窒素の「圧力ｐ−温度Ｔ」線図の実例が、液体冷媒の必要な所定の温度Ｔｍｉｎ及び対応する圧力を定義する図２に示されている。
【００４０】
本発明の一実施例は、作動液体状態の冷媒を、閉ループ内を全く蒸発なしに冷却サイクル内を低圧低温下で循環させることである。凍結探針処置用の冷却システムが図３に概略的に示され、その場合、容器３０内で初期圧力ｐ０の液体冷媒が、環境の温度Ｔ０下で液体ポンプ３１によって圧縮される。冷却が、冷媒を蒸発させることによって達成され、その後その蒸気を高圧圧縮する通常の閉冷却サイクルとは対照的に、このポンプは、非圧縮液体に働くので寸法を極めて小さくすることができる。更に、液体冷媒は、移送ライン３６によって供給され、チェック・バルブ３７によって所定の圧力下に維持される蒸発冷寒剤３４、３５中に浸されたコイル部分３３を通して冷凍装置３２内に移送される。
【００４１】
蒸発冷寒剤は、所定の温度Ｔｍｉｎを有する。冷凍装置３２のコイル部分３３は、可撓遠位端部３１１の多管式入口流体移送マイクロチューブに流体接続され、それによって、最低作動温度Ｔｍｉｎを有する冷寒液体冷媒が、真空空間３１０を形成する真空殻３９によって封じ込められている冷寒供給ライン３８を通して凍結探針の遠位端部３１１に流入する。流体移送マイクロチューブの先端に配置された先端キャップ３１２は、供給流体移送マイクロチューブから帰還液体冷媒を入れる送出流体移送マイクロチューブへ流体移送を行う。帰還液体冷媒は、次いで、帰還冷媒の圧力を初期圧力ｐ０の僅か上まで減少させるようになされたチェック・バルブ３１３を通過する。最後に、冷媒は、ポート又は開口３１５を通って容器３０に再び入り、液体冷媒の流路を完結する。システムは、冷媒の連続的流れを実現し、図３の経路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ＊−Ａは、図１の相の物理的位置に対応する。冷媒は、開口３１７を通って容器から出る点から、開口３１５を経由して貯蔵タンク又は容器に戻る点まで、流路又はサイクル全体に沿って液体状態を維持する。
【００４２】
液体冷媒を使用する閉ループ凍結探針の実例は、２００９年４月１７日付けで出願された米国特許出願第１２／４２５，９３８号、題名「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｒｙｏａｂｌａｔｉｏｎ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」に記載されている。
【００４３】
好ましくは、最小温度（Ｔｍｉｎ）は、使用される液体冷媒の凝固温度より低くはない。冷凍手術の多くの実際の適用に関し、冷凍アブレーション手法を効率的に遂行するために、凍結探針の遠位端部の温度は、少なくとも−１００℃又はそれ以下、より好ましくは少なくとも−１４０℃又はそれ以下でなければならない。広く多様な組織除去にとって、これは、凍結探針の半径方向表面から可能な限り遠く、速く、細胞傷害温度（例えば−４０℃）を生じることに関係する。下記の表１に示されるように、約−１５０℃又はそれ以下の標準凝固温度を有することが知られている通常使用される複数の非毒性冷媒がある。
【００４４】
【表１】
2013544135.tif 000003
【００４５】
上記に示されたように、冷凍アブレーション装置の遠位部分の熱交換面積を増強することにより、現在の平滑表面技術に比較して探針表面からより遠い組織内に、又はより短い時間で、目標温度を行き渡らせることによって除去を改善することができる。上記の表から、ＳＰＬＣが、高い熱負荷又はワット量状態に対しても、低い冷寒剤温度（例えば＜−１５０℃）、並びに高い冷却容量を有することが明らかである。熱交換面積を増強する様々な手法が本明細書に記載されている。
【００４６】
「多管式遠位部分」
【００４７】
例えば、図４Ａを参照すると、凍結探針の遠位部分４００は、複数のチューブ４４０、４４２から作り上げられたエネルギー供給部分を備える。多数のマイクロチューブを通して液体冷媒を移送すると、探針の表面領域、従って処置する生体組織への熱交換速度を著しく増加させることができる。
【００４８】
熱交換を向上させる多管式装置の一実施例の断面が図４Ｃ及び図４Ｅに示されている。遠位部分４００は、２セットのチューブを備え、即ち、入口流体移送マイクロチューブ４４０と、出口流体移送マイクロチューブ４４２とである。入口流体移送チューブ４４０は、凍結探針の遠位部分へ液体冷媒を導き、探針の近傍の組織を処置するための極低温エネルギー供給領域を生成する。これら冷却（又は能動）マイクロチューブは環状構成で示されている。出口流体移送（又は帰還）マイクロチューブ４４２は、液体冷媒を目標部位から導き離す。
【００４９】
図４Ｂは、図４Ａに示されたエネルギー供給部分４００の遠位端部の拡大図である。先端キャップ４４３が、入口マイクロチューブ４４０及び出口マイクロチューブ４４２の先端部に配置され、流体移行チャンバ４４４を画成する。移行チャンバ４４４は、入口流体移送マイクロチューブと出口流体移送マイクロチューブとの間に液密接続部を形成する。先端キャップは、粘着剤又は接着剤によって固定され、流体的に封止することができる。一実施例では、ブッシング４４６が、プラグ４４８を遠位部分に取り付けるために使用される。他の製造技法を用いて、構成要素を製作し相互に連結することができ、それら技法もやはり本発明の範囲内にあるものとする。
【００５０】
図４Ｃは、複数の冷却マイクロチューブ４４０が、１つ又は複数のより大きな入口通路４６０に流体連結され、帰還マイクロチューブが、１つ又は複数のより大きな帰還通路４５２に流体連結されている移行領域４５０の拡大図を示す。帰還ライン（複数可）が、最終的に、例えば上記図３に記載された容器３０などの冷寒剤源又は容器へ液体冷媒を導き戻し、それによって、液体冷寒剤の流路又はループを完結し、冷寒剤を蒸発又は漏洩させない。
【００５１】
好ましい実施例では、入口ライン４６０は熱絶縁されている。絶縁は、コーティング、及び絶縁材で形成された層によって行うことができる。好ましい絶縁構成は、入口ラインを取り巻く排気空間、即ち真空層を設けることを含む。
【００５２】
流体移送マイクロチューブは、様々な材料から形成することができる。剛性マイクロチューブに適切な材料には、焼鈍ステンレス鋼が含まれる。可撓マイクロチューブに適切な材料には、それに限定されないが、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））が含まれる。本明細書に使用される可撓とは、過度の力を掛けることなく、又破損や著しい性能劣化を生じることなしに、使用者が望む方向に凍結探針の多管式遠位端部を曲げることができることを指すものである。これは、湾曲した組織構造の周りで凍結探針の遠位部分を操作するのに役立つ。
【００５３】
別の実施例では、可撓マイクロチューブは、−２００℃から周囲温度までの温度の全範囲で可撓性を維持する材料から形成される。別の実施例では、−２００℃〜１００℃の温度の範囲で可撓性を維持する材料が選択される。
【００５４】
流体移送マイクロチューブの寸法は様々であり得る。それぞれの流体移送マイクロチューブは、好ましくは約０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、最も好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの内径を有する。各流体移送マイクロチューブは、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ、より好ましくは０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲の壁厚を有する。
【００５５】
本発明は、標準的（例えば平滑）探針に勝る熱交換面積の増加をもたらす。本発明の一実施例での熱交換面積は、遠位端部の多管特質故に相対的に大きい。使用されるマイクロチューブの数に応じて、遠位端部は、単一シャフトを有する類似直径寸法の従来の標準的遠位端部の数倍に熱接触面積を増加させることができる。マイクロチューブの数は広範囲に変わり得る。好ましくは、シャフト遠位部分のマイクロチューブの数は、５〜１００であり、より好ましくは２０〜５０である。
【００５６】
図５〜７に見ることができるように、様々な形状の氷結構造及び氷結球５００ａ、ｂ、ｃを、凍結探針又は極低温カテーテルの可撓多管式遠位部分３１１の周りに生成することができる。遠位端部を所望の向きに曲げることによって、氷結球を所望の形状で生成することができることが分かる。これら形状は、広範囲に変わり得、例えば図５の細長体５００ａ、図６のフック５００ｂ、図７に示される完全なループ５００ｃ、又は更には密な螺旋（「ぜんまい」）をも含む。遠位自由部分のこれら形状は、開放手術用途に使用するために形成することができ、又は、腹腔鏡、ロボット、血管内、若しくは更に選択経皮用途などで、目標領域に達した後に形成することができる。又、別の多管式凍結探針を記載している２００８年１１月１９日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４００４も参照されたい。
【００５７】
凍結探針の多管式遠位端部の能力は、冷凍アブレーションを、剛性針状の用途から、それらに限定されないが、心臓外部及び内部用途、内視鏡用途、手術用具、血管内用途、皮下及び表皮用途、放射線用途、及びその他を含む、最新の診断及び治療手法を補助するために使用されるほぼあらゆる最新手段にまで広げる。
【００５８】
「増加された外側表面積」
【００５９】
本発明の別の実施例は、遠位エネルギー供給部分の外側表面を変更することによって冷凍アブレーションの効率を向上させる。目標組織と熱的接触状態にある外側表面積を増加させることによって、遠位エネルギー供給部分周りの氷結構造の形成が加速され、従って、冷凍アブレーション処置の効率が向上する。本明細書に説明されるように、氷結構造又は氷結球の形成は、冷凍アブレーション機構（例えば剛性シャフト式凍結探針）の遠位部分の外側表面の様々な構造及び設計によって増進される。
【００６０】
熱伝達効率をより良く例示するために、図８Ａ及び８Ｂを参照する。図８Ａは、例えば腫瘍などの目標組織６１０内に配置された冷凍アブレーション装置の遠位エネルギー供給部分６００の部分側面図である。
【００６１】
図８Ｂは、図８Ａの線８Ｂ−８Ｂに沿って取られた冷凍アブレーション装置６００及び組織６１０の断面図である。供給チューブ６２０及び帰還流チューブ６３０が、同心又は環状構成で示されている。２つ以上の供給及び帰還チューブを設けることができる。供給及び帰還チューブは、冷媒を冷凍アブレーション装置の遠位先端６４０へ移送し、又そこから移送する。
【００６２】
遠位エネルギー供給部分６００は、処置する組織６１０に直接接触した状態で示されている。熱は、装置の壁を通って組織６１０へ伝導される。従って、この領域に沿う外側の熱交換表面積を増加することによって、処置効果の著しい改善が行われる。
【００６３】
改良された熱交換冷凍アブレーション装置の実例が図９Ａに示される。詳細には、冷凍アブレーション装置の遠位部分６００が、第１の熱交換領域６５０と、第１の領域６５０に近接した第２の熱交換領域６６０とを備える。２つのみの領域が示されているが、本発明はそのように限定はされない。実際に、多数の熱交換領域を装置のシャフトに沿って配設することができる。
【００６４】
熱交換領域６５０は、ねじ式構造を有するものとして示されている。ねじ山は表面積を増加させる。例えばねじ山、隆起線、溝、襞、こぶ、窪み、刻み目、切込み、荒肌面、及び他のパターンやコーティングを含む広く様々な構造又は手段が、増強型領域の表面積を増加させることができる。他方で、上記のように形状も変化し得る。
【００６５】
表面増強構造の例示的特徴的寸法又は高さは、構造（例えば襞、隆起線、ねじ山など）の谷から頂点まで約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）である。更に、構造の寸法は、シャフトが過大な摩擦なしに組織に円滑に進入することができるように十分に小さいことが望ましい。
【００６６】
一実施例では、プラスチック・スリーブが細長いシャフトを覆って配置され、そのアセンブリが一体として組織に進入する。低摩擦スリーブ又はカバーは、シャフトが組織内に適切に位置決めされた後、除去され／引き抜かれる。或いは、図９Ｂを参照すると、針先端を、標準的先端６４４より容易に堅い組織に貫通できるように、浅い斜角６４２を有する形状にすることができる。例えば、６４２の斜角は、シャフト軸から好ましくは４５°未満であり、又は３０°未満である。更に、針先端を僅かに大きい直径の先端６４６を有する形状にすることにより、先端に続く探針部分をより少ない摩擦で組織に滑り込ませることができる。
【００６７】
遠位熱交換領域６５０が、近接する熱交換領域６６０の長さより長い長さを有するものとして示されている。熱交換領域は、異なる又は同じ長さ及びパターンを有し得る。一実施例では、第１の熱交換領域は２０〜６０ｍｍの範囲にある。冷凍アブレーション装置の遠位エネルギー供給部分は、長さによって変化する熱交換効率を有し得る。
【００６８】
図９Ｃは、本発明の一実施例による冷凍アブレーション装置の遠位エネルギー供給部分６００’の周りの、予想される氷結構造６５０’、６６０’の形成を示す。図９Ａに示され記載された遠位エネルギー供給部分を、例えば、水槽に浸し、装置を起動したとき、氷結構造又は球６５０’、６６０’が、凍結探針先端６００’のねじ式熱交換表面の周りに急速に形成される。
【００６９】
氷結構造の形状は、熱交換領域の設計に対応する。第１の氷結構造は第１の熱交換領域に対応し、第２の氷結構造は第２の熱交換領域に対応する。図９Ｃに示された予想実例では、氷結構造６５０’が、氷結構造６６０’に比較して大きくなっている。表面増強領域６５０’で形成される氷結の直径及び体積は、標準的エネルギー供給領域６６０’の直径及び体積より大きい。
【００７０】
冷凍アブレーション装置６００は、特定の組織又は組織及び腫瘍の形状に対応して、特定の氷結構造を形成するように設計することができる。形状の実例は、丸、楕円、ドッグ・ボーン、回転楕円、円筒などを含む。例えば、楕円形空洞は、楕円形氷結構造によって充填され処置され得る。楕円構造は、例えば、第１の隆起線なし領域、第２の表面積増強領域（例えば外側ねじ）、及び第３の隆起線なし又は平滑外側表面領域を含む、細長い遠位エネルギー供給部分に沿った連続する３つの熱交換領域によって形成することができる。その結果、形成される氷結は、２つのより小さい直径の氷結構造に境を接した、第２の熱交換増強領域に対応する大きな中央部分を有する。実際に、遠位エネルギー供給部分の外側表面を長手方向に変化させることによって、広い範囲の氷結構造及び形状を実現することができる。
【００７１】
図９Ｄ〜９Ｇは、様々なタイプの熱交換領域、及びそれらに対応する予想氷結構造を示す。
【００７２】
図９Ｄは、エネルギー供給領域６７０を備える冷凍アブレーション装置の遠位部分６００を示す。熱交換領域は、シャフトに沿って長手方向に規則的な襞のパターンを備える。楕円形氷結構造６７２が形成されることが期待される。
【００７３】
図９Ｅは、不規則な襞のパターンを有する熱交換領域６８０を備える、冷凍アブレーション装置の別の遠位部分６００を示す。詳細には、襞の密度が、シャフトの長さに沿って変化している。襞の密度が、熱交換領域６８０の中間又は中央位置で最も低い。ピーナッツ又はドッグ・ボーン形状の氷結構造６８２が形成されることが予想される。
【００７４】
図９Ｆは、不規則な襞のパターンを有する熱交換領域６９０を備える、冷凍アブレーション装置の別の遠位部分６００を示す。詳細には、襞の密度が、熱交換領域６９０の中間又は中央位置で最も高い。ダイヤモンド形の氷結構造６９２が形成されることが予想される。
【００７５】
図９Ｇは、第１の熱交換領域６９４、第２の熱交換領域６９６を備え、それに対応する氷結構造６９８を有する冷凍アブレーション装置の別の遠位部分６００を示す。シャフト軸周りに非対称形状を有する氷結構造が示されている。
【００７６】
この別の実施例では、第１の熱交換領域６９４が、細長いシャフトのエネルギー供給部分の第１の円弧部分に対応し、第２の熱交換領域が、細長いシャフトのエネルギー供給部分の第２の円弧部分に対応し、それによって、熱交換効率が、細長いシャフトの遠位エネルギー供給部分の円周の周りで変化する。第１の熱交換領域６９４が、第２の熱交換領域６９６の表面積より大きい表面積を有するものとして示されている。第１の熱交換領域６９４の外側表面は、規則的繰返しパターンの襞を有するものとして示されている。但し、上記のように、パターンは変わり得る。パターンは、密度、寸法、及び形状において増減し得る。形状の実例には、それらに限定されないが、隆起線、溝、襞、及びねじ山が含まれる。
【００７７】
更に、第１の熱交換領域６９４が、シャフトの円周の約５０％に及ぶものとして示されている。但し、その範囲は変わり得る。好ましくは、第１の熱交換領域の半径方向範囲は、遠位エネルギー部分の円周の１／４〜３／４である。第２の熱交換領域は平滑であるとして示されている。但し、それも様々なパターン、形状等を有し得る。
【００７８】
上記を鑑みて、エネルギー供給部分は、その長さ、円周、又はそれらの任意の組合せに沿って多様な熱交換領域を備え得る。例えば、増強型熱交換荒肌面を有する第１の円弧が、遠位エネルギー供給部分の長さの一部分（又は全長）で軸方向に延在することができる。
【００７９】
「実例」
【００８０】
図１０〜１２は、増強型熱交換面積を使用する氷結構造の形成を例示する。詳細には、冷凍アブレーション装置は、２．４ｍｍの直径を有するステンレス鋼の細長いシャフト７１０を備えていた。シャフトは、約８ｃｍのエネルギー供給領域Ｌ１を有していた。エネルギー供給領域は、第１及び第２の熱交換面積又は領域を有していた。領域Ｌ２は滑らかな表面（例えば標準）を備えていた。領域Ｌ３は、以下に更に詳細に説明される増強型表面を備えていた。それぞれの部分Ｌ２及びＬ３は約４ｃｍの長さを有していた。凍結区域の全体長さは、エネルギー供給部分Ｌ１の長さに対応する約８ｃｍであった。
【００８１】
Ｌ３表面増強構造は、図１０Ｂに示すように、針を僅かに「襞状」にすることによって達成された。襞の寸法は約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）であった。
【００８２】
襞の寸法が与えられると、領域Ｌ３の表面積を計算することができる。計算された表面増強は約６０％である。これは、直径２．４ｍｍのシャフトが向上した熱交換効率を有し、詳細には、そのシャフトが、より大きい（例えばほぼ３．８ｍｍ）直径のシャフトと同等に機能することができる筈であることを意味する。これが又、腫瘍体積全体を包含する組織体積内に目標温度をより早く達成することになる。更に、これは、増強表面積を有するより少数の凍結探針によって、目標体積の組織壊死を達成することができることを意味する。下記のデータがこの改善を裏付ける。
【００８３】
図１１及び１２は、２つの異なる温度の水槽内の２つの６０秒凍結サイクル中の冷凍アブレーション装置の働きを示す。図１１を参照すると、テストＮｏ．１では、図１０Ａに関して上記で説明した凍結探針が、２５℃の水中に浸され、６０秒間作動した。これは、５０Ｗの電力負荷に対応する。
【００８４】
１５秒で、氷結構造が明らかに形成されている。１５秒の凍結での氷結球は、増強領域での直径（約７．５ｍｍ）が、標準領域での直径（約５ｍｍ）の直径より明らかに大きいことを示す。直径は、増強表面を有する領域ではほぼ２．５ｍｍ（又は５０％）大きい。
【００８５】
６０秒で、氷結球の凍結は、増強領域での直径（約２３ｍｍ）が、標準領域での直径（約１６ｍｍ）の直径より明らかに大きいことを示す。直径は、増強表面を有する領域Ｌ３では、標準領域Ｌ２の直径より約７ｍｍ（又は４５％）大きい。
【００８６】
図１２を参照すると、テストＮｏ．２では、図１０Ａに関して上記で説明した凍結探針が、３６℃の水中に浸され、６０秒間作動した。これは、７０Ｗの電力負荷に対応する。
【００８７】
２０秒で、氷結構造が明らかに形成されている。２０秒の凍結での氷結球は、増強領域での直径（約１０ｍｍ）が、標準領域での直径（約４ｍｍ）の直径より明らかに大きいことを示す。直径は、増強表面を有する領域ではほぼ６ｍｍ（又は１５０％）大きい。又、それははるかに冷たく見える（冷たい氷はくすんでおり、透明でない）。
【００８８】
６０秒では、氷結球の凍結は、増強領域での直径（約１６ｍｍ）が、標準領域での直径（約１１ｍｍ）の直径より明らかに大きいことを示す。直径は、増強表面を有する領域Ｌ３では、標準領域Ｌ２の直径より約５ｍｍ（又は４５％）大きい。増強領域の氷は、やはりはるかに冷たく見える（冷たい氷はくすんでおり、透明でない）。
【００８９】
図１３Ａ〜Ｄは、複数の凍結探針が使用されたときの、腫瘍体積を包含する致死等温線の形成特性を示す予想実例である。詳細には、図１３Ａ、Ｃは、ＳＰＬＣ冷却を用いる増強表面凍結探針による推定断面表面領域、図１３Ｂ、Ｄに対して、ＪＴ冷却を用いる３つの標準平滑凍結探針によって生成される推定断面表面領域を示す。体積上の氷結形成速度は数分後に定常状態に近付き始めるので、５分でのＳＰＬＣの形成の速い致死区域は、標準ＪＴ極低温技術を使用する平滑表面探針による１０分の除去体積と同等であると予測される。本明細書に説明された大きな冷却容量を有する増強型表面積及びＳＰＬＣ極低温システムを使用して大きく促進される周囲組織との熱交換によって、処理時間全体の少なくとも５０％の削減が達成されると予測される。
【００９０】
図１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の一実施例による、腫瘍８１０に挿入された２つの冷凍アブレーション機構８００ａ、８００ｂの部分上面図及び端面図を示す。各冷凍アブレーション装置は、第１の熱交換領域８０２ａ、８０２ｂを備える。熱交換領域８０２ａ、８０２ｂは、シャフトに沿ってその外周の約５０％に亘って延在する。２つの領域の組合せで小さい不規則形状の腫瘍８１０を挟む。熱交換領域８０２ａ、８０２ｂは腫瘍８１０の中央部分の方へ向けられ、その結果、より円周状の致死等温線８２０を生じ、同時に、腫瘍の端に向かって、より大きい探針間隔が可能になる。
【００９１】
図１５Ａ及び１５Ｂは、小さい不規則腫瘍８６０に挿入された２つの標準的冷凍アブレーション機構８５０ａ、８５０ｂの部分上面図及び端面図を示す。冷凍アブレーション機構は腫瘍を挟んで示されている。冷凍アブレーション機構のシャフトは、平滑表面型針であり、複数の領域又はパターンをもたない。針８５０ａ、８５０ｂは、２ｃｍ以下の間隔、及び腫瘍縁から１ｃｍであることを必要とし、それでも、腫瘍縁をかなり越えて延出する卵形致死等温線８７０を生じ、図１４Ａ及び１４Ｂに記載の凍結探針よりはるかに大きな体積の隣接正常組織を破壊する。これは望ましくない。
【００９２】
本明細書に記載の熱交換装置は、熱交換及びより短時間内でのより低温の氷結を増進する。更に、様々な構造をシャフトに組み込むことによって、氷結構造の形状を予め設計することができる。特定形状の氷結構造を、空洞、器官、及び組織を満たしそれらを処置するために使用することができる。
【００９３】
本冷凍アブレーション装置は、広範囲の治療用途を有する。用途の実例には、それらに限定されないが、以下を含む。即ち、腹腔鏡、血管内、及び経皮処置である。
【００９４】
腹腔鏡及び／又はロボット処置に関して、凍結探針又は極低温カテーテルの可撓遠位部分（例えば図５〜７に記載の凍結探針）は、経皮トロカールを通して挿入した後に成形される。これら標準的トロカールは、標準的技術を用いて胸、腹腔、又は骨盤腔などの体腔内にアクセスするために現在使用されている。腹腔鏡カメラによって直接可視化が達成された後は、可撓先端型凍結探針又は極低温カテーテルは、体腔へのアクセスを達成するために別のポート内に挿入することができる。或いは、凍結探針／極低温カテーテルは、必要に応じて、僅かに大きなシースを用いて直接挿入することができる。内視鏡や血管カテーテルにループを形成させるのと同様な内部ワイヤ構成を使用して、可撓先端型凍結探針／極低温カテーテルは、僅かな湾曲状態からコイル状態までの範囲で成形することができる。これらの形状の下に、組織に接触するようになされるループ又はコイルの内側は、処置する隣接組織内により速く目標温度を伝達するために、増強型表面領域を有する。
【００９５】
血管内処置に関し、隣接組織内への目標温度の伝達は、心房細動を生じる電極を崩壊させるために可撓先端型カテーテルを左心房の壁などに直接接触させることを含み得る。或いは、腎動脈の壁内を走る、又はそれを取り巻く腎神経など、隣接する神経除去のために、血管壁との直接接触を考えることもできる。標準的血管アクセス、又はセルジンガー法が、大腿動脈及び／又は上腕動脈などに入り、続いて血管内目標領域までシースを配置するために用いられる。次いで、増強型表面領域式極低温カテーテルがその領域まで展開され、増強型表面領域が目標組織と係合させられる。
【００９６】
経皮的処置に関し、大多数が、剛性シャフト型凍結探針の画像案内式配置の使用を伴う。これは、関連撮像セット内のＵＳ、ＣＴ、又はＭＲいずれかの案内の下に行われる。目標領域又は腫瘍の同定に続いて、最適なアクセス経路を見極め、重要な構造（例えば内臓）との干渉を避けるために、最初の細い位置測定用の針（例えば２０ゲージ）を腫瘍内に配置することができる。次いで、腫瘍体積全体を覆うのに十分な細胞障害性氷結を生成するように腫瘍内に分布させるために、１つ又は複数の凍結探針を挿入することができる。これは、一般に、腫瘍の直径に等しい最小数の探針（例えば直径４ｃｍの腫瘍に対して４つの平滑表面型Ｊ−Ｔ探針）による１０分の凍結を必要とするが、増強型表面凍結探針を使用して、著しく凍結時間を短縮し、且つ／又は凍結探針の必要数を削減することができる。これは、ＵＳ、ＣＴ、又はＭＲいずれの撮像上でも視認可能な０℃氷結縁を有するという冷凍アブレーションの利点によって、直接確認することができる。場合によっては、複数の冷凍が適用される。
【００９７】
第２の凍結の完了に続いて、融解段階が増強型表面領域によってやはり促進される。即ち、凍結探針先端を通して送られる暖められた冷寒剤流体が、凍結探針表面と隣接組織間の氷結密着部を解凍して、凍結探針をより速く「剥がす」。
【００９８】
本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、なおその上に何らかの変更及び修正を加えることができることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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