本申請(qǐng)是在2014年3月11日向美國(guó)專(zhuān)利及商標(biāo)局提交并且現(xiàn)已允許的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.14/204,175的部分繼續(xù)申請(qǐng)。此專(zhuān)利的公開(kāi)以全文引用的方式并入到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)的實(shí)施例大體而言涉及冷凍外科器械諸如冷凍探頭，并且更特定而言，涉及在冷凍外科器械中的冷凍劑的相分離以用于熱交換優(yōu)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

已知在冷凍外科器械中采用盤(pán)管式熱交換器，其中冷凍劑作為加壓氣體供應(yīng)，在這類(lèi)熱交換器中，氣體的膨脹造成氣體改變其溫度。如在美國(guó)專(zhuān)利No.6,706,037中所解釋?zhuān)纾@種現(xiàn)象被稱(chēng)作“焦耳-湯姆遜效應(yīng)”，在熱力學(xué)上被稱(chēng)作絕熱膨脹。

還已知在盤(pán)管式熱交換器中使用在膨脹時(shí)冷卻的氣體，諸如氬氣或氮?dú)猓杂糜诶鋮s，以及使用由于膨脹而發(fā)熱的氣體諸如氦氣，以用于加熱。在這些熱交換器中，返回氣體通常用來(lái)再循環(huán)熱能(即，返回冷卻氣體不僅能冷卻冷凍外科器械的外表面而且也能冷卻輸入的加壓氣體)。盤(pán)管形狀增加了留在冷流體與熱流體之間的接觸面積。在這些流體之間的傳熱與它們之間的接觸表面成比例。因此，盤(pán)管用作這種熱再生的有利方案。參看例如美國(guó)專(zhuān)利No.6,706,037(在第15欄第40-58行，以及第16欄第65-68行)。而且，如在美國(guó)專(zhuān)利No.3,800,552和No.5,522,870中所討論，降低輸入溫度可能會(huì)使已膨脹氣體液化。

另外，也知道用來(lái)促進(jìn)冷卻和加熱再生的方案。例如，美國(guó)專(zhuān)利No.5,800,487討論了通過(guò)向輸入加壓氣體管施加翅片以增加熱交換面積來(lái)促進(jìn)冷卻和加熱再生。

如果冷凍劑作為液體或兩相(氣體/液體)流體供應(yīng)，冷卻方法使用改變輸入冷凍劑的相所需的能量。在此情況下，輸入流體和返回流體的溫度值可以相同或者接近并且由于小溫差，將減小或者消除在輸入流體與輸出流體之間的熱交換。盤(pán)管的應(yīng)用可用作兩相流動(dòng)中的分相器。這是因?yàn)橐合嗑哂懈蟊戎?，這傾向于造成液相朝向外部(較大)直徑。盤(pán)管的較大直徑接近外表面并且因此，液體的沸騰或相變?cè)谕獗砻娓浇l(fā)生。這種布置將盤(pán)管的物理形狀用作離心力發(fā)生器來(lái)分離較重的液相與較輕的氣相，迫使(驅(qū)使)液體朝向盤(pán)管的外表面。

當(dāng)氣態(tài)或兩相形態(tài)的冷凍劑進(jìn)入直輸入管或管腔時(shí)，使用流動(dòng)導(dǎo)向元件(諸如在美國(guó)專(zhuān)利No.5,800,487中所描述的那些)或者擋板(諸如在美國(guó)專(zhuān)利公告No.2009/0163902 Al、美國(guó)專(zhuān)利公告No.2007/0149957 Al、美國(guó)專(zhuān)利公告No.2007/0149959 Al和美國(guó)專(zhuān)利公告No.2009/0182320 Al中所描述的那些)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)一種新式和新穎的策略，其通過(guò)在冷凍外科裝置中選擇性地定位冷凍劑的沸騰而提高冷凍外科裝置的性能。在一示例性實(shí)施方式中，冷凍外科器械包括盤(pán)繞管，盤(pán)繞管用作冷凍劑遞送管和分相器(phase separator)，分相器將冷凍劑分成液相和氣相。流體冷凍劑流入到盤(pán)繞管內(nèi)，而盤(pán)繞管與冷凍外科器械的一部分的外壁進(jìn)行能量交換接觸。這種進(jìn)來(lái)的流動(dòng)隨著其螺旋而旋轉(zhuǎn)從而使得其分成兩相，較重的液相被驅(qū)使(即迫使)與盤(pán)管的外壁接觸，盤(pán)管的外壁與冷卻區(qū)的外壁接觸。這通過(guò)沸騰而增加了與冷凍外科器械的外壁的熱交換。在返回流通路中，在盤(pán)管與冷凍外科裝置的圓柱形外表面之間，同樣是離心力分離液相與氣相，通過(guò)離心力迫使液體朝向冷凍外科器械的外壁的外表面。熱交換區(qū)包括至少冷凍外科器械的遠(yuǎn)端/下游末梢端，從探頭末梢端到絕緣體，其中，流體與外軸桿內(nèi)表面接觸。以此方式，可以有利地使用離心力。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種冷凍外科機(jī)械，包括：軸桿，其具有閉合遠(yuǎn)端和開(kāi)放近端，閉合遠(yuǎn)端限定膨脹腔室，開(kāi)放近端適于并且配置成(i)接納冷凍劑的流入，并且(ii)排出已膨脹的冷凍劑流。熱交換器包括：實(shí)心芯元件，其沿著熱交換器的縱向軸線(xiàn)延伸；以及，冷凍劑遞送管，其繞實(shí)心芯元件螺旋并且接觸實(shí)心芯元件。冷凍劑遞送管的螺旋彼此間隔開(kāi)并且與實(shí)心芯和軸桿的內(nèi)表面成不透流體的接觸以形成從軸桿的遠(yuǎn)端到軸桿的近端的螺旋冷凍劑排出途徑。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種冷凍外科機(jī)械，包括：軸桿，其具有閉合的遠(yuǎn)端和近端，閉合遠(yuǎn)端限定膨脹腔室，冷凍劑在膨脹腔室中沸騰，近端適于并且被配置成(i)接收冷凍劑的流入，(ii)將冷凍劑的流入遞送到膨脹腔室；以及(iii)排出在膨脹腔室中已膨脹的冷凍劑流；實(shí)心芯元件，其沿著軸桿的縱向軸線(xiàn)延伸；以及，盤(pán)旋冷凍劑遞送管，其繞芯螺旋，與芯成不透流體的接觸，并且與軸桿的內(nèi)表面成不透流體的接觸，遞送管的各螺旋分別間隔開(kāi)。冷凍劑遞送管的螺旋在遞送期間使冷凍劑的流入旋轉(zhuǎn)以便將冷凍劑分成兩相。而且，冷凍劑遞送管的間隔開(kāi)的螺旋、實(shí)心芯和軸桿的內(nèi)表面合作而形成螺旋冷凍劑排出途徑，螺旋冷凍劑排出途徑(i)將從膨脹腔室流動(dòng)的已膨脹的冷凍劑流分成兩相；以及(ii)驅(qū)使已膨脹的冷凍劑流的較重液相朝著軸桿的內(nèi)表面的一部分。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種冷凍外科器械，其具有中空軸桿，中空軸桿具有閉合遠(yuǎn)端，閉合遠(yuǎn)端形成末梢端，該器械包括：分相器，其包括：實(shí)心芯元件，其安置于軸桿內(nèi)并且沿著軸桿的縱向軸線(xiàn)延伸；以及，盤(pán)繞的冷凍劑遞送管，其(i)繞縱向軸線(xiàn)螺旋使得相應(yīng)螺旋彼此間隔開(kāi)。相應(yīng)螺旋與芯和軸桿的內(nèi)表面成不透流體的接觸。冷凍劑遞送管的間隔開(kāi)的螺旋、實(shí)心芯和軸桿的內(nèi)表面合作而形成螺旋的冷凍劑排出途徑，螺旋的冷凍劑排出途徑使遠(yuǎn)離末梢端流動(dòng)的已膨脹的冷凍劑流旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)造成已膨脹的冷凍劑流分成液相和氣相并且驅(qū)使已膨脹的冷凍劑的較重液相朝著軸桿的內(nèi)表面的一部分。

根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種方法，包括：將冷凍劑流引導(dǎo)至冷凍外科器械的軸桿的末梢端部處的膨脹腔室；允許膨脹腔室中的冷凍劑膨脹并且冷卻冷凍外科器械的至少末梢端；引導(dǎo)已膨脹的冷凍劑流到排出途徑內(nèi)使得已膨脹的冷凍劑流遠(yuǎn)離末梢端流動(dòng)；以及使已膨脹的冷凍劑流旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)造成已膨脹的冷凍劑分成液相和氣相并且驅(qū)使液相接觸軸桿的內(nèi)表面。

本發(fā)明的前文提到的和/或其它特征、方面、細(xì)節(jié)、應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)：在下面的發(fā)明詳述中陳述和/或在附圖中示出；可能從發(fā)明詳述中推斷出來(lái)和/或在附圖中示出；和/或可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。

提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡(jiǎn)化形式介紹一系列概念，這些概念將在下文的發(fā)明詳述中進(jìn)一步展開(kāi)描述。本發(fā)明內(nèi)容預(yù)期既不確認(rèn)所主張的主題的關(guān)鍵特點(diǎn)或基本特點(diǎn)，也不限制所主張的主題的范圍。

而且，所要求保護(hù)的主題并不限于解決上文和本申請(qǐng)的任何部分中所提出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

附圖說(shuō)明

將通過(guò)聯(lián)系附圖做出的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述來(lái)更容易地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的冷凍外科器械的非限制性示例的截面圖；以及

圖1B是圖1A的冷凍外科器械的熱交換部件的部分的透視圖。

具體實(shí)施方式

將更詳細(xì)地參考本發(fā)明的(多個(gè))實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中，貫穿所有附圖，相同的附圖標(biāo)記表示相同元件。在下文中描述了實(shí)施例以通過(guò)參考附圖來(lái)解釋本發(fā)明。

盡管下文陳述了至少一個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤┓绞降脑敿?xì)描述，應(yīng)了解本申請(qǐng)的法律保護(hù)范圍由本公開(kāi)所附的權(quán)利要求的語(yǔ)言來(lái)限定。詳細(xì)描述被認(rèn)為只是示例性的并且并未描述每一種可能的實(shí)施例，因?yàn)槊枋雒糠N可能的實(shí)施例將是不現(xiàn)實(shí)的，如果不是不可能的話(huà)。使用當(dāng)前技術(shù)或者在本申請(qǐng)的提交日期之后發(fā)展的技術(shù)，許多替代實(shí)施例和/或?qū)嵤┓绞绞悄茉O(shè)想到的并且是可能的，它們將仍屬于權(quán)利要求的范圍。

還應(yīng)當(dāng)理解，除非一個(gè)術(shù)語(yǔ)在本專(zhuān)利中使用句子“如本文所用，術(shù)語(yǔ)‘’被定義為是指……”或一個(gè)類(lèi)似的句子明確定義，否則并不意圖將該術(shù)語(yǔ)的含義明確或隱含地限制超出其平常的或普通的含義，并且此類(lèi)術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)被解釋為被限制在本專(zhuān)利的任一部分中所做出的任何語(yǔ)句(除了權(quán)利要求的語(yǔ)言之外)的范圍之內(nèi)。當(dāng)在本專(zhuān)利中以符合單一意義的方式來(lái)提及本專(zhuān)利的權(quán)利要求書(shū)中敘述的任一術(shù)語(yǔ)時(shí)，只是為了清晰起見(jiàn)以便不使讀者感到困惑，并非旨在隱含地或換句話(huà)講將這種權(quán)利要求術(shù)語(yǔ)限制為該單一的含義。最后，除非權(quán)利要求要素是通過(guò)描述措辭“裝置(means)”和功能而沒(méi)有描述任何結(jié)構(gòu)來(lái)定義的，否則并不意圖基于35U.S.C.§112第六段的應(yīng)用來(lái)解釋任一權(quán)利要求要素的范圍。

如本文所用的術(shù)語(yǔ)離心力指由于慣性使流動(dòng)遵循彎曲路徑遠(yuǎn)離曲率中心的趨勢(shì)。為了方便和易于解釋?zhuān)x心力被稱(chēng)作力。由于液相比氣相更大的比重，離心力驅(qū)使兩相中的液相遵循彎曲路徑流動(dòng)以被驅(qū)離曲率中心。

參考圖1A和圖1B，示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的冷凍外科器械的非限制性示例，冷凍外科器械包括熱交換器，熱交換器具有多個(gè)盤(pán)旋的盤(pán)管。

如圖所示，冷凍外科器械100包括包圍入口102的軸桿103、盤(pán)繞(例如，盤(pán)旋)的冷凍劑遞送管101和末梢端109。器械100的后部包括絕緣體104，絕緣體104將軸桿103的內(nèi)表面與冷凍劑的返回流113分開(kāi)。

冷凍外科器械從末梢端109到絕緣體104的部分限定了冷凍區(qū)105。這個(gè)冷凍區(qū)是在冷凍劑與冷凍探頭之間發(fā)生熱交換的地方。因此，當(dāng)該器械操作并且與組織接觸時(shí)，組織的凍結(jié)(消融)在冷凍區(qū)105附近發(fā)生。

入口102接收冷凍劑并且將所接收的冷凍劑遞送到軸桿103內(nèi)。如上文所解釋?zhuān)S桿103具有絕緣體104，絕緣體104包圍軸桿103并且安裝到軸桿103的內(nèi)表面上。絕緣體104安置于冷卻(熱交換)區(qū)105的外側(cè)。絕緣體104的存在確保了僅在需要處理的地方發(fā)生凍結(jié)，即，通常在冷卻區(qū)105周?chē)?/p>

芯116縱長(zhǎng)地沿著冷凍外科器械的縱向或縱長(zhǎng)軸線(xiàn)安置。因此，優(yōu)選地，芯具有基本上圓柱形狀，具有基本上圓形截面。應(yīng)理解，芯可以具有其它截面形狀。

在操作中，冷凍劑通過(guò)入口102進(jìn)入，如由箭頭114所示，并且導(dǎo)向至盤(pán)管101。這種冷凍劑的流入然后進(jìn)入盤(pán)管101并且在盤(pán)旋的盤(pán)管中流動(dòng)使得在其朝向末梢端109行進(jìn)時(shí)，繞芯116螺旋。流入冷凍劑的這種旋轉(zhuǎn)造成冷凍劑至少部分地分成液相和氣相，其中較重液相傾向于使氣相沿著盤(pán)管101的內(nèi)表面移位。由箭頭114指示的返回流在盤(pán)管101的外表面、軸桿103的內(nèi)表面和芯116的外表面形成的螺旋間隙中流動(dòng)。

在圖1B中示出了在盤(pán)管101與芯116與冷卻區(qū)之間的關(guān)系。

在冷凍劑離開(kāi)盤(pán)管101時(shí)，其朝著末梢端109的反射表面108反射。在圖示實(shí)施例中，末梢端109是中空的，并且反射表面108可選地靠近末梢端109的內(nèi)表面布置，如圖所示。然而，應(yīng)理解，末梢端09無(wú)需是中空的和/或反射表面108可以遠(yuǎn)離末梢端109的內(nèi)表面布置(未圖示)。

流入的冷凍劑(由箭頭114指示)在反射表面108的內(nèi)側(cè)和在位于盤(pán)管101的盤(pán)繞管、芯116與外軸桿103的內(nèi)表面之間的返回流間隙152中沸騰。由反射表面105、芯116的遠(yuǎn)端和返回流間隙152限定的體積表示膨脹腔室。在膨脹腔室中發(fā)生的沸騰使該冷卻區(qū)105冷卻，因?yàn)榭捎烧谂蛎浀睦鋬鰟┪諢崮堋?/p>

討論冷凍劑的排出流動(dòng)。

在由反射表面108反射之后，排出的冷凍劑通過(guò)在熱交換器101與軸桿103之間的間隙152流動(dòng)，如圖所示。彎曲間隙152增強(qiáng)了外壁附近的液相的持續(xù)沸騰，如之前所描述的那樣。這種返回流的方向由返回流箭頭115示出。冷凍外科器械100可選地包括在軸桿103的最內(nèi)部分處和在冷卻區(qū)105中的實(shí)心芯116，使得盤(pán)管101和間隙152都不存在于芯116內(nèi)。相反，盤(pán)管101和間隙152優(yōu)選地布置于芯116周?chē)鐖D所示。然而，如先前所描述那樣，在這種布置中，由于在輸入流動(dòng)與輸出流動(dòng)之間的可忽略的溫差，在輸入流動(dòng)與輸出流動(dòng)之間的熱交換可以被忽略。

排出的冷凍劑的返回流離開(kāi)冷卻區(qū)105并且作為返回流113繼續(xù)，如圖所示，通過(guò)返回增壓區(qū)111而進(jìn)入到返回間隙107內(nèi)。排出的冷凍劑然后通過(guò)遠(yuǎn)離末梢端109的冷凍外科器械100端部的冷凍劑排出輸出口153而離開(kāi)。

通過(guò)設(shè)置芯116且芯116防止返回流通過(guò)冷凍外科器械100的內(nèi)間隙返回，優(yōu)選地僅在盤(pán)管101的入口管與冷卻區(qū)105處軸桿103的內(nèi)表面之間允許返回流(即，流入和返回流是離心的)。在螺旋盤(pán)管中心(由盤(pán)管1014的盤(pán)管圈限定)中的流動(dòng)將是直的。

如前文的詳細(xì)描述所說(shuō)明，本發(fā)明的一方面得到一種熱交換器，這種熱交換器有利地通過(guò)使冷凍劑流旋轉(zhuǎn)而使用離心力來(lái)將冷凍劑的排出流動(dòng)分成兩相。為此目的，排出流動(dòng)以螺旋方式在芯與軸桿的內(nèi)表面之間遠(yuǎn)離膨脹腔室導(dǎo)向。這種螺旋驅(qū)使排出冷凍劑的較重液相朝著軸桿的內(nèi)表面，而這有利于增強(qiáng)在冷卻區(qū)中的冷卻，因?yàn)橐合嗑哂写笥跉庀嗟臒崛萘?即，熱容)。此外，經(jīng)由盤(pán)旋盤(pán)管遞送的進(jìn)入冷凍劑流也旋轉(zhuǎn)并且傾向于分成液相和氣相。

也如前文所說(shuō)明，排出冷凍劑的螺旋流動(dòng)由沿著熱交換器的縱向軸線(xiàn)延伸的實(shí)心芯元件與繞實(shí)心芯元件螺旋并且接觸實(shí)心芯元件的冷凍劑遞送管的合作來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別地，冷凍劑遞送管的螺旋分別彼此間隔開(kāi)并且與(1)實(shí)心芯和(2)軸桿的內(nèi)表面成不透流體的接觸，從而形成從軸桿的遠(yuǎn)端到軸桿的近端的螺旋冷凍劑排出途徑。

另外，應(yīng)意識(shí)到所發(fā)生的相分離可以在冷凍劑遞送和/或冷凍劑排出期間發(fā)生。相分離可以是部分的、基本上完全的或完全的。替代地，相分離可以部分地在遞送期間并且在排出期間完成。而且，應(yīng)意識(shí)到在遞送期間相分離量可以與排出期間的相分離量相同或不同。

提供了各種特征/方面/部件/操作的示例來(lái)便于理解本發(fā)明的公開(kāi)的實(shí)施例。此外，討論了各種偏好來(lái)便于理解本發(fā)明的公開(kāi)的實(shí)施例。應(yīng)了解本文所公開(kāi)的所有示例和偏好并無(wú)限制意圖。

盡管單獨(dú)地示出和描述了本發(fā)明的選定實(shí)施例，應(yīng)了解所描述的實(shí)施例的至少某些方面是可以組合的。

盡管示出和描述了本發(fā)明的選定實(shí)施例，應(yīng)了解本發(fā)明并不限于所描述的實(shí)施例。替代地，應(yīng)了解在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以做出各種變化，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求和其等效物限定。