CN107530185A - 用于冷冻麻醉和镇痛的施用装置 - Google Patents

Abstract

用于使皮膜、黏膜和黏膜皮肤区组织的目标区域冷却的手持式冷冻麻醉或镇痛装置，其具有长形主体以及布置在长形主体内的热电冷却系统。所述热电冷却系统构造成物理地接触并热耦合皮膜、黏膜和黏膜皮肤区组织的靶区域以诱导冷冻麻醉或镇痛。所述热电冷却系统包含导热冷却尖端、热耦合至所述冷却尖端的导热冷却能集中器、热耦合至所述导热冷却能集中器的至少一个珀尔帖单元模块、热耦合至至少一个珀尔帖单元模块的散热器、电源、至少一个热传感器，以及控制器，所述控制器可操作地将控制信号输出至所述珀尔帖单元模块以维持预定温度。

Description

用于冷冻麻醉和镇痛的施用装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月6日提交的美国临时申请No.62/237,793和于2015年3月26日提交的美国临时申请No.62/138,444的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及通过使生物组织(如皮膜、黏膜或黏膜皮肤区组织)冷却来递送迅速麻醉或镇痛的装置。在一些示例性实施方案中，冷冻麻醉装置可以在注射部位向眼的表面或其他生物组织的表面递送迅速麻醉，以使得药物能够经由玻璃体内注射治疗(intravitreal injection therapy，IVT)、眼球后注射治疗、眼球筋膜下注射治疗、结膜下注射治疗、前眼房内注射治疗等更舒适地直接递送到眼中。

背景技术和发明内容

该部分提供了涉及本公开内容的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。该部分提供了本公开内容的总体概述，而非旨在被解释为对其全部范围或其所有特征的全面公开。

在对住院患者及门诊护理背景下执行的许多常见方法中，疼痛是主要的限制因素。非常简短的列表包括：皮肤活检、细针抽吸活检、IV注射、疫苗接种、注射(包括注射麻醉药)、抽血、设定中心线以及用于血液分析(测量葡萄糖)的手指和愈合部刺破。药物麻醉是减轻疼痛的主要方法，但局部药物麻醉的递送通常需要进行疼痛的注射。提供麻醉的其他方法包括通过冰、液体蒸发或低温物质来施加冷的温度。这些麻醉方法部分地受到缺乏温度控制以及不能使接受麻醉的组织区域紧密集中的限制。本装置通过向需要麻醉或镇痛的组织提供严格受控的集中冷却来改善患者的舒适度。

眼表面是可以施用本装置的组织表面，但并不局限于此。经由玻璃体内注射疗法(IVT)将药物直接递送到眼睛中的能力已经改变了许多以前的致盲疾病(包括黄斑变性和糖尿病性视网膜病变)的治疗前景。这些疗法在防止失明方面的成功致使所进行的玻璃体内注射的数量急剧提高，仅2013年美国就有约410万次注射。IVT的适应症的数目持续扩大，使得这种疗法的使用率每年都显著提高。IVT的主要局限性是患者的不适、眼表面出血以及对需要这种疗法的大量患者进行治疗的时间限制。这些缺点与对高度血管化的眼表面递送眼部麻醉的困难相关。

为了提供眼部注射，医师首先通过多种方法中的一种提供眼表面麻醉，所述多种方法包括以下方法：局部施用麻醉剂滴剂；结膜下注射利多卡因；将浸泡在利多卡因中的棉签放置在计划的注射部位之上；放置局部麻醉凝胶剂，或这些方法的一些组合。在眼部麻醉之后，医师或助手通过给眼周区域涂抹碘伏或类似的杀菌剂使该眼周区域消毒。然后，放置开睑器，并且医师使用对针的放置进行导引的卡钳来标记注射的位置。眼表面被再次消毒并且医师给予注射。

目前的局部麻醉方法具有独特的缺点并且患者经常在眼内注射期间及眼内注射之后感受到不适。IVT的适应症的数目持续扩大，使得这种疗法的使用率每年都显著提高。鉴于这种需要，我们设计出一种通过使注射部位处的组织表面冷却来递送迅速麻醉和血管收缩的装置，该装置将在本文中更详细地被讨论。

大部分接受IVT的患者每年接受多次注射。2004年，Freidman及其同事将AMD的年龄、种族和性别的特定比例应用于2000年美国人口普查并且估计有175万美国人患有渗出性黄斑变性。基于人口的估计表明，到2020年，这一数字将提高到295万或更多。使用这些相同的原则，西欧估计在2004年有超过330万患有渗出性黄斑变性的患者。这些数字可能低估了该疾病真正的患病率。这些患者中的大多数每年在一只或两只眼中多次接受IVT。最近的研究表明，IVT至少与用于治疗患有糖尿病性视网膜病变和视网膜静脉阻塞的患者的视力威胁性视网膜疾病的激光疗法一样成功，并且这导致了IVT在这些患者中的广泛应用。患有可治疗视网膜疾病的患者的数量稳步地提高并且将在未来几十年内持续增长。这导致临床工作流程的严重压力，因为IVT是一种耗时的方法。玻璃体视网膜外科医生在繁忙的诊疗中执行这些注射，经常每天治疗60至70名患者。这些注射是痛苦的并且眼科医师通常为IVT选择两种麻醉选项之一。最常见的是通过两种方法之一提供最大麻醉，这将用于患者准备的时间提高了几倍。第二种选项是经由局部滴剂来提供最小麻醉，这更有时效性但导致了显著的患者疼痛。所述两种方法均需要技术人员来为每个患者进行准备。开发出一种提供眼表面的迅速麻醉的装置将改善患者的舒适度和医师效率。

最近的病例报告和我们自己的临床经验表明，通过将冰应用于眼表面，可实现优异的麻醉。这种治疗已被用于患有利多卡因过敏的患者，但其对于所有接受IVT的患者来说具有更广泛的意义。此外，来自用于治疗视网膜肿瘤的冷冻治疗的组织研究的组织病理学安全性数据表明，本装置的可操作温度不会导致眼组织损伤。因此，本装置可以提高患者的舒适度并同时提高医师递送IVT的效率。

热电冷却通过直接电反馈来提供可靠的制冷及精确的温度控制，其难以通过其他可获得的冷却技术(例如液体蒸发、焦耳-汤姆逊冷却、热力循环(例如斯特林制冷器或蒸汽压缩制冷循环)、吸热反应或低温物质(例如液氮))实现。然而，目前的热电(珀尔帖，Peltier)模块具有低的性能系数(coefficient of performance，COP)，并且如果将单一单元放置成其冷却表面与组织相接触，则不能提供足够的冷却能通量以将组织维持在与麻醉相关的温度(例如-5℃)下。如本教导所指出的，本装置采用新型冷却能集中器(coolingpower concentrator)，该新型冷却能集中器对多个(或单个)珀尔帖模块的冷却能进行收集并将该冷却集中在小面积上，从而产生组织的迅速和可持续的低温冷却所需的足够的冷却能通量。此外，冷却能集中器允许多个珀尔帖模块分布在大面积上，从而使从珀尔帖模块排出至散热器的热通量最小化并因此放松了散热器的散热要求。

例如，根据本教导的原理，提供了在眼部治疗中的冷冻麻醉或镇痛装置以及使用方法，其允许向眼部迅速施用麻醉，例如用于实施玻璃体内注射。在一些实施方案中，通过在注射部位处提供对结膜和巩膜的冷却使患者的不适最小化。

在一些实施方案中，本教导的冷冻麻醉装置被设计成通过热电(珀尔帖)装置、液体蒸发、焦耳-汤姆逊冷却、热力循环(例如斯特林制冷器或蒸汽压缩制冷循环)、吸热反应和低温物质(例如液氮)来快速地实现低温。该冷冻麻醉装置的尺寸可充分地将尺寸设计成手持式装置或者是较大单元的一部分，并且该冷冻麻醉装置可包括安全机构，以将冷却限制于限定温度、最大热通量或时间段，以防止对眼部或其他生物组织的损伤。在一些实施方案中，本教导的冷冻麻醉装置可包含附接至较大冷却单元的施用装置。冷冻麻醉装置可以是独立的手持单元。使用本教导的冷冻麻醉装置改善了麻醉并降低了患者和医师的预注射准备时间。

然而，应当理解的是，本教导的冷冻麻醉装置可以用于减少身体的任何部位的疼痛，包括但不限于皮膜、黏膜以及黏膜皮肤区组织。

根据本文提供的描述，其他应用领域将变得明显。本概述中的描述和具体示例仅用于说明的目的而非旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅用于所选定的一些实施方案的说明性目的并且不是所有可能的实现方案，而且并非旨在限制本公开内容的范围。

图1是示出了根据本教导的原理的冷冻麻醉装置的立体图；

图2是示出了根据本教导的一些实施方案的热电冷却系统(thermoelectriccooling system)的局部截面图；

图3是根据本教导的一些实施方案的冷冻麻醉装置的冷却尖端(cold tip)的放大立体图；

图4是根据本教导的一些实施方案的空气循环系统的放大立体图；

图5A至图5B是示出了同时测量的梢端温度、功率和电压与时间的关系的曲线图；以及

图6A至图6E是根据本教导的一些实施方案的具有IVT针的冷冻麻醉装置的一系列立体图，其中，为了清楚起见移除了一些部分。

贯穿附图的若干视图，相应的附图标记表示相应的部件。

发明详述

现在将参照附图对示例性实施方案进行更全面地描述。

提供了示例性实施方案，使得本公开内容将是完整的，并且本公开内容完全地将范围传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节例如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式实施并且示例性实施方案不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，对公知的方法、公知的装置结构和公知的技术不再进行详细描述。

本文中使用的术语仅出于描述特定示例性实施方案的目的且不意在是限制性的。如本文中所使用的，无数量词限定的形式和“该”也可以意在表示一个/种或更多个/种，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包容性的并因此指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求其以所讨论或所示的特定顺序执行，除非特别地指明执行的顺序。还应当理解的是，可以采用附加的或替代性的步骤。

当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层时，其可直接地在其他元件或层上、接合至、连接至或耦合至其他元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、或者“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”另一个元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他用词(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)应当以类似的方式来理解。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列举项中的一种或更多者的任意组合和所有组合。

尽管可在本文中使用第一、第二和第三等术语来描述各个元件、部件、区域、层和/或部段，但是这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段。除非上下文明确表明，否则例如“第一”、“第二”和其他数字术语之类的术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例性实施方案的教导的情况下可以被称为第二元件、部件、区域、层或部段。

在本文中可以使用空间相对术语例如“内”、“外”、“在……下面”、“在……下方”、“低于”、“高于”、“上”等以便于描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。空间相对术语可意在涵盖冷冻麻醉装置在使用或操作中除了附图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，如果附图中的冷冻麻醉装置被翻转，则被描述为“在其他元件或特征的下方”或“在其他元件或特征的下面”的元件将被定向成“在其他元件或特征的上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以涵盖上方和下方这两种取向。冷冻麻醉装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文中使用的空间相对描述被相应地解释。

应当理解的是，将结合眼对本教导进行描述。然而，本教导的原理同样地可适用于其他生物组织，包括皮肤、器官、膜、鼻黏膜等。因此，除非在权利要求中另有限定，否则本公开内容不应当被视为限于眼而是可以包括所有生物组织。

根据本发明的原理，提供了具有有利结构的冷冻麻醉装置以及使用方法。在一些实施方案中，该冷冻麻醉装置构造成向眼表面提供迅速麻醉以帮助实施玻璃体内注射或其他医疗方法。一般，眼表面被视为暴露于外部环境的眼的那部分。然而，在一些实施方案中，眼表面可包括角膜及其主要支承组织、结膜。在更广泛的解剖学、胚胎学以及功能意义上，眼黏膜附件(即泪腺和泪引流系统)可以是眼表面的一部分。本教导的冷冻麻醉装置例如通过热电冷却、利用热力循环、利用吸热反应或使用低温物质(如液氮)来迅速地获得低温，以实现局部冷却来产生局部麻醉。这种冷冻麻醉使结膜(眼的最外层)和巩膜(白眼球)中的痛觉纤维的传导减慢。

本教导可应用于可在玻璃体内注射、细针抽吸活检、泪腺和鼻泪系统活检以及多种的眼周手术(包括但不限于眼睑活检、眶周注射药物麻醉和眼睑病损切除术)之前立即提供的迅速、完整的眼部麻醉。因此，本教导提供了许多优点，包括但不限于：与现有方法相比降低的实现眼部麻醉的时间、更完整的眼部麻醉导致降低的玻璃体内注射的疼痛、减少的眼表面出血以及避免了局部可注射的麻醉药物的副作用。

本教导应用于皮膜、黏膜和黏膜皮肤区组织的迅速麻醉。神经传导的冷却可以有助于在注射、IV放置、切开活检和切除活检、细针抽吸活检以及包括但不限于在测量葡萄糖之前刺破手指的多种的其他方法之前减少疼痛。

参照附图，提供了用于冷冻麻醉和/或镇痛的具有有利结构的装置10和方法(然而，为了简洁起见，装置10将被称为冷冻麻醉装置10，但是将应用于冷冻麻醉和镇痛两者)。具体地，在如图1至4中所示的一些实施方案中，冷冻麻醉装置10可包含长形主体12，其具有近端端部14和远端端部16。正如从前面的描述可以理解的，冷冻麻醉装置10的尺寸和形状可以设计成有助于在住院及门诊机构两者中的多种的医疗方法中使用的手持便携式装置。长形主体12可以成形为包括握持部分22，其一般布置在平衡的中点位置和/或大致邻近近端端部14或远端端部16的位置处。在所示的一个实施方案中，握持部分22一般布置在中点位置与远端端部16之间。

继续参照图1至图4，在一些实施方案中，长形主体12可包含颈状部分20，其提供了近端部分18与握持部分22之间的过渡部。在一些实施方案中，握持部分22可限定成相对于近端部分18不同的横截面形状(例如较窄的形状)，由此导致颈状部分20在近端部分18与握持部分22之间提供过渡轮廓。然而，应当理解的是，在一些实施方案中，握持部分22和/或近端部分18可以用作握持部分以便于使用者操纵。因此，除非另有说明，否则所选择的用于近端部分18和握持部分22的术语不应当被认为对本发明进行限制。在一些实施方案中，冷冻麻醉装置10是所测量长度为约6英寸至10英寸且直径为1英寸至1.5英寸的手持式仪器。然而，可设想其他尺寸。

一般，在一些实施方案中，冷冻麻醉装置10在预定量的时间内(例如，在约1秒至约60秒的范围内、在约1秒至约120秒的范围或更长的范围内)将眼表面上的靶区域冷却至预定温度(例如在约5℃至约-10℃的范围内)，由此引起眼部手术例如玻璃体内药物注射所需的冷冻麻醉。应当理解的是，被包括在本教导中的其他温度范围包括在约5℃至约-50℃的范围内和在约5℃至约-90℃的范围内的预定温度。在一些实施方案中，冷冻麻醉装置10包含布置在长形主体12至少一部分内的热电(珀尔帖)冷却系统24，用于提供对布置在长形主体12的远端端部16上的冷却尖端26的低温冷却，以在眼表面中引起冷冻麻醉。应当理解的是，在一些实施方案中，冷却系统可包含热电(珀尔帖)装置、液体蒸发、焦耳-汤姆逊冷却、热力循环(例如斯特林制冷器或蒸汽压缩制冷循环)、吸热反应或可能或不可能发生相变的低温物质(例如液氮)中的一种或其组合。

在一些实施方案中，热电冷却系统24包含冷却尖端26、电源28、控制器30、冷却能集中器32、一个或更多个珀尔帖单元模块34以及散热器36。应当理解的是，在一些实施方案中，热电冷却系统24可以包括加热元件(未示出)，其与冷却元件一同操作以精确地维持所需温度和/或热通量。

具体参照图3，在一些实施方案中，冷却尖端26可以由导热材料例如金属制成，并且冷却尖端26的尺寸可设计成大致等于或小于眼部或其他生物表面的靶区域。在一些实施方案中，眼上的靶区域是开始于角膜缘处并从角膜缘后部的2mm至超过8mm的任何位置延伸的区域。在一些实施方案中，冷却尖端26的端部是圆形的，直径约6mm，包括绝热外环构件64，该绝热外环构件64将对应于待冷却的靶区域。该绝热外环构件64将待冷却的区域限制在由导热冷却尖端26接触的靶区域内，从而防止损坏靶区域外的相邻细胞。在一些实施方案中，绝热外环构件64可视地导引靶区域但不接触眼部或其他生物表面以防止眼部或其他生物表面与绝热外环构件64的热交换。在一些实施方案中，可以使用较大(或较小)尺寸的冷却尖端以对皮膜、黏膜或黏膜皮肤区组织提供麻醉。在所示的实施方案中，冷却尖端26呈圆柱形形状；然而，应当理解的是，可以想到替代性形状，包括多边形、椭圆形、新月形或任何其他传导形状。

在一些实施方案中，电源28包含便携式电源例如电池、电容器或类似装置。在一些实施方案中，电源28可包含可再充电的锂离子电池组(28Wh)，其在单次充电时提供足够的能量以在-10℃下操作冷冻麻醉装置10约1小时。然而，在一些实施方案中，电源28可以包括非便携式电源。

控制器30可包含用于维持高度准确的温度控制的温度调节反馈回路和/或用于防止过度冷却的定时锁定机构。更具体地，在一些实施方案中，控制器30可包含温度传感器38，其有效地与热回路中的至少一个构件耦合以输出响应于已检测到的温度的温度信号，该至少一个构件包含冷却尖端26、冷却能集中器32、珀尔帖单元模块34、散热器36、周围环境以及患者的眼表面。以这种方式，控制器30接收温度信号并且可有效经由DC电池源的受控电流、受控电压和/或脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)对珀尔帖单元模块34的操作温度进行控制，由此精确地调节冷冻麻醉装置10的操作温度。在一些实施方案中，温度传感器38排布成使用任一热传感器(例如但不限于热敏电阻(thermistor)、热电偶、电阻或光学温度计)或多个热传感器直接地测量眼的眼表面温度或热回路的任何部分。然后，控制器30可计算温度和/或热通量。控制器30可使用恒定值、一定幅度和持续时间的脉冲或更复杂的规定模式来维持预定的温度或温度范围。在一些实施方案中，如果尖端温度降低到一定温度(例如-12℃)以下和/或如果电池温度超过60℃或散热器温度超过50℃，则冷冻麻醉装置10可以自动断电以确保安全的操作温度范围。在一些实施方案中，控制器30可以基于施加的、测量的或期望的热通量而不是施加的、测量的或期望的温度来操作。

如所描述的，控制器30还可以包括定时锁定机构，其经由集成定时器来监测和控制冷却的持续时间。以这种方式，控制器30能够监测并实现眼表面上的靶区域的充分冷却并防止该靶区域的过度冷却。在一些实施方案中，该定时冷却锁定装置被设定为约3秒至约60秒的预定时间；然而，本教导预期了额外的持续时间。应当理解的是，定时锁定机构可以与温度调节反馈回路结合使用以主动地同时监测和控制经测量的温度和经测量的时间。

在一些实施方案中，冷却能集中器32一般但不限于是由导热材料(例如但不限于金属)制成的长形集中器。冷却能集中器32可布置成沿着长形主体12的中心纵向轴线，并且收集多个珀尔帖单元或单个珀尔帖单元的冷却能。在一些实施方案中，冷却能集中器32可呈多面体形状，并且从与珀尔帖单元相接触的表面收集的冷却能被集中到其总面积小于进行收集的珀尔帖单元冷却表面的总面积的一个或更多个表面。然而，应当理解的是，冷却能集中器32可具有其他形状，包括圆柱形、圆锥形、锥形圆柱体形、球形、半球形或提供收集和集中冷却能的任何其他形状。在这些实施方案中，珀尔帖单元模块34可成形为限定互补表面，以增强珀尔帖单元模块34与冷却能集中器32之间的表面区域接触以促进热电冷却。

在一些实施方案中，冷却能集中器32可以成形为终止于可压缩尖端42处，该可压缩尖端42可用于在使用之前更换冷却尖端26并保持该冷却尖端26无菌。可压缩尖端42可包含从冷却能集中器32的主体部分46径向延伸的多个渐缩形凸缘构件44。所述多个渐缩形凸缘构件44共同地形成中央孔，该中央孔的尺寸为适于将冷却尖端26接纳在其中，从而提供多个渐缩形凸缘构件44与冷却尖端26之间的机械耦合和热耦合。多个渐缩形凸缘构件44的尺寸和形状设计成提供独立的柔性，以提供响应于冷却尖端26的经由压缩环48施加的压缩的机械耦合，该压缩环48经螺纹接合至布置在多个渐缩形凸缘构件44的外表面上的对应的螺纹。以这种方式，压缩环48绕多个渐缩形凸缘构件44的螺纹接合致使多个渐缩形凸缘构件44被推动成更紧更窄的嵌套关系，由此在冷却尖端26上施加压缩保持力。因此，绕多个渐缩形凸缘构件44的压缩环48的螺纹操纵可以提供冷却尖端26与冷却能集中器32的选择性的耦合和去耦合(decoupling)。然而，应当理解的是，其他固定机构例如机械闩锁、磁力耦合、螺栓或黏合剂可用于使冷却尖端固定。这些固定机构是传导性的以允许冷却尖端26由于消毒问题和/或操作问题被选择性地更换。应当理解的是，冷却尖端26因此是限定冷冻麻醉装置10的接触冷却区域的可更换尖端，并且提供用于组织接触的无菌表面。可更换的或可消毒的尖端覆盖件70也可与冷却尖端26成为一体以提供用于组织接触的无菌表面。

在一些实施方案中，一个或更多个珀尔帖单元模块34例如以阵列的方式沿着至少一部分冷却能集中器32布置，以对冷却能集中器32以及因此冷却尖端26提供热电冷却。应当理解的是，珀尔帖单元模块34可以配置成单个冷却元件或多个冷却元件。然而，应当理解的是，采用多个珀尔帖单元模块34具有特别的好处，例如但不限于操作的减少和从已建立的行业中提供容易获得的单元的潜力。在一些实施方案中，珀尔帖单元模块34的热表面构造成相对于冷却尖端26的中央冷却部分62垂直。然而，应当理解的是，珀尔帖单元模块34的热表面可以相对于冷却尖端26的中央冷却部分62平行或成任何角度，这取决于从珀尔帖单元模块34排热的期望方向。在一些实施方案中，多个珀尔帖单元模块34有效地耦合至电源28和控制器30，以这种方式允许并联的电操作，从而允许冷冻麻醉装置10即便在一个或更多个珀尔帖单元模块34失效的情况下也可继续操作。在这种情况下，控制器30及其相关联的反馈回路控制系统可以提升可操作的珀尔帖单元模块34的冷却输出以实现期望的冷却和/或持续性能。

虽然热电冷却具有重量轻、小型、固态(因此没有流体或移动部件)和电驱动(从而允许直接控制温度)的优点，但是其排出大量必须被小心处理的热。冷冻麻醉装置10提供了一种用于有效传热和散热的独特设计。如本文中所描述的，冷却能集中器32是导热的并且由一个或更多个珀尔帖单元模块34冷却以迅速且可靠地维持冷却尖端26的预定温度。珀尔帖单元模块34被分布成有效将从珀尔帖单元模块34排出的热量扩散至散热器36，并且因此促进有效的冷却，这减小了散热器36的尺寸并可提高冷却尖端26与用户眼睛之间的视觉间隙。散热器36由导热材料制成，以有效地使从珀尔帖单元模块34排出的热量扩散。在一些实施方案中，散热器36绕冷却能集中器32和珀尔帖单元模块34径向布置。换句话说，散热器36从冷冻麻醉装置10的中心纵向轴线向外辐射。然而，应当理解的是，散热器36可沿其他方向辐射热量，这取决于珀尔帖单元模块34的热表面相对于冷却尖端26的中央冷却部分62的相对角度。在一些实施方案中，散热器36大体布置在长形主体12的握持部分22和/或颈状部分20内，从而直接在珀尔帖单元模块34和冷却尖端26附近提供局部散热，同时保持握持部分22的窄的形状，以获得使用期间改善的视觉间隙和手持能力。

为了促进从散热器36散热，提供了空气循环系统50，其用于使空气穿过散热器36的散热片或其他特征而循环。在一些实施方案中，由电源28供电的风扇52(参见图1)被致动以从一个或更多个进入口54吸入空气。在一些实施方案中，进入口54包含多个散热片通道56，所述散热片通道56形成在散热器36中，其用于提高散热器36的表面积以促进热传递。在一些实施方案中，散热器36的表面粗糙度可以很大以进一步提高散热器36与空气接触的表面积。空气沿多个散热片通道46(其形成于散热器36中并且通常由长形主体12的握持部分22包围)，沿着大致上但不限于此的平行于冷冻麻醉装置10的中心纵向轴线的方向通过，并从远离冷却尖端26位置处的一个或更多个排出口58离开。应当理解的是，空气循环的方向可以相对于冷冻麻醉装置10的中心纵向轴线垂直或成另一角度，这取决于珀尔帖单元模块34的热表面相对于冷却尖端26的表面的相对角度。使排出口58远离冷却尖端26定位不但降低了冷却尖端26的尖端表面处的对流损失，而且还由于气流使患者组织的干燥度降至最低。或者，可以沿着相反的方向迫使空气进入并且在冷却尖端附近排出。

在一些实施方案中，冷却尖端26包含被热耦合至冷却能集中器32的中央冷却部分62，以及包围中央冷却部分62的周边的绝热环构件64。绝热环构件64布置成允许中央冷却部分62保持暴露的接触尖端，该接触尖端构造成与眼表面的靶区域物理地接触并热耦合至该眼表面的靶区域，同时该绝热环构件64提供了关于由中央冷却部分62接触的待冷却区域的位置相对于附近的物体(例如角膜干细胞)的位置的视觉导引，并由此防止了这些物体的过度冷却。在一些实施方案中，绝热环构件64包括主动加热元件，该主动加热元件对邻近冷却区域的温度进行控制以便限制由冷却扩散引起的对周围组织的损伤。在一些实施方案中，冷却尖端26的中央冷却部分62限定了约10mm²至约900mm²(例如3mm×3mm至10×10mm²)的面积。

继续参照图3，在一些实施方案中，冷却尖端26的中央冷却部分62可包含形成在该中央冷却部分62上的靶向标记部66，该靶向标记部66构造成接触眼表面的靶区域并提供临时标记以对麻醉区域进行定位。例如，在一些实施方案中，靶向标记部66可包含形成在冷却尖端26上的一对突出或凹入的特征部，所述一对突出或凹入的特征部在冷冻麻醉装置10移除之后在眼表面上临时地产生标记。然后，可以使用这些标记来适当地定位用于放置IVT针的麻醉区域(例如距离角膜缘3mm或4mm放置玻璃体内注射针)。应当理解的是，可设想不同的靶向标记部66，包括但不限于圆形或环形突出部、多个突出部或提供临时标记的任何其他形状。

在一些实施方案中，冷冻麻醉装置10可包含可替换/可抛型尖端覆盖件70，以提供用于眼部接触的无菌表面并减轻冷冻麻醉装置10与患者眼睛之间的冰黏附的形成。在一些实施方案中，尖端覆盖件70可包含用于减轻冷冻麻醉装置与组织之间的冰黏附的疏水性聚合物层。

在一些实施方案中，提供了第一开关构件80以用于致动冷冻麻醉装置10。在一些实施方案中，开关构件90可用于设定冷却尖端的温度和定时器的持续时间，并且用于为珀尔帖模块供电。在一些实施方案中，第一开关构件80的操作包含：1)顺时针旋转以提升冷却尖端的设定温度；2)逆时针旋转以降低冷却尖端的设定温度；3)在顺时针旋转的同时推动第一开关构件80以增加定时器的持续时间；4)在逆时针旋转的同时推动第一开关构件80以减少定时器的持续时间；以及5)两次按压以启动珀尔帖模块。

位于握持部分22附近的第二开关构件82可用于启动(或停用)定时器。当定时器被启动时，冷冻麻醉装置10可在定时器的持续时间期间产生可听见的标记，例如低频和高频下的两次连续的蜂鸣声，随后每10秒钟发出蜂鸣声，以及最后在定时器的持续时间已经终止时在高频和低频下的两次长的连续的蜂鸣声。在一些实施方案中，可以在达到设定时间之前推动第一开关构件80以终止定时器功能。应当理解的是，冷冻麻醉装置10可包行多个控制输入、标记和技术中的任一种；因此，目前描述的输入、标记和技术不应被认为对本发明进行限制。

在使用期间，在一些实施方案中，冷冻麻醉装置10定位成与患者的眼相接触，以使得冷却尖端26(或尖端覆盖件)与眼表面的靶区域直接物理接触。冷冻麻醉装置10在被放置成与患者的眼接触之前或之后可经由开关80被致动为“开启”。因此，冷冻麻醉装置10的致动通过控制器30、冷却能集中器32、珀尔帖单元模块34、散热器36和空气循环系统50来启动冷却尖端26的迅速冷却，并同时标记眼并麻醉眼表面的靶区域。在靶区域麻醉之后，然后，医师或护理人员可执行另外的手术例如施用IVT。在一些实施方案中，用户可以设定期望的冷却尖端的温度和定时器的持续时间，并且然后两次按压第一开关构件80来启动珀尔帖模块34，以使冷却尖端26达到设定温度点(例如，-10℃)。然后，可使冷却尖端26与患者的眼睛相接触并且使定时器致动。然后，冷冻麻醉装置10维持设定温度点一段预定的持续时间(例如10秒)，并且然后产生标记(例如但不限于蜂鸣声或振动)。在定时器持续时间之后，冷冻麻醉装置10可自动地将尖端温度调节至较高的温度(例如，-2℃)以使组织与冷却尖端26之间的冰黏附最小化，并且然后返回至环境温度。如图5A和5B所示，示出了沿着操作期间的时间轴的尖端温度以及功率和电压的数据。

在一些实施方案中，如图6A至6E所示，冷冻麻醉装置执行麻醉和注射(例如玻璃体内注射)两种过程。在一些实施方案中，冷却能集中器91是经消毒的并可更换。在一些实施方案中，冷却能集中器91首先在尖端92处诱导冷冻麻醉，在这之后，冷冻麻醉装置执行注射(例如玻璃体内注射)。在一些实施方案中，将药物容器93放置在冷却能集中器91的内部，如图6B所示。在一些实施方案中，螺线管96或类似特征推动药物容器93，压缩弹簧95或类似特征，并将针94插入组织(例如眼组织)内。在一些实施方案中，螺线管96或类似特征控制针插入组织内的深度。在一些实施方案中，螺线管96或类似特征挤压药物容器93，从而引起注射药物，如图6D所示。在一些实施方案中，将针94放置在冷却能集中器97的外部，如图6E所示。然而，应当理解的是，以上描述是为了说明的目的而提供的且并不限制本发明的教导。

出于说明和描述的目的已经提供了对一些实施方案的前述描述。前述描述并非意在穷举式的或限制本公开。一个特定实施方案的单个元件或特征通常不限于该特定实施方案，并且即使没有具体示出或描述，单个元件或特征在适用的情况下是可互换的且可以在所选择的实施方案中使用。其在许多方面也可能有所不同。这些变型不认为是偏离本公开，并且所有这些修改意在被包括在本公开的范围内。

Claims (27)

1.用于使皮膜、黏膜或黏膜皮肤区组织的靶区域冷却的装置，所述装置包含：

长形主体，其具有握持部分以便于使用者的手持操纵，所述长形主体具有近端端部和远端端部；

热电冷却系统，其布置在所述长形主体的至少一部分内，所述热电冷却系统构造成物理地接触并热耦合所述靶区域以诱导冷冻麻醉或镇痛，所述热电冷却系统具有：

导热冷却尖端，其适于热接触所述靶区域，所述冷却尖端布置在所述长形主体的远端端部上；

导热冷却能集中器，其热耦合至所述冷却尖端；

至少一个珀尔帖单元模块，其热耦合至所述冷却能集中器，所述珀尔帖单元模块可操作地诱导所述冷却能集中器的冷却；

电源；

热传感器，其对所述冷却尖端、所述冷却能集中器、所述珀尔帖单元模块、周围环境和所述靶区域中的至少一种的温度或热通量进行检测，所述热传感器输出温度或热通量信号；

控制器，其响应于所述温度或热通量信号和预定温度或热通量，将控制信号可操作地输出至所述珀尔帖单元模块；以及

散热器，其热耦合至所述珀尔帖单元模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个珀尔帖单元模块包含多个珀尔帖单元模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个珀尔帖单元模块以并联阵列的方式电耦合。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个珀尔帖单元模块以串联阵列的方式电耦合。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个珀尔帖单元模块在阵列内以部分并联和部分串联的方式电耦合。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却能集中器是横截面为大致矩形的长形集中器，所述至少一个珀尔帖单元模块布置在所述长形集中器的侧部上。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却能集中器沿所述长形主体的纵向轴线延伸。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却尖端包含形成在其上的靶向标记部，所述靶向标记部配置成在所述靶区域上产生临时标记。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述靶向标记部包含用于在所述靶区域上产生临时压痕的一对突出部。

10.根据权利要求1所述的装置，其还包含：

空气循环系统，其具有风扇构件，所述风扇构件促使空气穿过所述散热器以促进热传递，所述风扇构件布置在所述长形主体内。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述空气循环系统包含：

进气口，其布置成与所述长形主体的远端端部上的冷却尖端相邻；

多个散热片通道，其从所述散热器延伸；以及

排气口，其相对于所述进气口在朝向所述长形主体的近端端部的位置处延伸穿过所述长形主体。

12.根据权利要求10所述的装置，其中所述空气循环系统包含：

排气口，其布置成与所述长形主体的远端端部上的冷却尖端相邻；

多个散热片通道，其从所述散热器延伸；以及

进气口，其相对于所述排气口在朝向所述长形主体的近端端部的位置处延伸穿过所述长形主体。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述多个散热片通道大致由所述长形主体的握持部分包围，并且沿着所述多个散热片通道的气流大致平行于所述长形主体的纵向轴线。

14.根据权利要求11所述的装置，其中所述多个散热片通道从所述散热器径向地延伸。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却能集中器包含可压缩端部，所述可压缩端部具有其伸出的多个凸缘构件，所述多个凸缘构件的尺寸使得以机械的、热的并且可释放的方式将所述冷却尖端耦合至所述冷却能集中器。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述可压缩端部包含压缩环，其经螺纹接合所述多个凸缘构件并且促使所述多个凸缘构件与所述冷却尖端接合。

17.根据权利要求1所述的装置，其还包含：

布置成绕所述冷却尖端的覆盖件，所述覆盖件覆盖所述冷却尖端以防止所述冷却尖端与所述靶区域之间的直接物理接触并允许所述冷却尖端与所述靶区域之间的热耦合。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述覆盖件的表面为疏水性的。

19.根据权利要求1所述的装置，其还包含：

绝热环，其大致包围所述冷却尖端的周边以降低所述靶区域外侧相邻细胞的热暴露。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述绝热环包含主动加热元件。

21.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源为便携式电源。

22.根据权利要求1所述的装置，其中所述长形主体的握持部分比所述长形主体的近端部分窄，所述近端部分邻近所述近端端部。

23.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括注射机构，所述注射机构包含：

可抛型针；

注射器；

注射器柱塞，以将所述针推入所述靶区域中并将来自所述注射器的流体注射入所述靶区域；

缩回元件，以在所述注射完成后将所述针收回到所述装置中。

24.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置含有启动注射的开关。

25.根据权利要求1所述的装置，其中冷却装置尖端被杀菌剂覆盖以提供消毒。

26.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置的冷却尖端具有弯曲的指骨状部以保持组织。

27.将冷冻麻醉或镇痛施加于皮膜、黏膜或黏膜皮肤区组织的靶区域的方法，所述方法包括：

提供装置，其具有：

长形主体，其具有握持部分以便于使用者的手持操纵，所述长形主体具有近端端部和远端端部；

热电冷却系统，其布置在所述长形主体的至少一部分内，所述热电冷却系统构造成物理地接触并热耦合至所述靶区域以诱导冷冻麻醉或镇痛，所述热电冷却系统具有：

导热冷却尖端，其适于热接触所述靶区域，所述冷却尖端布置在所述长形主体的远端端部上；

导热冷却能集中器，其热耦合至所述冷却尖端；

至少一个珀尔帖单元模块，其热耦合至所述冷却能集中器，所述珀尔帖单元模块可操作地诱导所述冷却能集中器的冷却；

电源；

热传感器，其对所述冷却尖端、所述冷却能集中器、所述珀尔帖单元模块和所述靶区域中的至少一种的温度进行检测，所述热传感器输出温度信号；

控制器，其响应于所述温度信号和预定的设定温度将控制信号，将控制信号可操作地输出至所述珀尔帖单元模块；以及

散热器，其热耦合至所述珀尔帖单元模块；

致动所述控制器，以在所述冷却尖端放置在所述靶区域上之前或于此同时实现将所述冷却尖端冷却至预定温度；以及

实现对所述靶区域的充分冷却，以对所述靶区域进行冷冻麻醉或镇痛。