CN110430846A - 用于组织热治疗的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于医疗装置的系统和方法，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该医疗装置可配置成经由两相热传递过程非侵入性地或侵入性地将组织区域冷却至预定的运行温度。

Description

用于组织热治疗的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年1月19日提交的美国临时专利申请第62/447,997号、2017年4月5日提交的美国临时专利申请第62/482,027号、2017年5月2日提交的美国临时专利申请第62/500,047号、2017年5月26日提交的美国专利申请第62/511,837号、2017年6月22日提交的美国临时专利申请第62/523,492号、2017年7月13日提交的美国临时专利申请第62/532,343号和2017年8月4日提交的美国临时专利申请第62/541,650号，并要求它们的优先权，这些文献全文以参见的方式纳入本文。

关于联邦赞助研发的声明

不适用。

背景技术

在一些医疗应用中，可选择性地将冷却施加至组织区域以执行期望的医疗程序(例如，冷冻溶脂)。或者，可以实施冷却以在对目标组织区域执行的热治疗程序(例如，激光消融)期间保护非目标组织。在这些医疗应用中实施的常规冷却系统具有不充分的冷却能力并且需要各种运动部件和外部电源。

发明内容

本公开提供了用于医疗装置的系统和方法，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却和/或加热。与常规的现有技术冷却机制(例如，单相冷却、热电冷却、焦耳－汤姆逊冷却、喷雾冷却等)相比，该医疗装置利用两相热传递来提供极高的冷却能力。该医疗装置可配置成非侵入性地或侵入性地将组织区域冷却至预定温度。在一些非限制性示例中，由医疗装置利用以提供冷却的两相热传递可与加热元件组合，以使医疗装置能够在向组织区域提供加热与冷却之间进行选择性切换。

在一方面，本公开提供了一种医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该医疗装置包括基部以及布置在基部上的蒸发结构，该蒸发结构配置成接纳工作流体。蒸发结构设计成促进工作流体的蒸发，以将基部冷却至预定的运行温度。

在一方面，本公开提供了一种非侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该非侵入性医疗装置包括：基部，在基部上布置有治疗表面；以及多孔基材，该多孔基材与基部的至少一部分接合并配置成接纳工作流体。多孔基材设计成促进工作流体的蒸发，以将治疗表面冷却至预定的运行温度。

在一方面，本公开提供了一种侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该侵入性医疗装置包括外壁和内壁，在内壁上具有沿着内壁轴向延伸的至少一个通道。所述至少一个通道设计成促进布置在其中的工作流体的蒸发，以将外表面冷却至预定的运行温度。

在一方面，本公开提供了一种非侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向经受分段式治疗型式的组织区域提供冷却。该非侵入性医疗装置包括：基部，该基部限定布置在其中的多个开口以适应分段式治疗型式；以及多个通道，这些通道布置在基部上并配置成接纳工作流体。所述多个通道设计成促进工作流体的蒸发，以将基部冷却至预定的运行温度。

在一方面，本公开提供了一种非侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该非侵入性医疗装置包括顶板、包括接触表面的底板、以及布置在顶板与底板之间的蒸发结构，该蒸发结构配置成接纳工作流体。该蒸发结构配置成促进工作流体的蒸发，以对接触表面进行冷却。该非侵入性医疗装置包括延伸穿过顶板、底板和蒸发结构的开口。

在一方面，本公开提供了一种非侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该非侵入性医疗装置包括：透明顶板，该透明顶板包括入口端口和出口端口；透明底板，该透明底板包括配置成与组织区域接合的底表面；以及蒸发结构，该蒸发结构与入口端口和出口端口流体连通。入口端口配置成接纳工作流体，并且蒸发结构配置成促进工作流体的蒸发，以将期望的组织区域冷却至预定温度。

在一方面，本公开提供了一种非侵入性医疗装置，该医疗装置配置成向组织区域提供冷却。该非侵入性医疗装置包括：基部，该基部具有冷凝板，该冷凝板具有布置在其上的治疗表面以及入口端口和出口端口；以及蒸发板，该蒸发板具有布置在其中的蒸发结构。冷凝板包括在入口端口与出口端口之间延伸的流动路径，并配置成接纳冷却流体，并且其中，蒸发结构配置成接纳工作流体并促进工作流体的蒸发，以将治疗表面冷却至预定的运行温度。

在一方面，本公开提供了一种用于控制配置成热治疗组织区域的医疗装置的方法。该方法包括使医疗装置与组织区域接合、测量沿着组织区域的表面的一个或多个位置处的温度、基于沿着组织区域的表面的一个或多个位置处的测量温度来确定组织区域内的一个或多个深度处的温度轮廓、以及基于在组织区域内的一个或多个深度处描绘出轮廓的所确定的温度来调整医疗装置的运行参数。

本发明的前述及其他方面和优点将在下文的描述中显现。在说明书中，参照了构成说明书一部分的附图，在附图中，以图示的方式示出了本发明的优选实施例。然而，这些实施例并不必然地体现本发明的整个范围，而是要参考权利要求书在此用于解释本发明的范围。

附图说明

当考虑到以下对其的详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上文所阐述的以外的特征、方面和优点也将变得明显。这种详细的描述参照以下附图。

图1是根据本公开的一方面的医疗装置的示意图。

图2是根据本公开的一方面的与热源连通的医疗装置的示意图。

图3是根据本公开的一方面的与流体源连通的医疗装置的示意图。

图4是根据本公开的一方面的与流体源和流体控制装置连通的医疗装置的示意图。

图5是根据本公开的一方面的与流体源和冷凝器连通的医疗装置的示意图。

图6是根据本公开的一方面的与流体源、流体控制装置和冷凝器连通的医疗装置的示意图。

图7是根据本公开的一方面的与流体源、贮存器和冷凝器连通的医疗装置的示意图。

图8是根据本公开的的一方面的具有型式化蒸发结构的医疗装置的示意图。

图9是根据本公开的一方面的平铺式(tiled)医疗装置的示意图。

图10是根据本公开的一方面的包括多个通道的医疗装置的示意图。

图11是根据本公开的一方面的包括多孔基材的医疗装置的示意图。

图12是根据本公开的一方面的具有敞开回路的非侵入性医疗装置的右前上方轴测图。

图13是图12的非侵入性医疗装置的左后下方轴测图。

图14A是根据本公开的一方面的具有闭合回路的非侵入性医疗装置的冷凝器侧的俯视图。

图14B是图14A的非侵入性医疗装置的冷凝器侧的仰视图。

图15是图14A的非侵入性医疗装置的蒸发侧的俯视正视图。

图16是图14A的非侵入性医疗装置在组装时的俯视图。

图17是图14A的非侵入性医疗装置在组装时的仰视图。

图18是具有从液体储罐吸取流体的施加至组织区域的蒸发器的非侵入性医疗装置的示意图。

图19是具有柔性覆盖件和真空的图18的非侵入性医疗装置的示意图。

图20是具有施加在装置与组织表面之间的可移除片、防冻层和粘合层的图18的非侵入性医疗装置的示意图。

图21是具有施加在装置与组织表面之间的可移除片、防冻层和粘合层的图18的非侵入性医疗装置的示意图，其中，加热器集成到可移除片中。

图22是具有施加在装置与组织表面之间的可移除片、防冻层和粘合层的图18的非侵入性医疗装置的示意图，其中，加热器集成在粘合层与防冻层之间。

图23是根据本公开的一方面的非侵入性医疗装置的凹入治疗表面的示意图。

图24是根据本公开的一方面的具有多个峰部和谷部的非侵入性医疗装置的治疗表面的示意图。

图25是根据本公开的一方面的具有多个突起的非侵入性医疗装置的治疗表面的示意图。

图26是根据本公开的一方面的非侵入性医疗装置的马蹄铁形治疗表面的示意图。

图27是根据本公开的一方面的非侵入性医疗装置的新月形治疗表面的示意图。

图28是根据本公开的一方面的非侵入性医疗装置的环形治疗表面的示意图。

图29是根据本公开的一方面的治疗具有凹部的组织区域的非侵入性医疗装置的示意图。

图30是根据本公开的一方面的治疗具有突起的组织区域的非侵入性医疗装置的示意图。

图31是根据本公开的一方面的侵入性医疗装置的示意图。

图32是图31的侵入性医疗装置的部段A－A的放大视图。

图33是沿着线33－33剖取的图31的侵入性医疗装置的剖视图。

图34是沿着线34－34剖取的图31的侵入性医疗装置的剖视图。

图35是沿着线35－35剖取的图31的侵入性医疗装置的剖视图。

图36是根据本公开的一方面的用于分段式医疗应用的非侵入性医疗装置阵列的示意图。

图37是图36的非侵入性医疗装置阵列的侧视图。

图38是根据本公开的一方面的用于分段式医疗应用的另一种非侵入性医疗装置阵列的右前上方轴测图。

图39是图38的非侵入性医疗装置阵列的侧视图。

图40是根据本公开的一方面的透明非侵入性医疗装置的右前上方轴测图。

图41是根据本公开的一方面的图40的透明非侵入性医疗装置的示意图，该医疗装置被组装并治疗组织区域。

图42是示出布置在组织区域上的冷却装置的初始温度的曲线图。

图43是示出在由冷却装置施加冷却的同时组织区域内的等温层的曲线图。

图44是根据本公开的一方面的非侵入性温度监测和控制系统的示意图。

图45是示出在图44中的位置1和5处温度与时间关系的曲线图。

图46是示出在图44中的位置2和6处温度与时间关系的曲线图。

图47是示出在图44中的位置3和7处温度与时间关系的曲线图。

图48是示出在图44中的位置4和8处温度与时间关系的曲线图。

图49是示出图44中的位置5－8的温度的插值的曲线图。

图50是示出图44中的位置1－4的温度的插值的曲线图。

图51是示出基于图49和50中的插值数据的0℃等温线的x、y对的曲线图。

图52是示出10℃等温线的x、y对的曲线图，并且其也可以基于图49和50中的插值数据用0℃等温线确定并绘制。

图53是测试设置的示意图，该测试设置用于在模拟组织区域中的不同深度处温度与时间关系，该模拟组织区域使用两相冷却来进行非侵入性冷却。

图54是示出在用于热电冷却和两相冷却的图53的模拟组织设置内的不同深度处温度与时间关系的曲线图。

图55是示出在经受激光治疗并且由根据本公开的非侵入性医疗装置冷却的组织区域内经过0.059秒之后的三维温度轮廓的曲线图。

图56是示出在经受激光治疗并且由根据本公开的非侵入性医疗装置冷却的组织区域内经过0.073秒之后的三维温度轮廓的曲线图。

图57是示出对于径向距图55和56中所示的用于冷却治疗的激光束的不同距离的温度与时间关系的曲线图。

图58示出用于在基于激光的医学治疗期间模拟透明非侵入性医疗装置的冷却性能的设置。

图59示出用于在基于激光的医学治疗期间模拟常规冷却装置的冷却性能的设置。

图60是示出对于图58的非侵入性医疗装置和图59的常规冷却装置的基于激光的医疗治疗期间开始冷却两秒后的皮肤表面温度的曲线图。

具体实施方式

本文中术语“上游”和“下游”的使用表示相对于流体流动的方向。术语“下游”对应于流体流动的方向，而术语“上游”是指与流体流动的方向相反或相对的方向。

图1示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的一非限制性示例。医疗装置100可配置成非侵入性地(例如，在组织区域的表面处)或侵入性地(例如，在组织区域中的预定深度处)向组织区域或组织区域阵列提供冷却。医疗装置100包括基部102和蒸发结构104。基部102配置成接触组织区域以便于从组织区域移除热量，从而将组织区域冷却至预定温度。在一些非限制性示例中，医疗装置100可配置成根据时间将组织区域冷却至期望的的温度轮廓。

在一些非限制性示例中，基部102可以是非侵入性工具，其设计成连续地接触组织区域的表面以对表面处的组织区域和/或进入到组织区域中的预定深度进行冷却。在一些非限制性示例中，基部102可以是非侵入性工具，其设计成以期望的分段(点阵，fractional)型式离散地接触组织区域的表面，以提供在组织区域上和/或进入到组织区域中的预定深度处的分段式冷却。在一些非限制性示例中，基部102可以是非侵入性工具，其设计成在分段式加热型式附近或周围提供热管理(即冷却)，以最小化对各分段式加热面积之间的非目标组织的损伤。在一些非限制性示例中，基部102可以是侵入性工具，其配置成穿透到组织区域或组织区域阵列中，以在预定深度处或深度范围内为(一个或多个)组织区域提供冷却。

在一些非限制性示例中，蒸发结构104可与基部102接触或集成到基部102中。蒸发结构104配置成接纳工作流体以便于经由两相热传递过程来冷却组织区域。蒸发结构104设计成包括形成在其中的一个或多个空腔和/或一个或多个流动路径，每个空腔和/或流动路径配置成填充有工作流体。一旦填充有工作流体，由于毛细作用和短程力的组合的缘故，在每个空腔或路径内形成液体弯月面。液体弯月面用作蒸发位点，由于液体的大的蒸发焓的缘故，蒸发位点从蒸发结构104和基部102提供显著的除热潜力。因此，医疗装置100可运行成经由两相热传递过程向组织区域提供冷却，两相热传递过程提供比常规医疗冷却技术(例如，单相冷却、热电冷却、焦耳－汤姆逊冷却等)高几个数量级的除热能力。

在所示的非限制性示例中，可以不需要蒸发结构104来接纳连续的流体流。而是，可用预定量的工作流体对蒸发结构104填充或充载。替代地或附加地，蒸发结构104可最初与工作流体源流体连通，并且由蒸发结构104的设计提供的毛细力使得工作流体流入蒸发结构104而不需要外部引起的压差(例如泵)。在一些非限制性示例中，蒸发结构104可涂覆有具有高表面张力的材料(例如，单层石墨或石墨烯)。一旦填充，蒸发结构104就可从与工作流体源的流体连通中移除。蒸发结构104可设计成一旦基部102与组织区域接触就开始并维持工作流体的蒸发。即，从组织区域通过基部102传递至蒸发结构104的热量足以开始并维持工作流体的蒸发，并由此冷却组织区域。因此，医疗装置100可运行成向组织区域提供冷却，而不需要外部电源或热源以便于其中的工作流体的蒸发。在一些非限制性示例中，这使得医疗装置100能够作为无源装置运行(即，不需要外部能量源来运行)并且能够具有比需要电线、电源等来运行的常规医疗冷却系统更高的机动性。替代地或附加地，蒸发结构104可设计成使得，无论医疗装置100的定向如何，毛细力都将工作流体维持在蒸发结构104内。即，一旦填充，蒸发结构104内的毛细力就可大于重力，从而使得医疗装置100能够以任何定向使用，而没有工作流体泄漏或蒸发结构104中的部分干燥面积的威胁。

由于医疗装置100的热力学运行的缘故，将组织区域冷却至期望温度长达期望时间量的所需的工作流体量是已知的。即，基于来自组织区域的热量输入，可以知道来自蒸发结构104的工作流体的蒸发速率。以这种方式，可专门设计医疗装置100以提供长达期望时间量的期望量的冷却。替代地或附加地，可利用给定质量的工作流体蒸发的已知时间量来确定何时需要重新填充工作流体和/或何时可将不同的工作流体连通至蒸发结构104以控制组织区域的温度。

医疗装置100可与各种不同的工作流体一起运行。例如，仅举几例，这些工作流体是水、液态烃或醇、卤代烃、氨、二氧化碳。在一些非限制性示例中，可基于特定医疗应用、所期望的热交换速率和/或运行温度范围来选择工作流体。由于蒸发过程基本上是等温的，因此所期望的温度范围和传热特性可由工作流体的热物理性质决定。即，对于给定的压力和温度，工作流体的沸点是已知的，因此，由医疗装置100实现的平衡温度可至少部分地基于工作流体的化学成分来确定。下表1提供了医疗装置100的性质和运行特性的各种非限制性示例。

表1：医疗装置100的性质和运行特性

当实施医疗冷却装置100以冷却期望的组织区域时，该期望的组织区域的、与其响应于温度变化的结构力学相结合的热特性可在基于能量的医疗应用中起作用。例如，在冷冻溶脂的情况下，含水和脂肪的组织可能会随着温度降至水和/或脂肪的熔点以下而经历相变。这种相变(即结晶)伴随着冷却过程期间的能量平衡以及组织的热特性的两个事件。第一，固相的导热率高于液相，因此，当冷冻锋运动至期望的组织区域的非冷冻部分时，传导式热传递可显著改善。例如，与液态水相比，处于固相的水(即冰)具有大约四倍的导热率。只要不超过除热能力并且同时距冷表面的距离不对热流施加大的阻力，这种导热率的增加可以引起一系列加速效应。第二，在组织的冷冻部段与非冷冻部段之间的交界处释放的相变的潜热可能向应当从期望的组织区域移除的总热量增加显著的负荷。如果冷却能力有限，则冷却过程减缓以匹配可能消散的最大热流。

以上解释的组织的这些动态特性可能仅在从所期望的组织区域到冷表面的热流不受用于提供冷却效果的机制的能力限制的情况下才被注意到。与常规的冷却机制(例如，单相冷却、热电冷却、焦耳－汤姆逊冷却、喷雾冷却等)相比，由医疗装置100利用的两相冷却提供了优异的冷却性能和显著增加的冷却能力。医疗装置100的极高的冷却能力将所期望的组织区域的动态热行为转化为有利于：加速冷冻锋的进展，通过增加每单位时间从单位体积组织中去除的能量来增强对所期望的组织区域的热损伤的有效性，减少所期望的医疗程序的持续时间，缩小整个医疗装置100的占地面积并显著减少其总重量，降低对邻近/非目标组织的不期望损害的风险，由于被动运行而改善医疗装置100的可靠性，增加可以进行冷却的有效范围(距冷表面的距离)，并且改善控制和维持温度水平的时间和空间精度。

在一些非限制性示例中，医疗装置100可配置成通过将冷却波引入期望的组织区域来根据时间提供逐步、循环或预定的温度轮廓的冷却方法。例如，如果需要将组织区域冷却至-10℃，则医疗装置100可配置成在-5℃的运行温度下开始并且在该温度下停留长达第一预定时间量。在第一预定时间量之后，医疗装置100可配置成过渡至-15℃的运行温度(并停留)长达第二预定时间量。例如，仅举几例，通过改变系统的运行压力和/或改变工作流体和/或工作流体的流速，可便于-5℃至-15℃之间的运行温度过渡。一旦已经过第二预定时间量，医疗装置100就可配置成过渡回-5℃的运行温度(并停留)长达第三预定时间量。在一些非限制性示例中，医疗装置100可循环地继续在-5℃、-15℃与-5℃的运行温度之间过渡，直至达到给定程序的总时间为止。与提供恒定-10℃的冷却相比，运行温度的逐步或循环过渡可使医疗装置100能够更高效地将组织区域冷却至期望的-10℃并且在更短的时间内达到期望的-10℃。

根据非限制性配置，医疗装置100的用途或使用方法不包括通过手术或疗法来治疗人体或动物体的步骤。应当注意的是，使用如本文所描述的装置的人员的技能可能不具有医生的技能，并且由于受治疗的人员的疾病而不是出于美学原因，可能不会促成预期的治疗。

在一些非限制性示例中，可实施抽吸装置以将组织区域粘附至基部102。该抽吸装置可以呈真空泵的形式，或者是能够产生低于大气压的压力的另一装置，以将组织区域抽吸到基部102上。

图2示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图2中所示，医疗装置100可包括热源106。在一些非限制性示例中，热源106可以是电阻加热器、布置在基部102与组织区域之间的薄的透明加热器、热电加热器、微波加热器、电磁加热器(例如，红外线)、超声加热器、射频加热器等。在一些非限制性示例中，热源106可利用来自位于基部102外部的另一部件(例如，激光器)的废热。

热源106可配置成选择性地将热量施加至基部102和/或组织区域。在一些非限制性示例中，热源106可集成到基部102中以便于选择性地加热基部102。在一些非限制性示例中，热源106可远离基部102定位并且与基部102和/或组织区域热连通。在运行中，医疗装置100可用于冷却用于给定医疗应用的组织区域，并且热源106可随后将组织区域和/或相邻组织区域加热回到大约室温。在一些非限制性应用中，医疗装置100可冻结组织区域的至少一部分(例如，组织区域的表面)，并且热源106可用于防止基部102与组织区域的表面之间的粘结。例如，薄的透明热源106可布置在基部102与组织区域的表面之间，以便于在对组织区域的表面施加所期望的冷却之后从组织区域的表面快速移除医疗装置100。

图3示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图3所示，蒸发结构104可与流体源108流体连通。流体源108可包括可供应至蒸发结构104的工作流体供应源。在一些非限制性示例中，流体源108可以是工作流体的非加压源(即，在大约大气压下)。在这些非限制性示例中，流体源108与蒸发结构104之间的流体接触可足以引起向蒸发结构104供应工作流体的毛细力。在一些非限制性示例中，流体源108可配置成在流体源108与蒸发结构104之间引起压降，以将工作流体供给到蒸发结构104中。在这些非限制性示例中，流体源108可配置成选择性地将工作流体供给到蒸发结构104中(例如，当确定蒸发结构104需要更多的工作流体时)。

图4示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图4所示，医疗装置100可包括与流体源108和/或蒸发结构104连通的流体控制装置110。在一些非限制性示例中，流体控制装置110可配置成控制流体源108与蒸发结构104之间的流体流的方向，或工作流体的流速。例如，流体控制装置110可以呈止回阀的形式，其配置成仅允许流体从流体源108流至蒸发结构104。

在一些非限制性示例中，流体控制装置110可配置成控制从流体源108提供至蒸发结构104的工作流体的压力。例如，流体控制装置110可以呈一次性充载筒的形式，其配置成选择性地增加流至蒸发结构104的工作流体的压力。以这种方式，流体控制装置110可用于通过改变蒸发结构104内的工作流体的压力来控制医疗装置100的冷却温度输出。替代地或附加地，流体控制装置110可包括压力调节器，该压力调节器配置成根据期望增加或减小工作流体的压力。

在一些非限制性示例中，流体控制装置110可配置成选择性地提供流体源108与蒸发结构104之间的流体连通。例如，流体控制装置110可以呈开/关阀的形式，其配置成选择性地提供流体源108与蒸发结构104之间的流体连通，以激活和停止组织区域的冷却。应当理解的是，可以组合本文描述的各种形式的流体控制装置100，并且医疗装置100不限于仅使用所描述的功能之一。

图5示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图5所示，医疗装置100可包括与蒸发结构104流体连通的冷凝器112。该冷凝器112可配置成便于从蒸发结构104流出的蒸发的工作流体的冷凝。在一些非限制性示例中，冷凝器112可配置成向工作流体提供足够的除热量或散热量以实现其冷凝。冷凝器112可与流体源108流体连通以重新捕获工作流体并将其提供至流体源108。在其他非限制性示例中，冷凝器112可配置成将冷凝的工作流体连通至贮存器，如将要描述的那样。

图6示出了根据本公开的一非限制性示例的医疗装置100的另一非限制性示例。如图6所示，流体控制装置110可与在流体源108下游和蒸发结构104下游的工作流体远程流体连通(即，不与流体源108一体地(顺序连接地，in-line)布置)。该配置可使流体控制装置110能够选择性地控制流到蒸发部段104中的工作流体的压力(例如用以控制由医疗装置100提供的冷却温度)和/或控制离开蒸发结构104的蒸发的工作流体的压力(例如用以控制蒸发的工作流体的冷凝)。

图7示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图7所示，蒸发结构104可与流体源108、冷凝器112和贮存器114流体连通。在一些非限制性示例中，贮存器114可以是包含工作流体的在大约大气压下的罐或容器。在一些非限制性示例中，贮存器114可以是包含工作流体的高于或低于大气压的的罐或容器。流体源108可配置成以预定的压力和流速将工作流体从贮存器114供应至蒸发结构104。在一些非限制性示例中，工作流体可从流体源108连续地流至蒸发结构104通过冷凝器112并且返回至贮存器114。在一些非限制性示例中，可根据需要将工作流体选择性地提供给蒸发结构104。

医疗装置100的热特性和热力学特性使得医疗装置100能够基于施加至其上的热量输入而自适应或自调节。即，在蒸发结构104内蒸发并随后由冷凝器112冷凝的工作流体的量可与从组织输入到医疗装置100的热量成比例。以这种方式，医疗装置100可自调节工作流体的蒸发量和随后的冷凝量，以向贮存器114和流体源108提供足够的液态工作流体。

图8示出了根据本公开的一方面的医疗装置100的另一非限制性示例。如图8所示，蒸发结构104可以呈型式化蒸发结构118的形式。型式化蒸发结构118可配置成向组织区域提供具有变化的热通量的冷却型式。在一些非限制性示例中，型式化蒸发结构118的机械结构可定制成在空间上改变由医疗装置100提供的散热通量。例如，型式化蒸发结构118的孔隙率可设计成在空间上改变跨过医疗装置100的除热通量或除热能力。替代地或附加地，基部102的材料、型式化蒸发结构118或基部102的涂层、和/或施加在基部102与组织区域之间的外部涂层可设计成在空间上改变医疗装置100的散热通量或轮廓以限定冷却型式。在一非限制性示例中，可在基部102与组织区域之间施加防冻涂层或材料，以保护组织区域内的某些面积免受医疗装置100的冷却效应影响(例如，以提供防冻保护)。

在一些非限制性示例中，医疗装置100可配置成沿着基部102以在空间上变化的运行温度运行。例如，基部102可限定对称的运行温度轮廓，其温度从基部102的中心线至基部102的第一边缘和第二边缘增加。在一些非限制性示例中，基部102可限定对称的运行温度轮廓，其温度从基部102的中心线至基部102的第一边缘和第二边缘降低。在一些非限制性示例中，基部102可根据期望限定符合任何功能形式的变化的运行温度轮廓。

图9示出了根据本公开的一方面的平铺式医疗装置200的一非限制性示例。如图9中所示，平铺式医疗装置200可包括以阵列或平铺型式布置的多个医疗装置100。应当理解的是，这些医疗装置100可根据期望以任何型式布置。在一些非限制性示例中，医疗装置100可经由网状结构连结。在其他非限制性示例中，医疗装置100可单独安装至外部结构。在任何情况下，医疗装置100可以是可运动的，以使平铺式医疗装置200能够根据期望而适形于任何解剖区域和/或匹配任何解剖学特征。在一些非限制性示例中，可在平铺式医疗装置200内单独控制医疗装置100，以使平铺式医疗装置200能够提供预定的冷却型式。例如，医疗装置100可设置有各种工作流体以限定不同的运行温度。替代地或附加地，医疗装置100内的蒸发结构104可设计成提供不同的传热性质。替代地或附加地，医疗装置100的基部102可被涂覆和/或隔热以控制其输出温度。在一些非限制性示例中，可控制平铺式医疗装置200内的医疗装置100的选择性组，以使平铺式医疗装置200能够提供预定的冷却型式。例如，平铺式医疗装置200内的医疗装置100的选择性组可连接于不同的工作流体回路，这使得医疗装置100的选择性组能够在不同的冷却温度下运行。

应当理解的是，本文描述的医疗装置100的各种非限制性示例本质上不一定是分开的，并且医疗装置100可适于包括本文描述的各种非限制性组件和配置的任何组合。

图10示出了根据本公开内容的一方面的蒸发结构104的一非限制性示例。在图10的非限制性示例中，蒸发结构104集成到基部102中。基部102包括多个翅片400，这些翅片400从基部102的第一表面402延伸以在其间形成多个通道404。通道404配置成接纳工作流体并且尺寸设计成确保在其中形成液体弯月面。例如，在运行期间，基部102的第二表面406可与组织区域接合。来自组织区域的热能可经过基部102和翅片400到达在通道404中形成的液体弯月面，在该处工作流体被蒸发。来自蒸发结构104中的所有弯月面的蒸发的整体效果提供了医疗装置100的大量除热能力。蒸发结构104的特性可影响蒸发速率，从而影响医疗装置100的总体除热能力。例如，通道404的数量、通道宽度W、基部102的材料、施加至基部102的涂层、以及施加至基部102的外部(即，基部102与组织区域之间)的材料都可能影响医疗装置100的总体冷却性能。

图11示出了根据本公开的蒸发结构104的另一非限制性示例。如图11所示，蒸发结构104可由多孔基材500形成。在一些非限制性示例中，多孔基材500可附连于基部102的第一表面402上或者可移除地定位在基部102的第一表面402上。在一些非限制性示例中，多孔基材500可附连于基部102的第一表面402。在任何情况下，多孔基材500包括多个孔502，一旦填充有工作流体，每个孔就用作形成弯月面的位点。在运行期间，例如，基部102的第二表面406可与组织区域接合。来自组织区域的热能可穿过基部102和多孔基材500行进至液体弯月面，在弯月面处工作流体被蒸发。多孔基材500的性质可影响蒸发速率，从而影响医疗装置100的总体除热能力。例如，孔502的数量、孔502的尺寸、多孔基材500的材料、基部102的材料、施加至基部102的外部(即，基部102与组织区域之间)的材料、以及施加至基部102的涂层都可影响医疗装置100的总体冷却性能。

如上所述，医疗装置100可以呈非侵入性医疗装置的形式。图12和13示出了根据本文所描述的系统和方法的非侵入性医疗装置600的一非限制性示例，该医疗装置600配置成经由两相热传递过程来冷却组织区域。非侵入性医疗装置600包括基部602，该基部602具有第一表面604、与第一表面604相对布置的治疗表面606、以及形成在基部602中的冷却空腔608。在一些非限制性示例中，基部602可由金属材料(例如，铝、铜、黄铜等)制成。在一些非限制性示例中，基部602可由石墨或纺织材料(例如，碳纤维)制成。

在所示的非限制性示例中，基部602包括两个冷却空腔608。在其他非限制性示例中，基部602可包括多于或少于两个的冷却空腔608。冷却空腔608由朝向治疗表面606延伸到第一表面604中的凹部形成。在所示的非限制性示例中，冷却空腔608限定出大致矩形的形状。在其他非限制性的示例中，冷却空腔608可根据期望限定出其他形状(例如圆形、多边形等)。

冷却空腔608配置成将多孔基材610接纳在其中。在一些非限制性示例中，多孔基材610可由金属(例如，铝或铜)、碳纤维网材料或金属泡沫材料制成。多孔基材610包括多个孔，一旦填充有工作流体，每个孔就用作形成弯月面的位点。如本文所描述的，响应于来自与治疗表面606接触的期望的组织区域的热量输入，弯月面可用作工作流体从该处蒸发的位点。

多孔基材610的几何特性(例如，孔的尺寸)可设计成使得，无论非侵入性医疗装置600的定向如何，一旦填充有工作流体，毛细力就将工作流体维持在多孔基材中。即，一旦填充，多孔基材610内的毛细力就可大于重力，从而使得非侵入性医疗装置600能够以任何定向使用，而没有工作流体泄漏的威胁。

多孔基材610可与基部602的至少一部分接合。在所示的非限制性示例中，一个或多个柱611从冷却空腔608的底表面向上突出，以增强基部602与多孔基材610之间的接触。柱611可布置在整个冷却空腔608中，以有助于多孔基材610与基部602之间的传导式热传递。在所示的非限制性示例中，每个冷却空腔608包括沿着其交错的六个柱611。在其他非限制性示例中，每个冷却腔608可根据期望包括多于或少于六个以任何型式布置的柱611。

在所示的非限制性示例中，多孔基材610可暴露于周围环境(即，非侵入性医疗装置600限定相对于工作流体的敞开回路)。这可允许布置在多孔基材610内的工作流体蒸发至周围环境。在这些非限制性示例中，工作流体可选择为化学上惰性和/或安全的，以供患者和/或使用者吸入。在一些非限制性示例中，多孔基材610可预加载工作流体。在一些非限制性示例中，多孔基材610可以是准敞开的，其中多孔基材610被暴露于周围环境的结构覆盖。蒸发的工作流体可沿着该结构行进并随后在其中冷凝，以使得至少一部分工作流体能够根据期望被收集和再循环。在一些非限制性示例中，多孔基材610可与周围环境密封，以为工作流体提供闭合回路。即，可从密封的贮存器向非侵入性医疗装置600提供工作流体，并且蒸发的工作流体可从密封的冷却空腔608中被捕获并随后主动地(例如，通过冷凝器)或被动地(例如，通过与周围环境的热传递)冷凝。冷凝的工作流体可流体连通回到密封的贮存器。因此，在闭合回路中，工作流体可不暴露于周围环境，从而能够使用在敞开回路中可能有害的化学活性工作流体。

冷却空腔608且由此多孔基板610经由第一通道614和第二通道616连接于端口612。端口612以及第一通道614和第二通道616凹陷到第一表面604中。在运行期间，端口612可配置成连接于工作流体供应源。工作流体可沿着通道614和616从端口612流至冷却空腔608并进入多孔基材610。

在一些非限制性示例中，可提供一次性充载筒(未示出)以控制非侵入性医疗装置600内的工作流体的压力。例如，充载筒可与冷却空腔608上游的工作流体流体连通，并且配置成选择性地增加流入冷却空腔608的工作流体的压力。替代地或附加地，充载筒可与冷却空腔608下游的非侵入性医疗装置600流体连通，例如以实现工作流体的冷凝。

例如，在非侵入性医疗装置600的闭合回路配置的运行期间，可将工作流体供应至非侵入性医疗装置600以填充多孔空腔608。在一些非限制性示例中，由多孔基材610的设计提供的毛细力可使工作流体在多孔基材中流动而不需要外部引起的压差。因此，工作流体可被供应至端口612，并且工作流体可自然地(即，不借助外力)被吸入到多孔基材610中。

一旦多孔基材610填充有工作流体，非侵入性医疗装置600就可定位成使得治疗表面606接合患者的期望的组织区域。治疗表面606与期望的组织区域的接合使非侵入性医疗装置600与期望的组织区域之间的热传递开始。具体地，来自期望的组织区域的热量通过治疗表面606传递至冷却空腔608的底表面。热量从冷却空腔608的底表面通过多孔基材610传递至液体弯月面，在弯月面处由于来自组织区域的热量输入而使工作流体蒸发。与常规医疗冷却技术相比，多孔基材610中所有弯月面的蒸发的整体效果为非侵入性医疗装置600提供了相当强的除热能力(即，热通量能力)。

如上所述，在一些非限制性示例中，非侵入性医疗装置600可相对于工作流体限定闭合回路。图14A－15示出了非侵入性医疗装置600的示例性的非限制性示例，该医疗装置600实施了相对于工作流体的闭合回路。如图14A和14B所示，非侵入性医疗装置600可包括冷凝板629，并且在其一侧限定流动路径618，在其另一侧限定冷凝结构631。流动路径618从入口端口620延伸至出口端口622。流动路径618可凹陷到冷凝器板629的一侧中并且限定覆盖了基部602的期望量的表面积的形状。在图14A所示的非限制性示例中，流动路径618从入口端口620沿大致平直的路径朝向冷凝板629的相对端延伸，并且，在与冷凝板629的相对端相邻的地方，流动路径618沿朝向冷凝板629的中心的方向弯曲。然后，流动路径618沿返回朝向冷凝板629的布置有入口端口620的端部的方向以大致盘绕状的型式延伸。即，流动路径618随着其朝向基部602的入口端延伸而来回弯曲。一旦流动路径618的盘绕部段到达冷凝板629的入口端，流动路径618就沿远离入口端口620的方向弯曲并且以大致平直的路径延伸至出口端口622。

应当理解的是，所示的流动路径618仅仅是一非限制性示例，并且流动路径618可根据期望成形为覆盖期望量的冷凝板。例如，流动路径618可成形为均匀地覆盖冷凝板629的总表面积的大部分。在其他非限制性示例中，流动路径618可成形为覆盖冷凝板629的表面积的期望进行冷却的选定部段。

如图14B所示，冷凝板629的另一侧包括冷凝结构631。在所示的非限制性示例中，冷凝结构631包括沿着凹陷表面635布置的多个脊部633。多个脊部633从凹陷表面635向外突出并且在冷凝板629的第一端637与第二端639之间沿横向方向延伸。在一些非限制性示例中，多个脊部633可用作翅片以促进来自流过流动路径618的流体的附加热传递，这种附加热传递作用为有助于蒸发的工作流体冷凝，如将描述的那样。

图15示出了具有闭合回路的非侵入性医疗装置600的蒸发板641。如图15所示，蒸发板641包括布置在其与治疗表面606相对的一侧上的蒸发结构624。在所示的非限制性示例中，蒸发结构624可包括多个脊部626，这些脊部626沿远离治疗表面606的方向从凹陷表面643向外突出。多个脊部626可在凹陷表面624的第一端628与第二端630之间沿横向延伸，并且可在入口端口620与出口端口622之间沿着凹陷表面624布置。在一些非限制性示例中，上述多个脊部626可在第一端628与第二端630之间延伸不同的横向距离。例如，多个脊部626可在入口端口620与出口端口622之间在第一脊部632与第二脊部634之间交替。第一脊部632可从凹陷表面624的中心延伸至该中心与第一端628和第二端630中的每一个之间的位置(即，第一脊部632不在第一端628与第二端630之间完全延伸)。第二脊部634可在第一端628与第二端630之间完全延伸。在一些非限制性示例中，相邻脊部632与634之间的距离可确保毛细力将工作流体维持在各脊部之间。因此，第一脊部632与第二脊部634之间的不同的横向延伸部可沿着蒸发板641的中心线维持工作流体。在其他非限制性示例中，例如通过操纵脊部632、634的布置和定向，可改变蒸发结构641的设计以适应任何期望的冷却型式。在一些非限制性示例中，蒸发结构641可以呈多孔结构的形式，如本文所描述的那样。在一些非限制性示例中，蒸发结构641可以呈沿着凹陷表面624延伸的一个或多个微通道的形式。

冷凝器板629和蒸发板641两者都可包括凹陷凹口636，所述凹陷凹口636在冷凝器板629和蒸发板641中延伸并围绕流动路径618、冷凝结构631和蒸发结构624。这些凹陷凹口636可配置成将密封件(例如，O形环或垫圈)接纳在其中，以便于在附连于冷凝器板629的每一侧的覆盖板与蒸发板641的非治疗侧之间形成密封。

如图16和17所示，非侵入性医疗装置600在组装时可包括绕该医疗装置600周缘布置的隔热层640。在一些非限制性示例中，隔热层640可有助于抑制热量从非侵入性医疗装置600消散至大气，并且可为操纵非侵入性医疗装置600的使用者提供保护。此外，非侵入性医疗装置600可包括充载端口，该充载端口使得工作流体能够被充载到装置中(即，流入蒸发结构641与冷凝结构631之间的面积)。当组装时，冷凝器板629可附连于冷凝器板641，使得蒸发结构624面向冷凝结构631。因此，当组装时，装置的一侧包括治疗表面606，治疗表面606热联接于蒸发结构624，并且覆盖板可布置在覆盖流动路径618的另一侧。

例如，在非侵入性医疗装置600的闭合回路配置的运行期间，工作流体可充载到在蒸发结构624与冷凝结构631之间形成的空腔中。一旦充载好，就可密封该空腔，从而使工作流体与周围环境封闭。当治疗表面606放置成与期望的组织区域接触时，热传递在期望的组织区域与蒸发结构624之间开始。具体地，来自期望的组织区域的热量通过治疗表面606传递至在蒸发结构624内流动的工作流体。从期望的组织区域输入的热量有利于工作流体的蒸发，该工作流体可与冷凝结构631接触。在蒸发结构624内流动的工作流体的蒸发使得非侵入性医疗装置600能够利用本文所描述的两相热传递过程的优点。因此，与常规的医疗冷却技术相比，非侵入性医疗装置600提供了相当强的除热能力(即，热通量能力)。

在装置运行期间，冷却流体可流过流动路径618，该冷却流体与工作流体隔离。因此，当蒸发的工作流体绕冷凝结构631积聚时，由流过流动路径618的流体提供的冷却可提供必要的除热以便于蒸发的工作流体冷凝并导致冷凝的工作流体“落”到蒸发结构624上。

图18是在热治疗应用中实施的非侵入性医疗装置600的另一非限制性示例。如图18所示，非侵入性医疗装置600可相对于工作流体限定敞开系统(即，工作流体被提供给装置并从装置中回收)并且该装置不包括基部602内的冷凝阶段(即，冷凝阶段远离与组织区域接触的基部602发生)。非侵入性医疗装置600可配置成从罐603接纳工作流体。入口管线613在罐603与蒸发结构610、624的入口之间延伸，以在它们之间提供流体连通。流动控制装置110、605可布置在罐603与蒸发结构610、624的入口之间的入口管线613上。在一些非限制性示例中，流动控制装置110、605可配置成控制流体流的方向、流体流的压力和/或流速。从蒸发结构610、624的入口起，工作流体可沿着蒸发结构624流动并从组织区域除热，这导致工作流体的蒸发。因此，与常规的医疗冷却技术相比，非侵入性医疗装置600提供了相当强的除热能力(即，热通量能力)。

蒸发的工作流体可流动通过蒸发结构610、624的出口并进入出口管线615。从出口管线615起，蒸发的工作流体可在冷凝器609中冷凝，并随后储存在罐611中。

在所示的非限制性示例中，控制器607与一个或多个温度传感器连通，所述温度传感器布置成测量在期望的组织区域的表面附近或在该表面上的温度。控制器607可指令流动控制装置110、605至少部分地基于温度传感器的测量来调整非侵入性医疗装置600的运行参数。如本文所描述的，可使用若干参数来控制非侵入性冷却装置600的热输出参数。

在一些非限制性示例中，非侵入性医疗装置600可与柔性垫645一起使用，该柔性垫绕非侵入性装置600覆盖并密封。柔性垫645与非侵入性医疗装置600之间的空间可与真空647连通，真空647配置成减小该空间内的压力。由于非侵入性医疗装置600的形状因素(例如，薄)，故而与真空647的连接可维持组织表面与治疗表面606之间的热接触，防止来自周围环境的热干扰(即，隔热)，抑制组织区域中的血液流动，并加速目标组织的冷却或加热。

在一些非限制性示例中，如图20所示，非侵入性医疗装置600可设置有粘合层621，该粘合层621粘合地附连于治疗表面606。可在粘合层621与可移除片625之间提供防冻层623。防冻层623。可移除片625可以是一次性部件，其被施加至期望的组织区域并且在执行期望的医学治疗之后被丢弃。以这种方式，可保持非侵入性医疗装置600的无菌性。

在一些非限制性示例中，如图21所示，薄加热器627可集成到可移除片625中以熔化治疗表面606与组织表面606之间的任何冷冻粘附并且能够使非侵入性医疗装置600从组织表面脱离。在一些非限制性示例中，如图22所示，薄加热器627可以不是一次性部件，而是可布置在粘合层621与防冻层623之间。

在非侵入性医疗装置600的所有配置中，治疗表面606可配置成适形于患者的特定组织区域。在一些非限制性示例中，治疗表面606可涂覆有涂层。施加至治疗表面606的涂层可由配置成与多孔基材610内的工作流体和/或基部602的热物理性质相对应的材料制成。在图13的非限制性示例中，治疗表面606限定大致弧形或弯曲的表面，该表面具有大致矩形的轮廓。在图17的非限制性示例中，治疗表面606限定大致平坦的表面，该表面具有大致矩形的轮廓。在其他非限制性示例中，如图23所示，治疗表面606可限定大致凸起的形状。在一些非限制性示例中，治疗表面606可限定大致平滑或不间断的轮廓。在一些非限制性示例中，治疗表面606可限定粗糙或间断的轮廓。例如，治疗表面606可包括布置在其上以增加其表面积的结构型式。图24示出了治疗表面606的结构型式的一非限制性示例，该治疗表面606包括多个交替的峰部和谷部。图25示出了治疗表面606的一非限制性示例，该治疗表面606包括从其延伸的多个突起或销642。

在一些非限制性示例中，如图26所示，基部602或治疗表面606可限定大致马蹄铁形状。在一些非限制性示例中，如图27所示，基部602或治疗表面606可限定大致香蕉或新月的形状。在一些非限制性示例中，如图28所示，基部602或治疗表面606可限定大致环形形状。在这些非限制性示例中，抽吸装置可配置成将组织区域吸入到由基部602限定的中心孔中。

在一些非限制性示例中，非侵入性医疗装置600可运行成向不平坦或不均匀的组织表面提供冷却。例如，如图29所示，组织表面644可包括布置在其上的一个或多个凹部646。在这些非限制性示例中，可将材料(例如，凝胶或泡沫)648施加至凹陷646内的组织表面以填充凹部646。该材料可配置成选择性地保护或隔热组织凹部646。在一些非限制性示例中，材料648可限定导热率，该导热率小于或等于由组织表面644(例如，皮肤)限定的导热率。通过将材料例如施加至皮肤以填充并隔热凹部646，非侵入性医疗装置600的治疗表面606可仅对凹部646之间或周围的、接触治疗表面606的面积提供冷却。

在一些非限制性示例中，如图30所示，组织表面650可包括布置在其上的一个或多个突起652。材料(例如，凝胶或泡沫)648可施加在围绕突起652的汇集部中，以选择性地保护或隔热与突起652相邻的组织表面650。通过在围绕突起652的汇集部中施加材料648，非侵入性医疗装置600的治疗表面606可仅向突起652提供冷却。

根据非限制性配置，非侵入性医疗装置600的用途或使用方法不包括通过手术或疗法来治疗人体或动物体的步骤。应当注意的是，使用如本文所描述的装置的人员的技能可能不具有医生的技能，并且由于受治疗的人员的疾病而不是出于美学原因，可能不会促成预期的治疗。

可改变非侵入性医疗装置600的各种参数以基于应用来控制除热能力和运行温度范围。这些参数例如是，基部602的材料、多孔基材610的材料、孔的尺寸、多孔基材610中的孔隙率、流体路径618的几何形状、工作流体的热物理性质、冷却空腔608的几何性质等。下表2提供了非侵入性医疗装置600的性质和运行特性的各种非限制性示例。

表2：非侵入性医疗装置600的性质和运行特性

如上所述，医疗装置100可以呈侵入性医疗装置的形式。图31示出了根据本文所描述的系统和方法的侵入性医疗装置700的一非限制性示例，该医疗装置700配置成经由两相热传递过程来冷却或加热组织区域。在所示的非限制性示例中，侵入性医疗装置700可以呈针的形式或多根针的布置(固定的或可扩张的)，其可包括引入件(未示出)以控制侵入性医疗装置700的穿透深度。在其他非限制性示例中，侵入性医疗装置700可以呈基于导管的装置的形式。

侵入性医疗装置700包括近端702、远端704、内表面706和外表面708。近端702可联接于引入件(未示出)。远端704包括针尖端710，以便于穿透到患者的期望的组织区域中。内表面706包括形成在其中的一个或多个通道712。在一些非限制性示例中，内表面706可涂覆有材料(例如，单层石墨或石墨烯)，该材料具有诸如润湿性、高表面张力等之类的所期望的表面特性。

侵入性医疗装置700可限定隔热长度L_I，该长度可包括例如隔热涂层以抑制热量传递至周围组织和从周围组织传递热量。根据期望，隔热长度L_I可沿着外表面708限定在任何轴向长度处。在一些非限制性示例中，隔热长度L_I可从近端702轴向延伸至近端702与远端704之间的位置，以使与期望的组织区域的表面相邻的组织隔热。

侵入性医疗装置700可限定热活性长度L_T，该长度配置成在组织区域内的期望深度处暴露于期望的组织区域，以便于在期望深度处冷却期望的组织区域。根据期望，热活性长度L_T可沿着外表面708限定任何长度。在一些非限制性示例中，热活性长度可从远端704轴向延伸至远端704与近端702之间的位置，以对期望的组织区域的表面下方的组织进行冷却。

具体参照图32－35，通道712径向凹陷到内表面706中并在近端702与远端704之间沿着内表面706轴向延伸。内表面706限定出大致中空的空腔714，该空腔714配置成将工作流体接纳在其中。例如，在运行期间，侵入性医疗装置700的中空的空腔714可填充有工作流体。然后可将侵入性医疗装置700插入到期望的组织区域中至组织区域内的期望深度。在一些非限制性示例中，隔热长度L_I和热活性长度L_T的轴向布置可确定治疗深度，冷却在期望的组织区域内延伸至该治疗深度。

一旦外表面708与期望的组织区域接触和/或插入到期望的组织区域中，空腔714内的工作流体就开始蒸发，从而开始将期望的组织区域冷却至目标温度。随着工作流体蒸发，蒸气V流出空腔714，同时工作流体流L被维持在通道712内，以便于期望的组织区域的持续冷却。内表面706内的通道712的设计配置成抵抗通道712内的流体流的摩擦而维持工作流体在通道712的至少一部分内朝向远端704流动，并防止变干。随着通道712沿着内表面706轴向延伸，沿着通道712的液体压力梯度维持了引发工作流体流入通道712的驱动力。压力梯度由毛细压力的变化引起，毛细压力的变化是由于通道712的结构随着它们沿着内表面706朝向远端704轴向延伸而变化所引起的。具体地，如图33－35所示，随着通道712沿着内表面706朝向远端704轴向延伸，通道712内的液体弯月面的平均半径逐步减小。在所示的非限制性示例中，随着通道712沿着内表面706轴向延伸，通道712的周向分布量的增加可有助于通道712内的弯月面半径的减小。即，随着通道712朝向远端704轴向延伸，围绕内表面706周向布置的通道712的数量可逐步增加。因此，侵入性冷却装置700的设计确保工作流体流沿着内表面706维持在通道712的至少一部分内，以在整个冷却过程中向期望的组织区域提供蒸发冷却。

在一些非限制性示例中，随着通道712轴向地沿着侵入性医疗装置700增加周向支出量，通道712可限定连续流动路径。即，与近端702相邻的通道712(图33)可分支到近端702与远端704之间的通道712(图34)中，然后可分支到与远端704相邻的通道712(图35)中。在一些非限制性示例中，随着通道712轴向地沿着侵入性医疗装置700增加周向支出量，通道712可至少部分地不连续。

在一些非限制性示例中，侵入性医疗装置700可包括多个微球而不是通道712，所述多个微球布置在由内表面限定的内空腔内。具有不同直径的微球可沿着内空腔轴向布置在不同的位置处。例如，具有最小直径的微球可轴向地沿着内空腔的与针尖端710相邻的一部分设置，具有最大直径的微球可轴向地沿着内空腔的与近端702相邻的一部分设置，并且可在最小直径与最大直径的微球之间设置具有中等直径的微球。以这种方式，不同的直径可以通过毛细力将工作流体吸入到内空腔中并使其中的工作流体能够蒸发。

在一些非限制性示例中，侵入性医疗装置700可与加热相结合，以轴向地沿着医疗装置700提供不同的热特性。例如，侵入性医疗装置700的顶部可设置有本文所描述的各种蒸发结构中的一种，并且该侵入性医疗装置的底部可设置有热源(例如，RF加热)以提供结合的加热和冷却效果。例如，冷却效果可减轻与加热效果相关联的疼痛。

在一些非限制性示例中，侵入性医疗装置700可布置成阵列，以例如在分段式医学治疗中实施。

根据非限制性配置，侵入性医疗装置700的用途或使用方法不包括通过手术或疗法来治疗人体或动物体的步骤。应当注意的是，使用如本文所描述的装置的人员的技能可能不具有医生的技能，并且由于受治疗的人员的疾病而不是出于美学原因，可能不会促成预期的治疗。

可改变侵入性医疗装置700的各种以基于应用来控制除热能力和运行温度范围。这些参数例如是，内表面706上的通道712的型式、工作流体的热物理性质、非侵入性医疗装置700的材料、以及内表面706和外表面708上的涂层。应当理解的是，侵入性医疗装置700的冷却能力的控制可能比本文所描述的非侵入性医疗装置更受限制。即，由本文描述的系统和方法所利用的两相热传递过程提供的显著增加的冷却能力可能需要特别关注侵入性医疗装置700的冷却能力以防止组织损伤。下表3提供了侵入性医疗装置700的性质和运行特性的各种非限制性示例。

表3：侵入性医疗装置700的性质和运行特性

如上所述，医疗装置100可以呈非侵入性医疗装置的形式。图36和37示出了根据本文所描述的系统和方法的非侵入性医疗装置阵列900的另一非限制性示例，该医疗装置阵列900配置成经由两相热传递过程来冷却组织区域。在所示的非限制性示例中，非侵入性医疗装置阵列900可实施为与经受分段式损伤或伤害型式的位置相邻地提供冷却。在一些非限制性示例中，可通过使用电磁能(例如，激光)、射频针、取芯针、或者由加热、机械破坏、超声来引起组织损伤的其他装置或通过其他造成组织损伤的方法来产生分段式损伤或伤害型式。非侵入性医疗装置阵列900可包括基部901，该基部901具有布置在其中的多个开口912以适应分段式治疗型式。在所示的非限制性示例中，基部901包括多个阵列小块902。每个阵列小块902包括多个阵列单元904，这些阵列单元904配置成向与分段式加热的组织相邻的组织区域提供冷却。

阵列单元904包括近端906、远端908以及布置在阵列单元904上的多个通道910。近端906配置成与被分段式加热的组织相邻地布置。当组装时，近端906配置成组合以产生开口912，通过该开口可执行分段式治疗。即，由阵列单元904的组装的近端906形成的开口912以期望的分段型式提供进入组织区域的通路。并不旨在以任何方式对由非侵入性医疗装置阵列900形成的开口912的数量和开口912的定向进行限制，而是阵列小块902可根据期望模块化地布置以产生任何分段型式。

远端908可与流体源914流体连通。在所示的非限制性示例中，流体源914可以是工作流体的积聚或汇集部。工作流体可基于由通道910的设计引起的毛细压力自然地被吸入到通道910中并从中流过。通道910可沿着阵列单元904从近端906延伸不同的长度至近端906与远端908之间的位置。以这种方式，随着流体从每个阵列单元904上的远端908被吸至近端906，工作流体流过的通道910的数量增加。由于阵列单元904限定固定宽度，因此随着工作流体流过的通道910的数量增加，沿着阵列单元904流过通道910的流体所经历的通道宽度可减小。通道宽度的这种减小可引发将工作流体从流体源914吸至近端906所需的毛细压力，从而用工作流体填充每个阵列单元904的通道910。一旦填充有工作流体，阵列单元904内的每个通道910就可形成弯月面以便于工作流体的蒸发。来自通道910的工作流体的蒸发可从阵列单元904传导地除热。

在运行中，非侵入性医疗装置阵列900可放置成与组织区域接触，该组织区域将经受分段式医学治疗，该分段式医学治疗将导致以分段型式加热组织。非侵入性医疗装置阵列900被模块化地构建成使得阵列小块902能够以任何分段型式布置以适合期望的医学治疗。一旦以期望的分段型式配置，流体源914就可放置成与阵列单元904的远端908流体连通，以用工作流体填充通道910。每个通道910内的工作流体可沿着通道910形成弯月面，以促进通道910内的工作流体的蒸发。热量可从组织区域吸收并通过阵列单元904传递至通道910内的工作流体，在该处，热量输入可便于工作流体在通道910中形成的弯月面处蒸发。从组织区域吸收的热量可冷却如下面积中的组织区域，在这些面积中阵列单元904接触组织区域。由阵列小块902形成的开口912使得能够在组织区域上执行分段式医学或美容治疗(例如，入射激光)，而与开口912相邻或围绕开口912的组织由非侵入性医疗装置阵列900进行冷却。如本领域所知的那样，必须确保各分段式治疗区域之间的组织保持不受损伤以促进愈合。此外，由非侵入性医疗装置阵列900提供的冷却可提供麻醉效果。因此，非侵入性医疗装置阵列900可增加分段式医学治疗的功效、安全性、舒适性和/或耐受性。

图38和39示出了根据本文所描述的系统和方法的非侵入性医疗装置阵列900的另一非限制性示例，该医疗装置阵列900可实施为使用两相热传递过程在经受分段式损伤或伤害型式的位置附近提供冷却。如图38和39所示，非侵入性医疗装置阵列900包括以期望的分段型式布置的多个开口912。所述多个开口912的尺寸可设计成使得例如激光束916能够通过这些开口传播并且使组织区域918经受分段式治疗(例如，消融)。

通常，组织区域918表面上的经受激光束916的各个面积可以非常小。此外，激光束916可在短时间内递送大量的能量。因此，组织区域918的未经受激光束916的相邻面积需要在短时间内消散大量的热量以防止形成热点，热点可能不期望地损伤相邻组织。由于非侵入性医疗装置阵列900利用的两相热传递过程的缘故，在与多个开口912相邻的组织中形成的任何生长温度梯度可通过非侵入性医疗装置阵列900内的工作流体的局部高通量蒸发而快速衰减。

在所示的非限制性示例中，非侵入性装置阵列900可包括顶板920、底板922以及布置在顶板920与底板922之间的蒸发结构924。顶板920和底板922可由金属材料(例如，铝)制成，并且可绕多个开口912提供密封。在一些非限制性示例中，蒸发结构924可沿着其侧面向大气敞开，以便于将工作流体引入其中。在一些非限制性示例中，蒸发结构924可包括多个微通道或多孔基材(例如，金属泡沫)。在任何情况下，蒸发结构924配置成填充有工作流体(例如，通过将工作流体与蒸发结构924流体连通并允许毛细力将工作流体吸入到蒸发结构924中)。一旦填充有工作流体，蒸发结构924就可与其自身的纯蒸气处于其热力学平衡。

例如，在分段式消融程序期间，在消融开始时由激光束916引入高通量。随着激光束916更深地钻入组织区域918，组织区域918的表面上的高温面积开始通过组织区域918径向扩散在每个分段位点处(即，与多个开口912中的每一个相邻)。在移除激光束916之后很长时间，该热扩散在每个分段位点处继续通过组织区域918传播。在没有对与分段位点相邻的面积施加足够的冷却的情况下，热损伤面积可能快速生长到相邻面积，这是不期望的副作用。

图38和39中所示的非侵入性医疗装置阵列900提供了与替代路径(即，穿过组织)相比具有极小热阻的热传递路径。因此，热量从组织区域918传导至底板922并进入蒸发结构924。通过蒸发结构内的工作流体的立即蒸发，与底板922接触的期望的组织区域918中的热量被迅速移除并扩散。蒸发结构924可在底板922的整个表面上将以液体形式维持工作流体，以在激光束916遇到组织区域918的表面时确保均匀的蒸发冷却能力。例如，蒸发的工作流体可在其一接触顶板920时就冷凝，并且冷凝的工作流体可落回到蒸发结构924中。在所示的非限制性示例中，非侵入性医疗装置阵列900可被动地运行并且可不包括任何运动部件，这提供了优于常规医疗冷却技术的优点。

可改变非侵入性医疗装置阵列900的各种参数以基于应用来控制除热能力和运行温度范围。这些参数例如是，阵列单元904的材料、阵列单元904的数量和布置、通道910的宽度、工作流体的热物理性质等。应当理解的是，表2中的非侵入性医疗装置600的性质和运行特性可应用于非侵入性医疗装置阵列900。

根据非限制性配置，非侵入性医疗装置阵列900的用途或使用方法不包括通过手术或疗法来治疗人体或动物体的步骤。应当注意的是，使用如本文所描述的装置的人员的技能可能不具有医生的技能，并且由于受治疗的人员的疾病而不是出于美学原因，可能不会促成预期的治疗。

在一些非限制性示例中，除了本文所描述的显著增加的冷却能力之外，非侵入性医疗装置阵列900的设计和特性提供了若干优点。例如，非侵入性医疗装置阵列900可由不透明网状结构制成，该网状结构保护在网状结构下定向的组织免受电磁能量的影响。虽然网状物是不透电磁能的，但是网状物内的开口在将电磁能传递至组织区域的表面时不产生任何损失，这在使用喷雾剂或蓝宝石(Sapphire)冷却系统时是不正确的。在一些非限制性示例中，非侵入性医疗装置阵列900提供用于将分布的但局部的压力递送至组织区域的表面的框架。这大大增加了施加至经受网状物影响的给定位置的压力。为此，该框架可提供由于施加的压力引起的血流收缩，以及在框架位于更近侧时来自远离脑向远侧定向的组织的神经信号的收缩。

除了本文所描述的非侵入性医疗装置阵列900的非限制性示例之外，非侵入性医疗装置阵列900可由便于蒸发冷却的管形成，其中，管延伸以形成跨过组织区域的表面的网状物。在这种情况下，可选择管的直径和分布以产生具有如下参数的网状物，所述参数的比率被选定以优化参数，参数比如是冷却、压力、受保护的组织表面积、施加激光前用于组织预冷却的时间量等。

在一些非限制性应用中，非侵入性医疗装置阵列900可与其他治疗系统一起使用，例如针或手术装置(例如，活组织检查系统等)。冷却、组织保护以及用于约束血流或神经信号传导的压力施加可与通过网状物中的开口的针的施加或通过网状物中的开口延伸的外科手术装置、比如延伸通过装置的活组织检查装置等结合使用。

无论所执行的具体临床应用如何，非侵入性医疗装置阵列900可与负压或抽吸/真空系统一起使用而作为更大的治疗程序的一部分，其中布置在阵列的开口中的组织可承受负压。

图40和41示出了根据本文所描述的系统和方法的非侵入性医疗装置1000的一非限制性示例，该医疗装置1000可实施为使用两相热传递过程在经受分段式损伤或伤害型式的位置附近提供冷却。除了分段式治疗(例如，光动力治疗和肿瘤消融)之外，非侵入性医疗装置1000还可在其他医疗冷却应用中实施。

如图40所示，非侵入性医疗装置1000包括顶板1002和底板1004。顶板1002和底板1004可由透明或光学透射的材料制成。制造顶板1002和底板1004的材料可被选择成提供所期望的光学特性。例如，非侵入性医疗装置1000可用于在将电磁能量递送至组织区域的应用中冷却非目标组织。因此，顶板1002和底板1004的材料可选择为在与给定电磁治疗相对应的波长范围内是透明的。

顶板1002可包括入口端口1006和出口端口1008，两个端口都延伸穿过顶板1002。当组装时，入口端口1006配置成与形成在底板1004中的入口贮存器1010对准，并且出口端口1008配置成与形成在底板1004中的出口贮存器1012对准。底板1004包括多个微通道1014，这些微通道1014在入口贮存器1010与出口贮存器1012之间延伸。在一些非限制性示例中，多孔基材可布置在顶板1002与底板1004之间。入口贮存器1010、出口贮存器1012和多个微通道1014中的每一个均凹陷到底板1004中。

在一些非限制性示例中，由多个微通道1014使用的投影面积与总接触表面积(即，底板1004的底表面1011)之比可小于10％。在一些非限制性示例中，由多个微通道1014使用的投影面积与总接触表面积(即，底板1004的底表面1011)之比可小于5％。在任何情况下，由多个微通道1014占据的投影面积相对于接触表面积是非常小的。因此，底板1004的绝大部分可不被所述多个微通道1014中断，从而流出供电磁能量不间断地穿过非侵入性医疗装置1000的重要空间。

在所示的非限制性示例中，多个微通道1014中的每一个均限定有大致恒定的宽度矩形横截面。在其他非限制性示例中，多个微通道1014可在底板1004上限定替代的形状和/或型式。例如，各微通道1014之间的间隔以及微通道1014所经过的、在入口贮存器1010与出口贮存器1012之间的路径的形状可设计成防止干扰任何进入的电磁能量(例如，分段式激光型式、单个激光束等)。在一些非限制性示例中，可调节微通道1014之间的间隔、微通道1014的型式和/或由微通道1014限定的横截面的几何形状，以提供快速冷却响应和稳定的冷却，同时避免干扰进入的电磁能量。在一些非限制性示例中，微通道1014的内表面可覆盖有涂层[请列出一些]，或者型式化(带有图案)以增强流体流动并降低摩擦损失。

在所示的非限制性示例中，非侵入性医疗装置1000限定大致圆形的形状。在其他非限制性的示例中，非侵入性医疗装置1000可限定另一种形状(例如弯曲形、多边形等)。例如，参考非侵入性医疗装置600的基部602和治疗表面606，非侵入性医疗装置1000和/或底板1004的接触表面1011可采用本文所描述的各种几何形状的任何一种。

参照图40和41，例如在非侵入性医疗装置1000的运行期间，底板1004的接触表面1011可与期望的组织区域1016的表面接触以进行基于电磁的治疗。工作流体可从外部贮存器1018被吸出并通过顶板1002的入口端口1006进入底板1004的入口贮存器1010。工作流体可通过表面张力和分子间力(例如，毛细力)被动地分布于多个微通道1014。

电磁能量可能以期望的治疗型式通过非侵入性医疗装置1000不受干扰地传输。流过多个微通道1014的工作流体可吸收来自组织区域1016的进入的热能并蒸发。沿着多个微通道1014朝向出口贮存器1012流动的工作流体的蒸发在接触表面1011的整个接触面积上引起直接且均匀分布的冷却效果。工作流体可能以气相(例如蒸气)通过出口端口1008离开，并且离开出口端口1008的蒸气可被收集，在冷凝器1021中冷凝，并返回至贮存器1018。

如图41所示，由非侵入性医疗装置1000提供的冷却效果可保护非目标组织区域1020免受由进入的电磁能量产生的热量的影响，并且确保目标组织区域1022经受由电磁能量提供的期望的医学治疗。可通过从组织区域1016和/或非侵入性医疗装置1000获取的一个或多个反馈信号来控制工作流体到非侵入性医疗装置1000的流动。反馈信号例如是，沿着底板1004的一个或多个位置处的温度、接触表面1011与组织区域1016的表面之间的接触力、和/或接触表面1011与组织区域1016的表面之间的交界处的一个或多个位置处的温度。

可改变非侵入性医疗装置1000的各种参数以基于应用场合来控制除热能力和运行温度范围。例如，顶板1002和底板1004的材料、多个微通道1014的数量和布置、通道1014的几何形状和型式、工作流体的热物理性质等。应当理解的是，表2中的非侵入性医疗装置600的性质和运行特性可应用于非侵入性医疗装置1000。

根据非限制性配置，非侵入性医疗装置1000的用途或使用方法不包括通过手术或疗法来治疗人体或动物体的步骤。应当注意的是，使用如本文所描述的装置的人员的技能可能不具有医生的技能，并且由于受治疗的人员的疾病而不是出于美学原因，可能不会促成预期的治疗。

如本文所描述的，本公开提供了非侵入性医疗装置100、600、900和1000的各种非限制性示例，这些医疗装置可被实施以在医疗应用中选择性地冷却组织区域。由于这些装置的非侵入性质的缘故，可期望获得反馈信号，这些反馈信号可用于非侵入性地控制这些装置。可用于控制本文公开的非侵入性医疗装置100、600、900和1000的一些反馈信号是组织区域内的温度以及组织区域内的各种位置和深度。此外，在一些医疗应用中，期望确定组织区域内的温度的时间和空间分布，以确保治疗目标组织区域，同时保持其他组织区域不被治疗。例如，可能需要跟踪渗透到组织区域中的冷锋并基于该冷锋的期望位置或深度来控制医疗冷却装置。显然，获得组织区域内的温度信息将会需要侵入性技术。因此，本公开提供了一种例如基于在组织区域的表面处测量的温度分布来非侵入性地确定组织区域内的各种深度处的空间和时间温度分布的方法。

图42和43是描绘等温表面的进展的一非限制性示例的曲线图，该曲线图示出了冷锋在介质(例如，组织)中的渗透。通过测量在等温表面的任何点处和方向上的温度，可求出其他点和方向上的温度分布。本公开提供了一种基于从组织区域的表面收集的信息来确定该组织区域内的温度分布的方法。在一些非限制性示例中，在组织区域的表面处收集的多个温度测量值可与在给定时间不同深度处的组织区域(例如，脂肪层)内的实际存在的温度轮廓相关。

图44示出了根据本公开的系统和方法的用于开发非侵入性温度确定方法的测试设置的一非限制性示例。在所示的非限制性示例中，在猪组织的立方体样品上进行测试，该样品具有皮肤层1100和脂肪层1102。猪皮的初始温度为24℃，并且覆盖一半皮肤的平坦冷却施加器1104的初始温度为-15℃。在冷却施加器1104下的组织样本内的不同深度Y1、Y2、Y3和Y4处放置四个热电偶(图44中编号为1－4)。此外，在冷却施加器1104旁边的不同位置X1、X2、X3和X4处沿着皮肤表面放置四个热电偶(图44中编号为5－8)。通过在给定时间的这四个数据点(即，X、Y对)之间进行插值，可计算描述在该给定时间皮肤上任何给定点处的温度的函数。该信息可提供在那个特定时间内皮肤表面的温度轮廓分布。因此，脂肪内或皮肤表面上任何给定点的温度可以是其坐标和时间的函数(即T(t)＝f(x,y,t)，其中，T是温度，x是从原点沿皮肤表面的距离，y是从原点到组织内的深度，t是时间)。

图45－48是示出了在冷却施加器与皮肤接触后一千秒内图44中所描绘的八个热电偶的温度与时间关系的曲线图。图49的曲线图中示出了四个水平热电偶从一千秒实验的开始到结束的每五十秒间隔的温度与距原点的水平距离的插值。通过使每个求出的方程等于期望的温度，可以求出具有该温度的点的位置。例如，皮肤表面上的热电偶可以用T(t)＝f(x,0,t)表示。通过将该方程对于0℃求解，方程变为：f(x,0,t)＝0。然后，对于t＝1:50:1000，可以从求出的方程中求出x(t)的对应值。

在图49的曲线图中示出了四个垂直(深度)热电偶从一千秒实验的开始到结束的每五十秒间隔的温度与相对于皮肤表面的深度的插值。该数据给出第二函数T(t)＝f(0,y,t)。通过将该方程对于0℃求解，方程变为f(0,y,t)＝0。然后，对于t＝1:50:1000，可以求出y(t)的对应值。

利用所收集的信息，现在对于T＝0℃同时已知x和y对。例如，在距离原点五毫米的位置处的温度将变为0℃时，可以确定组织区域内温度也是0℃的对应深度。因此，可以确定在组织区域内的不同深度处的相同温度的对。例如，对于0℃的任何等温线，可以建立方程y＝f(x)，以当侵入性地测量组织内的温度的选项不可用或不期望实施该选项时确定组织区域内的各种深度处的温度。通过将X坐标置于其对应的温度方程，可以在组织区域内确定该温度的对应深度。最终，可以建立如下的函数，该函数使组织区域内的深度等于皮肤表面上的长度，以获得完全相同的温度。

图51是示出上述实验中0℃等温线的x、y对的曲线图。使用上述方法，还可以确定10℃等温线的x、y对，并用图52中的0℃等温线绘制。如图所示，可以基于组织区域表面处的相应温度来确定任何温度等温线的x、y对。因此，本公开提供了一种基于组织区域的表面处的温度来非侵入性地确定组织区域内的空间和时间上的温度轮廓的方法。在现实世界的应用中，在组织区域内的不同深度处设置热电偶的选项可能是不实际的，然而，已经建立了上述方程，该方程可起到在组织区域内虚拟地具有热电偶的作用。因此，可免除侵入性地测量区域内的某一深度处温度的需要，并且本文描述的方法可用于将组织区域的表面处的温度与某一深度处的温度相关联。

在一些非限制性应用中，可在与医疗装置相邻的组织表面上测量一个或多个温度，该医疗装置配置成向组织区域提供热效应。例如，能以预定间隔向在一侧或邻近医疗装置测量一个或多个温度，该医疗装置配置成向组织区域提供热效应。以这种方式，可确定组织表面处的温度轮廓，并且使用本文描述的方法，将表面处的该轮廓与组织区域内或组织区域内某一深度的轮廓相关联。应当理解的是，用于非侵入性地测量组织区域内的温度轮廓的方法可同样适用于医疗冷却技术和医疗加热技术。

可通过改变一个或多个控制参数来控制可如本文所描述的实施为冷却组织区域的、本文所描述的各种医疗装置100、600、700、900和1000。例如，可调节流入装置100、600、700、900和1000的流体流以控制施加至组织区域的温度和冷却速率。可被动地或主动地控制流体流速。对于被动控制，流体流由装置100、600、700、900和1000中的压力控制，并且如果存在，则由冷凝器(例如，冷凝器112、1022)控制。装置100、600、700、900和1000以及冷凝器(如果存在)中的压力可通过进入的热通量、热损失、以及装置100、600、700、900和1000与冷凝器(如果存在)以及它们之间的液体和蒸气输送管线的几何形状和定向来确定。被动流体流控制的一些优点是系统简单、直接集成和更高的可靠性。

对于主动控制，控制阀、流动控制装置或毛细管可以控制流向装置100、600、700、900和1000的流体流和/或冷凝器(如果存在)中的蒸气压力。可基于由监测系统获得的反馈参数来调节控制系统响应。主动流体流控制的一些优点是响应急剧的温度波动和使用者定义的冷却/加热程序的灵活性。

如本文所描述的，用于调整装置100、600、700、900和1000的运行特性的另一控制参数可以是所使用的工作流体的热物理性质。热物理性质可确定装置100、600、700、900和1000以及冷凝器(如果存在)的几何参数以及性能、温度的运行范围、压力和冷却速率。对于每种特定应用，可以使用若干种物质作为工作流体。每种流体根据其平衡压力、蒸发潜热、密度等确定其自身的运行条件和设计参数。因此，(一种或多种)冷却流体的选择在相变加热/冷却系统的设计、运行、以及具体地在优化和控制中是必不可少的。

除了流动控制和工作流体选择之外，还可使用电加热和/或对流加热/冷却来直接控制本文所描述的装置100、600、700、900和1000的治疗/接触表面的温度。这些方法中的每一种都可以作为辅助系统集成到相变系统中，以便在需要时快速响应或快速反转温度变化方向。

在一些非限制性示例中，还可使用作为工作流体的两种或更多种物质来控制本文所描述的装置100、600、700、900和1000的温度和冷却/加热速率。例如，在双流体系统中，可引入流体A以将温度从初始组织温度快速降低至中间温度。流体的热物理性质确定/确保冷却步骤(阶段)1的固定最低温度。然后系统可以切换成使用流体B将目标组织冷却至最终温度。如果期望，可反转该过程以使组织恢复至中间温度。可扩展多流体过程来实施两种以上的工作流体，以根据期望限定尽可能多的温度“步骤(阶段)”。

在一些非限制性示例中，组织与本文所描述的装置100、600、700、900和1000之间的热/机械接触的质量对于控制冷却/加热界面上的热交换速率可能是很重要的。局部法向力、诸如凝胶、糊剂等界面材料的存在和厚度以及所施加的真空水平是属于影响热阻和热接触质量的关键因素。这些参数中的每一个都可以用于调整和控制跨过组织/热/冷板界面的热流和冷却速率。

示例

以下示例详细阐述了可使用或实施本文所描述的利用两相热传递过程来冷却组织区域的各种医疗装置的方式，并且将使本领域技术人员能够更容易地理解其原理。以下示例以说明方式给出，且并不意味着以任何方式进行限制。

图53示出了根据本文所描述的系统和方法的用来测试用于冷却组织区域的两相热传递过程的测试设置。多孔基材布置在包括接触表面的金属施加器内。金属施加器由6061铝制成，并包括15毫米(mm)的接触表面、4mm的壁厚和24mm的(接纳多孔基材的部分的)外径。多孔基材由铝制成，并且包括随着多孔基材朝向接触表面前进而减小的可变孔径。根据本文所描述的系统和方法，减小的孔径使得工作流体能够由于毛细力而自然地被吸入到多孔基材中。用于测试的工作流体是异丁烷(C₄H₁₀)，并且工作压力是1巴。异丁烷的沸点在1巴下为-11.7℃。受测试的组织样品包括2.5mm的平均皮肤厚度和20mm的脂肪厚度。对于该测试，将组织样品插入到尺寸略大于样品本身的塑料封壳中，以减少组织样品与周围环境之间的热交换。封壳覆盖组织样品的除了顶部表面(即，皮肤表面)之外的所有部分，其中封壳与施加器的接触表面接触。测试的组织样品是猪的组织。

最初，包括组织样本、封壳和施加器的所有部件与环境空气处于热平衡。使接触表面与组织样品的表面接合，并将液态异丁烷注入施加器中。对于所示的两相装置和热电冷却两者，在进入到组织的不同深度处测量根据时间的温度。使用Omega Hypodermic Type-E(欧米茄皮下注射类型-E)热电偶HYP-1测量温度。

如图54所示，一旦将异丁烷注入施加器的多孔基材中，两相冷却就更快地渗透到模拟组织中。例如，在200秒之后，热电冷却在组织样品内的5.5mm的深度处仅从约24℃冷却至约20℃，而在同样时间内，两相冷却将组织样品冷却至约13℃。此外，与热电冷却相比，两相冷却装置将组织样品的表面维持在较高的温度，而同时在组织样品内的5.5mm深度处维持较冷的温度。因此，与热电冷却相比，两相冷却提供更快速的冷却，其可以渗透至组织内更大的深度并将组织的表面维持在更温暖的温度。

图55－57示出了在消融程序期间经受激光脉冲之后的组织区域的模型。非侵入性医疗装置阵列900放置成与围绕激光束的组织接触。如图55和56所示，来自激光器的热量输入由非侵入性医疗装置阵列900快速消散。图57示出了在激光束径向向外的各个位置处温度与时间的关系。在递送激光能量(即，图中所示的峰值)之后，非侵入性医疗装置阵列900几乎瞬间(例如，在0.2秒内)将从激光束径向向外的区域中的温度降低至非损伤性温度。

图58示出了用于模拟相对于常规冷却装置的冷却性能的非侵入性医疗装置1000的冷却性能的设置，其使用图59的设置来模拟。图60是示出冷却开始两秒后皮肤表面温度的温度的曲线图。如图60所示，常规冷却系统提供了极不均匀的温度轮廓，并且不能均匀地冷却组织。相反地，由非侵入性医疗装置1000利用的两相热传递提供显著增加的冷却能力，并且能够将皮肤的温度均匀地降低至远低于常规冷却装置的温度。

因而，尽管已结合具体实施例和示例描述了上述发明，但本发明不必然如此地受限制，并且来自这些实施例、示例和用途的各种其他实施例、示例、用途、修改和改变都意于包含在所附的权利要求书中。本文所引用的各个专利和出版物的全部公开内容以参见的方式纳入本文，就像每个专利或出版物单独地以参见方式纳入本文那样。

Claims (126)

1.一种医疗装置，所述医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述医疗装置包括：

基部；以及

蒸发结构，所述蒸发结构布置在所述基部上并配置成接纳工作流体，其中，所述蒸发结构设计成促进工作流体的蒸发，以将所述基部冷却至预定的运行温度。

2.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述基部配置成非侵入性地接合所述组织区域。

3.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述基部配置成侵入性地接合所述组织区域。

4.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，还包括热源，所述热源配置成选择性地加热所述组织区域。

5.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，还包括流体源，所述流体源与所述蒸发结构连通并且配置成将工作流体连通至所述流体源。

6.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，还包括与所述蒸发结构连通的流体控制装置。

7.根据权利要求6所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置配置成控制所述蒸发结构内的所述工作流体的运行压力。

8.根据权利要求7所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置呈一次性充载筒的形式。

9.根据权利要求6所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置配置成调节由流体源供应至所述蒸发结构的工作流体的压力。

10.根据权利要求6所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置配置成选择性地提供所述蒸发结构与流体源之间的流体连通。

11.根据权利要求6所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置与所述蒸发结构上游和所述蒸发结构下游的所述工作流体流体连通。

12.根据权利要求11所述的医疗装置，其特征在于，所述流体控制装置配置成选择性地控制进入所述蒸发结构的液态工作流体的压力和离开所述蒸发结构的蒸发的工作流体的压力。

13.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，还包括与所述蒸发结构流体连通的冷凝器。

14.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，还包括贮存器，所述贮存器配置成从冷凝器接纳液态工作流体并将所述液态工作流体连通至流体源。

15.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，蒸发装置呈型式化蒸发结构的形式，所述型式化蒸发结构配置成提供在空间上不同的热通量。

16.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述蒸发结构呈多孔基材的形式。

17.根据权利要求16所述的医疗装置，其特征在于，所述蒸发结构呈多个通道的形式。

18.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，从所述组织区域输入的热量配置成便于所述工作流体的蒸发。

19.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述工作流体的热物理特性配置成控制所述预定的运行温度的量级。

20.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述工作流体的压力配置成控制所述预定的运行温度的量级。

21.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述基部包括布置在其上的治疗表面。

22.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述蒸发结构被接纳在冷却空腔内，所述冷却空腔在所述基部中限定凹部。

23.根据权利要求22所述的医疗装置，其特征在于，多个柱从所述基部延伸到所述冷却空腔中，以增强所述蒸发结构与所述基部之间的接合。

24.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凹陷形状。

25.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凸起形状。

26.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定弯曲形状。

27.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定多个峰部和谷部。

28.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述治疗表面包括从其延伸的多个突起。

29.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述基部限定马蹄铁形状。

30.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述基部限定香蕉形状。

31.根据权利要求21所述的医疗装置，其特征在于，所述基部限定环形形状。

32.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述基部呈针的形式。

33.根据权利要求32所述的医疗装置，其特征在于，所述针包括近端、远端、内表面和外表面。

34.根据权利要求33所述的医疗装置，其特征在于，所述内表面包括布置在其上的多个通道。

35.根据权利要求34所述的医疗装置，其特征在于，所述多个通道径向凹陷到所述内表面中并沿着所述内表面在所述近端与所述远端之间轴向延伸。

36.根据权利要求34所述的医疗装置，其特征在于，所述多个通道设计成将工作流体维持在所述多个通道的至少一部分内，并引发朝向所述远端的流体流。

37.根据权利要求36所述的医疗装置，其特征在于，随着所述多个通道沿着所述内表面轴向延伸，通过由毛细压力的变化引起的压力梯度将流体流维持在所述多个通道的至少一部分内。

38.根据权利要求36所述的医疗装置，其特征在于，所述多个通道的周向分布程度随着它们沿着所述内表面朝向所述远端延伸而增加。

39.根据权利要求1所述的医疗装置，其特征在于，所述基部包括多个阵列小块，所述阵列小块布置成适应分段型式。

40.根据权利要求39所述的医疗装置，其特征在于，每个所述阵列小块包括多个阵列单元，每个所述阵列单元包括近端、远端和布置在所述阵列单元上的多个通道。

41.根据权利要求40所述的医疗装置，其特征在于，每个所述阵列小块内的所述阵列单元的所述近端配置成组合以产生开口，通过所述开口能够对所述组织区域施加分段式治疗。

42.根据权利要求40所述的医疗装置，其特征在于，所述远端与流体源连通。

43.根据权利要求42所述的医疗装置，其特征在于，各所述通道沿着所述阵列单元从所述近端到所述近端与所述远端之间的位置延伸不同的长度。

44.根据权利要求42所述的医疗装置，其特征在于，当所述通道朝向所述近端延伸时，由所述通道限定的通道宽度减小。

45.一种非侵入性医疗装置，所述非侵入性医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述非侵入性医疗装置包括：

基部，所述基部包括布置在其上的治疗表面；以及

多孔基材，所述多孔基材与所述基部的至少一部分接合并配置成接纳工作流体，其中，所述多孔基材设计成促进所述工作流体的蒸发，以将所述治疗表面冷却至预定的运行温度。

46.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材被接纳在冷却空腔内，所述冷却空腔在所述基部中限定凹部。

47.根据权利要求46所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，多个柱从所述基部延伸到所述冷却空腔中，以增强所述多孔基材与所述基部之间的接合。

48.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凹陷形状。

49.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凸起形状。

50.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定弯曲形状。

51.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定多个峰部和谷部。

52.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面包括从其延伸的多个突起。

53.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定马蹄铁形状。

54.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定香蕉形状。

55.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定环形形状。

56.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材预加载有所述工作流体。

57.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材设计成由于施加在工作流体上的毛细力而将工作流体维持在所述多孔基材中。

58.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部包括与所述多孔基材流体连通的端口。

59.根据权利要求58所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述端口与流体源流体连通。

60.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材暴露于周围环境。

61.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材由暴露于周围环境的结构覆盖。

62.根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述多孔基材与周围环境密封。

63.根据权利要求62所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述工作流体通过密封的贮存器提供给所述多孔基材，并且来自所述多孔基材的蒸发的工作流体被冷凝并连通至所述密封的贮存器。

64.一种侵入性医疗装置，所述侵入性医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述侵入性医疗装置包括：

外壁；以及

内壁，所述内壁包括其上的至少一个通道并且所述通道沿着所述所述内壁轴向延伸，其中，所述至少一个通道设计成促进布置在其中的工作流体的蒸发，以将外表面冷却至预定的运行温度。

65.根据权利要求64所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述侵入性医疗装置呈针的形式。

66.根据权利要求64所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述侵入性医疗装置呈针阵列的形式。

67.根据权利要求64所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述侵入性医疗装置呈导管的形式。

68.根据权利要求65所述的侵入性医疗装置，其特征在于，还包括近端和远端。

69.根据权利要求68所述的侵入性医疗装置，其特征在于，内表面包括布置在其上的多个通道。

70.根据权利要求69所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述多个通道径向凹陷到所述内表面中并沿着所述内表面在所述近端与所述远端之间轴向延伸。

71.根据权利要求69所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述多个通道设计成将工作流体维持在其中，并引导流体朝向所述远端流动。

72.根据权利要求71所述的侵入性医疗装置，其特征在于，随着所述多个通道沿着所述内表面轴向延伸，通过由毛细压力的变化引起的压力梯度将流体流维持在所述多个通道内。

73.根据权利要求71所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述多个通道的周向分布程度随着它们沿着所述内表面朝向所述远端延伸而增加。

74.根据权利要求64所述的侵入性医疗装置，其特征在于，所述外表面包括从近端延伸至近端与远端之间的位置的隔热涂层。

75.一种非侵入性医疗装置，所述非侵入性医疗装置配置成向经受分段式治疗型式的组织区域提供冷却，所述非侵入性医疗装置包括：

基部，所述基部限定多个开口，所述多个开口布置在所述基部中，以适应分段式治疗型式；以及

多个通道，所述多个通道布置在所述基部上并配置成接纳工作流体，其中，所述多个通道设计成促进工作流体的蒸发，以将所述基部冷却至预定的运行温度。

76.根据权利要求75所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部包括多个阵列小块，每个所述阵列小块包括多个阵列单元，其中，所述多个阵列单元各自包括近端、远端以及所述多个通道的布置在所述阵列单元上的一部分。

77.根据权利要求76所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，每个所述阵列小块内的所述阵列单元的近端配置成组合以产生所述多个开口。

78.根据权利要求75所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，远端与流体源连通。

79.根据权利要求78所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，各所述通道沿着阵列单元从近端到所述近端与所述远端之间的位置延伸不同的长度。

80.根据权利要求78所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，当所述通道朝向近端延伸时，由所述通道限定的通道宽度减小。

81.一种非侵入性医疗装置，所述非侵入性医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述非侵入性医疗装置包括：

顶板；

底板，所述底板包括接触表面；

蒸发结构，所述蒸发结构布置在所述顶板与所述底板之间，并配置成接纳工作流体，其中，所述蒸发结构配置成促进工作流体的蒸发，以将冷却所述接触表面；以及

开口，所述开口延伸穿过所述顶板、所述底板和所述蒸发结构。

82.根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，还包括以期望的分段型式布置的多个开口。

83.根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，基部包括多个阵列小块，每个所述阵列小块包括多个阵列单元，其中，所述多个阵列单元各自包括近端、远端以及所述多个通道的布置在所述阵列单元上的一部分。

84.根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述蒸发结构呈多孔基材的形式。

85.根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，多孔基材呈泡沫金属的形式。

86.根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述蒸发结构呈多个通道的形式。

87.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述接触表面限定凹陷形状。

88.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述接触表面限定凸起形状。

89.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，治疗表面限定弯曲形状。

90.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，治疗表面限定多个峰部和谷部。

91.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，治疗表面包括从其延伸的多个突起。

92.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述底板限定马蹄铁形状。

93.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述底板限定香蕉形状。

94.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述底板限定环形形状。

95.根据权利要求81所述的医疗装置，其特征在于，所述开口在第一板与第二板之间密封。

96.一种非侵入性医疗装置，所述非侵入性医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述非侵入性医疗装置包括：

透明顶板，所述透明顶板包括入口端口和出口端口；以及

透明底板，所述透明底板包括配置成与组织区域接合的底表面以及与所述入口端口和所述出口端口流体连通的流动通道，其中，所述入口端口配置成接纳工作流体并且所述流动通道配置成促进所述工作流体的蒸发，以将期望的组织区域冷却至预定温度。

97.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述透明底板包括与所述入口端口流体连通的入口贮存器。

98.根据权利要求97所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述透明底板包括与所述出口端口流体连通的出口贮存器。

99.根据权利要求98所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，还包括在所述入口贮存器与所述出口贮存器之间延伸的多个流动通道。

100.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底表面限定凹陷形状。

101.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底表面限定凸起形状。

102.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底表面限定弯曲形状。

103.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底表面限定多个峰部和谷部。

104.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底板包括从其延伸的多个突起。

105.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底板限定马蹄铁形状。

106.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底板限定香蕉形状。

107.根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述底板限定环形形状。

108.一种非侵入性医疗装置，所述非侵入性医疗装置配置成向组织区域提供冷却，所述非侵入性医疗装置包括：

基部，所述基部包括布置在其上的治疗表面以及入口端口和出口端口；以及

流动路径，所述流动路径沿朝向所述治疗表面的方向凹陷到所述基部的第一表面中，其中，所述流动路径在所述入口端口与所述出口端口之间延伸，并且配置成接纳工作流体并促进所述工作流体的蒸发，以将所述治疗表面冷却至预定的运行温度。

109.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，多孔基材被接纳在冷却空腔内，所述冷却空腔在所述基部中限定凹部。

110.根据权利要求109所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，多个柱从所述基部延伸到所述冷却空腔中，以增强所述多孔基材与所述基部之间的接合。

111.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凹陷形状。

112.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定凸起形状。

113.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定弯曲形状。

114.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面限定多个峰部和谷部。

115.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述治疗表面包括从其延伸的多个突起。

116.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定马蹄铁形状。

117.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定香蕉形状。

118.根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置，其特征在于，所述基部限定环形形状。

119.一种用于控制医疗冷却装置的方法，所述医疗冷却装置配置成向组织区域提供冷却，所述方法包括：

使医疗冷却装置与组织区域接合；

沿着所述组织区域的表面在一个或多个位置处测量温度；

基于沿着所述组织区域的所述表面在所述一个或多个位置处测量出的温度来确定所述组织区域内的一个或多个深度处的温度轮廓；以及

基于在所述组织区域内的所述一个或多个深度处描绘出轮廓的确定的温度来调整所述医疗冷却装置的运行参数。

120.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求1所述的医疗装置。

121.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求45所述的非侵入性医疗装置。

122.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求64所述的侵入性医疗装置。

123.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求75所述的非侵入性医疗装置。

124.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求81所述的非侵入性医疗装置。

125.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求96所述的非侵入性医疗装置。

126.根据权利要求119所述的方法，其特征在于，所述医疗冷却装置包括根据权利要求108所述的非侵入性医疗装置。