(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の血管系における選択された血管に挿入することができるカテーテル集成装置を含む、血管内の環境流体を加熱、又は冷却する装置であって：該集成装置が、その末端部に熱伝達エレメント、該熱伝達エレメントは、その周囲の血液、及びその内部にある作動流体において混合を創り出すようならせん状形態を有し、該血液の混合は該熱伝達エレメントの外部表面らせん状形態によって起き、かつ該作動流体の混合は該熱伝達エレメントの内部表面らせん状形態によって起き、該外部表面らせん状形態及び内部表面らせん状形態は、同じ熱伝達表面の対向側にあり；作動流体を熱伝達エレメントの内部から戻す、戻りカテーテル；及び該カテーテル集成装置の軸と実質的に平行に通っている薬剤配送カテーテルを有する；該血管内の環境流体を加熱、又は冷却する装置。
【請求項２】
該薬剤配送カテーテルが、供給カテーテルに関し実質的に同軸に配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
該薬剤配送カテーテルが、該薬剤配送カテーテルの末端部に排出口を有し、かつ該薬剤配送カテーテルの末端部が、戻りルーメン又は供給ルーメンの末端部の末端である請求項２記載の装置。
【請求項４】
該薬剤配送カテーテルが、該戻りカテーテル又は供給カテーテルの一方、又は双方の内部に配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
該薬剤配送カテーテルが、該カテーテル集成装置の軸を横切る排出口を有する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
該熱伝達エレメントのらせん状形態が、連続する熱伝達セグメントのそれぞれの上に形成されたらせん状隆起及びらせん状溝を有し；かつ各熱伝達セグメント上のらせん状隆起が、隣接する前記熱伝達セグメント上の前記らせん状隆起に対する逆のらせん状ねじれを有する、請求項１記載の装置。
【請求項７】
さらに、少なくとも１の密封されたルーメンを戻りカテーテル又は供給カテーテルの一方、又は双方の中に有し、該密封されたルーメンは、密封ルーメンを膨らますための空気の供給装置と、圧力的に連絡している、請求項１記載の装置。
【請求項８】
該戻りカテーテルが供給カテーテルと同軸性であり、かつ該戻りカテーテルが供給カテーテルよりも大きな半径を有する請求項１記載の装置。
【請求項９】
該戻りカテーテルが供給カテーテルと同軸性であり、かつ該戻りカテーテルが供給カテーテルよりも小さな半径を有する請求項１記載の装置。
【請求項１０】
患者の血管系における選択された血管に挿入することができるカテーテル集成装置を含む、血管内の環境流体を加熱、又は冷却する装置であって：該熱伝達エレメントは、その周囲の血液、及びその内部にある作動流体において混合を創り出すようならせん状形態を有し、該血液の混合は該熱伝達エレメントの外部表面らせん状形態によって起き、かつ該作動流体の混合は該熱伝達エレメントの内部表面らせん状形態によって起き、該外部表面らせん状形態及び内部表面らせん状形態は、同じ熱伝達表面の対向側にあり、かつ熱伝達エレメントの末端部が孔を規定している；作動流体を熱伝達エレメントの内部に配送する供給カテーテル、該供給カテーテルは、その上に該供給カテーテルの内部から、該供給カテーテルの外部及び熱伝達エレメントの内部によって規定される容量部に、作動流体を連絡させる多くの排出口を規定している；及び作動流体を熱伝達エレメントの内部から戻す、戻りカテーテル；該血管内の環境流体を加熱、又は冷却する装置。
【請求項１１】
患者の血管系における選択された血管に挿入することができるカテーテル集成装置を含む、血管内の環境流体を加熱又は冷却する装置であって：該集成装置が、患者の血管系における選択された血管に挿入することができる誘導カテーテル、該誘導カテーテルは、末端部に軟質の先端部及び内部保持フランジを有する；該誘導カテーテル内部に挿入できる可撓性供給チューブ；該供給チューブの末端部に装着された熱伝達エレメント、該熱伝達エレメントは末端部にフランジを有し、該フランジは、該保持フランジと連結し、熱伝達エレメントが、誘導カテーテルと離れるのを防ぐことができる；及び該熱伝達エレメント上の複数の外部表面不規則構造、該表面不規則構造は環境流体に乱流が創られるよう成型、及び配置されている；を有する、該血管内の環境流体を加熱又は冷却する装置。
【請求項１２】
さらに、該供給チューブの末端部と連結している突張りを含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
該熱伝達エレメントが複数の熱伝達セグメントを有し、かつさらに各熱伝達セグメントと、隣接する熱伝達セグメントとを連結する可撓性ジョイントを有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
該可撓性ジョイントが、ベロー、金属チューブ、プラスチックチューブ、ゴムチューブ及びラテックスゴムチューブからなる群から選ばれたジョイントである、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
該表面不規則構造が、各熱伝達セグメントの上に形成されたらせん状隆起及びらせん状溝を有し、かつ各熱伝達セグメント上の該らせん状隆起が、隣接する熱伝達セグメント上のらせん状隆起に対して逆のらせん状ねじれを有する、請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
【０００１】
（本発明の属する分野）
本発明は一般に、選択された体臓器の温度の修正及びコントロールに関するものである。特に、本発明は、補完的な技術を便宜的に採用する、選択的臓器冷却の応用に関するものである。
【０００２】
（背景情報）
人体内の臓器、例えば、脳、腎臓及び心臓などは、ほぼ３７℃の恒温に保たれている。低体温法では、臨床的に体内中心部の温度を３５℃以下に限定することができる。低体温法は時々、さらに、その厳格性に従って特徴付けられることがある。体の中心部温度を３３℃乃至３５℃とする場合、穏やかな低体温法と記される。体の中心部温度を２８℃乃至３２℃とする場合、中程度の低体温法と記される。体の中心部温度を２４℃乃至２８℃とする場合、激しい低体温法と記される。
【０００３】
低体温法は数々の神経的な障害によって引き起こされる脳傷害を少なくする点で独特の効果を有し、緊急の脳蘇生において結果的に重要な役割を果たすことができる。実験的な証明により、脳の冷却は、包括的な虚血、限局的な虚血又は外傷性脳傷害後の結果を改善する。こういう理由で、低体温法は、脳並びに他の臓器に対するある種の体への傷害の効果を低下させるために、導入することができる。
【０００４】
脳への低体温法は、伝統的に２０℃〜３０℃の範囲の全身低温の条件を作り出す全身冷却により達成されてきた。しかしながら、全身低温法の使用は、ある種の有害な組織的血管効果の危険がある。例えば、全身低体温法は、低心臓出力、高組織的抵抗及び心室細動を含む、心臓血管系の激しい撹乱を引き起こす可能性がある。他の副作用として、腎臓疾患、播種性血管内凝固及び電解質障害がある。これらの望ましくない副作用に加えて、全身低体温法は管理が難しい。
【０００５】
全身の低体温を誘導するために、患者の血流中に挿入するカテーテルが開発されている。例えば、ダト氏に付与された米国特許第3,425,419号は、人体の温度を低下又は上昇させる方法及び装置を開示している。このダト氏の特許は、金属製のカテーテルを用い、患者を中程度の低体温にする方法に関するものである。該金属製カテーテルは水のような液体を循環させることができる内部経路を有する。該カテーテルを、大腿部静脈を介して挿入し、次いで、下位大静脈を介して右心房及び上位大静脈まで挿入する。該ダト氏のカテーテルは細長い円筒形であり、ステンレススチールで構成されている。例として、ダト氏は長さ約７０cmで直径６mmのカテーテルを使用することを提案している。しかし、ダト氏のシステムの使用は、先に記載した全身低温の否定的な効果を暗示している。
【０００６】
全身低体温法に伴う問題から、さらに選択的な冷却方法を提供する試みがなされて来た。例えば、冷却ヘルメット又はヘッドギアを用いて、患者の全身を冷却するよりも頭部のみを冷却する試みがなされて来た。しかしながら、このような方法は頭蓋骨を介し、かつ脳内部への伝導性熱伝達に依存するものである。伝導性熱伝達を利用することの欠点に、脳の熱低下プロセスに時間がかかるということがある。また、熱伝導を利用する場合、脳の温度の正確なコントロールが難しい。その理由は、内部温度よりも十分に低くするために外部的に確立しなければならない温度勾配のためである。加えて、熱伝導を利用して脳を冷却する場合、また患者の顔面を著しく低体温にすることになり、不快さ、及び否定な副作用が生じる蓋然性が増加することになる。顔面の深冷却は全身冷却同様の心臓血管への副作用を生じさせ得ることが知られている。さらに、実用的な立場から、冷却ヘルメット及びヘッドギアは扱い難く、かつ患者の継続的な治療を困難又は不能にすることがある。
【０００７】
選択的臓器低体温は体外灌流を使用して達成されており、その詳細はArthur E. Schwartz, M.D. らの下記論文に記載されている： Isolated Cerebral Hypothermia by Single Carotid Artery Perfusion of Extracorporeally Cooled Blood in Baboons, （Vol. 39, No. 3, Neurosurgery 577 (1996年９月)。この研究において、血液は大腿部動脈を介してヒヒから継続的に引き出された。該血液は水浴により冷却され、次いでその閉じた外部支流から通常の頚動脈を介して注入された。この方法を使用する場合、通常の心拍、全身の動脈血圧及び動脈血ガス価が、低体温法を実施する間、維持された。この研究は、全身の温度を低下させることなく、脳を２０℃の温度まで選択的に冷却できることを示した。しかし、血液の外部還流はヒトの治療を行うには実用的な取り組みではない。その理由は、感染の危険、抗凝血の必要性及び出血の危険が大き過ぎるからである。さらに、この方法は２本の血管のカニューレ挿入を必要とし、これが該方法を実施、特に緊急装着においてさらに扱い難いものにしている。さらに、頚動脈の経皮カニューレ挿入は難しく、かつ動脈壁損傷により、潜在的に致命的になることがある。最後に、この方法は腎臓など他の臓器の冷却には効果的ではない。その栄養動脈が経皮的に直接カニューレ挿入されることができないからである。
【０００８】
また、選択的臓器低体温法は生理食塩水又は過フッ化炭素のような冷い溶液の灌流によっても試みられている。この方法は一般に心臓手術中に心臓を守るために用いられ、かつ心臓麻痺法と呼ばれている。冷い溶液の灌流は多くの欠点がある。灌流液の過剰容量集積、灌流液の維持のコスト及び不便さ、並びに血液から温度が希釈化されることによる効果の欠如である。血液による温度の希釈化は、例えば脳のような高血流臓器において特に問題である。
【０００９】
（発明の要約）
本発明は、選択された臓器の温度を改善かつコントロールし、かつ多くの補完的治療技術と組み合わせて使用できる、実用的な方法及び装置に関するものである。
一面において、本発明は、栄養血管における環境流体を加熱又は冷却する装置に関するものである。該装置は、患者の血管系において、選択された栄養血管に挿入可能なカテーテル集成装置を有する。該集成装置は、該カテーテル集成装置の末端部に熱伝達エレメントを有し、該熱伝達エレメントは、環境流体において、乱流を創り出すように成型され、かつ配置されている外部表面不規則構造を有し、該表面不規則構造は、栄養血管における環境流体の流れの境界層の厚さと少なくとも等しい深さを有する。該環境流体には、例えば、血管の血液、熱伝達エレメント内の作動流体など、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。該集成装置は、さらに作動流体を熱伝達エレメントの内部に供給する配送カテーテル、及び熱伝達エレメントの内部から作動流体を戻す、戻りカテーテルを有する。また、薬剤配送カテーテルを提供し、該カテーテル集成装置の軸に実質的に平行に通すことができる。
【００１０】
本発明の実施は、次の一以上のものを加えることができる。該薬剤配送カテーテルを、前記供給カテーテルと関連し実質的に同軸に配置することができる。該薬剤配送カテーテルは、その末端部、戻り又は供給カテーテルの末端部に排出口を有していてもよい。該薬剤配送カテーテルは、戻りカテーテル又は供給カテーテルの一方、又は双方の中に配置されてもよく、かつ該カテーテル集成装置の軸に対し、逆又は平行に排出口を有してもよい。該表面不規則構造は、連続する熱伝達セグメントのそれぞれの上に形成されたらせん状隆起及びらせん状溝を有することができ、かつ各熱伝達セグメント上のらせん状隆起は、隣接する熱伝達セグメント上のらせん状隆起に対し、逆のらせん状ねじれを有してもよい。戻りカテーテル又は供給カテーテルの一方、又は双方の中に、少なくとも１の密封したルーメンを提供してもよく、密封ルーメンを膨らますための空気の供給により、密封ルーメンは圧力伝達を受ける。該戻りカテーテルは、供給カテーテルと同軸にすることができ、かつユーザーの要求に応じて、該戻りカテーテルは、供給カテーテルよりも大きな、又は小さな半径を有する。
【００１１】
他の面において、本発明は栄養血管における環境流体を加熱又は冷却する装置に関するものである。この面において、該熱伝達エレメントは開口部（孔）を規定する末端部を有する。供給カテーテルは、作動流体を熱伝達エレメントの内部に配送し、該供給カテーテルは内部に配置された作動流体カテーテルを有し、かつさらに、内部に配置され、該供給カテーテルの軸に実施的に平行に通る薬剤配送カテーテルを有する。該作動流体カテーテルは、その上に多くの排出口を規定しており、該排出口は供給カテーテルの内部から、該供給カテーテルの外部及び熱伝達エレメントの内部に規定される容積部に、作動流体を移すものである。該装置は、さらに作動流体を熱伝達エレメントの内部から戻す、戻りカテーテルを有する。
【００１２】
さらに他の面において、本発明は患者の選択された容量部の血液の温度を選択的にコントロールする方法に関するものである。該方法は、カテーテル集成装置を、患者の選択された容量の血液を供給する血管に導入し、かつ該カテーテル集成装置の供給カテーテルを介して作動流体を配送し、かつ該カテーテル集成装置の戻りカテーテルを介して、該作動流体を戻すことを含むものである。熱は、該カテーテル集成装置の末端部を構成する熱伝達エレメントと、栄養血管における該容量の血液の間を移る。液体を、薬剤配送カテーテルを介し、栄養血管内の該容量の血液に配送する。
【００１３】
本発明の実施で、次の１以上を含むことができる。乱流を、栄養における流れの境界層厚さよりも大きく、熱伝達エレメントから距離を取って、熱伝達エレメント上の複数の表面不規則構造の周囲に創り出してもよく、これにより栄養血管における血流の自由な流れを通して乱流を生み出すことができる。熱伝達エレメント上の表面不規則構造は、らせん回転の交互方向を有するらせん状隆起及び溝の複数のセグメントを有することができ；かつ、前記隆起と溝の交互らせん回転による、らせん血流の繰返し交互する方向性を確立することにより、乱流を創り出す。該液体は、温い酵素液であってもよく、かつt-PA、ストレプトキナーゼ、ウロキナーゼ、プロウロキナーゼ、及びこれらの組合わせからなる群から選択することができる。該液体は、カテーテル集成装置の軸に関連して、縦又は横方向で容積部に配送することができる。該液体を、カテーテル集成装置の遠位先端の基部又は末端部の容積部に配送することができる。血液の容積部が凝血塊を含む場合、該液体を配送する間、前記カテーテル集成装置の遠位先端を、凝血塊に実質的に近く、隣接位置に又は埋め込むように配置することができる。空気を、戻りカテーテル内の少なくとも１つの密封ルーメンに配送し、該密封ルーメンを大きくすることができる。該空気は、さらに拍動的な様式で配送し、該密封ルーメンを繰り返し膨張、収縮させることができ、これにより付加的な乱流を創り出し、例えば、熱伝達を強化することができる。
【００１４】
本発明のさらなる面に、患者の選択された容量の血液の温度を選択的にコントロールする方法がある。該方法は、患者の選択された容量の血液を供給する血管に、カテーテル集成装置を導入すること、該カテーテル集成装置の供給カテーテルを介して作動流体を配送し、かつ該カテーテル集成装置の戻りカテーテルを介して作動流体を戻すこと、カテーテル集成装置の末端部を形成する熱伝達エレメントと、栄養血管における容積部の血液との間で熱を移すこと、及び液体を、薬剤配送カテーテルを介して栄養血管の容積部の血液に配送することを含む。
【００１５】
本発明の前記側面の実施態様において、該方法は、乱流を、栄養血管における流れの境界層厚さよりも大きく、熱伝達エレメントから距離を取って、熱伝達エレメント上の複数の表面不規則構造の周囲に創り出し、これにより栄養血管における血流の自由な流れを通して乱流を生み出すことを含む。
本発明の前記側面の他の実施態様において、熱伝達エレメント上の表面不規則構造は、らせん回転の交互方向を有するらせん状隆起及び溝の複数のセグメントを有し、；かつ、前記隆起と溝の交互らせん回転による、らせん血流の繰返し交互する方向性を確立することにより、乱流を創り出す。
【００１６】
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該液体は温かい酵素液である。   本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該温かい酵素液は、t-PA、ストレプトキナーゼ、ウロキナーゼ、プロウロキナーゼ、及びこれらの組合わせからなる群から選ばれる。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに戻りカテーテルの中の少なくとも１の密封したルーメンに空気を供給し、密封ルーメンを膨らますことを含むものである。
【００１７】
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに、拍動的な様式で戻りカテーテルの中の少なくとも１の密封したルーメンに空気を配送し、該密封ルーメンを繰り返し膨張、収縮させることを含む。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに、前記液体を、カテーテル集成装置の軸に関し、縦方向で該容量部に配送することを含む。  本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに、前記液体をカテーテル集成装置の軸に関し、横方向で、該容量部に配送することを含む。
【００１８】
本発明の前記側面の他の実施態様において、該方法は、さらに、前記液体を、カテーテル集成装置の遠位先端の末端部の容積部に配送することを含む。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、血液の容積部が凝血塊を含む場合、該液体を配送する間、前記カテーテル集成装置の遠位先端を、凝血塊に実質的に近く、隣接位置に又は埋め込むように配置する。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに、前記液体をカテーテル集成装置の遠位先端部の基部に配送することを含む。
【００１９】
本発明には次の利点がある。該装置は、動脈壁を傷つけることなく、装置自身が損傷を受け、動脈中に配置することができる。該装置は、簡単に、かつ心臓病専門医又は神経外科医のような、多くの施術者により、動脈中に配置することができる。該装置は、脳冷却とともに、同時進行的な処置の補完的実施を可能にする。これらの処置には血管造撮影法、狭窄障害の拡張処置、及び薬剤の配送がある。
【００２０】
本発明のさらなる面には、特定の処置を実施するために、患者の選択された臓器の温度を選択的にコントロールする方法がある。該方法が有するのは、誘導カテーテルを血管に導入すること；その末端部に装着した熱伝達エレメントを有する供給チューブを提供すること、該熱伝達エレメントは複数の外部表面不規則構造を有し、該表面不規則構造は選択された臓器の栄養動脈における流れの境界層の厚さよりも大きな深さを有するものである；該供給チューブと熱伝達エレメントを誘導カテーテルを介して挿入し、選択された臓器の栄養動脈に該熱伝達エレメントを配置すること；該表面不規則構造の周りに、前記栄養動脈における流れの境界層の厚さよりも、熱伝達エレメントからの距離が大きな乱流を創り出し、これにより栄養動脈内の血流全体に乱流を創り出すこと；流体を熱伝達エレメント内に前記供給チューブを介して循環させること；流体を該熱伝達エレメントの外部に、誘導カテーテルを介して循環させること；及び熱を、熱伝達エレメントと栄養血管内の血液との間で移動させ、選択された臓器の温度を選択的にコントロールすることである。
【００２１】
本発明の前記側面の実施態様において、熱伝達エレメント上の表面不規則構造は、らせん回転の交互方向性を有するらせん状隆起及び溝の複数のセグメントを有し；かつ、前記隆起と溝の交互らせん回転による、らせん血流の繰返し交互する方向性を確立することにより、乱流を創り出す。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該方法は、さらに、頚動脈内で心臓サイクルの周期の２０%よりも長く、血液乱流を誘導することを含む。
【００２２】
本発明のさらなる面には、選択的血管低温法による選択的血小板崩壊を行う方法が含まれる。該方法に含まれるのは、誘導カテーテルを血栓が生じた血管に誘導カテーテルを導入すること；血栓溶解剤を該誘導カテーテルに流すことにより、血栓溶解剤を血液に供給すること；その末端部に熱伝達エレメントを有する供給チューブを、誘導カテーテルを介して血栓を起こした血管に導入すること；該熱伝達エレメントを介して作動流体を流すことにより、該熱伝達エレメントを冷却すること、該作動流体の戻り経路は誘導カテーテルである；及び血液を、該熱伝達エレメントを通った血液を流すことにより冷却すること、これにより該血液は所定の温度範囲まで冷却される。
【００２３】
本発明の前記側面の実施態様において、該薬剤は、t-PA、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、ウロキナーゼの前駆体、及びこれらの組合わせからなる群から選ぶ。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、血栓溶解剤をストレプトキナーゼとし、該所定の温度範囲を約３０℃と３２℃の間とする。
本発明の前記側面の他の実施態様において、血栓溶解剤をウロキナーゼとし、該所定の温度範囲を約２８℃以下とする。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、血栓溶解剤をウロトキナーゼの前駆体とし、該所定の温度範囲を約２８℃以下とする。
【００２４】
本発明の他の面には、選択的な血管高温処理により、選択的な血小板崩壊を行う方法がある。該方法に含まれるのは、誘導カテーテルを血栓が生じた血管に導入すること；血栓溶解剤を該誘導カテーテルに流すことにより、血栓溶解剤を血液に供給すること；その末端部に熱伝達エレメントを有する供給チューブを、誘導カテーテルを介して血栓を起こした血管に導入すること；該熱伝達エレメントを介して作動流体を流すことにより、該熱伝達エレメントを加熱すること、該作動流体の戻り経路は誘導カテーテルである；及び血液を、該熱伝達エレメントを通った血液を流すことにより加熱すること、これにより該血液は所定の温度範囲まで加熱される。
【００２５】
本発明の前記側面の実施態様において、該薬剤は、t-PA、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、ウロキナーゼの前駆体、及びこれらの組合わせからなる群から選ぶ。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、該薬剤をtPAとし、かつ所定の温度を約３７℃と４０℃の間とする。
【００２６】
本発明のさらなる側面には、選択的血管低温法をを行う間に、血管造撮影法を行う方法がある。該方法に含まれるのは、誘導カテーテルを血管に導入すること；放射線不透性流体を誘導カテーテルに流すことにより、放射能不透性流体を血液に供給すること；その末端部に熱伝達エレメントを有する供給チューブを誘導カテーテルを介して血管に導入すること；作動流体を該熱伝達エレメントに流すことにより、該熱伝達エレメントを冷却すること、該作動流体の戻り経路は該誘導カテーテルである；及び、該熱伝達エレメントを通った血液を流すことにより、血液を冷却すること、これにより該血液は所定の温度範囲に冷却される。
【００２７】
本発明のさらなる側面に、選択的血管低温法を実施する間に、狭窄障害の拡張を行う方法がある。該方法が含むのは、誘導カテーテルを血管に導入すること；誘導カテーテルを介して誘導ワイヤを導入し、狭窄障害に通すこと；誘導ワイヤを介して、ステントを装着したバルーンカテーテルを配送すること；該ステントと障害を通すよう配置すること；該バルーンを、造影剤とともに、膨張させること；該ステントを展開させること；その末端部に熱伝達エレメントを有する供給チューブを誘導カテーテルを介して血管に導入すること；該熱伝達エレメントに作動流体を流すことにより、該熱伝達エレメントを冷却すること、該作動流体の戻り経路は誘導カテーテルである；及び、該血液を、熱伝達エレメントを通った血液を流すことにより冷却すること、これにより該血液は所定の温度範囲に冷却される。
【００２８】
本発明のさらなる面には、特定の処置を行うために、患者の選択された臓器の温度を選択的にコントロールする方法がある。該方法は、その末端部に熱伝達エレメントを装着した戻りカテーテルを血管に導入すること、該熱伝達エレメントは複数の外部表面不規則構造を有し、該表面不規則構造は選択された臓器の栄養動脈において流れの境界層厚さより大きな深さを有し、該熱伝達エレメントはその末端部に排出口を有する；作動流体カテーテルが、熱伝達エレメントの排出口を塞ぐように、熱伝達エレメントを戻りカテーテルと熱伝達エレメントに挿入すること；該表面不規則構造の周りで、前記栄養動脈における流れの境界層の厚さよりも、熱伝達エレメントから大きな距離に、乱流を創り出し、これにより栄養動脈内の血流全体に乱流を創り出すこと；流体を熱伝達エレメント内に前記作動流体カテーテルを介して循環させること；流体を該熱伝達エレメントの外部に、戻りカテーテル介して循環させること；及び熱を、熱伝達エレメントと栄養血管内の血液との間で移動させ、選択された臓器の温度を選択的にコントロールすることである。
【００２９】
本発明の前記側面の実施態様において、該方法がさらに含むのは、作動流体カテーテルを、戻りカテーテル及び熱伝達エレメントから除去すること；配送カテーテルを戻りカテーテル及び熱伝達エレメントに挿入すること、該配送カテーテルはその末端部に配送排出口を有する；及び薬剤を該配送カテーテルで配送することである。
本発明の前記側面のさらなる実施態様において、熱伝達エレメント上の表面不規則構造は、らせん回転の交互方向性を有するらせん状隆起及び溝の複数のセグメントを有し；かつ、前記隆起と溝の交互らせん回転による、らせん血流の繰返し交互する方向性を確立することにより、乱流を創り出す。
【００３０】
本発明のさらなる側面は、特定の処置を実施するために、患者の選択された臓器の温度を選択的にコントロールする方法がある。該方法が有するのは、その末端部に熱伝達エレメントを装着した戻りカテーテルを血管に導入すること、該熱伝達エレメントは複数の外部表面不規則構造を有し、該表面不規則構造は選択された臓器の栄養動脈における流れの境界層の厚さよりも大きな深さを有し、該熱伝達エレメントはその末端部に排出口を有する；配送／作動流体カテーテルを、戻りカテーテル及び熱伝達エレメントに挿入し、それにより、第１条件において、該配送／作動流体カテーテルが、熱伝達エレメントの排出口を塞ぐようにし、かつ第２条件において、配送／作動流体カテーテルの末端部に装着された膨張可能なバルーンで、熱伝達エレメントの排出口を塞ぐようにする、該配送／作動流体カテーテルはその末端部に配送排出口を、かつその末端部の上流方向の所定の距離に少なくとも１つの作動流体排出口を有する；該表面不規則構造の周りに、前記栄養動脈における流れの境界層の厚さよりも、熱伝達エレメントから大きな距離に、乱流を創り出し、これにより栄養動脈内の血流全体に乱流を創り出すこと；第１条件において、流体を、該作動流体カテーテルを介して熱伝達エレメント内に循環させること；流体を、該戻りカテーテルを介して熱伝達エレメントの外側に循環させること；及び、熱を、熱伝達エレメントと栄養血管内の血液との間で移動させ、選択された臓器の温度を選択的にコントロールすること;及び、第２条件において、第１条件で配送排出口を介して薬剤を血液に配送することである。
本発明の新規な特徴、並びに本発明自体を、下記記載とともに添付の図面を参照することにより、最もよく理解できる。図面において、同様な参照記号は同様の部分を示すものである。
【００３１】
（図面の簡単な説明）
図１は、動脈内において、本発明の原理に従い組み立てられた、乱流誘導熱伝達エレメントの第１の実施態様の正面図である。
図２は、第１図の熱伝達エレメントのより詳細な正面図である。
図３は、図１の熱伝達エレメントの正面からの断面図である。
図４は、図１の熱伝達エレメントの横断面図である。
図５は、部分的に削除された、血管内で使用中の、図１の熱伝達エレメントの正面透視図である。
【００３２】
図６は、本発明の原理に従った乱流誘導熱伝達エレメントの第２の実施態様の部分的に削除された正面透視図である。
図７は、図６の熱伝達エレメントの横断面図である。
図８は、患者の脳を冷却するのに用いられる本発明の概要を示すものである。
図９は、本発明の原理に従った熱伝達エレメントの適用のために使用することができる、本発明の実施態様の誘導カテーテルの正面の断面図である。
【００３３】
図１０は、さらに戻りチューブ／誘導カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第３の実施態様の正面の断面図である。
図１１は、さらに配送カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第４の実施態様の正面の断面図である。
図１２は、さらに作動流体カテーテルを採用する、図１１の第４の実施態様の正面の断面図である。
図１３は、さらに誘導ワイヤを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第５の実施態様の正面の断面図である。
【００３４】
図１４は、さらにバルーン装着を有する配送／作動流体カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第６の実施態様の正面の断面図である。
図１５は、熱伝達エレメントにおける開口部を塞ぐバルーン装着と共に示された図１４の第６の実施態様の正面の断面図である。
図１６は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第７の実施態様の正面の断面図である。
図１７は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第８の実施態様の正面の断面図であり、この配送ルーメンは、該カテーテルの中央本体と非同軸である。
【００３５】
図１８は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第９の実施態様の正面の断面図であり、この配送ルーメンは、該カテーテルの中央本体と非同軸である。
図１９は、さらに多重ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第１０の実施態様の正面の断面図である。
図２０は、図１９の線２０−２０に沿った、図１９の第１０の実施態様の横断面図である。
図２１は、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第１１の実施態様の正面の断面図である。
【００３６】
（本発明の詳細な説明）
選択された臓器の温度を、該臓器の栄養動脈に配置した熱伝達エレメントにより、該臓器に流れる血液から熱を吸収し、又は熱を配送することにより、血管を介して調節することができる。一方、該方法は臓器内への血流を関連して記載されているが、臓器の容量部内での熱伝達と類似すると理解される。後者の場合、熱伝達は伝導によるものが主体である。
該熱伝達は選択された臓器の冷却又は加熱のいずれかを起してもよい。臓器の温度を選択的に変える熱伝達エレメントは、臓器内で所望の冷却又は加熱を行い、所望の温度を達成するのに必要な熱伝達速度を与えるものでなければならない。
【００３７】
該熱伝達エレメントは、栄養動脈中に適合するよう、十分に小さくかつ可撓性でなければならないが、一方、虚血性臓器傷害を避けるために、十分な量の血流を臓器に到達させるものでなければならない。頚動脈のような栄養動脈は様々なレベルで大動脈に分枝している。支流となる動脈がこれら最初の分枝に続く。例えば、最初の頚動脈はその顎の角の近くで総頚動脈に枝分かれする。該熱伝達エレメントは、通常、誘導カテーテル又は誘導ワイヤを用いて、大腿動脈のような抹消動脈に挿入し、最初は一連の１以上の分枝を通して、栄養動脈にアクセスする。したがって、該可撓性及びサイズ、例えば、熱伝達エレメントの直径は重要な特性である。この可撓性は下記詳細に記載するように達成される。
【００３８】
これらの点は例として、脳冷却を用いて詳細に説明する。該総頚動脈は血液を頭部及び脳に供給する。該内部頚動脈は、該総頚動脈に枝分かれし、血液を前部大脳に供給する。該熱伝達エレメントは総頚動脈中に又は、総頚動脈及び内頚動脈内に配置することができる。
【００３９】
脳に流れる血液の温度を３０℃と３２℃の間に下げることにより、前記の低体温法の利点を得ることができる。通常の脳では、各頚動脈（右及び左）を通る血流速度は、ほぼ２５０〜３７５cm3 /分である。該流速を用いて計算を行うと、頚動脈の１つに配置し所望の冷却効果を得る場合、熱伝達エレメントは、ほぼ７５〜１７５ワットの熱量を吸収しなければならない。より小さな臓器は栄養動脈における血流はより小さなものになり、例えば、２５ワットといったより小さな熱伝達を必要とする。
【００４０】
該方法では、伝導と対流熱移動を利用する。該装置と作動流体の材質を一旦選択すると、伝導性熱伝達は、全く温度勾配に依存することになる。これとは対照的に、対流性熱伝達では、また、流体の動きに依存して熱を伝達する。該熱伝達表面が、圧力勾配、領域変化又は他のそのような力によりその動きが誘導（又は強制）されている流体と接触する場合、強制対流が起きる。動脈流の場合、鼓動する心臓が振動性圧力勾配を与え、熱伝達表面に接触する血液の動きを強制する。該装置の側面の一つは、乱流を用いてこの強制対流熱伝達を強化することである。
対流熱伝達の速度Qは、前記流体と接触する熱伝達エレメントの面積  プロダクトS、熱伝達エレメントの表面温度Tｓと自由な流れの血液の温度Tｂの温度差  ΔT＝Tｂ−Tｓ、及び熱伝達領域に渡る平均対流熱伝達係数ｈｃと比例する。該ｈｃは時々、“熱伝達の表面係数”又は“対流熱伝達係数”と呼ばれている。
【００４１】
流体の流れへの、又はからの熱伝達速度の大きさQは、前記３種のパラメータの操作を介して増加させることができる。実際的な拘束から、これらのパラメータの値及びどれだけ該パラメータを操作できるかが制限される。例えば、該総頚動脈の内部直径は６〜８mmの範囲である。したがって、その中に存在する熱伝達エレメントは、血管の閉塞を避けるため、直径で４mmよりもずっと大きくすることはできない。また、熱伝達エレメントの長さも制限を受ける。内頚動脈及び総頚動脈の内部に配置するために、該熱伝達エレメントの長さは約１０cmに制限される。この評価は、総頚動脈の長さ、８cm〜１２cmの範囲に基づくものである。
【００４２】
結果的に、表面積Sの値は、該装置を配置する動脈のサイズによって課せられる物理的な制約によって制限される。フィンのような表面形態を使用して熱伝達エレメントの表面積を増やすことができる。しかし、これらの形態のみでは十分な面積の増加を与えて、脳を十分に冷却する所望の熱伝達速度を達成することはできない。
【００４３】
また、ΔTを変えることにより熱伝達速度の大きさを変え様と試みるかもしれない。ΔT＝Tｂ−Tｓの値を熱伝達エレメントの表面温度Tｓを変えることにより、変えることができる。該熱伝達エレメントの許容し得る表面温度は血液の特性により制限される。該血液温度は約３７℃に固定されており、かつ血液は約０℃で凍る。該血液が凍りつつある場合、下流域を閉塞し得る、氷の塞栓が血液に中に形成され得る。さらに、また血液温度の低下がhcの値を少し低下させる粘度を増加させる。血液の増加した粘度は、さらに動脈内の圧力低下の増加をもたらし、それにより脳に対する血液の流れを悪化させる。上記条件では、熱伝達エレメントの表面温度を約１℃〜５℃に制限し、それにより血液の流れと熱伝達エレメントの間の最大温度差を約３２℃〜３６℃とすることが有利である。
【００４４】
また、ｈｃを変えることにより、熱伝達速度の大きさを変えることを試みることができる。対流熱伝達係数ｈｃにほとんど条件が課されない。ｈｃの値を増加させることができる機構は複雑である。しかし、粘度の固定中間値に関しｈｃを増加させる一方法は、流体の流れにおいて、乱れの動的エネルギーの水準を増加させる。
流体の流れがない場合の熱伝達速度Qno-flowは、熱伝達エレメントの表面温度Tsと自由な流れの血液の温度Tｂとの温度差ΔT、時間ｋ、拡散定数に比例し、境界層の厚さδに逆比例する。
【００４５】
流体の流れによる熱伝達の増加の大きさは、流体の流れを伴う熱伝達速度に対する、流体の流れのない熱伝達速度の比率  N = Qflow / Qno-flow  =ｈc / (k/δ)を取ることにより概算することができる。この比率はヌセルト数(“Nu”)と呼ばれている。血液と熱伝達エレメントの表面との間の対流熱伝達に関し、ヌセルト数50-80が、人体の各種臓器の選択的冷却の適用に適切であることが見出されている。ヌセルト数は、一般に幾つかの他の係数、レイノルズ数、ウォマースレイ数及びプラントル数に従属する。
【００４６】
速度ベクトルの方向を突然変える攪拌タイプの機構を使用して、乱流の動的エネルギーを誘導し、かつ熱伝達速度を増加させることができる。そのように創り出された乱流の水準は、乱流強度ζにより特徴付けられる。該乱流強度ζは平均速度で割った変動速度の２乗平均の平方根により定義される。このような機構は、自由な流れにおいて、高レベルの乱流強度を創りだし、それにより熱伝達速度を高めることができる。この乱流強度は、心臓サイクルの重要な部分で維持されるのが理想的であり、かつ自由な流れ全体で、境界層だけに限定されずに創り出されるのが理想的である。
【００４７】
乱流は心臓サイクルの短い期間にどのようにでも起こる。特に、該血流は、下行性心収縮期性の流れの小部分の間、乱流となる。この部分は心臓サイクルの周期の20％未満である。熱伝達エレメントを動脈内側に共軸的に配置した場合、熱伝達速度はこの短い間隔で増加することになる。これらの変動の代表的なものは、該乱流強度が少なくとも０．０５である。言い換えると、瞬間速度変動は少なくとも５％の割合で平均速度からそれる。幾つかの実施態様においては、３％又は２％といった低変動を採用することができる。乱流が心臓サイクルの全期間を通して創り出されるのが理想的であるが、乱流の利点が得られるのは、該乱流が心臓サイクルの７５%、５０% 、さらには３０%又は２０%である場合である。
【００４８】
有利に用いることができる乱流誘導熱伝達エレメントの１タイプに、金属のような高熱伝導性材料製の熱伝達エレメントがある。高熱伝導性材料の使用は、熱伝達エレメント内のクーランと血液との間の所定の温度差において、熱伝達速度を増加させる。これは熱伝達エレメント内の高温度のクーランの使用を促進し、水のような安全なクーランの使用を可能にするものである。金属のような高熱伝導性材料は硬くなりがちである。このような応用において、ベローは金属の本質的な剛性を補償する高度な分節（可動結合性）を与える。他の応用において、該ベローを、金属のたわみにより可撓性になる、所定厚さを有するまっすぐな金属チューブに置き換えることができる。それに代わり、該ベローを、例えば、ラテックスゴムチューブ、プラスチックチューブ又は可撓性波型チューブなどのポリマーチューブに置き換えることができる。
該装置のサイズを、例えば、４mm以下の最小にして、動脈における血液の流れの遮断を防ぐことができる。熱伝達エレメントの設計は固有の非可撓性材料において、可撓性を促進するものでなければならない。
【００４９】
全心臓サイクルの間、血液の自由な流れにおいて、所望のレベルの乱流強度を創り出すため、該装置の一実施態様でモジューラ設計を使用する。この設計はらせん状の血流を創り出し、かつ該らせん状の血流の方向を周期的に強制して突然変えることにより、自由な流れにおいて高レベルの乱流を創り出す。図１は動脈内におけるこのような乱流誘導熱伝達エレメントの透視図である。乱流の流れは、自由な流れの領域において点１１４に見い出される。流れの方向の突然の変化は、一連の２以上の熱伝達セグメントの使用を介して達成されるものであり、各熱伝達セグメントは１以上のらせん状隆起を有するものである。該自由な流れに作用させるため、該らせん状隆起の深さは、熱伝達エレメントが滑らかな円筒状表面を有する場合に創り出される境界層の厚さよりも大きい。
強い自由な流れの乱流を誘導するための、血流の乱流方向における周期的な突然の変化の使用は、通常の洗濯機を参照して詳細に説明することができる。洗濯機の回転は、最初、一方向に回り層流を起こす。該回転が突然に方向を逆にした場合、変化する流れが洗濯物−水スラリーにおいてランダムな乱流の動きを起こすにつれて、有効な乱流の動的エネルギーが、全洗濯槽の中に生じる。
【００５０】
図２は、熱伝達エレメント１４の一実施態様の正面図である。該熱伝達エレメント１４は、一連の細長く、連接したセグメント又はモジュール２０、２２、２４を有する。このような３個のセグメントが、この実施態様に示されているが、２個以上のこのようなセグメントを用いることができる。図２に見られるように、最初細長い熱伝達セグメント２０は、該熱伝達エレメント１４の基部末端に配置されている。該セグメント２０の乱流誘導外部表面は、４本の平行ならせん状の溝２６の間に４本の平行ならせん状隆起を有する。また、１、２、３又はそれ以上の平行ならせん状隆起２８を使用できる。この実施態様において、熱伝達セグメント２０のらせん状隆起２８及びらせん状の溝２６は、ここに示されているように、逆時計回りらせん又はらせん回転といった左方向の回転を有し、これらは熱伝達セグメント２０の末端部方向に伸びるようになっている。
【００５１】
最初の熱伝達セグメント２０は、最初のチューブ部分２５によって、第２の細長い熱伝達セグメント２２に結合しており、該部分は可撓性を与えている。第２の熱伝達セグメント２２は、１以上のらせん状の溝３０の間に、１以上のらせん状隆起３２を有している。該隆起３２及び溝３０は、右回り方向、すなわち時計回りの巻きを有し、これらは熱伝達セグメント２２の末端部方向に伸びるようになっている。第２の熱伝達セグメント２２は、第２のチューブ部分２７によって、第３の細長い熱伝達セグメント２４に結合している。第３の熱伝達セグメント２４は、１以上のらせん状の溝３４の間に、１以上のらせん状隆起３６を有している。らせん状隆起３６及びらせん状の溝３４は、左方向の巻き、すなわち逆時計回りの巻きを有し、これらは熱伝達セグメント２４の末端部方向に伸びるようになっている。このように、熱伝達エレメント１４の熱伝達セグメント２０、２２、２４は、時計方向と逆時計方向のらせんの巻きとを交互に有する。どの特定のセグメントが実際に左又は右の巻きを有するかは、隣り合うセグメントが逆のらせんの巻きを有する限り、重要でない。
【００５２】
加えて、また、らせん状隆起２８、３２、３６の丸くなった輪郭により、熱伝達エレメント１４は比較的非外傷性の外形に保もたれ、これにより血管壁に対する損傷の可能性は最小になる。熱伝達エレメントは２、３又はそれ以上の熱伝達セグメントを有していてもよい。
チューブ部分２５、２７は金属のような継ぎ目がなく、かつ無孔性の材料から形成されており、したがって、ガスに対し不浸透性である。このことは、熱伝達エレメント１４を通って循環する作動流体のタイプによっては特に重要なことになる。チューブ部分２５、２７の構造は、該部分を曲げ、伸び及び圧縮できるようにする。これは、血管を通してより容易に操作できるよう、熱伝達エレメント１４の可撓性を増加させるものである。また、チューブ部分２５、２７は機能を失うことなく冷却温度に耐えることができる。該チューブ部分２５、２７は所定の壁の厚さ、例えば約０．５〜０．８ミルを有していてもよい。この所定の厚さは全体的なチューブの直径に依存する一定の範囲である。厚さ０．５〜０．８ミルは、チューブの直径が約４mmの場合、特に適当であろう。直径が約３．３mmのようにもっと小さい場合、より高い強度を得るために大きな厚さを採用することができる。他の実施態様において、チューブ部分２５、２７を、例えばラテックスゴムなどのゴムような、ポリマー材料から形成してもよい。
【００５３】
該表面がポリマー材料を含んでもよい場合、熱伝達エレメント１４の外部表面を、可撓性ジョイントの実施態様を除き金属で作ることができる。該金属はニッケルのような非常に高い熱伝導性材料とすることができ、これにより効果的な熱伝達を促進することができる。これに代わり、ステンレススチール、チタン、アルミニウム、銀、銅などの他の金属を使うことができ、生体親和性を強化し又は凝血形成を防ぐ適当なコーティング又は処理を行っても、又は行わなくともよい。適当な生体親和性コーティングには、例えば、金、白金又はポリマーパラリンがある。熱伝達エレメント１４は、心棒の上に適当なパターンを有する金属の薄層をメッキ、被金して製造することができる。この方法では、熱伝達エレメント１４を、大量に、かつ安価に製造することができる。これは使い捨て医療器具に関し、重要な性質である。
【００５４】
熱伝達エレメント１４を２４〜４８時間、又はそれ以上、長時間、血管内に留まめることができるので、熱伝達エレメント１４の表面を処理して凝血形成を防ぐのが好ましいであろう。血栓の形成を防ぐ手段の一つに、熱伝達エレメント１４の表面に抗血栓剤を結合せることがある。例えば、ヘパリンが凝血形成を阻止することが知られ、かつバイオコーティングとして有用であることも知られている。それに代わり、熱伝達エレメント１４の表面に窒素などのイオンを使って衝撃を加えてもよい。窒素による衝撃処理により表面を硬化、かつ滑らかにすることができ、それにより表面への凝血ファクターの付着を防ぐことができる。
【００５５】
図３は、図２におけるライン３−３に沿った、本発明の熱伝達エレメント１４の縦断面図である。若干の内部の輪郭は、明瞭さを得る目的で省略されている。内チューブ４２は、前記熱伝達エレメント１４の内側に、内部同軸ルーメン４０、及び外部同軸ルーメン４６を形成する。一旦、熱伝達エレメント１４が血管の適所に入れられると、生理食塩又は他の水性溶液などの作動流体を熱伝達エレメント１４を通して循環させることができる。流体は、供給カテーテルを上がり、かつ内部同軸ルーメン４０に流れる。熱伝達エレメント１４の末端部において、作動流体は内部同軸ルーメン４０にあり、かつ外部ルーメン４６に入る。該作動流体は外部ルーメン４６を通って流れるにつれ、熱が、該作動流体と熱伝達エレメント１４の外部表面３７とを移動する。熱伝達エレメント１４は高伝導性材料から構成されているので、外部表面３７の温度は作動流体の温度に非常に近くなる。該チューブ４２は断熱配分部材として形成し、内部ルーメン４０を、外部ルーメン４６から熱的に分離することができる。例えば、断熱は、断熱チューブ４２の壁内部に、縦方向の空気通路を創ることにより達成することができる。それに代わり、断熱チューブ４２をポリテトラフルオロエチレン又は他のポリマーのような非熱伝導性材料により構成することができる。
【００５６】
熱伝達エレメント１４の外部表面３７と、血液との間の熱伝達速度を支配する同じ機構は、また、作動流体と熱伝達エレメント１４の内部表面３８との間の熱伝達速度を支配することに注意することが重要である。特に、内部表面３８の熱伝達特性は、クーラントとして、水、生理食塩又は液体として維持される幾つかの他の流体を使用する場合に重要である。フレオンのような他のクーラントは核沸騰し、かつ異なる機構を介して乱流を創り出す。生理食塩水は安全なクーラントである。その理由は、毒性がなく、かつ生理食塩水の漏出は、沸騰性冷却剤の使用により起こるガス塞栓を起こさないからである。クーラントにおける乱流は、熱伝達エレメント１４の内部表面３８の形態により増幅されるので、該クーラントはより暖かい温度で熱伝達エレメント１４に配送することができ、さらに必要な熱伝達速度を達成することができる。
【００５７】
これは、カテーテル軸の長さに沿った断熱の必要性において、多くの有益な示唆を有する。断熱の必要性が少なくなるという理由で、カテーテル軸の直径を小さくすることができる。熱伝達エレメント１４の内部表面の熱伝達特性の強化は、また、作動流体をより低い流速及びより低い圧力で、熱伝達エレメント１４に配送することを可能にする。高圧は熱伝達エレメントを硬くし、血管壁を押す状態を引き起こす可能性があり、これにより、血液から熱伝達エレメント１４の外部表面３７の一部が覆われてしまう。交互に配置されたらせん状隆起２８、３２、３６により熱伝達特性が強化されるので、作動流体の圧力は５気圧、３気圧、２気圧又はさらに１気圧未満と低くすることができる。
【００５８】
図４、図２でライン４−４に沿った、熱伝達エレメント１４の横断面図である。図４は、５分葉状実施態様を図示しており、一方、図２は４分葉状実施態様を図示している。先に述べたように、いかなる数の分葉も用いることができる。図４において、熱伝達エレメント１４の同軸構造が明瞭に示されている。該内部同軸ルーメン４０は、断熱性同軸チューブ４２により規定されている。外部ルーメン４６は断熱性同軸チューブ４２の外部表面及び熱伝達エレメント１４の内部表面３８により規定されている。加えて、らせん状隆起３２及びらせん状の溝３０が図４で示されている。先に記載したように、好ましい実施態様において、溝の深さdiは、円筒形熱伝達エレメントが用いられる場合、展開される境界層の厚さよりも大きい。例えば、４mmの外部直径を有する熱伝達エレメント１４において、該陥入の深さdiは、頚動脈において使用するために設計されている場合、ほぼ１mmと等しくすることができる。図４には４個の隆起と４個の溝が示されているが、隆起及び溝の数は変えることができる。したがって、具体的には、１、２、３、４、５、６、７、８又はそれ以上の隆起を有する熱伝達エレメントを意図する。
【００５９】
図５は、血管内で使用する熱伝達エレメント１４の透視図であり、明瞭にする目的で、セグメント当たりただ１個のらせん状分葉を示している。熱伝達エレメントの基部末端部から開始し（図５には示されていない。）、血液が心収縮期性のパルスが続く間、前進するにつれ、最初のらせん状熱伝達セグメント２０が血液に対し逆時計方向の回転慣性を誘導する。血液が第２セグメント２２に到達すると、前記慣性の回転方向が逆転し、血液内に乱流を引き起こす。さらに、血液が第３のセグメント２４に到達すると、慣性の回転方向は、再び逆転する。血流の方向を急な変化は、速度のベクトルを活発に再方向付け、かつランダム化し、その結果、血液の流れ全体に渡り乱流を確実に起こす。乱流が起きている間、血液の速度ベクターはよりランダムになり、時に、動脈の軸に対し垂直になる。加えて、動脈内の血液の速度が、心臓サイクルの間に低下し、かつ方向を逆転するにつれ、さらなる乱流が誘導され、かつ乱流の動きが前記の同じ機構を介し、各パルスの持続中ずっと維持される。
【００６０】
したがって、血管中の温血の容量の大部分は、熱伝達エレメント１４と接触するように導入され、むしろ血液の近くの層流を介する伝導により大部分が冷却されるというよりは、むしろ直接的な接触により冷却される。先に記載したように、溝２６、３０、３４の深さは（図２）、直ぐ壁を巡らした熱伝達エレメントを血液の流れに導入した場合、展開される境界層の深さよりも大きい。このように、自由な流れの乱流を誘導する。好ましい実施態様において、全心臓サイクルの間、全血液の流れにおいて望ましい乱流のレベルを創り出すため、熱伝達エレメント１４は約０．０５よりも高い乱流強度を創り出す。該乱流強度は０．０５、０．０６、０．０７、また０．１０、又は０．２０、あるいはそれよりも高くすることができる。
【００６１】
図２に戻り参照すると、熱伝達エレメント１４は、前記すべての設計基準に対応するよう設計されている。第１に、熱伝達エレメント１４は可撓性であり、かつ高伝導性の材料で作られている。該可撓性は、関節様の機構を提供するチューブ部分２５、２７のセグメント配置により与えられる。該チューブ部分は十分な可撓性を付与する所定の厚さを有する。第２に、外部表面領域３７はらせん状隆起２８、３２、３６及びらせん状の溝２６、３０、３４の使用により大きくなっている。また、該隆起は熱伝達エレメント１４を比較的非外傷性の外形に保ち、それにより、血管壁に対する損傷の可能性を最小にする。第３に、熱伝達エレメント１４は乱流の動的エネルギーを内部的及び外部的双方で増強するよう設計されている。前記モジュール又はセグメント設計は、その陥入の方向をセグメントの間で逆転させるようになっている。交互のらせん状回転は、後退及び前進方向にスイッチする洗濯装置のローターにより創り出される混合アクションと類似する様式で、血液を混合する交互の流れを創り出す。この混合アクションは、高いレベルの乱流の動的エネルギーを促し、熱伝達速度を高めることを意図している。また、交互するらせん状設計は有益な混合、すなわち内部を流れる作動流体の乱流の動的エネルギーを生じさせる。
【００６２】
図６は、熱伝達エレメント５０の別の実施態様の破断透視図である。熱伝達エレメント５０の外部表面５２は一連の軸的な、千鳥配列の突起物５４を有している。外部突起物５４の千鳥配列の性質は、図６におけるライン７−７に沿った横断面図である、図７を参照することで容易に見出せるであろう。自由な流れの乱流を誘導するためには、滑らかな熱伝達エレメントを血流に導入した場合、千鳥配列された外部突起物５４の高さｄｐを、展開する境界層の厚さよりも大きくする。外部表面５２に沿う血流は、千鳥配列の突起物５４の一つと衝突し、該突起物の後ろに乱れを起こした流れを創り出す。血液は最初の千鳥配列突起物５４の側面に沿って別れ、かつ渦を巻くにつれ、それは、その経路内で他の千鳥配列突起物５４と衝突し、その流れが再度層流になるのを妨げ、かつまた、さらに乱流を創り出す。このようにして、速度ベクターはランダム化され、乱流が境界層だけでなく、自由な流れ全体に渡り創り出される。好ましい実施態様を用いた場合では、この幾何学的な構造が、また内部のクーラントの流れに乱流効果を誘導する。
【００６３】
作動流体は、断熱同軸チューブ５８により規定される内部同軸ルーメン５６を通り、熱伝達エレメント５０の末端部先端へと循環する。次いで、該作動流体は、熱伝達エレメント５０の外部表面５２へ熱を伝達するために、外部同軸ルーメン６０に移動する。作動流体の乱流を誘導するために、熱伝達エレメント５０の内部表面は、外部表面５０と似ている。該内部突起物は、図７に示すように外部突起物５４と共に一列に並べることができ、すなわちこれらは、図６に示すように、外部突起物５４からオフセットすることができる。
【００６４】
図８は、本発明の図式による描写であり、患者の脳を冷却するのに用いるものである。図８に示されている選択的臓器低温化装置は、好ましくは水、アルコール又はハロゲン化炭化水素のような冷却流体を供給する作動流体供給装置１０、供給カテーテル１２及び熱伝達エレメント１４を備えている。供給カテーテル１２は同軸構造を有する。供給カテーテル１２中の内部同軸ルーメンは作動流体供給装置１０からクーラントを受け取る。該クーラントは供給カテーテル１２の長さと、該カテーテルの冷却先端として働く熱伝達エレメント１４とを移動する。熱伝達エレメント１４の末端部において、該クーランは断熱内部ルーメンにあり、熱伝達エレメント１４の温度を下げるため、熱伝達エレメント１４の長さを移動する。次いで、該クーランは、適切な処理又は再循環できるよう、供給カテーテル１２の外部ルーメンに移動する。供給カテーテル１２は、その末端部が、図８に示す患者の大腿部の動脈のような、アクセス可能な動脈に経皮的に挿入できるくらい十分に小さな直径を有する、可撓性のカテーテルである。供給カテーテル１２は、該供給カテーテル１２の末端部にある熱伝達エレメント１４が、患者の血管系を通過し、内部頚動脈又は他の小さな動脈内に配置できるような、十分に長いものである。患者にカテーテルを挿入し、かつ選択された動脈に熱伝達エレメント１４を経路付ける方法は、当該技術分野では周知である。
【００６５】
作動流体供給装置１０を、例示的に冷却装置として示しているが、他の装置及び作動流体を使用することができる。例えば、冷却を行うために、フレオン、パーフルオロカーボン又は生理食塩水を、他のこのようなクーランと同様に使用することができる。
本発明の熱伝達エレメントは血液の流れに対し、７５ワットを越える熱量を吸収し又は提供することができ、１００ワット、１５０ワット、１７０ワット又はそれ以上を吸収し、又は提供することができる。例えば、直径４mmかつ長さ約１０cmの熱伝達エレメントで、熱伝達エレメントの表面温度がほぼ５℃で、２気圧に加圧となるように冷却された通常の生理食塩水を用いるものは、血液の流れから約１００ワットのエネルギーを吸収することができる。より小さな幾何学的熱伝達エレメントを、より小さな臓器に用いるために開発することができ、これらは６０ワット、５０ワット、２５ワット又はこれよりも小さな熱伝達を提供するものである。
本発明の実施を、下記の制限的でない実施例において詳細に説明する。
【００６６】
(例示的な手順)
１.患者を最初に評価し、蘇生させ、かつ安定させる。
２．この手順を、X線透視装置を備えた血管造影室又は手術室で実施した。
３．カテーテルを総頚動脈に配置するという理由から、狭窄のあるアテローム性傷害の存在を検査することは重要である。頚動脈複式（ドプラー／超音波）スキャンは素早く、かつ非侵襲的にこの検査を可能にする。該カテーテルの配置を行うのに理想的な場所は、これを最初にスキャンできるように、左の頚動脈内である。傷害が存在する場合、次に右頚動脈を評価することができる。このテストを行い、心収縮期性の上昇運動の傾斜及び脈動の形状を観察することにより、基部の総頚動脈傷害の存在を検出することができる。これらの傷害はまれであるけれども、これらはカテーテルの配置を阻害するものである。内部頚動脈における最高血流速度の試験で、内部頚動脈傷害の存在を検査することができる。該カテーテルをこのような傷害の極近くに配置するが、該カテーテルは、これらの傷害により、該欠陥のある血流を悪化させることがある。１３０cm／秒より大きな最高心収縮期速度、及び１００cm／秒より大きな最大弛緩期速度は、少なくとも７０％の狭窄症を示している。７０％以上の狭窄症は、ステントの配置を確実に行うことで内部頚動脈の直径まで開くことができる。
【００６７】
４．また、該超音波を使い、血管の直径と血流を測定することができ、それで適当なサイズをもつ熱伝達エレメントを有するカテーテルを選択することができる。
５．動脈の評価を行った後、患者の鼡径部領域を無菌的調え、かつリドカインを浸透させる。
６．大腿部動脈にカニューレ挿入し、誘導ワイアを所望の頚動脈まで挿入することができる。該誘導ワイヤの配置を、Ｘ線透視法により確認する。
【００６８】
７．血管造撮影カテーテルを該ワイアを介して送り込み、動脈に造影剤を注入することにより、さらに動脈の構造を評価することができる。
８．それに代わり、該大腿部動脈にカニューレ挿入を行い、１０−１２．５フレンチ(f)誘導針鞘を配置する。
９．誘導カテーテルを所望の総頚動脈内に配置する。誘導カテーテルを配置した場合、それを用い、直接造影剤を送り込み、さらに頚動脈の構造を評価することができる。
【００６９】
１０．１０ｆから１２ｆ（３．３〜４．０mm）（大よそ）の冷却カテーテルを、続いて生理食塩水で満たし、かつすべての空気の泡を除去する。
１１．該冷却カテーテルを、誘導カテーテル介し又は誘導ワイアにより、頚動脈内に配置する。配置をX線透視検査で確認する。
１２．それに代わり、該冷却カテーテルチップを成形し（ほぼ４５度に折り曲げ又は曲げる）、かつ該冷却カテーテルのシャフトが十分な押付け特性及びトルクを付与特性を有し、誘導ワイア又は誘導カテーテルの補助なしに該頚動脈内に配置されるようにする。
【００７０】
１３．該冷却カテーテルは、生理食塩水で満たされ、かつ空気の泡が無いポンプ回路と連結している。該ポンプ回路は、水浴に浸漬された熱交換部分と蠕動性ポンプと連結した配管を有する。該水浴はほぼ０℃まで冷やされている。
１４．冷却を、ポンプ機構をスタートすることにより開始する。冷却カテーテル内の生理食塩水を５cc／秒で循環する。該生理食塩水は冷却された水浴内の熱交換器を通り、ほぼ１℃まで冷却される。
【００７１】
１５．該生理食塩水は、続いて冷却カテーテルに入り、そこで熱伝達エレメントに送られる。該生理食塩水は、カテーテルシャフトの内部ルーメンに沿って熱伝達エレメントの末端部に送られるにつれ、ほぼ５−７℃に暖められる。
１６．次いで、該生理食塩水は内部金属表面に接している熱伝達エレメントを通り流れ戻る。さらに、該生理食塩水は熱伝達エレメント内で１２〜１５℃に暖められ、そのプロセスにおいて、血液から熱を吸収し、血液を３０℃〜３２℃に冷やす。
【００７２】
１７．次に、冷却された血液は脳を冷却する。脳を３０〜３２℃に冷却するためには１５〜３０分間必要と評価される。
１８．この暖められた生理食塩水はカテーテルシャフトの外部ルーメンに戻り、かつ冷却された水浴に戻り、ここで１℃に冷却される。
１９．前記回路の長さに沿った圧力の低下は、２〜３気圧であると評価される。
【００７３】
２０．該冷却は、生理食塩水の流速の増加又は低下により調節することができる。熱伝達エレメントに沿った生理食塩水の温度低下を監視することにより、その流れを所望の冷却効果が維持されるよう調節できる。
２１．該カテーテルを適切な位置に置き、１２〜２４時間冷却し続ける。
２２．所望ならば、温かい生理食塩水を循環し、処置の終わりに脳の加温を促進することができる。
【００７４】
また、本発明は他の技術と組合わせて用いることができる。例えば、所望の位置に作動ルーメン又はカテーテルを配置するのに用いる一技術に、先に記載した誘導カテーテルを採用する。図９で参照すると、本発明で採用するのが有益である、誘導カテーテル１０２が示されている。該誘導カテーテル１０２は、軟らかい先細り状先端１０４及び保持フランジ１２４をその先端部１０１に有する。該軟らかい先細り状先端１０４は、動脈への誘導カテーテル１０２の非外傷性進入、並びに、後により詳細に記載するような、漏れ止め機能を可能にする。該保持フランジ１２４は、誘導カテーテル内部に付けられた金属部材であっても、また該チューブの材料と統合するものであってもよい。さらに、該保持フランジ１２４は、後に詳細に記載する漏れ止め機能を有する。
【００７５】
誘導カテーテル１０２は、特定の動脈内への配置を促進する様々な形態を有することができる。頚動脈の場合、誘導カテーテル１０２はホッケースティクの形態とすることができる。誘導カテーテル１０２は、テフロン（Teflon 登録商標）ライナーを有するペバックス（Pebax  登録商標）チューブを有していてもよい。該テフロン（Teflon 登録商標）ライナーは、十分な滑らかさを付与し、構成部品が該チューブを介して押された場合に、摩擦を最小にする。また、 金属ワイヤの組みひもをペバックス（Pebax  登録商標）チューブと、テフロン（Teflon 登録商標）ライナーの間に用い、誘導カテーテル１０２の回転力（トルク）付加能力を付与することもできる。
【００７６】
多くの処置を、動脈内の適所において、誘導カテーテル１０２を用いて行うことができる。例えば、ステントを内頚動脈中の狭窄障害を横切るよう配置することができる。この処置は誘導カテーテル１０２を介し、該障害を横切るよう誘導ワイヤを配置することを含む。次いで、ステントと共に装着したバルーンカテーテルを誘導ワイヤとともに前進させる。該ステントを該障害を横切って配置する。該バルーンを、造影剤と共に膨らまし、かつステントを血管内で展開し、狭窄障害を開く。該バルーンカテーテル及び誘導ワイヤは、次に誘導カテーテルから取り除く。
【００７７】
様々な処置を誘導カテーテルを介して行うことができる。例えば、該誘導カテーテル、すなわち内部に適当なルーメンを配置したものを使用して、血管造撮影法のような、出血又は動脈閉塞の診断のために、造影剤を移動させることができる。さらに、同じように様々な薬剤治療を例えば脳に行うことができる。このような治療法に、脳の動脈につかえた血栓を溶かす血栓溶解剤を配送することが含まれる。
【００７８】
誘導カテーテル１０２の先端部１０３は、供給チューブ１０８に装着されたY−コネクター１１８と噛み合う、雄ルアーコネクターを有する。供給チューブ１０８は、編みペバックス（Pebax 登録商標）チューブ又はポリイミドチューブを有してもよい。Y−コネクター１１８は、雄／雌ルアーコネクター集成部材１１６を介して誘導カテーテル１０２と結合する。該コネクター１１８は、供給チューブ１０８が該集成部材に入ること、及び雄／雌ルアーコネクター集成部材１１６を通って誘導カテーテル１０２の内部に入ることを可能にする。該供給チューブ１０８はその先端部に排出口が設けられている。また、供給チューブ１０８の該排出口は、作動流体を熱伝達エレメント１１０の内部に供給するのに使うことができる。該誘導カテーテル１０２を、本発明のこの側面において、作動流体供給装置に用いる戻しチューブとして用いることができる。この実施態様において、熱伝達エレメント１１０を、図１０に示すように、誘導カテーテル１０２の先端部１０１に配置する。
【００７９】
図１０において、熱伝達エレメント１１０は、作動位置近くにあり、戻りチューブ／誘導カテーテル１０２と共に示されている。特に、熱伝達エレメント１１０は、戻りチューブ／誘導カテーテル(“RTGC”)１０２の先端部１０１の近くに示されている。熱伝達エレメント１１０を、 RTGC １０２上の保持フラグメント１２４に接する熱伝達エレメント１１０上のフランジ１０６により、適切な位置に保持することができる。また、フランジ１２４及び１０６は、フランジ１０６に隣接して示されているО―リング１０７のような、О―リングを用いることができる。また、他のこのような漏れ止め機構又は設計を使用することができる。このように、該作動流体が血液中に漏れるのを防ぐ。
【００８０】
供給チューブ１０８は、熱伝達エレメント１１０に接続でき（該接続は示されていない。）、かつ誘導カテーテル１０２を介して熱伝達エレメント１１０を押すようにすることができる。該供給チューブはこの機能を達成できるほど十分な硬さを持たなければならない。これに代わる実施態様において、十分な硬さを有する誘導ワイヤを用い、供給チューブ１０８及び熱伝達エレメント１１０を、誘導カテーテル１０２を介して圧すことができる。供給チューブ１０８が熱伝達エレメント１１０の内部に対し、その排出口が接触することを妨げ、それにより作動流体の流れが止まるので、張出し１１２を供給チューブ１０８の先端部に用いることができる。張出し１１２は、流れる作動流体に他の経路を提供する窓を有してもよい。
【００８１】
熱伝達エレメント１１０に、前記すべての形態、並びにそれらのバリエーションを用いることができる。例えば、熱伝達エレメント１１０に、可撓性ジョイントにより分離された交互性らせん状隆起を用いることができる。該隆起は、十分な乱流を作り出し、作動流体と動脈内の血液との間の熱伝達を強化することができる。それに代わり、熱伝達エレメント１１０を膨張可能なものにすることができ、かつ伝導だけの熱伝達で、必要な熱伝達を提供するのに十分な、表面積を持たせることができる。熱伝達エレメント１１０の詳細は、明瞭にするため、図１０においては省略されている。
【００８２】
図１１は、熱伝達エレメント２０４が内部供給カテーテル２１６を用いる本発明の他の実施態様を示す。熱伝達エレメント２０４は、その上に配置された乱流誘導陥入部２１８と共に示されている。類似の陥入部を熱伝達エレメント２０４の内部に配置することができるが、明瞭にするため示していない。さらに、気が付くべきことは、熱伝達エレメント２０４がただ４個の陥入部と共に示されていることである。他の実施態様では、先に記載された可撓性ジョイントで結合された多重のエレメントを用いることができる。単一の熱伝達エレメントが、単に明瞭さのために図１１に示されている。
【００８３】
戻り供給カテーテル２０２は、熱伝達エレメント２０４と結合して、示されている。該戻り供給カテーテルは公知の様式で、熱伝達エレメント２０４と結合することができ、かつ熱伝達エレメント２０４に供給し得る、作動流体の従来の戻り経路を提供し、血液の流れ又は容積部の温度コントロールを与えることができる。
【００８４】
また、配送カテーテル２１６が図１１に示されている。該配送カテーテル２１６は前記の様式で、その基部末端でY−コネクターと結合してもよい。熱伝達エレメント２０４の末端部２０８に配置されている保持フラグメント２１０により、さらに（一方向への）縦の動きが抑制される場合を除き、該配送カテーテル２１６は、戻り供給カテーテル２０２の内部に自由に配置することができる。配送カテーテル２１６を十分に可撓性となるように製造し、少なくとも短い持続期間は保持フラグメント２１０内で、該カテーテル自体が確保されるようにすることができる。配送カテーテル２１６は、その末端部に配送排出口２１２を有し、薬剤の配送又は治療目的の他のそのような材料を配送することが可能である。例えば、放射線不透過流体を、血管造撮影法を行うために、又はトロンビン分解のための血栓溶解剤を投与することができる。
【００８５】
レイザー除去のような動脈の排液を行うのが好ましい適用に関し、該配送カテーテルを保持フランジ２１０の上流に引っ張り、環状の孔を、戻り供給カテーテル２０２と共に、流体との連絡させる。ついで、戻り供給カテーテル２０２を使用して、保持フランジ２１０と隣接する容量部を排出する。
【００８６】
また、該集成部材は、同じく配置した場合、動脈内の血液の温度コントロールを行うことができる。このような温度コントロール処置を、例えば、配送カテーテル２１６を含む処置の前又は後に行うことができる。温度をコントロールするためのこのような装置を図１２に示した。この図において、作動流体カテーテル２２２を、戻り供給カテーテル２０２及び熱伝達エレメント２０４の内部に配置する。配送カテーテル２１６と類似する様式において、該作動流体カテーテルは、戻り供給カテーテル２０２の内部に自由に配置することができ、かつさらに、前記様式において、その基部末端でY−コネクターと結合させることができる。さらに、作動流体カテーテル２２２に十分な可撓性を持つよう製造し、少なくとも短い持続期間は保持フラグメント２１０内で、該カテーテル自体が確保されるようにすることができる。作動流体カテーテル２２２は複数の送出口２１４を有し、作動流体の配送を可能にしている。送出口２１４は作動流体カテーテル２２２の末端部２２４近くに配置されているが、若干上流である。このやり方において、送出口２１４は、血流内よりもむしろ熱伝達エレメント２０４の内部に、作動流体が配分されるのを可能にする。また、作動流体カテーテル２２２は、 断熱されており、作動流体カテーテル２２２の壁に対する不当な熱損失がなく、作動流体を所望の温度に保つことが可能になっている。
【００８７】
配送カテーテル及び作動流体カテーテルと同じカテーテルを使用する一方法が、図１４及び１５に示されている。図１４において、配送／作動流体カテーテル２４８が、図１１及び１２のそれぞれのカテーテルと似た位置に示されている。配送／作動流体カテーテル２４８は作動流体送出口及び配送送出口を有し、かつさらにその末端部に配置されたバルーン２４８を有している。バルーン２４４は分離されたルーメン（図示せず）により膨らますことができる。図１５に示された位置に配送／作動流体カテーテル２４８を収縮させることにより、バルーン２４４を保持フラグメント２１０により規定される孔を密閉することができ、それにより流体−密着閉塞を作り出し、それにより作動流体を送出口２４６から送入し、熱伝達エレメント２０４を加熱又は冷却することができる。
【００８８】
頚動脈のような、所望の動脈内に熱伝達装置を配置する一方法に誘導ワイヤの使用がある。図１３には、熱伝達エレメント２０４の内部に配置された、誘導ワイヤ２３２が示されている。該熱伝達エレメント２０４は、誘導ワイヤ２３２を差し通された保持フラグメント２１０により規定された孔を、都合よく使用することができる。
このように、多くの他の治療法で、“誘導カテーテル”として、戻り供給カテーテル及び熱伝達エレメント２０４を用いることができる。例えば、様々なレーザー及び超音波除去カテーテルを内部に配置することができる。このような方法において、これらの治療技術は、例えば、神経保護冷却を含む、治療温度コントロールとほぼ同時に、用いることができる。
【００８９】
追加ルーメンの使用を、誘導カテーテルを通して行う多様な治療と結びつけて、先に記載した。例えば、追加のカテーテルを用いて、血管造撮影法のような、出血又は動脈閉塞の診断のために、造影剤を送り込むこともできる。このような追加のルーメンは、全体的なカテーテル集成装置の一部を形成する薬剤配送カテーテルにより規定することができる。同じものを用いて、様々な薬剤治療を、例えば脳に送ることができる。さらに、追加のルーメンの使用方法を薬剤配送ルーメンの排出口を閉めるために使うことができるバルーンの膨張と関連して記載した。
【００９０】
図１６は、まさにそのような第３のルーメンを用いた本発明の態様の実施を描いている。図１６において、第３のルーメン３１６は、供給及び戻しカテーテルと実質的に同軸な薬剤配送カテーテルにより規定される、小さな中央ルーメンである。送出口ルーメン３２０を規定する戻りカテーテル３０２は、前記のように熱伝達エレメント３０４と組み合わされている。該熱伝達エレメント３０４は、そのうえに乱流誘導陥入３０６を有していてもよい。熱伝達エレメント３０４及び戻りカテーテル３０２の内部にあるのは、供給カテーテル３１０で規定される送込ルーメン３１８である。送込ルーメン３１８を用いて、作動流体を熱伝達エレメント３０４の内部に配送することができる。排出ルーメン３２０を用い、熱伝達エレメント３０４から作動流体を戻し又は排出することができる。前記のとおり、また、これらのそれぞれの機能は逆にすることもできる。該戻りカテーテルの半径は、該供給カテーテルの半径よりも大きく又は小さくすることができる。該作動流体を用い、該熱伝達エレメントを加熱又は冷却し、該熱伝達エレメントを囲む流体を、順次、加熱又は冷却する。
【００９１】
薬剤配送ルーメン３１２は、第３のルーメン３１６を規定し、かつ示されているように、送込ルーメン３１８及び排出ルーメン３２０と同軸にすることができる。もちろん、また、配送カテーテル３１２は、送込ルーメン３１８及び排出ルーメン３２０に関し、軸を外れた又は無共軸とすることができる。
【００９２】
例えば、図１７に示すように、該薬剤配送ルーメンを該戻りカテーテル内のルーメン316´することができ、かつさらにカテーテルの壁312´により規定され得る。他の実施例として、図１８に示すように、該薬剤配送カテーテルは、該戻りカテーテルと隣接する、及び平行するルーメン316″とすることができ、かつさらにカテーテルの壁312″により規定され得る。他の実施態様において、一以上のルーメンを提供し、例えば、血栓溶解剤、生理食塩溶液などの幾つかのタイプの製剤の配送を可能にする。もちろん、また、該供給カテーテルを用いて、薬剤配送カテーテルを規定することができる。該薬剤配送カテーテルは戻りカテーテル、又は供給カテーテル、又は双方に関し、実質的に共軸性としてもよく、又はそれに代わり、軸を外れるようにしてもよい。該薬剤配送カテーテルはその末端部に排出口を有する。該排出口は、該戻り又は供給カテーテルの末端部の先端又は基部に在ってもよい。該排出口は、戻り又は供給カテーテルに対し、平行に向かってもよく、またそれに代わり、戻り又は供給カテーテルを横切るように向かってもよい。
【００９３】
該装置を、患者の血管系において選択された栄養血管に挿入してもよい。例えば、該装置を、下流の臓器に供給する動脈中に又は、順次、下流の臓器に供給する動脈に供給する動脈中に挿入することができる。図１６−１８のすべての実施態様において、該薬剤配送カテーテルルーメンを用い、薬剤、液体、又は他の物質を熱伝達エレメントのおおよその位置に配送することができる。このような配送を血液へ又はから熱伝達を行う前、後又は同時に行なってもよい。この方法において、通常の体温以外の温度で働く薬剤又は酵素を、最初に、熱伝達エレメントを用いて局所の体温を変え、ついで、その変えた温度で働く、例えば、温度特異的血栓溶解剤のような温度特異的薬剤を配送する。それに代えて、このような"第３"のルーメン（作動流体に用いる、"第１"及び"第２"ルーメンを規定する、該供給及び戻りカテーテルと共に）を用いて、血液の流れから粒子、破片又は他の所望の生成物を除去することができる。
【００９４】
図１９及び２０に、図１７の実施態様に関連する、本発明の他の実施態様を示す。この実施態様において、幾つかの追加の密封ルーメンを戻りカテーテルに配置する。幾つかのルーメンを薬剤配送に用いることができ、かつ他のルーメンを用いて、後述する方法で乱流の強化を行うことができる。該密封は、これを膨らます空気の供給装置と圧力的に連絡している。図１９において、戻りカテーテル302′は、薬剤配送に用いる、図示されたような一ルーメン316″′Cを有する。他のルーメン316″′Iが示されており、これを用いて全カテーテルの幾何学性及び形態を変えることができる。すなわち、膨張性ルーメン316″′Iは、バルーンの膨張がそれを膨らませるのと同じ様式で、該ルーメンを膨張させる。該膨張を可能にするため、適度に減じた戻りカテーテルの壁厚さを採用することができる。また、所望ならば均一の膨張を得るために、膨張性ルーメン316″′A-B及び316″′D-Nを、該カテーテルの円周の回りに、実質的に対称的様式で分布させてもよい。もちろん、膨張しないときは薬剤配送に用いられる、316″′Cのようなルーメンで、又は近隣において、膨張下での歪みを無くすことができる。
【００９５】
該膨張性ルーメン316″′A-B 及び316″′D-Nを、例えば、可変的な空気配送流を伴うエアコンプレッサー影響下で、膨張させてもよい。空気の急速な拍動を用い、急速かつ繰り返しの様式で、該ルーメン316″′A-B 及び316″′D-Nを膨張させてもよい。そのようにすることで、これらのルーメンを規定する外部壁は、該カテーテルの周りの血流に急速に入りかつ出る動きをして、乱流を誘導する。該振動の幅は、該ルーメンを規定する外部壁を境界層よりも外に、かつ血液の自由な流れの中に動かすよう十分に大きなものであるのが、好ましい。この効果は、その利用により熱伝達を増加させる乱流を生み出すことである。熱伝達エレメントの近くのみに乱流を誘発することが重要なので、膨張を可能にする適切な壁厚さの領域が、該熱伝達エレメントに隣接する該戻りカテーテル外部壁の部分に、近くに又は隣接することのみが必要である。言い換えると、該戻りカテーテルの壁のみを、該熱伝達エレメントの近くで薄くすることが要求されるのである。該カテーテルの壁の残り部分は、強度及び耐久性を与える厚さに保ってもよい。
【００９６】
供給カテーテル３１０は、それが熱伝達エレメントの末端部３０８の内部に接触しないように組み立てることができる。それが、続いて作動流体の流れの停止を引き起こし得るからである。このような組立ては、戻りカテーテル３０２内に位置し、内側に放射上に広がり、かつ縦方向の変形から供給カテーテル３１０を守る、張出しとすることができる。それに代わり、張出しが供給カテーテル３１０の末端部から縦方向に広がり、かつ該熱伝達エレメントとの接触からそれを保持してもよい。この組立ては、図１０に示されている張出し１１２と類似するものである。
【００９７】
図２１はこの目標を達成する他の方法を示す。図２１において、熱伝達エレメント304′は、末端部３０８に孔３２６を有する。供給カテーテル310′はそこで共軸的に伸びる薬剤配送カテーテル312′を備えている。薬剤配送カテーテル３１２、供給カテーテを310′と一体化して固い材料で形成することができ、また、これら２つを、分離部品を組立てた後、つないでもよく、また、お互いのその位置を維持する摩擦適合により、これら２つを使用中分離しておいてもよい。供給カテーテル310′の先細り状部分３２４が熱伝達エレメント304′の孔３２６にある場合、それは"適切な場所"にある。先細り部分３２４は、作動流体が孔３２６を介して漏れないように、強い摩擦適合を起こすのに十分に、しっかりとはまっていなければならない。しかし、先細り状部分３２４は、該戻りカテーテルの継続された独立的な使用を望む場合、供給カテーテル310′が熱伝達エレメント304′から除去できるよう、十分にゆるくはまっていなければならない。
【００９８】
供給カテーテル310′は複数の排出口３２２を有する。排出口３２２は、一般に供給カテーテル310′の末端部近く又は隣接する位置に設けられている。該排出口は、供給カテーテル310′が適切な場所にある場合、一般に、該排出口は熱伝達エレメント304′に面している。この様式において、作動流体は排出口３２２からでており、熱伝達エレメント３０４の内壁にさらに直接影響を及ぼしている。特に、作動流体は該供給カテーテルの内部に存在し、該供給カテーテルの外面及び熱伝達エレメントの内面で規定される容量部に流れ込んでいる。
明瞭にするため、図２１には熱伝達エレメント304′の内壁上の陥入を図示していない。しかし、このような陥入が存在し得ること、及びそれが出てくる作動流体との組合わされ、熱伝達を増加させることを可能にすることが理解されるであろう。
【００９９】
図９、１１、及び１３−２１の実施態様において、薬剤配送カテーテルを用いた様々なタイプのカテーテル集成装置が記載されている。これらの実施態様、特に図１１、１４−１６及び２１のような実施態様において、薬剤配送カテーテルの末端部が実質的にカテーテル集成装置の残部の末端部から突き出しており、該カテーテルの末端部を溶解すべき血栓中に埋め込んで、治療を実施することができる。次いで、温又は冷却酵素溶液のような、酵素溶液を血栓に直接送り込み、繊維素溶解活性を局部的に高めることができる。
【０１００】
特に、該カテーテルを先に記載したように配置することができる。しかしながら、この操作において、該カテーテルを、突き出し薬剤配送カテーテルの先端部が接触し、該血栓の近くに又は該血栓の中に埋め込まれるように、配置する。ついで、酵素溶液又は他のそのような薬剤を直接、薬剤配送カテーテルから血栓内又は該血栓を囲む血液の容量部内に配送する。該酵素溶液には、t-PA、ストレプトキナーゼ、ウロキナーゼ、プロウロキナーゼ、及びこれらの組合わせがあり、かつ加熱して繊維素溶解活性を増加させることができる。関連する実施態様において、該溶液は単に加熱した生理食塩水であってもよい。該加熱された生理食塩溶液は、血栓、又は血栓を囲む容量部を暖め、繊維素溶解活性を高める。
【０１０１】
これらの処置において、本発明の実施態様を使用するのが有利であり、該実施態様では、薬剤配送カテーテルの末端部先端が、カテーテル集成装置の残部から、実質的に突き出しており、又は末端部にある。このような様式において、該末端部の先端は、カテーテル集成装置の残部により妨げられることなく、血栓に隣接するように、又は内部に入るよう配置することができる。
【０１０２】
該発明は、特定の実施態様に関連して記載されてきた。当業者に取り明瞭であろうが、実施態様の変形を本発明の方法において用いることができる。したがって、本発明は添付の請求項の範囲だけで制限される。
（記載の要約）
本発明は、栄養血管内の環境流体を加熱又は冷却する方法及び装置を提供するものである。該装置は、患者の血管系において、選択された栄養血管に挿入可能なカテーテル集成装置を有する。該集成装置は、該カテーテル集成装置の末端部に熱伝達エレメントを有し、該熱伝達エレメントは、環境流体において、乱流を創り出すように成型され、かつ配置されている複数の外部表面不規則構造を有し、該表面不規則構造は、栄養血管における環境流体の流れの境界層の厚さと少なくとも等しい深さを有する。該集成装置は、また、作動流体を熱伝達エレメントの内部に供給する配送カテーテル、熱伝達エレメントの内部から作動流体を戻す、戻りカテーテル、及び該カテーテル集成装置の軸に実質的に平行に通る薬剤配送カテーテルを有する。該方法は、カテーテル集成装置を、患者の選択された容量の血液を供給する血管に導入し、かつ該カテーテル集成装置の供給カテーテルを介して作動流体を配送し、かつ該カテーテル集成装置の戻りカテーテルを介して、該作動流体を戻すことにより、患者の選択された容量の血液の温度を選択的にコントロールすることを含むものである。熱は、該カテーテル集成装置の末端部を構成する熱伝達エレメントと、栄養血管における該容量部の血液の間を移る。薬剤のような液体を、薬剤配送カテーテルを介し、栄養血管内の該容量部の血液に配送する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、動脈内において、本発明の原理に従い組み立てられた、乱流誘導熱伝達エレメントの第１の実施態様の正面図である。
【図２】  図２は、第１図の熱伝達エレメントのより詳細な正面図である。
【図３】  図３は、図１の熱伝達エレメントの正面からの断面図である。
【図４】  図４は、図１の熱伝達エレメントの横断面図である。
【図５】  図５は、部分的に削除された、血管内で使用中の、図１の熱伝達エレメントの正面透視図である。
【図６】  図６は、本発明の原理に従った乱流誘導熱伝達エレメントの第２の実施態様の部分的に削除された正面透視図である。
【図７】  図７は、図６の熱伝達エレメントの横断面図である。
【図８】  図８は、患者の脳を冷却するのに用いられる本発明の概要を示すものである。
【図９】  図９は、本発明の原理に従った熱伝達エレメントの適用のために使用することができる、本発明の実施態様の誘導カテーテルの正面の断面図である。
【図１０】  図１０は、さらに戻りチューブ／誘導カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第３の実施態様の正面の断面図である。
【図１１】  図１１は、さらに配送カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第４の実施態様の正面の断面図である。
【図１２】  図１２は、さらに作動流体カテーテルを採用する、図１１の第４の実施態様の正面の断面図である。
【図１３】  図１３は、さらに誘導ワイヤを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第５の実施態様の正面の断面図である。
【図１４】  図１４は、さらにバルーン装着を有する配送／作動流体カテーテルを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第６の実施態様の正面の断面図である。
【図１５】  図１５は、熱伝達エレメントにおける開口部を塞ぐバルーン装着と共に示された図１４の第６の実施態様の正面の断面図である。
【図１６】  図１６は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第７の実施態様の正面の断面図である。
【図１７】  図１７は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第８の実施態様の正面の断面図であり、この配送ルーメンは、該カテーテルの中央本体と非同軸である。
【図１８】  図１８は、さらに配送ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第９の実施態様の正面の断面図であり、この配送ルーメンは、該カテーテルの中央本体と非同軸である。
【図１９】  図１９は、さらに多重ルーメンを採用する、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第１０の実施態様の正面の断面図である。
【図２０】  図２０は、図１９の線２０−２０に沿った、図１９の第１０の実施態様の横断面図である。
【図２１】  図２１は、本発明の原理に従い熱伝達エレメントを使用するカテーテルの第１１の実施態様の正面の断面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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