(57)【要約】  ヒトまたは動物の対象の血管を通じて流れる血液を加温または冷却する装置および方法であって、それによって、対象の身体の全部または一部の温度を変更または制御する。熱交換器は、対象の血管内に位置し、加熱または冷却された熱交換流体は、熱交換器を通じて循環する。或る治療用途に対して、熱交換器および本システムに付随する要素は、３０分未満で対象の体温を少なくとも３℃低下させる充分な能力を有している。
2009500085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトまたは動物の対象の血管を通じて流れる血液を冷却するのに使用可能な熱交換カテーテル・システムであって、
カテーテル本体を備える熱交換カテーテルと、カテーテル本体は基端、先端、第１の内腔、第２の内腔および熱交換バルーンを有することと、熱交換バルーンは第１の内腔および第２の内腔に接続され、第１の直径Ｄ１の虚脱形態および第２の直径Ｄ２の膨張形態を有することと、
第１の内腔および第２の内腔に接続された流体冷却装置と、流体冷却装置は熱交換流体を冷却し、第１の内腔を通じ、前記バルーンを通じ、第２の内腔を通じて流体冷却装置に戻るように熱交換流体を循環させるのに使用可能であることと、
カテーテル本体、流体冷却装置、および熱交換バルーンは、システムが３０分未満で約３４℃以下の体幹温度まで対象の体幹温度を冷却することを可能とするように寸法決定、構成および構築されていることと、からなるシステム。
【請求項２】
ヒトまたは動物の対象の血管を通じて流れる血液を冷却するのに使用可能な熱交換カテーテル・システムであって、
カテーテル本体を備える熱交換カテーテルと、カテーテル本体は基端、先端、第１の内腔、第２の内腔および熱交換バルーンを有することと、熱交換バルーンは第１の内腔および第２の内腔に接続され、ほぼ螺旋形状にねじられた複数のローブを有し、第１の外接径Ｄ１の虚脱形態および第２の外接径Ｄ２の膨張形態を有することと、
第１の内腔および第２の内腔に接続された流体冷却装置と、流体冷却装置は熱交換流体を冷却し、第１の内腔を通じ、前記バルーンを通じ、第２の内腔を通じて流体冷却装置に戻るように熱交換流体を循環させるのに使用可能であることと、
カテーテル本体、流体冷却装置、および熱交換バルーンは、毎分２．５リットルの流量で温度３７℃の水が圧送される内径２２ｍｍの硬質のチューブ内で操作されるとき、システムが約４００ワット以上の冷却能力を生じることを可能とするように寸法決定、構成および構築されていることと、からなるシステム。
【請求項３】
前記バルーンは、中央ローブ、および複数の外側ローブを備え、該外側ローブは、中央ローブ回りにほぼ螺旋形状にねじられている請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
中央ローブは、ほぼ線形である請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の外側ローブは線形１フィートあたり４回以上のねじれの螺旋形状にねじられている請求項３記載のシステム。
【請求項６】
熱交換流体は、中央ローブを通じて第１の方向に流れ、次に、前記複数の外側ローブに入り、次に、前記複数の外側ローブを通じて第１の方向とほぼ反対方向である第２の方向に流れる請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記バルーンは、膨張形態のときに、約３．８１センチメートル（１．５インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項１または２記載のシステム。
【請求項８】
前記バルーンは、膨張形態のときに、約５．０８センチメートル（２インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項１または２記載のシステム。
【請求項９】
前記バルーンは、膨張形態のときに、約６．３５センチメートル（２．５インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項１または２記載のシステム。
【請求項１０】
前記バルーンは、膨張形態のときに、約５．５９センチメートル（約２．２インチ）〜約６．３５センチメートル（２．５インチ）の断面周囲を有する請求項１または２記載のシステム。
【請求項１１】
Ｄ２は、Ｄ１より約３．５倍以上大きい請求項１または２記載のシステム。
【請求項１２】
Ｄ１は、約５ｍｍよりも小さく、Ｄ２は、約１４ｍｍよりも大きい請求項１または２記載のシステム。
【請求項１３】
Ｄ１は、約８ｍｍよりも小さく、Ｄ２は、約１４ｍｍよりも大きい請求項１または２記載のシステム。
【請求項１４】
熱交換カテーテルは対象の第１の血管に挿入可能であり、かつ、前記バルーン全体が対象の第２の血管内に配置される位置まで進行可能であることと、
ほぼ前記バルーン全体が第２の血管内に配置されたことを検出するバルーン位置検出器と、を含む請求項１または２記載のシステム。
【請求項１５】
前記検出器はカテーテル本体上の間隔を置いた位置の複数の長さマーキングを備えることと、該長さマーキングは、ほぼ前記バルーン全体を第２の血管内に配置するために対象の身体内へ進行されることの必要なカテーテルの長さに関連していることとを含む請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
第１の血管および第２の血管は大きさが異なることと、前記検出器は前記バルーンの基端の配置された血管の大きさの変化を検出する装置を備えることとを含む請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
血管の大きさの変化を検出する装置は、同装置が位置する血管のおおよその内腔径を判断するのに使用されるエネルギ流を放射する請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
血管の大きさの変化を検出する装置は、同装置が位置する血管のおおよその内腔径を判断するのに使用可能な音波または超音波の装置を備える請求項１６記載のシステム。
【請求項１９】
血管の大きさの変化を検出する装置は、熱交換カテーテルから延び、隣接する血管壁と接触するプローブ部材を備える請求項１６記載のシステム。
【請求項２０】
前記カテーテルは静脈へ挿入され、ほぼ前記バルーン全体が大静脈内に配置される位置まで進行されることと、前記検出器は、前記バルーンの基端が腸骨静脈を出たこと、または、下大静脈に入ったことを検出するように動作可能であることと、を含む請求項１４記載のシステム。
【請求項２１】
前記カテーテルは静脈へ挿入され、ほぼ前記バルーン全体が大静脈内に配置される位置まで進行されることと、前記検出器は、前記バルーンの基端が鎖骨下静脈から上大静脈へ進行したことを検出するように動作可能であることと、を含む請求項１４記載のシステム。
【請求項２２】
前記検出器から信号を受信し、同信号を使用して、ほぼ前記バルーン全体が第１の血管の外に、または、第２の血管の中に配置されたことの指標をオペレータに提供するためのコントローラを備える請求項１４記載のシステム。
【請求項２３】
流体冷却装置は、熱交換流体が循環される第１の流路と、冷却された冷却液が通る第２
の流路とを有する熱交換器を備える請求項１または２記載のシステム。
【請求項２４】
冷却液は食塩水よりも凍結温度の低い流体である請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
流体冷却装置は冷却液を冷却する凝縮器を備える請求項２３記載のシステム。
【請求項２６】
熱交換流体を加温する流体加温装置を備える請求項１または２記載のシステム。
【請求項２７】
対象の体温を判断する体温測定装置を備える請求項１または２記載のシステム。
【請求項２８】
体温測定装置および流体冷却装置に接続されたコントローラを備えることと、該コントローラは、体温測定装置によって測定されるときに目標体温を得るように、ｉ）熱交換流体の温度、および、ｉｉ）熱交換流体の流量のうちの１つ以上を制御するようにプログラムされていることとを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
体温測定装置、流体冷却装置および流体加温装置に接続されたコントローラを備えることと、該コントローラは、体温測定装置によって測定されるときに目標体温を得るように、ｉ）熱交換流体の温度、および、ｉｉ）熱交換流体の流量のうちの１つ以上を制御するようにプログラムされていることとを含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
血管内熱交換カテーテル装置であって、
カテーテル本体を備えることと、カテーテル本体は基端、先端、第１の内腔、第２の内腔および体内熱交換器を有することと、体内熱交換器は、第１の直径Ｄ１の虚脱形態および第２の直径Ｄ２の膨張形態を有する前記熱交換器を通じて熱交換流体が循環可能であるように第１の内腔および第２の内腔に接続されていることと、Ｄ２は、Ｄ１より約３倍以上大きいことと、からなる血管内熱交換カテーテル装置。
【請求項３１】
第１の内腔および第２の内腔に接続された流体冷却装置と組み合わせた請求項３０記載の血管内熱交換カテーテルと、流体冷却装置は熱交換流体を冷却し、第１の内腔を通じ、体内熱交換器を通じ、第２の内腔を通じて流体冷却装置に戻すように熱交換流体を循環させるのに使用可能であることと、からなるシステム。
【請求項３２】
体内熱交換器はバルーンを備えることと、バルーンは中央ローブと、中央ローブ回りにほぼ螺旋形状にねじられている複数の外側ローブとを有することと、を含む請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
体内熱交換器はバルーンを備えることと、バルーンは中央ローブと、中央ローブ回りにほぼ螺旋形状にねじられている複数の外側ローブとを有することと、を含む請求項３１記載のシステム。
【請求項３４】
熱交換流体は、中央ローブを通じて第１の方向に流れ、次に、前記複数の外側ローブに入り、次に、前記複数の外側ローブを通じて第１の方向とほぼ反対方向である第２の方向に流れる請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
熱交換流体は、中央ローブを通じて第１の方向に流れ、次に、第１の方向に対してほぼ交互の方向に前記複数の外側ローブに連続的に入る請求項３２記載のシステム。
【請求項３６】
体内熱交換器は、膨張形態のときに、約３．８１センチメートル（１．５インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項３１記載のシステム。
【請求項３７】
体内熱交換器は、膨張形態のときに、約５．０８センチメートル（２インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項３１記載のシステム。
【請求項３８】
体内熱交換器は、膨張形態のときに、約６．３５センチメートル（２．５インチ）よりも大きい断面周囲を有する請求項３１記載のシステム。
【請求項３９】
体内熱交換器は、膨張形態のときに、約５．５９センチメートル（約２．２インチ）〜約６．３５センチメートル（２．５インチ）の断面周囲を有する請求項３１記載の装置。
【請求項４０】
Ｄ１は、約５ｍｍよりも小さく、Ｄ２は、約１４ｍｍよりも大きい請求項３１記載のシステム。
【請求項４１】
Ｄ１は、約８ｍｍよりも小さく、Ｄ２は、約１４ｍｍよりも大きい請求項３１記載のシステム。
【請求項４２】
カテーテル本体および虚脱形態の体内熱交換器は、約５ｍｍ以下の外径の管状の導入器を通じて対象の血管に装置が挿入され、血管への挿入後、体内熱交換器が、その拡張形態へ拡張されるように寸法決定されることと、体内熱交換器の血液接触表面積は約１２５平方センチメートル以上であることとを含む請求項３１記載のシステム。
【請求項４３】
ヒトまたは動物の対象の身体のうちの少なくとも一部の温度を低下させる方法であって、
Ａ）カテーテル本体および体内熱交換器を備える熱交換カテーテル装置を提供する工程と、体内熱交換器は最初に約５ｍｍ未満の第１の外接径Ｄ１を有する虚脱形態で配備され、続いて約１４ｍｍよりも大きい第２の外接径Ｄ２を有する拡張形態に拡張可能であることと、
Ｂ）前記熱交換器が虚脱形態であるときに、対象の血管に熱交換カテーテル装置を挿入する工程と、
Ｃ）前記熱交換器を拡張形態に拡張する工程と、
Ｄ）前記熱交換器を用いて、熱交換器を通って流れる血液を冷却することによって、対象の身体のうちの少なくとも一部の温度を低下させる工程と、からなる方法。
【請求項４４】
前記熱交換器は複数のローブを有するバルーンを備えることと、前記複数のローブのうちの１つ以上は軸回りに螺旋形状にねじられていることと、を含む請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
体内熱交換器は、中央ローブと、中央ローブ回りにほぼ螺旋形状にねじられている複数の外側ローブとを有するバルーンを備える請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
工程Ｄは、約３０分以内に約３４℃未満まで対象の体幹温度を冷却する工程を含む請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
血管の閉塞によって組織のかん流が不充分である障害を対象が被っている場合、
Ｅ）閉塞の全部または一部を除去、圧迫、拡張その他によって解放し、かん流の不充分な組織の充分な再かん流を生じさせる工程を含む請求項４３記載の方法。
【請求項４８】
工程Ｄは、工程Ｅに先立って行われる請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
工程Ｄは、工程Ｅを行う前に対象の体幹温度を約３４℃以下に低下させる工程を含む請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
対象の体幹温度は工程Ｃの完了後の約３０分以内に約３４℃以下まで低下する請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
障害は急性心虚血を生じる冠動脈閉塞を含むことと、急性心虚血の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項４７記載の方法。
【請求項５２】
障害は急性卒中の生じた脳組織をかん流する動脈の閉塞を含むことと、急性卒中の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項４７記載の方法。
【請求項５３】
ヒトまたは動物の対象における血管枝の孔に隣接する血管を通じて流れる血液を加温または冷却する方法であって、
Ａ）血管枝の孔に隣接する血管内に配置可能な熱交換器を提供する工程と、熱交換器は血管を通じて流れる血液と熱を交換するように動作可能であることと、熱交換器は動作中に外接径Ｄを有することと、熱交換器は、血液が、ｉ）血管枝から血管に入る、または、ｉｉ）血管から血管枝に入ることの可能な１つ以上の血流チャネルを外接径Ｄ以内に形成するように構成されていることと、
Ｂ）血管枝の孔に隣接する血管内に熱交換器を配置する工程と、
Ｃ）ｉ）血管枝から血管に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネルを流れるとき、または、ｉｉ）血管から血管枝に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネルを流れるとき、血管を通じて流れる血液を加温または冷却するように前記熱交換器を動作させる工程と、からなる方法。
【請求項５４】
熱交換器は熱交換流体が循環される１つ以上の螺旋形部材を有するバルーンを備えることと、同１つ以上の螺旋形部材は動作中に外接径Ｄを有し、工程Ｃにおいて血液が血管から血管枝の孔に流れる１つ以上の螺旋形血流チャネルを外接径Ｄ以内に形成するように構成されていることと、を含む請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
工程Ｂは、血液が静脈に流れる血管枝の孔に隣接する同静脈中に熱交換器を配置する工程を含む請求項５３記載の方法。
【請求項５６】
熱交換器は中心軸回りに配置された複数の螺旋形部材を備えることと、該複数の螺旋形部材は約１４ｍｍ未満の外接径Ｄを形成することと、を含む請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
熱交換器は回りに螺旋形ローブが配置される中央部材を備える請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
各螺旋形部材の直径は６．５ｍｍ未満であり、外接径Ｄは１４ｍｍよりも大きい請求項５６記載の方法。
【請求項５９】
工程Ｂは、血液が動脈から流れる血管枝の孔に隣接する同動脈中に熱交換器を配置する工程を含む請求項５３記載の方法。
【請求項６０】
工程Ｂは、血液が静脈に流れる血管枝の孔に隣接する同静脈中に熱交換器を配置する工程を含む請求項５３記載の方法。
【請求項６１】
工程Ｂは、腎静脈の孔に隣接する大静脈中に熱交換器を配置する工程を含み、工程Ｃは、腎静脈から大静脈に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネルを流れるとき、大静脈を通じて流れる血液を加温または冷却するように熱交換器を動作させる工程を含む請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
工程Ｃによって、対象の体幹温度は約３０分以内に約３４℃未満まで冷却される請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
血管の閉塞によって組織のかん流が不充分である障害を対象が被っている場合、
Ｄ）閉塞の全部または一部を除去、圧迫、拡張その他によって解放し、かん流の不充分な組織の充分な再かん流を生じさせる工程を含む請求項６２記載の方法。
【請求項６４】
工程Ｃは、工程Ｄを行う前に対象の体幹温度を約３４℃以下に低下させる工程を含む請求項６３記載の方法。
【請求項６５】
工程Ｃの開始後、対象の体幹温度は約３０分以内に約３４℃以下まで低下する請求項６３記載の方法。
【請求項６６】
障害は急性心虚血を生じる冠動脈閉塞を含むことと、急性心虚血の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項６３記載の方法。
【請求項６７】
障害は急性卒中の生じた脳組織をかん流する動脈の閉塞を含むことと、急性卒中の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項６３記載の方法。
【請求項６８】
ヒトまたは動物の対象の血管を通じて流れる血液を加温または冷却する方法であって、
Ａ）バルーンを備える熱交換器を提供する工程と、バルーンを通じて熱交換流体が循環することによってバルーンを膨張させることと、
Ｂ）血管内に熱交換器を配置する工程と、
Ｃ）バルーンを通じて熱交換流体を脈動して循環させる工程と、脈動によって、脈動間においてバルーンをほぼ収縮させることなく、熱交換流体が熱交換器を通じて循環するときに熱交換器の少なくとも一部を運動させることと、からなる方法。
【請求項６９】
熱交換器の少なくとも一部に予め張力を加え、熱交換器を張力の加えられた状態に維持することによって、脈動による熱交換器の運動の大きさを増強する工程を含む請求項６２記載の方法。
【請求項７０】
熱交換器は、熱交換流体が流れる内腔を有する螺旋形部材を備える請求項６８記載の方法。
【請求項７１】
螺旋形部材は、予め張力を加えられる前の第１の螺旋形状と、予め張力を加えられた後の第２の螺旋形状とを有する請求項７０記載の方法。
【請求項７２】
予め張力を加えることによって熱交換器の塑性変形はほぼ生じない請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
熱交換器は、熱交換器を予め張力の加えられた状態に維持するように、カテーテル軸に固定されている請求項６９記載の方法。
【請求項７４】
螺旋形部材は製造時に第１の螺旋形状に押し出される押出しプラスチック・チューブを備え、螺旋形部材に予め張力を加えることは、ｉ）螺旋形部材を第１の螺旋形状よりも緊密な第２の螺旋形状に巻くことであって、拘束されない場合、螺旋形部材は、第２の螺旋形状からほぼ第１の螺旋形状に弾力的に復帰すること、および、ｉｉ）螺旋形部材を第２の螺旋形状に拘束して第１の螺旋形状に弾力的に復帰するのを防止することを含む請求項７１記載の方法。
【請求項７５】
螺旋形部材は、螺旋形部材を第２の螺旋形状に維持するように、カテーテル軸に直接的または間接的に取り付けられている請求項７４記載の方法。
【請求項７６】
熱交換器は血管枝の孔に隣接する血管中に位置することと、
熱交換器は動作中に外接径Ｄを有することと、熱交換器は、血液が、ｉ）血管枝から血管に入る、または、ｉｉ）血管から血管枝に入ることの可能な１つ以上の血流チャネルを外接径Ｄ以内に形成するように構成されていることと、
工程Ｂは、血管枝の孔に隣接する血管内に熱交換器を配置する工程を含むことと、
工程Ｃは、ｉ）血管枝から血管に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネル流れるとき、または、ｉｉ）血管から血管枝に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネルを流れるとき、熱交換器を通じて熱交換流体を脈動して循環させる工程と、脈動によって、熱交換流体が熱交換器を通じて循環するときに熱交換器の少なくとも一部を運動させることとを含むことと、を含む請求項６８記載の方法。
【請求項７７】
熱交換器は熱交換流体が循環する螺旋形部材を備えることと、螺旋形部材は動作中に外接径Ｄを有し、工程Ｃにおいて血液が血管から血管枝の孔に流れる１つ以上の螺旋形血流チャネルを外接径Ｄ以内に形成するように構成されていることと、を含む請求項７６記載の方法。
【請求項７８】
螺旋形部材は、予め張力を加えられる前の第１の螺旋形状と、予め張力を加えられた後の第２の螺旋形状とを有する請求項７７記載の方法。
【請求項７９】
熱交換器の少なくとも一部に予め張力を加え、熱交換器を張力の加えられた状態に維持することによって、脈動による熱交換器の運動の大きさを増強する工程を含む請求項７６記載の方法。
【請求項８０】
熱交換器は、予め張力の加えられた状態を維持するように、カテーテル軸に直接的または間接的に取り付けられている請求項７９記載の方法。
【請求項８１】
螺旋形部材は製造時に第１の螺旋形状に押し出される押出しプラスチック・チューブを備え、螺旋形部材に予め張力を加えることは、ｉ）螺旋形部材を第１の螺旋形状よりも緊密な第２の螺旋形状に巻くことであって、拘束されない場合、螺旋形部材は、第２の螺旋形状からほぼ第１の螺旋形状に弾力的に復帰すること、および、ｉｉ）螺旋形部材を第２の螺旋形状に拘束して第１の螺旋形状に弾力的に復帰するのを防止することを含む請求項７７記載の方法。
【請求項８２】
螺旋形部材は、螺旋形部材を第２の螺旋形状に維持するように、カテーテル軸に取り付けられている請求項８１記載の方法。
【請求項８３】
熱交換器は、血液が静脈に流れる血管枝の孔に隣接する同静脈中に配置される請求項７６記載の方法。
【請求項８４】
熱交換器は、血液が動脈に流れる血管枝の孔に隣接する同動脈中に配置される請求項７６記載の方法。
【請求項８５】
熱交換器は、腎静脈の孔に隣接する大静脈中に配置されることと、工程Ｃは、腎静脈から大静脈に入る血液のうちの少なくとも一部が前記１つ以上の血流チャネルを流れるとき、大静脈を通じて流れる血液を加温または冷却するように熱交換器を動作させる工程を含む請求項７６記載の方法。
【請求項８６】
工程Ｃによって、対象の体幹温度は約３０分以内に約３４℃未満に冷却される請求項８５記載の方法。
【請求項８７】
血管の閉塞によって組織のかん流が不充分である障害を対象が被っている場合、
Ｄ）閉塞の全部または一部を除去、圧迫、拡張その他によって解放し、かん流の不充分な組織の充分な再かん流を生じさせる工程を含む請求項７６記載の方法。
【請求項８８】
工程Ｃは、工程Ｄを行う前に対象の体幹温度を約３４℃以下に低下させる工程を含む請求項８７記載の方法。
【請求項８９】
障害は急性心虚血を生じる冠動脈閉塞を含むことと、急性心虚血の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項８７記載の方法。
【請求項９０】
障害は急性卒中の生じた脳組織をかん流する動脈の閉塞を含むことと、急性卒中の発生から１２時間以内に方法が完全に実行されることと、を含む請求項８７記載の方法。
【請求項９１】
ヒトまたは動物の対象の血管を通じて流れる血液を加温または冷却するのに使用可能な熱交換カテーテル・システムであって、
長尺状軟質カテーテル軸と、熱交換流体の循環する熱交換器とを有する熱交換カテーテルと、
熱交換器を通じて加温または冷却された熱交換流体を脈動して圧送するポンプと、
熱交換器は、脈動間においてバルーンをほぼ収縮させることなく、熱交換器を通じて循環される熱交換流体の脈動に応じて運動することと、からなるシステム。
【請求項９２】
熱交換器を張力の加えられた状態に維持することによって、脈動による熱交換器の運動の大きさを増強するために、熱交換器の少なくとも一部に予め張力が加えられている請求項９１記載のシステム。
【請求項９３】
熱交換器は、熱交換流体が流れる内腔を有する螺旋形部材を備える請求項９１記載のシステム。
【請求項９４】
熱交換器は、熱交換流体が流れる内腔を有する螺旋形部材を備える請求項９２記載のシステム。
【請求項９５】
螺旋形部材は、予め張力を加えられる前の第１の螺旋形状と、予め張力を加えられた後の第２の螺旋形状とを有する請求項９４記載のシステム。
【請求項９６】
予め張力を加えることによって熱交換器の塑性変形はほぼ生じない請求項９５記載のシステム。
【請求項９７】
熱交換器は、熱交換器を予め張力の加えられた状態に維持するように、カテーテル軸に固定されている請求項９５記載のシステム。
【請求項９８】
螺旋形部材は製造時に第１の螺旋形状に押し出され、続いて、ｉ）螺旋形部材を第１の螺旋形状よりも緊密な第２の螺旋形状に巻く工程であって、拘束されない場合、螺旋形部材は、第２の螺旋形状からほぼ第１の螺旋形状に弾力的に復帰する工程、および、ｉｉ）螺旋形部材を第２の螺旋形状に拘束して第１の螺旋形状に弾力的に復帰するのを防止する工程を含む方法によって、予め張力の加えられた押出しプラスチック・チューブを備える請求項９４記載のシステム。
【請求項９９】
螺旋形部材は、螺旋形部材を第２の螺旋形状に維持するように、カテーテル軸に直接的または間接的に取り付けられている請求項９８記載のシステム。
【請求項１００】
螺旋形部材は複数の螺旋形部材を含む請求項９４記載のシステム。
【請求項１０１】
熱交換器は管状の中央部材を備え、前記複数の螺旋形部材は中央部材の回りに螺旋状に配置されている請求項１００記載のシステム。
【請求項１０２】
３つの螺旋形部材は中央部材の回りに螺旋状に配置されている請求項１０１記載のシステム。
【請求項１０３】
カテーテル軸は熱交換器の中央部材を通じて延びている請求項１０１記載のシステム。
【請求項１０４】
作業内腔はカテーテル軸を通じて延び、カテーテル軸の先端にて先端開口部の末端で終了している請求項９１記載のシステム。
【請求項１０５】
作業内腔を通過するように寸法決定されたガイドワイヤと組み合わせられている請求項１０４記載のシステム。
【請求項１０６】
作業内腔を通じ、先端開口部の外へ進行可能な温度測定プローブと組み合わせられている請求項１０４記載のシステム。
【請求項１０７】
前記複数の外側ローブの壁厚は約１６．５１マイクロメートル（約０．０００６５インチ）未満である請求項３記載のシステム。
【請求項１０８】
前記複数の外側ローブの壁厚は約１６．５１マイクロメートル（約０．０００６５インチ）未満である請求項３２記載のシステム。
【請求項１０９】
前記複数の外側ローブの壁厚は約１６．５１マイクロメートル（約０．０００６５インチ）未満である請求項３２記載のシステム。
【請求項１１０】
螺旋形状にねじられた前記複数のローブの壁厚は約１６．５１マイクロメートル（約０．０００６５インチ）未満である請求項４４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は治療装置および方法に関する。より詳細には、本発明はヒトまたは動物の対象の体温を変更または制御する血管内熱交換のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
治療的な低体温症によって、虚血症、無酸素症、または毒性発作の影響から、心臓、脳および腎臓の組織を含む様々な組織が保護されることがある。たとえば、動物研究や臨床試験では、虚血性心疾患（たとえば、心筋梗塞、急性冠不全症候群など）、心肺蘇生後の低酸素症後の昏睡、外傷性脳損傷、卒中、くも膜下出血、熱および神経損傷を被っている動物またはヒトにおいて、軽度低体温症が神経保護的効果、心臓保護的効果またはその両方を有し得ることが示唆されている。さらに、複数の研究では、全身低体温症によって、腎臓機能障害を抱えながら血管造影法手順を経験する患者の腎臓に対するＸ線撮影造影剤の毒性効果（たとえば、造影剤腎症）が改善され得ることが示されている。
【０００３】
低体温症を生じさせる１つの方法は、血管内温度管理（ＥＴＭ）として知られている技術の使用による。ＥＴＭでは、熱交換器を有するカテーテルが血管に挿入され、正確に温度の調整された熱交換流体がカテーテルの熱交換器を通じて循環される。この技術では、対象の血管を流れる血液を効果的に冷却し、その結果、対象の体幹温度を一定の所望の目標温度まで低下させることが可能である。さらに、ＥＴＭでは、監視される体温を一定の選択された温度に維持するように身体を加温すること、体温を制御すること、またはその両方が可能である。選択された目標温度から再加温または再冷却する速度の管理が所望される場合には、身体に加えられる、または、身体から取り除かれる熱量を注意深く制御して、患者の温度変化を制御することによって達成可能である。
【０００４】
心筋梗塞および虚血性卒中のような動脈の閉塞に起因する虚血発症について、主要な治療目的は、急性臨床症状の発症後の注射期間内（たとえば、５時間未満）の虚血組織を再かん流させるように、動脈閉塞を除去、溶解、またはバイパスすることである。そのような再かん流は、外科術（たとえば、切開塞栓摘出術、バイパス移植術など）、カテーテル関連介入（たとえば、血管形成術、ステント植込み術、アテローム切除術、カテーテル関連塞栓摘出術など）によって、または、血栓溶解薬（たとえば、組織プラスミノゲン活性化因子（ＴＰＡ）、またはストレプトキナーゼ）の使用を通じて達成されることができる。低体温症によって組織が保護されるため、現在では、そのような虚血発症の最適な治療は、外科、カテーテル関連介入、血栓溶解薬物治療またはそれらのうちの１つ以上などの再かん流戦略と低体温症との組合せを通じて達成され得ると考えられている。
【０００５】
急性心筋梗塞と、それに続いて梗塞を起こした心筋層の再かん流を生じる冠動脈介入（すなわち、血管形成およびステント植込み手順）を経験した患者において、軽度の全身低体温症の影響が研究されている。１つ以上の研究では、再かん流に先立って体幹温度が３５℃以下まで低下された前壁梗塞の患者においては、再かん流時に体幹温度が３５℃よりも高かった前壁梗塞の他の患者よりも梗塞の大きさの中央値が著しく小さいことが観察されている。この観察は、発症までの時間（ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）、病変位置、および血管形成前のＴＩＭＩフローのインシデンス（ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）を含む他の要因によっては説明されない。
【０００６】
このように、少なくとも心筋梗塞に発展する治療では、再かん流に先立って軽度低体温症が引き起こされる場合、梗塞の大きさが著しく縮小される場合がある。再かん流を可及的速やかに達成するための動機づけを与えられ、本技術分野には、心筋梗塞または虚血性
卒中のような虚血性疾患を被っている対象に対する再かん流に先立って、急速に血管内を冷却して低体温症の誘導を容易にする新しい方法、装置およびシステムの開発のための必要性が存在している。また、この例を超えて、そのような方法、装置およびシステムは、以下に限定されるものではないが、心停止の治療、造影剤腎症、心臓病の心筋収縮治療、および他の治療を含む他の治療用途においても有益であることが理解される。
【０００７】
さらに、哺乳類の身体は、ほとんどの状況下で設定点温度（通常は、平熱）に維持するように機能する生理学的体温調節システムを有する。さらに、これらの生まれつきの生理学的メカニズムは、身体が寒いと感知した場合に身体をより速く加温し、身体が暖かいと感知した場合により速く冷却する。震せんを抑えるように投薬されておらず、意識のある対象は、多くの場合には体温の低下に応じて震せんを起こす。そのような震せんによって、有意なエネルギが追加されることがあり、低体温の影響を生じさせるにはこれを克服する必要がある。震せんを阻止するための戦略には、患者の皮膚に適用される暖かい毛布や、特許文献１乃至４（ディ（Ｄａｅ））に記載されているような幾つかの薬物が含まれる。それらの各文献を引用によって本明細書に明示的に援用する。
【特許文献１】米国特許第６，２３１，５９４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５８２，４５７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７０２，８３９号明細書
【特許文献４】米国特許第７，００８，４４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
充分な冷却能力（または、加温能力）を持った新しい血管内熱交換カテーテル・システムの開発は、身体の正常な生理学的メカニズムおよび外部要因をより良好に無効化することの可能な新しい治療を提供することによって、先行技術の血管内熱交換カテーテル・システムよりも速い低体温症（または温熱療法）を生じさせることが可能である。同様に、そのようなより効率的な血管内熱交換カテーテル・システムでは、低体温症の期間後に身体の自己メカニズムが身体温度を変化させ設定点まで戻そうとし得るにも関わらず、温度変化を良好に制御することが可能となる（たとえば、設定点温度以外の所望の温度に維持すること、または、他の場合に身体が自身を暖める速度よりも遅い非常に制御された速度で、冷たい患者を平熱まで暖め戻すこと）。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、ヒトまたは動物の対象の体温を急速に変更し、次いで、対象の体温を目標温度範囲内に維持するのに使用可能な装置、方法およびシステムを提供する。少なくとも幾つかの実施形態では、本発明の装置、方法およびシステムは、平熱のヒトの対象の体幹温度を３０分以内に３℃以上（たとえば、温度３７℃から温度３４℃以下へ）低下させるのに充分な冷却能力を有する。したがって、本発明の装置、方法およびシステムは、外科、カテーテル関連介入、血栓溶解療法またはそれらのうちの１つ以上による虚血組織の再かん流に先立って、心筋梗塞、虚血性卒中またはその両方を被っている患者において、心臓保護的、神経保護的または腎臓保護的レベルの低体温症を生じさせるのに使用可能である。
【００１０】
本発明では、熱交換流体（たとえば、０．９％食塩水）を冷却し、熱交換カテーテルを通じてその冷却した熱交換流体を循環させるのに使用可能な熱交換カテーテルおよび流体冷却装置を備える熱交換カテーテル・システムを提供する。流体冷却装置および熱交換カテーテルの要素は、このシステムが、意識のある患者の温度を３０分以内で３℃確実に低下させることが可能であるように、協働的に寸法決定、構築および構成されてよい。
【００１１】
さらに、本発明では、ヒトまたは動物の血管内の特定の位置への熱交換カテーテルの進
行を容易にすることによって、熱交換カテーテルの熱交換効率を最適化するように、検出器または他の装置の組み込まれた熱交換カテーテルを提供する。幾つかの実施形態では、最適な熱交換は、カテーテルに取り付けられた熱交換器が特定の血管（たとえば、下大静脈）まで進行されることを確実にすることによって達成されてよく、カテーテルは、熱交換器全体が所望の血管内の位置に到達したことを検出するための１つ以上の検出器（たとえば、目盛り付きの距離マーキング、蛍光透視下で可視である放射線不透過性のマーカ・バンド、血管径または血管構造の変化を検出する装置、血流の変化を検出する装置など）を組み込まれてよい。
【００１２】
さらに、本発明では、熱交換流体が血管内熱交換器を通じて脈動して循環されることによって、熱交換流体が循環するときに熱交換器の少なくとも一部を運動させる、血管内熱交換装置および方法を提供する。そのような運動によって、熱交換表面に隣接する血流の層流性が乱されるか、熱交換器と対象の血液との間の熱交換効率が改善されるか、またはその両方が生じる。幾つかの実施形態では、熱交換器は、加温または冷却された熱交換流体（たとえば、０．９％食塩水）が循環される螺旋形のローブを有する熱交換バルーンを備えてよい。そのような実施形態では、ローブ内への流れおよびローブ内での流れの運動量によって、熱交換バルーンの回転運動を生じる回転トルクまたは回転力が生成される。非脈動流では、この回転は、ほぼ一定のままである固定の位置に達する。しかしながら、脈動流では、流れの圧力の周期的な変化はバルーンに掛かるトルクを除去／再開するのに充分であり、熱交換を向上させる有利な運動を生じる。脈動流によって、熱交換バルーンの運動を生じるために熱交換バルーンの実質的な収縮が生じる必要はなく、むしろ、熱交換バルーンを完全に膨張した状態に維持するのに必要な圧力よりも高いままの脈動流が用いられてよく、それによって、バルーンの反復的な拡張および収縮とは対照的なバルーンの充分な回転運動が生じてよい。熱交換流体のそのような脈動流はワトソン−マーロー社（Ｗａｔｓｏｎ−Ｍａｒｌｏｗ）から入手可能なものなど市販の蠕動ポンプを用いて生成できること、あるいは、体外液ポンプまたは心臓補助装置において使用されるものなど脈動制御システムを用いてさらに改良できることが、当業者には理解される。さらに、熱交換器バルーンまたはその一部は、カテーテル本体に固定される前に予め張力が加えられて（たとえば、張力の加えられた状態にねじられて）よい。このように熱交換バルーンに予め張力を加えることによって、バルーンを通じた熱交換流体の流れの脈動に応じてバルーンの経験する運動を強調するように作用することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、ヒトまたは動物の対象の血管枝の孔に隣接する血管を通じて流れる血液を加温または冷却する血管内熱交換装置および方法を提供する。一般に、この方法は、ａ）血管枝の孔に隣接する血管内に配置可能な熱交換器を提供する工程と、熱交換器は血管を通じて流れる血液と熱を交換するように動作可能であることと、熱交換器は動作中に外接径Ｄを有することと、熱交換器は、血液が、ｉ）血管枝から血管に入る、または、ｉｉ）血管から血管枝に入ることの可能な１つ以上の血流チャネルを外接径Ｄ以内に形成するように構成されていることと、ｂ）血管枝の孔に隣接する血管内に熱交換器を配置する工程と、ｃ）ｉ）血管枝から血管に入る血液のうちの少なくとも一部が１つ以上の血流チャネルを流れるとき、または、ｉｉ）血管から血管枝に入る血液のうちの少なくとも一部が１つ以上の血流チャネルを流れるとき、血管を通じて流れる血液を加温または冷却するように熱交換器を動作させる工程と、を含む。幾つかの実施形態では、熱交換器は、熱交換流体の循環する螺旋形部材を備えてよい。そのような螺旋形部材は、膨張した外接径Ｄ２を有し、血管枝から血管に入る血液のうちの少なくとも一部、または、血管から血管枝に入る血液のうちの少なくとも一部の通る螺旋状の血流チャネルを形成するように構成されている。
【００１４】
さらに、本発明では、バルーン壁に亘って急速で効果的な熱交換を可能とするのに充分薄い壁を有するとともに、バルーンを過ぎて流れる血液に対する最大の表面積と、バルー
ンを過ぎて流れる血液に最小の制約とを提示する有利な形状を維持している熱交換バルーンを提供する。さらに、バルーンは、最小の挿入外形を提示するのに充分に真空下で虚脱することが可能であるが、大きく有効な熱交換バルーンを提供すべく膨張されるときに充分に拡張する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の熱交換カテーテル・システム１０の図示例である。この例において、熱交換カテーテル・システム１０は、一般に、ａ）熱交換カテーテル１２と、ｂ）体外熱交換器１４と、ｃ）冷却器１６または加熱器１８と、（ｄ）体温測定装置１７と、ｅ）プログラマブル・コントローラ２０とを備える。幾つかの例においては、冷却器１６および加熱器１８は、選択的に加熱および冷却を行う単一の装置に組み合わせられるか、または一体化されてよい（たとえば、熱電冷却器／加熱器）。一方、他の例においては、別個の冷却器１６（たとえば、冷蔵庫、凝縮器、熱電冷却器、冷たい物質の塊など）または別個の加熱器（たとえば、抵抗加熱器、熱電加熱器、暖かい物質の塊など）が使用されてよい。
【００１６】
熱交換カテーテル１２は、体内熱交換器２８の取り付けられている長尺状カテーテル本体２１を備える。図１Ａの断面に示されるように、カテーテルの基端部は、第１の熱交換流体内腔２４と、第２の熱交換流体内腔２６と、作業内腔２２ａとを有する基端軸２１ａを備える。熱交換流体がバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，および２９ｃの基端部から第１の熱交換流体内腔２４へと流れることが可能であるように、第１の熱交換流体内腔２４は基端軸２１ａの先端またはその近傍で終了し、３つのほぼ筒状のバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃと開口を通じて連通している。このように、この例においては、第１の熱交換流体内腔２４は、体内熱交換器２８から体外熱交換器の方へ戻る熱交換流体の流出を扱っている。
【００１７】
図１Ｂの断面において見られるように、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，および２９ｃは、カテーテル軸の中間部２１ｂ回りにねじられること、巻かれること、またはその他のことによって、螺旋形に配置されている。この例では、カテーテル軸の中間部２１ｂは第２の熱交換流体内腔２６の延長部または拡張部を備えるとともに、基端作業内腔２２ａに接続され、その延長部または拡張部を形成する内腔２２ｂを有する、より小さいチューブ２３を備える。バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃと、第２の熱交換流体内腔２６とは、カテーテル軸の中間部２１ｂの先端で終了している。さらに、熱交換流体が第２の熱交換流体内腔２６からバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，および２９ｃの先端部へと流れることが可能であるように、第２の熱交換流体内腔２６はカテーテル軸の中間部２１ｂの先端またはその近傍で終了し、３つのほぼ筒状のバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃと開口を通じて連通している。このように、この例においては、第２の熱交換流体内腔２６は、体内熱交換器２８への熱交換流体の流入を扱っている。カテーテルへのバルーン・ローブの取付けは、ここで記述される熱交換流体の循環を達成する任意の適切な方法で達成されることが可能である。１つのそのような方法は、米国特許第６，６１０，０８３号（ケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）ら）において詳細に記載されている。この文献を引用によって本明細書に明示的に援用する。
【００１８】
図１Ｃの断面に示されるように、カテーテル軸の先端部２１ｃは、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，および２９ｃの先端を超えて延びている。作業内腔２２ｂを有するチューブ２３は、カテーテル軸のこの先端部２１ｃを通じて連続し、その内腔２２ｂは、カテーテル１２の先端部における開孔を通じて開口している。したがって、このように、基端カテーテル軸２１ａの作業内腔２２ａと、中間部の作業内腔２２ｂと、先端カテーテル軸２１ｂ，２１ｃとは、熱交換カテーテル１２の軸２１を通じて延びる連続的な作業内腔を形成するように組み合わせられている。幾つかの実施形態において、カテーテル軸２１の全
長よりも短く延びた作業内腔は、ガイドワイヤおよび／またはカテーテルの迅速な交換を容易にするために提供されることが可能である。当業者が認めるように、そのような作業内腔２２ａ，２２ｂは、ガイドワイヤに亘るカテーテル１２の進行を容易にすること、流体（たとえば、食塩水、治療または診断物質、Ｘ線撮影造影剤、液体酸素など）の注入を容易にすること、対象の身体内への別のカテーテルまたは装置の導入を容易にすること、またはそれらの１つ以上が可能である。作業内腔２２ａ，２２ｂを通じて進行可能な別の装置の一例は、体温測定装置１７の血管内の実施形態である（たとえば、カテーテル１２または軸２１の先端部から外へ進行可能であり、対象の血液流の温度を感知するのに使用可能な温度センサを有するカテーテルまたはワイヤ）。作業内腔２２ａ，２２ｂを通じて進行可能な体温測定装置１７の血管内の実施形態の一例は、カリフォルニア州レッドウッド・シティのラジアント・メディカル社（Ｒａｄｉａｎｔ  Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．）によって製造されたＲｅｐｒｉｅｖｅ（登録商標）血管内温度プローブである。
【００１９】
図１に示すように、カテーテル軸２１の基端には、基端ハブ３４と先端ハブ３８との間に配置されたほぼ管状の柔軟な滅菌バリア３６が設けられてよい。カテーテル軸２１は、先端ハブ３８を通じて摺動可能に進行および後退されることが可能である一方、基端ハブ３４は、ほぼ静止した状態でカテーテル軸２１に固定されている。先端ハブ３８は、カテーテル軸２１が対象の身体に経皮的に入る位置に直ぐ隣接する位置で、縫合、粘着その他の方法によって対象の皮膚に固定可能である。最初の挿入のときに、カテーテル軸２１は、所望の初期位置まで対象の身体内へ進行される。幾つかの用途において、身体内の体内熱交換器２８の特定の配置は、体内熱交換器２８が対象の身体を加熱または冷却する効率および速度に影響することがある。この点では、本発明の幾つかの熱交換カテーテル１２は、身体内の所望の位置（たとえば、下大静脈内）での体内熱交換器２８全体の配置を容易にするのに使用可能な随意の要素を備えてよい。そのような随意の要素の例を図４Ａ〜４Ｄに示し、以下に充分に記載する。カテーテル軸２１がその所望の初期位置まで進行された後、滅菌バリア３６がカテーテル軸２１の露出部分を包み、滅菌状態に維持するように、基端および先端ハブが対象の皮膚に固定される。後に、カテーテル１２の位置を調節することが望まれる場合、基端ハブ３４を対象の身体から分離し、必要に応じて、先端ハブ３８を通じてカテーテル軸をさらに進行または後退させることができる。カテーテル１２の所望の再配置が達成されるとき、基端ハブ３４は再び対象の身体に固定され、滅菌バリア３６はカテーテル軸２１の露出部分を汚染から保護し続ける。この構成、ならびに、カテーテル装置１２の基端に組み込まれることが可能である他の有弁システムおよび他の要素のさらなる詳細および例示は、米国特許第６，８８７，２６３号（ブリーム（Ｂｌｅａｍ）ら）に記載されている。この文献を引用によって本明細書に明示的に援用する。
【００２０】
ツイボースト（Ｔｕｏｈｙ−Ｂｏｒｓｔ）弁を有するチューブなど有弁ポート４２は基端作業内腔２２ａの基端に取り付けられており、ガイドワイヤの進行、流体の注入（たとえば、食塩水、治療または診断物質、Ｘ線撮影造影剤など）または作業内腔２２ａ，２２ｂを通じた対象の身体内への他のカテーテルもしくは装置の導入を容易にする。
【００２１】
その１つのアーム上に栓を有するＹチューブなど第２の有弁ポート４０は、第１の熱交換内腔２４の基端に取り付けられており、システムへの熱交換流体の初期充填中にシステムから空気その他の不要な流体を放出またはパージすることを容易にする。
【００２２】
図１を参照すると、体外熱交換器１４は、内側チューブ３２が貫通して延びているシェル３０を備える。流出チューブ４５は、第１の熱交換内腔２４を内側チューブ３２の入口に接続しており、流入チューブ４３は、内側チューブ３２の出口を第２の熱交換内腔２６に接続している。したがって、熱交換流体は、体外熱交換器１４の内側チューブ３２から第２の（流入）熱交換内腔２６を通じてバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの先端部へ、基端方向にバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃを通じて第１の（流出）熱交
換内腔２４へ、チューブ４５を通じて体外熱交換器１４の内側チューブ３２へと圧送され戻される。チューブ１５は、体外熱交換器１４のシェル３０からの出口を、冷却器１６、加熱器１８またはその両方へ接続している。チューブ１９は、冷却器１６、加熱器１８またはその両方を体外熱交換器１４のシェル３０の入口に接続している。したがって、加熱または冷却された流体（たとえば、プロピレングリコールなどのグリコールその他の適切な熱交換流体）は、冷却器１６、加熱器１８またはその両方から、チューブ１９を通じ、体外熱交換器１４のシェル３０を通じ、チューブ１５を通じ、再び冷却器１６、加熱器１８またはその両方を通じて循環する。オペレータは、コントローラ２０に目標体温を入力する。コントローラ２０は、体温測定装置１７と通信し、対象の身体の全部または一部の温度を示す信号を受信する。コントローラ２０は、ａ）冷却器１６、加熱器１８またはその両方の動作と、ｂ）体外熱交換器を通じた加熱または冷却された流体の流量と、ｃ）体外熱交換器１４を通じた熱交換流体の流量、体内熱交換器２８を通じた熱交換流体の流量またはその両方とのうちの１つ以上を制御することによって、対象の身体を所望の目標体温まで冷却または加温し、所望の時間そのような目標体温を維持する。
【００２３】
カテーテル１２の初期挿入中に、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃは空気を抜かれ、隣接するカテーテル軸２１と直径が同じかまたは僅かに大きい薄い外形まで潰される。カテーテル１２が対象の血管に挿入された後で、熱交換流体をバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃに流入させることによって、ローブを膨張または拡張させる（ローブは、液体でほぼ満たされ、充分に拡張した大きさおよび形状となる意味で「膨張する」。しかしながら、少なくとも幾つかの実施形態では、ローブは壁厚が約１０．１６マイクロメートル（約０．０００４０インチ）〜約１６．５１マイクロメートル（約０．０００６５インチ）の非準拠または半準拠（たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロン）のバルーンであってよいことが認められる）。このように、体内熱交換器２８は、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃが空で虚脱したときには第１の外接径Ｄ１となり、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃが完全に満たされて膨張したときには第２の外接径Ｄ２となるバルーンを有する。第１の外接径Ｄ１は、カテーテル１２が所望の大きさの血管導入器を通じて挿入されることを可能とするように充分に小さいことが望ましい。さらに、熱交換の効率または速度は、多数の要因によって直接的に影響され、その１つは、膨張したバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの血液接触表面積である。本質的には、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの血液接触表面積が大きいほど、血液の冷却または加温の効率および速度は高くなる。しかしながら、第２の外接径Ｄ２は、典型的には、体内熱交換器２８が血管内腔を通じて血液の流れを閉塞するように、また、ほぼ閉塞しないように配置される、血管内腔の直径よりも小さい必要がある。先行技術の血管内熱交換バルーンに対する本発明の多ローブ式バルーン２８の利点は、本発明の熱交換バルーン２８が血管の内腔径に近いかまたは等しい第２の外接径Ｄ２まで血管内で拡張可能でありながら、得られる血管内腔の断面積の閉塞は、ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの寸法およびローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ間の流路の存在によって約５０％に制限されることである。これは、フィルタに亘って圧力勾配を与えることなく断面積の６４％と等しい閉塞を生じる、円錐形のスクリーン式装置であるグリーンフィールド（Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ）ＩＶＣフィルタの生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）実験に匹敵する。
【００２４】
カテーテルが成人のヒトの大腿静脈へ挿入され、下大静脈内の位置まで進行される用途において、１２〜１４フレンチよりも大きくない血管導入器の使用が望まれる。したがって、大腿部挿入を意図した実施形態では、第１の外接径Ｄ１は、約４．７ｍｍ未満であることが望ましく、一部の場合では、約４．５ｍｍ未満であることが望ましく、または保管場合では、１４フレンチ以下の血管導入器を通じて適合するように寸法決定されることが望ましい。成人のヒトの下大静脈の内腔は、典型的には、２０〜２２ｍｍの平均直径を有する。したがって、血流をほぼ塞ぐことなく冷却または加温する効率、速度またはその両方を最大化するため、成人の下大静脈へ体内熱交換器２８を大腿部挿入および進行させる
ことを意図する実施形態では、第２の外接径Ｄ２は約１４ｍｍよりも大きいことが望ましい。したがって、カテーテル１２のそのような実施形態では、望ましくは、第２の外接径Ｄ２は第１の外接径Ｄ１より約３倍以上大きい。
【００２５】
さらに、一定の治療用途（たとえば、心筋梗塞の治療）において使用可能なように熱交換の充分な効率、速度またはその両方を提供するために、体内熱交換器の断面周囲は血液接触熱交換表面積を最大化するように寸法決定されてよい。この点では、成人の下大静脈へ体内熱交換器２８を大腿部挿入および進行させることを意図する実施形態では、平均的な成人について、体内熱交換器２８の断面周囲は約５．０８センチメートル（約２インチ）から約６．３５センチメートル（約２．５インチ）の範囲であり、長さは２０〜２５ｃｍの範囲であることが望ましい。様々な身体の大きさまたは構造の個人における使用に対し、様々な寸法の熱交換カテーテルが提供されてよい。たとえば、図１〜１ｃに示されるカテーテル１２は、小児科用途または熱交換器２８が下大静脈以外の血管内に配置される用途のために、長さが２２．５ｃｍ、断面周囲が約３．８１センチメートル（１．５インチ）、約５．０８センチメートル（２インチ）および約６．３５センチメートル（２．５インチ）もしくは他の大きさ、またはそれらのうちの１つ以上である熱交換器２８が設けられてよい。
【００２６】
少なくとも幾つかの用途では、対象の身体を加温または冷却する効率、速度またはその両方に影響する別の要因は、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの形または形状である。図２〜３Ａの模式図に示すように、バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、熱交換器２８を通じて流れるときに血液の流れを滑らかにするのではなく混合または回転させ（図３参照）、また各バルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃを通じて流れる熱交換流体を混合または回転させる（図３Ａ参照）螺旋状に配置されてよい。したがって、図５Ｂ（１）〜５Ｂ（３）に示し、以下に述べる演算例に記載するように、各螺旋形のバルーン・ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃのねじれまたは回旋の回数は、身体を加温もしくは冷却する所望の効率または速度を提供するように、周囲表面積など他の要因と共に最適化されてよい。有利な形状は、最小で１フィートあたり４回のねじれであることが分かっている。この場合、ねじれは図５に示す方式で数えられ、中心軸回りの螺旋回転を表す。本明細書に記載の熱交換バルーン２８では、螺旋形ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、ほぼ線形円筒の形状である中央ローブ３１回りに螺旋形に配置される。この中央ローブ３１は、製造中、ローブ３１の壁に構造的張力を生じるように「ねじられ」てよい。本明細書において用いる用語「１フィートあたりのねじれ」は、中央ローブ３１または他の長手方向軸回りの各外側ローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの回転の数のみを表し、中央ローブ３１の壁に分子的または構造的に張力を加えることを指すものではない。
【００２７】
熱交換バルーンの動きは、さらに熱交換を向上させる。ほぼ線形の中央梁に取り付けられた螺旋形にねじられたローブなど、熱交換バルーンを使用するとき、熱交換流体の脈動流によって、熱交換を向上させる特に有利な動きが生じる。熱交換器２８のローブをさらにねじりることによって、軸２１への取付けに先立って、流体の運動量から生じたトルクによってバルーンの運動をさらに増大させることが可能である。脈動する血流および脈動するバルーンの動きを組み合わせることによって、血液および熱交換流体において生じる回転効果は、熱交換の向上に特に効果的である。
【００２８】
少なくとも幾つかの用途では、対象の身体を加温または冷却する効率、速度またはその両方に影響する別の要因は、対象の身体内での体内熱交換器２８の配置である。たとえば、熱交換カテーテル１２が大腿静脈へ挿入され、腸骨静脈を通じて体内熱交換器２８が下大静脈内に配置される位置まで進行される用途では、体内熱交換器２８全体が下大静脈内に位置していない場合に、熱交換効率に相当な障害が生じることがある。たとえば、カテーテル１２が身体内に充分に進行されない場合には、体内熱交換器２８の基端部は、下大
静脈ではなく腸骨静脈内に残ることがある。それぞれの腸骨静脈を通じて流れる血液の体積は大静脈を通じて流れる体積の約５０％であるため、腸骨静脈に残る体内熱交換器２８の部分は、より少ない血流へ露出されるため、適切に下大静脈内に配置された場合よりも少ない血液しか加熱または冷却しない。Ｘ線その他の放射線画像化技術によって体内熱交換器２８の位置が判断されるように、体内熱交換器の一端または両端に放射線不透過性のマーキングが設けられてよい。しかしながら、多くの救急診療部または他の臨床環境において、そのようなＸ線その他の放射線撮影画像を得るのに必要な時間は、最適な場合よりも長いことがある。Ｘ線または放射線撮影画像化によってカテーテル１２が最適に配置されていないと判断される前に、貴重な加熱時間または冷却時間が失われることがある。したがって、Ｘ線または他の放射線撮影画像を必要とせずに体内熱交換器２８の所望の配置を容易にするために、本発明の熱交換カテーテル１２は、体内熱交換器２８が対象の身体内の所望の位置に到達したことを示す１つ以上の要素（たとえば、マーキング、指標、装置、機器など）を随意に組み込むことが可能である。そのような要素の幾つかの非限定例を、図４Ａ〜４Ｄに示す。
【００２９】
図４Ａには、充分な長さのカテーテル１２が対象内へ進行したことを測定するのに使用可能な一連の離間したマーキング５０を基端カテーテル軸２１ａが有する実施形態を示す。様々なマーキング５０によって、様々な身体の大きさまたは構造の対象に対応することができる。オペレータには、カテーテル１２と共に、たとえば、特定の身体の大きさまたは構造の患者に対し特定の距離マーキング５０（たとえば、計算図表、予めプログラムされた電子演算機または手動演算機、参照テーブル、インデックスなど）を関連させるための物または装置が提供されてよい。臨床医は、いずれの距離マーキング５０がその特定の対象に適用されるかを判断するために、対象の身体の大きさ、構造またはその両方に対し、利用可能なデータを使用することができる。マーク５０は、形状、色などによって他のマークから識別可能である。どのマーク５０が特定の対象に適用されるかを判断した後、オペレータは、選択されたマーク５０が大腿静脈に経皮的挿入箇所に極めて隣接するまで、対象の身体内へカテーテル１２を進行させることによって、体内熱交換器２８全体が腸骨静脈ＩＶを通じて下大静脈ＩＶＣへ進行した可能性を示すことができる。
【００３０】
図４Ｂには、血管内超音波（ＩＶＵＳ）装置のような血管径センサ５２が熱交換器２８近傍の基端カテーテル軸２１ａ上に配置される実施形態を示す。カテーテル１２は、より小さい直径の腸骨静脈ＩＶからより大きい直径の下大静脈ＩＶＣに通ったことを血管径センサ５６が感知する（また、知覚可能な信号をオペレータに提供する）まで進行されてよい。
【００３１】
図４Ｃには、バネ負荷スイッチ・アームのような血管壁接触プローブ５４が基端カテーテル軸２１ａから延び、カテーテルが腸骨静脈ＩＶを通じて進行されるときに、隣接する血管壁と接触する実施形態を示す。血管壁接触プローブ５４がより小さい直径の腸骨静脈ＩＶからより大きい直径の下大静脈ＩＶＣに通ったときに、血管壁接触プローブ５４は拘束のより少ないまたは拘束のない位置まで延びて、または弾けて、オペレータに信号（たとえば、アラーム、光、音響信号、熟練したオペレータが触覚によって知覚可能な感覚的変化など）を提供することによって、意図されるように体内熱交換器２８全体が下大静脈ＩＶＣ内へ進行されたことを示す。
【００３２】
図４Ｄには、フロー・センサ５６が熱交換器２８近傍の基端カテーテル軸２１ａに配置された実施形態を示す。カテーテル１２は、反対側の腸骨静脈ＩＶからの入来血流、または、フロー・センサ５６が腸骨静脈ＩＶから下大静脈ＩＶＣ内に通ったことを示す血流力学の他の変化をフロー・センサ５６が感知するまで、進行されてよい。次に、システムは、フロー・センサ５６が腸骨静脈ＩＶから下大静脈ＩＶＣ内へ進行したことを示す信号（たとえば、アラーム、光、音響信号など）を提供することによって、体内熱交換器２８全
体が下大静脈ＩＶＣの中へ進行されたことを確実にする。
【００３３】
図５Ａおよび５Ｂには、先行技術および本発明の３ローブ式の熱交換バルーンの断面図をそれぞれその拡張形態で示す。図５Ｂ（１）、５Ｂ（２）、および５Ｂ（３）には、熱交換を増加させるために本発明の３ローブ式の熱交換バルーンに生じ得るねじれの程度の変化の例を示す。
【００３４】
或る研究では、造影剤腎症のおそれがある、意識のある患者を、先行技術の熱交換バルーンを用いて６４分に３度の平均速度で冷却可能であることが観察されている。しかしながら、合計１４人の患者では、その範囲は３２〜１１０分であった。カテーテル位置と、血流速度（これ自体は、血管の大きさおよび心拍出量に依存する）、血液粘度、温度測定の位置（血管内、経鼻食道、膀胱、中耳など）および精度、ならびに電気毛布、震せんまたは基礎新陳代謝など様々な源から身体への熱入力のような非カテーテル関連要因とに対する冷却速度の依存性のため、それらの変数が除去されるか一定に保持されることの可能な、単純化して、すなわち、「標準的な」体外モデルにより、定常状態の熱移動の点から与えられる設計について熱交換能力を決定することが最良である。
【００３５】
図６には、この目的に適した体外水タンク・モデルの例を示す。タンク５７には、既知直径の硬質チューブ５８が取り付けられている。循環タンク加熱器５９は、タンク容積（およびチューブ５８内の液体）を所望の温度に維持するのに使用される。水ポンプ６１は、タンク５７から水を抜き、それを閉ループによりチューブ５８を通じて戻す。流量計６２および温度センサ６３は、出力を確認するか、または、水ポンプ６１および循環加熱器５９をそれぞれ制御するのに使用される。タンク５７は、チューブ５８内の熱交換バルーン２８の配置を可能にするように導入器６４に適合されている。熱交換システムが使用中であり、その状態が安定しているときには、システムにおける熱移動量は、水ポンプ回路における熱平衡から、または、好ましくは当業者に公知の方法によって熱交換カテーテル自体を出入りする熱交換流体温度の差から演算できる。
【００３６】
内径２２ｍｍのチューブ５８によって、水ポンプ６１は毎分２．５リットルに設定され、入口温度６３は３７．０℃に制御され、バルーン長さ２５ｃｍおよび外接径９ｍｍ（図５Ａ）の先行技術のカテーテルは、定常状態では１８０〜２００ワットの冷却が可能である。
【００３７】
図６に示す上述の試験モデルは、本発明の熱交換カテーテルを特徴づけ、最適化するのに使用された。図７は、バルーン長さ２５ｃｍおよび外接径１５．２ｍｍの図５Ｂの実施形態の冷却能力に対する入来熱交換流体温度および流量の影響を示す典型的なグラフである。図８は、本発明の血管内熱交換カテーテルにおける熱交換能力に対するバルーンねじれの緊密さの影響を示すグラフである。
【００３８】
計算流体力学と、図６に示した「標準」水タンク・モデルによる実験的検証との両方を使用すると、この熱交換システムの冷却能力の経験的作動モデルは次の式１によって判断され得る。
標準冷却能力（ワット）＝（４５．９＋１７６．５７×Ｐ−０．１０５×Ｑ＋０．５８２×Ｔ＋０．１１３×Ｐ×Ｑ−６．４８６×Ｐ×Ｔ）×（Ｌ／２５．０）×（−０．１６３１×Ｗ＋１．０８１６）×（−０．００１３×Ｓ２＋０．０５９５×Ｓ＋０．３８７）
ここで、Ｐは熱交換カテーテル２８の断面周囲（インチ）、Ｑは熱交換流体の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）、Ｔは第２の内腔２６に入るときの熱交換流体の温度（摂氏温度（℃））、Ｌは熱交換カテーテル２８の長さ（ｃｍ）、Ｗは熱交換カテーテル２８の壁の厚さ（ｍｍ）、Ｓはバルーンの１フィートあたりのバルーン・ローブの総ねじれ数である。
【００３９】
図６に示した上述のモデルにおける、平均４５０ワットの冷却能を有する本発明の好ましい実施形態は、先行技術と同じ臨床試験で調査され、１９分に３度の平均速度で患者を冷却した。合計１９人の患者において、範囲は１１〜３３分であった。この研究のデータを図９に示す。曲線６５は先行技術を表し、曲線６６によって９５％信頼範囲が与えられる。曲線６７は本発明の平均を表し、９５％信頼範囲は６８である。
【００４０】
幾つかの用途では、熱交換器２８は、隣接する血管枝の孔ＯＳに隣接して配置されてよい。たとえば、図４Ａ〜４Ｄの表示において、熱交換器２８は、腎静脈ＲＶの孔ＯＳに隣接する下大静脈ＩＶＣ内に配置されている。さらに、図１０は、血管枝７１の孔ＯＳに隣接する血管６９内に配置された熱交換器２８を示す図である。膨張中、ルーチン動作では、熱交換器２８の外接外径は、熱交換器２８を血管枝の１つ以上の孔ＯＳに接近させる、または接触させるのに充分大きくてよい。成人のヒトの患者では、血管内の熱交換器２８の径方向位置が静止していることは期待されない。むしろ、血管６９を通じた動的な血流や他の生理学的な運動によって、カテーテルは血管内に浮遊し、臨床的に有意な長さの時間、任意の孔ＯＳに対して単一の位置に留められることはない。結果として、ほとんどの場合、熱交換器２８のローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、血管枝７１の孔ＯＳに亘って一時的にしか留まらない。ＩＶＣ内のカテーテルの配置の好ましい実施形態では、腎静脈および肝静脈を通じた相当な流れによって、ＩＶＣとのそれらの分岐合流点に亘って位置する対象物は動かされる可能性がある。
【００４１】
患者の状態によって膨張時の熱交換バルーン２８の外接径Ｄ２よりも小さい血管６９が与えられる、または、通常期待されるよりも血管６９が動的ではない最悪のシナリオでは、熱交換バルーン２８は、ローブ２９Ｂが孔と交差するように入来静脈７１の孔の上に留められてよい。しかしながら、この状況には、本発明の複数のねじられたローブによって与えられる有利な構成のため、受け入れがたい危険が存在する。平均的な腎静脈の直径は７〜１０ｍｍと報告されている。同様に、肝静脈孔の平均な大きさは、右の肝静脈について１５ｍｍ、左の肝静脈について１３ｍｍと報告されており、一方、報告されている平均的な肝静脈直径は、７．５ｍｍから１０．０ｍｍ（左）である。比較すると、本発明における１つのローブ２９の最大直径は６．５ｍｍである（図５Ｂ）。図１０の３次元表示では、閉塞は部分的であり、支流血管から血液が流れることが可能なことは明白である。したがって、遭遇した血管枝の孔の直径よりも小さいローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの直径の組合せ、およびローブ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ間の螺旋形血流チャネル（たとえば、溝または窪み）の提供は、熱交換器２８の配置された血管において血液の流入または流出する血管枝の孔の臨床的に有意な任意の閉塞をほぼ防ぐように作用する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の血管内熱交換システムの図。
【図１Ａ】図１の１Ａ−１Ａ線を通じた断面図。
【図１Ｂ】図１の１Ｂ−１Ｂ線を通じた断面図。
【図１Ｃ】図１の１Ｃ−１Ｃ線を通じた断面図。
【図２】熱交換バルーンが完全に拡張した状態で配備されている、本発明の血管内熱交換カテーテル装置の先端部の側面図。
【図３】図２Ａの熱交換カテーテル装置の一部の側面図。矢印は、血液その他の体液が熱交換バルーンに隣接して流れる流れ方の例を示す。
【図３Ａ】図３の部分３Ａを通じて熱交換流体が流れる流れ方の例を示す拡大図。
【図４Ａ】本発明の熱交換カテーテルを挿入されたヒトの対象の下大静脈および腸骨静脈分岐点の図。そのような熱交換カテーテルは、ほぼ熱交換バルーン全体が腸骨静脈を通じて下大静脈へ進行したことを判断するのに使用可能なように、対象の身体の大きさ／血管構造に関連する随意の距離マーキングを有する。
【図４Ｂ】本発明の熱交換カテーテルを挿入されたヒトの対象の下大静脈および腸骨静脈分岐点の図。そのような熱交換カテーテルは、熱交換バルーンの直ぐ近傍に配置された随意のエネルギ放射装置（たとえば、音波または超音波）を有し、そのようなエネルギ放射装置は、その装置が位置する血管のおおよその直径を判断し、それによってほぼ熱交換バルーン全体が腸骨静脈を通じて下大静脈へ進行したことを判断するのに使用可能である。
【図４Ｃ】本発明の熱交換カテーテルを挿入されたヒトの対象の下大静脈および腸骨静脈分岐点の図。そのような熱交換カテーテルは、熱交換バルーンの直ぐ近傍に配置された随意のプローブ部材を有し、そのようなプローブ部材は、血管の隣接壁に接触すなわち「感知」して、周囲の血管の直径、大きさ、または構造の変化を検出し、それによってほぼ熱交換バルーン全体が腸骨静脈を通じて下大静脈へ進行したことを判断するのに使用可能である。
【図４Ｄ】本発明の熱交換カテーテルを挿入されたヒトの対象の下大静脈および腸骨静脈分岐点の図。そのような熱交換カテーテルは、熱交換バルーンの直ぐ近傍に配置された随意の流量計を有し、そのような流量計は、血液の流量、流れパターンまたはその両方の変化を検出し、それによってほぼ熱交換バルーン全体が腸骨静脈を通じて下大静脈へ進行したことを判断するように動作する。
【図５Ａ】その拡張形態における先行技術の３ローブ式の熱交換バルーンの断面図。
【図５Ｂ】その拡張形態における本発明の３ローブ式の熱交換バルーンの断面図。
【図５Ｂ（１）】本発明の３ローブ式の熱交換バルーンに生じ得るねじれの程度の変化の例を示す図。
【図５Ｂ（２）】本発明の３ローブ式の熱交換バルーンに生じ得るねじれの程度の変化の例を示す図。
【図５Ｂ（３）】本発明の３ローブ式の熱交換バルーンに生じ得るねじれの程度の変化の例を示す図。
【図６】先行技術および本発明の血管内熱交換カテーテルの冷却（または加温）能力を試験する生体外（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）水槽流れモデルの図。
【図７】本発明の血管内熱交換カテーテルに入る熱交換流体温度と、冷却能力に対する流量との影響を示すグラフ。
【図８】３ローブ式の熱交換バルーンを有する本発明の血管内熱交換カテーテルにおける熱交換能力に対するバルーンねじれの緊密さの影響を示すグラフ。
【図９】先行技術および本発明の血管内熱交換カテーテルの冷却性能を示すグラフ。
【図１０】カテーテルの熱交換バルーンのローブが最大で７ｍｍ径の血管枝を塞ぐよう、２１ｍｍの内腔径を有する下大静脈（ＩＶＣ）内に配置された本発明の熱交換カテーテルの図。
【図１】
2009500085.tif 000003
【図１Ａ】
2009500085.tif 000004
【図１Ｂ】
2009500085.tif 000005
【図１Ｃ】
2009500085.tif 000006
【図２】
2009500085.tif 000007
【図３】
2009500085.tif 000008
【図３Ａ】
2009500085.tif 000009
【図４Ａ】
2009500085.tif 000010
【図４Ｂ】
2009500085.tif 000011
【図４Ｃ】
2009500085.tif 000012
【図４Ｄ】
2009500085.tif 000013
【図５Ａ】
2009500085.tif 000014
【図５Ｂ】
2009500085.tif 000015
【図５Ｂ（１）】
2009500085.tif 000016
【図５Ｂ（２）】
2009500085.tif 000017
【図５Ｂ（３）】
2009500085.tif 000018
【図６】
2009500085.tif 000019
【図７】
2009500085.tif 000020
【図８】
2009500085.tif 000021
【図９】
2009500085.tif 000022
【図１０】
2009500085.tif 000023
【国際調査報告】
2009500085.tif 000024