(57)【要約】【課題】  本発明は、てんかん等の大脳神経細胞の異常興奮による部分的な脳波異常（発熱）を沈静化するための装置であって、コンパクトな装置を頭蓋内に埋め込み、脳を局部的に冷却するものである。【解決手段】  頭蓋内に挿入するための金属板又は線状の冷却部、ヒートパイプ及び放熱部よりなり、該ヒートパイプの一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱可能に接続された頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭蓋内に挿着するための冷却部、ヒートパイプ及び放熱部よりなり、該ヒートパイプの一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱可能に接続された頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
【請求項２】
ヒートパイプがウイック型又は自励振動型であることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
【請求項３】
冷却部が金属板又は金属線条であることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
【請求項４】
冷却部が、金、銀、白金、ニッケル、ステンレススチール、チタン及びそれらの少なくとも１種を含む合金から選ばれる部材よりなることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
【請求項５】
放熱部において、熱電素子による冷却、温度の低い液体による冷却、自然空冷及びファンによる強制空冷よりなる冷却手段のうち、いずれかの手段を用いて冷却されることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳の極部的な脳波異常、異常発熱を鎮静化するための大脳冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中枢神経系疾患として、てんかんがある。これは、何らかの原因で大脳神経細胞が異常興奮（異常放電）を起こし、通常の機能が遮断され、意識の低下、全身性のけいれん、筋緊張の低下、異常感覚など多彩な発作症状をもたらす慢性脳疾患である。大半のてんかん患者は抗てんかん薬により発作の抑制が可能である。しかし、抗てんかん薬で発作抑制の困難な難治性てんかん患者も存在する。こうした患者に対し、治療手段の１つとして異常興奮を起こす部位を切除する外科治療が行われている。しかし、脳の一部を切除すると、何らかの障害を伴うことが多く、更に、病変部が言語領野や運動領野といった脳の重要な働きをしている部分に存在する場合、切除による治療は困難であるから、切除範囲に制限があり全ての症例が適応とはならない。近年てんかん患者において、大脳神経細胞が異常興奮を起こす部位を約２０〜２５℃以下に冷却するとその異常な興奮が抑えられることが報告されている。この現象を利用し、脳を冷却することで発作の抑制を行うことができれば、脳を切除するという侵襲的な治療に代わり、より侵襲の低い治療を提供できる。外科治療が適応できない難治性てんかん患者に対し、脳冷却を行うことによって、ＱＯＬの向上が期待される。そこで、本発明者らは、熱電素子により直接脳表面を冷却する装置の開発を行い、装置の有効性を検討し、特許出願を行っている（特許文献１）。
【０００３】
しかし、熱電素子は大きな電力を必要とし、その電力を供給する電源を生体内に埋め込むことは容易ではない。そこで、体外より冷却が行える装置が望ましい。また、異常興奮を起こす部位は患者によって異なるため、さまざまな部位に対応できる冷却装置が必要である。
【特許文献１】特開２００４−１２９９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、てんかん等の異常脳波を生じる脳機能的疾患における病変部を冷却することにより、この異常脳波を抑制するための頭蓋内埋め込み型の大脳冷却装置であって、熱電素子を生体内に埋め込む場合に比べて、体内で電気を必要とする部品を必要とせず、しかも一段とコンパクトで、患者の行動を束縛することの少ない装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するため、次の態様よりなる。すなわち、
（１）本発明の第１の態様は、頭蓋内に挿着するための冷却部、ヒートパイプ及び放熱部よりなり、該ヒートパイプの一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱可能に接続された頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
【０００６】
（２）本発明の第２の態様は、ヒートパイプがウィック型又は自励振動型であることを特徴とする前記第１の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
【０００７】
（３）本発明における第３の態様は、冷却部が金属板又は金属線条であることを特徴とする前記第１の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
【０００８】
（４）本発明の第４の態様は、冷却部が、金、銀、白金、ニッケル、ステンレススチール、チタン及びそれらの少なくとも１種を含む合金から選ばれる部材よりなることを特徴とする前記第３の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
【０００９】
（５）更に、本発明における第５の態様は、放熱部において、熱電素子による冷却、温度の低い液体による冷却、自然空冷及びファンによる強制空冷よりなる冷却手段のうち、いずれかの手段を用いて冷却されることを特徴とする前記第１の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、てんかん等、大脳神経細胞の異常興奮による部分的な脳波異常、発熱を抑制し、鎮静化させる手段として、該異常部（以下、患部という）を冷却するための装置として、ヒートパイプを用いることにより生体内に存在させる部分に電気による駆動部分を必要とせず、しかもコンパクトで患者の行動を実質的に束縛しない装置である。本発明においては、冷却部の形状を適宜選定することにより、大脳表面から深奥部に至る種々の部位に適用することが可能となる。そのため、てんかん以外、例えばパーキンソン病などの不随意運動疾患、難治性中枢性疼痛など、機能的脳疾患であって、電気刺激による神経機能抑制効果により症状を軽減させる治療法を要する患者に対しても、本装置は治療効果を期待することができるのである。しかも、本装置は電気刺激治療の様に、神経を直接的に刺激しないため、より安全な治療法となり得ると思われる。その他、重症脳損傷に対し、全身の低体温療法が行われているが、合併症の多さが問題となっている。本発明の大脳冷却装置による局所脳冷却は合併症を最小限にし、脳保護可能となる。このように本装置は様々な疾患、外傷に応用できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置は、冷却部、ヒートパイプ部及び放熱部よりなる。
【００１２】
冷却部は、現に異常脳波を出し、或いは発熱している大脳の部位、すなわち患部を直接冷却するため、該異常部位に接して、又は近接して設置される。患部が脳の表面近傍にあるときは、脳硬膜下腔に患部を覆うように脳表面に平板状の冷却板を設置すればよい。また患部が脳の深奥部にある場合には、線条の冷却体を脳中に差し込めばよい。
【００１３】
これらに用いられる冷却部材は、熱伝導率が大きく、且つ薄いシート状又は線条に加工可能で、しかも人体内に置いた場合有害とならないものでなければならない。かかる目的に適する部材としては、一般に金属が用いられるが、中でも、金、銀、白金、ニッケル、チタン、ステンレススチール等が好適であり、特に金、銀、チタンが好ましい。一般に板状の場合には０．１〜１ｍｍ程度の厚さで十分である。また線条とする場合には、熱の移動量を考慮し、断面積０．２ｍｍ２〜２０ｍｍ２程度、好ましくは、０．８ｍｍ２〜７ｍｍ２程とするのがよい。勿論、線条は円柱状には限定されない。例えば、幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの如き短冊形の場合もあり得る。
【００１４】
これらの冷却部は、ヒートパイプの一端（蒸発部）に熱伝導性を損ねないように接続されている。接続手段は、一般に半田や銀蝋等による蝋付、ネジ止め、圧接、嵌合などがあり、一般に蝋付が好ましい。
【００１５】
ヒートパイプは、通常のウィック型、特に平板型ヒートパイプを用いるのが好ましく、更には自励振動型のヒートパイプが、熱輸送量が大きく好ましい。
【００１６】
ヒートパイプの一端（蒸発部側）は頭蓋内に置く冷却部に接続するが、他端（凝縮部側）は頭蓋骨を貫通させ、頭皮下で放熱部に接続する。放熱部は場合によってはヒートパイプの凝縮側外表面自体でもよいが、後述する放熱部部材に接続させるのが好ましい。かかる接続手段は、冷却部側と同様に熱伝導性を損なわない手段を採用すべきである。
【００１７】
ヒートパイプは頭蓋内及び頭蓋硬膜、頭蓋骨等を貫通して頭皮下に設置される放熱部に接続するものであるため、可及的に小径のものが好ましく、直径３〜５ｍｍ程度又は平板状のものにあっては、厚さ２〜３ｍｍ、幅３〜５ｍｍ程度のものが用いられる。また体内の熱を対象とするものであり、２０〜４０℃の間で作動する液体、例えば、塩化プロピル、クロロホルム、四塩化炭素、ヘキサ、メタノールなどが熱媒体として用いられる。またウィックは一般に極細線ウィックなど細いものが用いられる。ヒートパイプの長さは、頭蓋骨を通して内部の冷却部から外部の放熱部に熱を輸送するにたる長さが必要であり、通常頭頂部で頭骨を貫通し、耳のあたりに放熱部を設ける関係から、５０ｍｍ〜３００ｍｍ、一般に１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度である。またヒートパイプの中間部分は、人間の頭の形状に合わせて屈曲させてあるか、又はフレキンビリティのある材料で構成される。
【００１８】
本発明に好適に使用されるヒートパイプは、例えば株式会社フジクラなどから市販されている。
【００１９】
次に放熱部は、場合によっては、ヒートパイプの凝縮部を拡大して、有効な放熱面積を持たせることも可能であるが、該凝縮部に放熱部として別途放熱板を伝熱可能に接続して放熱面積を十分に確保する態様も好ましい。この場合の放熱板としては熱伝導度の大きい物質例えば金属であって、人体に悪影響をあたえないものが用いられる。すなわち、冷却部と同様、金、銀、白金、ステンレススチール、チタンなどが好適に用いられる。
【００２０】
更に該冷却部は、頭皮を介して、対向する位置に冷却装置を設置して、冷却部の放熱を助長することが好ましい。
【００２１】
冷却装置としては、頭皮を介して対向する位置にある冷却部の熱を吸収又は発散させるものであれば、その形態や冷却方式は特に限定されない。例えば、熱電素子を用いペルチェ効果を利用し、冷却部の熱を吸収除去する方法、水等の冷媒を循環する冷却板による方法、フィンを取り付け放熱面積を大きくした冷却板を用いる方法、或いはファンにより風を吹き付ける空冷方法など冷却部、延いてはヒートパイプの凝縮部から放熱する手段が何ら制限されることなく用いられる。患者の行動を制約しないためには熱電素子を用いるとか、頭皮を介する自然放熱による空冷手段を用いるのが好ましい。
【００２２】
熱電素子としては、例えば株式会社フェローテック社からミニチュアサーモモジュールとして市販されているものなどが好適に採用し得る。
【００２３】
本発明の大脳冷却装置を頭蓋内に設置する方法は、先ず頭皮及び筋層を剥離し、頭蓋骨を脳波の異常を来たす部位に合わせてドリル等で切除して開頭する。次に頭蓋骨の下の脳硬膜を切開し、脳硬膜下腔に大脳を露出させ、患部を覆うように大脳表面に冷却部を設置し、その上に脳硬膜を被せ、ヒートパイプの中間部分で脳硬膜を貫通させて縫合し、更に頭蓋骨を同様に覆い、金属等で固定した後、頭皮を縫合する。かくして、ヒートパイプの中間部分から凝縮部は頭蓋骨外で頭皮下に位置させる。
【００２４】
このようにして、設置した大脳冷却装置は、放熱部から頭皮を通して熱を放出することにより、ヒートパイプを介して大脳患部を冷却することができる。特に放熱部に頭皮を介して対向する位置に冷却装置を設けることにより、てんかん等の異常脳波を発したとき、熱電素子に通電したり、ファンを駆動したり、或いは冷水を循環するなどして、患部を急速に冷却することができる。かくして、患部を２０〜３０℃程度に冷却することにより異常脳波が沈静化に向かうのである。
【００２５】
以下、図面を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置の概念図である。図中１は冷却部であり、一般に金属板又は線条である。この部分は頭蓋内に埋め込まれる部分である。２はヒートパイプであり、頭蓋内に埋め込まれた冷却板からの熱を外部に輸送するヒートパイプは、冷却板の位置から、頭蓋骨外に導くため適宜屈曲させたヒートパイプよりなる。３は放熱部であり、放熱面積を十分に確保するため、一般に金属の平板である（頭蓋骨に添う形状）。好ましくは、放熱部に対向する位置に３−１に示す如き熱電素子や３−２に示すファン等の冷却装置が採用される。これらの電気駆動装置を用いる場合には、当然電源装置が必要となり、小型のバッテリー等を併設するか図示しない。
【００２７】
図２は放熱部に対抗させる冷却装置の例を示す概念図である。Ａは熱電素子。４は通電によりペルチェ効果で４−１側は冷却されるが、４−２側は反対に温度が上昇する。そこで４−３の如き蛇管を付設し、冷却水を流す態様である。Ｂは熱電素子４の高温側４−２をファン４−４で冷却する態様である。Ｃは、同様に熱電素子４の高温側４−２にヒートシンクを介してフィン４−５を付設する態様である。更にＤは放熱部として蛇管を用い液体冷媒（通常水）を流通させ熱を除去する態様を示す図である。
【００２８】
図３は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置を頭蓋内に設置したときの概念図である。
【００２９】
患者の頭蓋内に冷却部１を埋め込み、ヒートパイプ２は、５の位置で、硬膜、及び頭蓋骨を貫通して頭蓋骨と頭皮との間を通り、耳の後など適当な部位で放熱部３に接続する。頭蓋内ではＢ−１（冷却板の場合）、Ｂ−２（線条の場合）に示すように冷却部が大脳の患部に接して設けられている。
【００３０】
かくして、異常脳波が生じた場合等は、極めて効率よく極部を冷却することができるのである。
【００３１】
以下に実施例を示す。
【実施例１】
【００３２】
本冷却手法の有効性を検討するために動物実験を行った。
【００３３】
実験には体重４８０〜５５０ｇのＳＤ（Ｓｐｒａｇｕｅ‐Ｄａｗｌｅｙ）ラットの雄５匹を用いた。ラットを麻酔下（７０％  Ｏ２，３０％  Ｎ２Ｏ，４％  ｈａｌｏｔｈａｎｅ）に置き、十分に眠らせた後、気管内挿管を行い、人工呼吸管理下に置いた。次にラットをＮＡＲＩＳＩＧＥ社製ラット頭部３点固定器に固定した。保温マット上にラットを置き、体温を３７℃にコントロールした。ラットの全身状態のモニターとして、血圧、動脈血液ガス分析、直腸温を用いた。この結果により、呼吸条件、ｈａｌｏｔｈａｎｅの濃度などを調節し、血圧を８０〜１００ｍｍＨｇにコントロールした。筋弛緩薬（臭化パンクロニウム）を１ｍｌ静脈内投与し、非動化を行った。局所麻酔薬（リドカイン１％）を皮下に適量注射後、頭頂から側頭部の皮膚を２０ｍｍ×２０ｍｍ切開し、側頭筋を十分に剥離した後、歯科用ドリルを用いて１０ｍｍ×９ｍｍの開頭を行った。開頭範囲はＣｏｒｏｎａｌ  ｓｕｔｕｒｅから前２ｍｍ、後８ｍｍである。（図４）開頭操作中は硬膜を損傷しないよう十分注意し、また適宜、冷たい生理食塩水を用いて脳の熱損傷を防いだ。ラットの頭蓋骨は非常に薄く、ヒートパイプの埋め込みは困難であるので硬膜上にヒートパイプ及び、熱電対温度センサを設置した。てんかん誘発物質としてカイニン酸（Ｃ１０Ｈ１５ＮＯ４）を用いた。カイニン酸は神経細胞に作用し、強力な神経細胞興奮をもたらす。これを０．０１ｍｏｌ／ｌリン酸緩衝食塩水ＰＢＳ  ｐＨ７．２に溶解し、３ｍｇ／ｍｌに調整した。この溶液１μｌをマイクロダイアリシスプローブにて脳表より２ｍｍ深部に注入した。図４に示すようにカイニン酸注入点は、冷却される部分である。注入にはマイクロシリンジポンプを用い、１０分かけて行った。注入液の流出を防ぐため、プローブは除去せず、留置したままとした。カイニン酸の濃度に関しては、あらかじめ色々と濃度を変えて確かめた結果、この濃度が最も安定して異常興奮がもたらされる最小濃度であった。その他の装置はラット外に設置した。
【００３４】
脳波計はユニークメディカル社製デジタル脳波計を用い、脳波電極は針型のものを用いた。脳波電極は脳表より２ｍｍ深部に、基準電極は頭皮下に留置した。脳波計測はカイニン酸注入３０分前より持続的に行った。カイニン酸注入後の異常波形は低振幅が主体であり、時折高振幅の異常波が出現するタイプである。これが持続的に出現することを事前に確認した。したがって、同様の波形が出現した時点を異常興奮の開始と定義し、出現２０分後より冷却実験を開始した。尚、脳波測定はカットオフ周波数６０Ｈｚのローパスフィルタをかけた。
【００３５】
実験装置の概略図を図５に示す。実験装置は冷却装置（熱電素子、ヒートパイプ）、熱電対温度センサ、ポンプ、恒温槽、安定化電源、データ収録用パソコンより構成される。
【００３６】
熱電素子に電流１．０Ａを与え冷却を行い、脳表の温度変化（図６））と脳波（図７）を計測した。
【００３７】
図中６０秒より冷却を開始し、５分間冷却を行った。２４０秒以降、脳波の振幅が減少していることが分かる。
【００３８】
また、脳表面は１０℃程度まで冷却出来ており、てんかん放電抑制を行う冷却能力を十分有していることが分かる。
【００３９】
また、冷却前脳波（５〜１０秒）と冷却中脳波（３５０〜３５５）の時間軸を拡大したものを図８に示す。冷却後にはてんかん性の異常放電が抑制されている。よって本装置にて、てんかん異常放電の抑制が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の大脳冷却装置は、てんかんの発作を抑制するため以外にパーキンソン病などの不随意運動疾患、難治性中枢性疼痛などの機能的脳疾患による症状を軽減させるための治療などに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置の概念図である。
【図２】は、放熱部を構成する装置の例を示す概念図である。
【図３】は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置を頭蓋内に設置したときの概念図である。
【図４】は、ラットを開頭し、冷却装置、脳波電極の設置場所及びカイニン酸注入場所の関係を示す図である。
【図５】は、本発明の実施例における装置の概念図である。
【図６】は、本発明を作動させたときの能の冷却状況と時間の関係を示す図である。
【図７】は、実験時の脳波の変化と、時間との関係を示す図である。
【図８】は、冷却前・後の脳波の状態を表す図である。
【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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