CN103826689B - 用于选择性脑部冷却的非侵入性系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于提供将患者选择性且非侵入性地冷却和变暖的方法、系统和装置。公开了用于在医院设施或在室外实施治疗性低温的迅速诱导及维持、使得在重大组织损伤发生之前可快速地开始低温治疗的装置的多个实施方式。还公开了用于通过冲洗上呼吸道、呼吸消化道来针对大脑进行冷却的方法，和/或用于通过浸没食道和/或胃来进行更一般化的冷却的方法。

Description

用于选择性脑部冷却的非侵入性系统、装置和方法

技术领域

本申请要求于2011年7月25日提交的美国临时专利申请No.61/511,409的优先权，该申请的全部内容通过参引而合并于本文中。

背景技术

1.发明领域

公开了用于控制和/或调节受治疗者的脑部和/或身体的温度的设备、系统、以及方法。

2.相关技术描述

脑损伤是常见的、具破坏性的，并且往往治疗起来非常昂贵。通过低温诱导或者对发热的积极治疗而进行的患者温度管理已由美国心脏协会(AHA)推荐为用于心脏骤停的护理的标准。脑部温度管理也已被用于治疗与生育有关的脑损伤并且已成为经美国FDA(食品及药物管理局)批准的在心脏和神经外科期间进行的疗法。温度管理已被研究用于各种中枢神经系统疾病，这包括中风、机械脑外伤、以及脊髓损伤。已经提出了用于治疗性器官冷却以及由其是用于脑部的治疗性冷却的各种装置。此类装置一般可分为两大类：全身性装置和选择性装置。

当下，全身性装置被广泛使用，但选择性装置提供了引人注目的优点。选择性冷却能够在脑部与身体核心之间形成温度梯度，这可以减少与身体核心的冷却相关联的并发症，从而提高了患者的安全性并且使脑部组织能够进行深度冷却以实现神经保护。

一般而言，在温度管理中的高度选择性已要求高的、并且通常不期望的程度的侵入。诸如血管内装置之类的外科侵入性装置往往集中在对供给至目标区域的血液进行冷却并且使返回的供给血液变暖以防止对身体核心的冷却。然而，血管内的系统和其它类似的侵入性装置因其需要由外科医生介入而可能不适于快速部署。基于导管的装置的另一个限制是这种装置需要对主要血管的手术侵入，从而引起感染、出血、血栓形成、血管的破裂，血管壁的切开以及在脉管中引入或移出碎片的风险。当引入血管内加温导管以将从经冷却的器官返回的血流重新变暖时，这些风险会加倍。

其它选择性的、专注于脑部的、非侵入性冷却装置需要经历相变(蒸发)的雾化流体，以使从身体传递热量的速度最大化。这种方法的示例例如在Barbut等人的美国专利No.7,837,722中进行了描述。这种方法的缺点包括：将患者暴露于氟碳冷却剂(如果用作自由流动的液体)、将旁观者暴露于氟碳制冷剂、以及当冷却剂离开患者时形成难以重新捕获的夹带的碎片。并且在人体试验中这种方法似乎产生相对较慢的冷却速度：约2℃每小时，并且就我们所知，对于浅表平均深度的冷却，脑部温度为＜4℃的稳态减小。

另一种选择性的装置在Lunderqvist等人的美国专利No.7,189,253中进行了描述。这种Lunderqvist装置将填充有流体的球囊引入到鼻腔中并通过将冷的流体再循环以使该腔体冷却。这些装置通过基于对鼓膜温度的测量而对冷却流体的温度进行调整，来控制脑部温度。这种方法的缺点包括：由于所利用的表面面积的减小(例如，窦道的表面区域被排除，空气在窦道中充当对于热传递的障碍)以及球囊自身的热传递阻力，使得热传递速度的减小。此外，在球囊于鼻腔中膨胀——这是通过限制流体从该球囊流动以增大球囊内的流体的压力来实现的——期间，可能造成对鼻腔的外伤。

这些方法的局限性在于：这些方法仅利用了鼻腔，从而导致与利用了包括例如咽部和食道的其余部分的方法相比具有较低的热传递速度。例如，当包括咽部和食道时，所使用的用于热传递的表面积增大。作为另一示例，通过血管周围的组织的热传递速度相对于在颈动脉和椎动脉中上升的血液的流动速度是较低的。也就是说，流入胸部、颈部的大动脉、以及头部中的血液在主动温度操纵期间不会与围绕动脉的组织热平衡，除非是在血流量严重减少的情况下。组合的食道、咽、以及鼻的长冷却区域方法意味着血液在冷却区域中的提升的停留时间并因此产生更大程度的平衡和冷却。

其它常规方法利用了以球囊为基础的装置，诸如由Takeda在美国专利公告No.2008/0086186和No.2009/0177258中公开的那些方法。流体的这种封闭性使用一般不会例如提供与呼吸道或胃的组织的良好的表面接触，从而减少了热传递。此外，这样的方法可能会难以提供通向身体的邻近区域的通路以促进呼吸和/或允许液体或气体通过。

如果将升温和冷却一起使用以产生脑部与身体的温度梯度，则可能有益的是使用一些类型的控制系统来协调升温活动和冷却活动。用于提供温度控制以分别对患者的部分冷却和升温的常规系统——如由Lennox在美国专利公告No.2003/0130651中公开的——不具有集成的控制系统，并且因此，两种温度控制均不会注意到另一温度控制的行为，除非是通过对患者体温的测量。因此，这样的系统——这些系统具有以非集成性控制并且分别依赖于对脑部温度和身体温度的单点测量——尤其是不能最佳地解释脑部冷却系统中的行为与身体温度中的响应之间的时间滞后。

发明内容

在常规低温治疗装置和方法中，例如慢速度的冷却和/或在初始治疗中的延迟会限制那些系统的在缺氧后保留组织功能(例如，诸如神经学上的功能)、在心肌梗塞、中风后保留心肌功能、和/或炎症或损伤后保留其它类型的功能方面的有效性。常规系统还遇到以下困难：将冷却集中在期望的目标器官、同时不引发身体的其余部分中的与冷却相关的并发症。通过本文中所公开的系统和方法，解决了这些缺点中的至少一些缺点，这尤其是带来了允许更迅速的和/或更深的选择性低温治疗的系统和方法。

在一个实施方式中，用于将脑部选择性地且非侵入性地冷却的方法包括：将冲洗流体引入到患者的呼吸消化道中；监测患者的身体的第一温度；设定与第一温度不同的目标温度；以及改变冲洗流体的流速以使第一温度更接近目标温度。该方法可以包括：按需要而响应于第一温度和目标温度之间的差异来改变冲洗流体向患者的呼吸消化道流动的速度(例如，间歇地启动和停止流动)。

在一些公开的实施方式中，冷却可针对脑部(例如为了在中风、脑损伤、心肌梗塞或心脏骤停发作之后保留神经功能)或更一般性地针对整个身体(例如为了控制对非脑结构——如脊髓和/或心肌——的广义炎症或损伤)。

在其它公开的实施方式中，用于诱导迅速低温的改进的系统包括：将呼吸消化道的区域进行冷却以用于进行迅速选择性脑部冷却。该迅速冷却可允许该方法在紧急情况下更有效地使用，使得在完成不可逆的组织损伤之前可以诱导有效的低温。诱导之后，该方法还能以持续的时间段有效地维持，以提供最大的治疗益处。该方法的变化可根据临床条件的需要而实现对脑部的针对性的或选择性的冷却或对脑部和身体二者的选择性较弱的冷却。

在其它实施方式中，提供了一种对脑部进行选择性且非侵入性冷却的设备。该设备可以包括：至少一个鼻导管(例如定尺寸成以便通过患者的鼻孔而引入)、至少一个食道导管(例如定尺寸成插入到患者的食道中的多腔食道导管)、以及至少一个气管导管(例如定尺寸成插入到患者的气管中的至少一个多腔气管导管)。食道导管可以具有远端和近端，其中远端构造成当食道导管设置在患者的食道中时延伸经过患者的主动脉弓。食道导管可包括第一腔、第二腔、和/或第三腔(并且在一些实施方式中如下所说地包括第四腔)，其中，食道导管的第一腔例如从近端延伸至远端，以在食道导管设置在患者的食道中时提供通向胃的通路，食道导管的第二腔例如从近端延伸，并在食道导管的远端附近的第一食道可充涨构件内侧终止，并且食道导管的第三腔例如从近端延伸至位于第一食道可充涨构件附近的至少一个端口(例如，一个或更多个端口)。气管导管可包括第一腔、第二腔、和/或第三腔(以及在一些实施方式中如下所说地包括第四腔)，其中，气管导管的第一腔例如从近端延伸至远端，以在气管导管设置在患者的气管中时提供通向肺的通路，以允许空气进入和流出肺部，气管导管的第二腔例如从近端延伸并在气管导管的远端附近的第一气管可充涨构件内侧终止，并且气管导管的第三腔例如从近端延伸至位于第一气管可充涨构件附近的至少一个端口(例如，一个或更多个端口)。在一些实施方式中，如下所述，气管可充涨构件和/或食道可充涨构件能够用流体和/或气体充涨。在一些实施方式中，气管可充涨构件和/或食道可充涨构件可包括至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器构造成检测可充涨构件内的压力和由可充涨构件施加到组织上的压力中的至少一者。在一些实施方式中，该设备还包括联接至气管和食道导管中的至少一者并构造成调节可充涨构件中的压力的基本单元。在一些实施方式中，基本单元可构造成当达到或超过阀值压力(例如，在可充涨构件内和/或由于周围组织)时对使用者进行警示。本发明中的导管可包括圆形或非圆形截面。

在其它实施方式中，本设备包括一种用于对脑部和脊柱中的至少一者进行冷却的设备，其中，该设备构造成：将自由流动的流体(例如非雾化的)引导到患者的呼吸消化道中；将流体从患者的呼吸消化道移除；并且将所述流体再循环到呼吸消化道中，直到达到以下两种目标温度梯度中的至少一者：脑部与身体核心的目标温度梯度(例如，至少3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃，或者例如，从3℃至25℃、4℃至12℃、10℃至12℃等)，以及脊柱与身体核心的目标温度梯度(例如至少3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃，或者例如，从3℃至25℃、4℃至12℃、10至12℃等)。

在另一实施方式中，提供了一种用于将脑部选择性且非侵入性地冷却的方法。该方法可包括：将自由流动的流体(例如非雾化的)引导到患者的鼻咽、口咽、下咽部和/或食道中，使得流体通过多个导管而引入到患者的鼻、口和/或食道中。流体可通过所述多个导管中的一个或更多个导管而引导出患者的鼻咽、口咽、下咽部和食道。所述流体可再循环并重新引导回到患者的鼻咽、口咽、下咽部和食道中。可基于由温度输入——温度输入来自患者脑部的外部的患者身体——获得的测量对冷却深度、持续时间、功率、和/或进入流体的温度中的一者或更多者进行控制。

在另一实施方式中，提供了一种用于预防通气机相关性肺炎的方法。该方法可以包括：(a)将气管导管布置到患者体内，其中气管导管在气管导管的远端处具有气管可充涨套囊；(b)将食道导管布置到患者体内，其中食道导管在食道导管的远端处具有食道可充涨套囊；(c)将自由流动的、非雾化的、冷的、无毒的冲洗液引入到呼吸消化道中，使得冷的冲洗液基本上充满呼吸消化道并直接地接触呼吸消化道的壁；以及(d)对气管可充涨套囊和食道可充涨套囊(例如用气体或液体)进行充涨，以限制液体在患者体内流向气管和胃的高度上方，以实现对脑部的选择性针对性冷却。

在一些公开的实施方式中，通过将非雾化的、冷的、可生物相容性的冲洗液的流引入受治疗者的呼吸消化道——而不是肺——中、使得冷的冲洗液基本上充满呼吸消化道并且直接地接触呼吸消化道的壁，从而诱导器官低温，以实现呼吸消化道的与液体接触的较大且不规则的表面上的迅速且有效的热交换。冷的冲洗液可保持为例如-30℃至20℃的温度。液体被允许穿过呼吸消化道并且沿呼吸消化道的暴露的不规则表面以连贯的较大体积量流动。在一些实施方式中，液体的流还迎着受治疗者的头部(诸如脸部和/或头皮)外部地引导，以进一步加速冷却。受治疗者的头部可以至少部分地浸入冷的液体中，所述冷的液体被搅动以实施用于对流热传递的流动。作为另一示例，即便是在头部未浸入冷却液时，冷的液体的流动可从液体流动管朝向受治疗者的头部被引导。

在本发明的方法的一个实施方式中，通过将多腔导管布置在呼吸消化道中并使冲洗液穿过导管流动到呼吸消化道中，使所述冲洗液引入到呼吸消化道中。在一些示例中，导管在呼吸消化道中布置成仅在气管和食道的高度上方引入液体，以通过主要地冷却在脑部附近并与向脑部供给血液的血管接触的结构来实现对脑部的选择性针对性冷却。

在其它示例中，导管布置成将液体引入到食道和/或胃中，以通过使液体与纵膈的隔热结构接触而实现非选择性器官冷却，其中静脉血通过纵膈而返回心脏。由纵膈提供的隔热的解剖学腔室与冷却液的高流速相结合地允许与循环血液的良好热交换，从而实现不是特别限定于脑部的方式的期望的快速冷却效果。除了将导管布置在食道和胃中之外，一个或更多个导管还可以布置成将液体流引入到食道高度上方的上呼吸消化道中，以提供额外的或最大的冷却。例如，导管布置成使得导管的引入端口或末端位于鼻腔、口腔和/或喉咽中(以及优选地位于所有这三者中)。在其它实施方式中，导管具有多个腔和/或多个端口以将冷却液在沿导管长度的多个点处引入，从而增加流到导管外部的流体，已发现所述多个腔和/或多个端口在低温治疗的快速保护性诱导方面是有效的。

也可将气管内管——在管上具有套囊——插入受治疗者体内，使得套囊可被充涨(例如用气体、液体等)以阻止冲洗液进入到肺中。另外，具有可充涨球囊的管可放置在食道中，并且该球囊可以充涨(例如用气体、液体等)，以基本上阻止液体离开上呼吸道流到下部食道和胃中。胃肠道(包括下部食道(例如大致位于主动脉弓下方))与上呼吸道中的冷却液流的隔离有助于将冷却效果引导至上呼吸道以及与冷的液体邻近地进行热交换的结构(包括血管)。

为了帮助实现并维持所期望的解剖结构的迅速且有效的冷却，可以有用的是设置有足够的预冷却液储液器，以用于内部地引入到呼吸消化道中和/或外部地迎着头引导。设置有将足量的冷却液以经选择的流速供给的冲洗液外部储液器。在一些实施方式中，储液器还是这样一种容器：头部完全地或局部地浸入在该容器中。替代性地，储液器局部地或完全地围绕其中放置有头部的接收器，并且该接收器收集下述冷却液：冷却液在其已经于冲洗导管外部的呼吸消化道内循环之后流出口部和鼻部。在其它实施方式中，储液器布置在背支架中，该背支架也接触背部并且可选地冷却身体和诸如脊髓之类的背部结构。这些实施方式和其它实施方式可结合至下述装置中使得低温治疗可在运输中施用至患者：所述装置是担架或是能够附接至担架(或与担架串联地滚动)。

引入到呼吸消化道中的液体可通过流出受治疗者的口部和/或鼻部而离开呼吸消化道以返回至外部储液器。液体的返回可以是被动的、并且未容纳在抽吸管中，使得冷的返回液体沿至少上呼吸道的长度或沿整个呼吸消化道流动以紧密地接触所述道的整个冲洗表面。在一些实施方式中，除了肺之外的呼吸消化道基本上充满冷却液。液体的被动返回可以有助于避免对呼吸消化道造成创伤损伤，如果返回腔被阻隔于需要流动通过该回路以进行移除的系统中，则可能发生这种创伤损伤。流出受治疗者的口部和鼻部的液体可被动地返回至储液器以被冷却，或在用于冷却的储液器的外部进行循环。在其它实施方式中，外部储液器是至少容纳有头部的一部分的容器、或是上方定位有头部的容器，以收集通过液体的重力辅助的流动而流出受治疗者的口部和/或鼻部的液体。然而，在其它实施方式中，如本申请中所详细描述的，流体可通过多个导管中的至少一个导管而(例如借助于抽吸装置)从呼吸消化道主动移除。

在本发明的方法的一些实施方式中，液体储液器为颈部支架，有受治疗者的颈部定位在该颈部支架上，使得颈部向后倾斜(延伸)以帮助保护受治疗者的上呼吸道并促进液体流动通过呼吸消化道(而非肺部)。在颈部延伸的实施方式中，头部可以向后倾斜至冷却流体的容器中以局部地、基本上地、或完全地将头部浸入冷的液体中。替代性地，液体储液器为有助于稳定脊柱(例如在出现可能的脊柱损伤的情况下)的背部和颈部支架。支架本身可为中空的并且将冷的液体的储液器容纳，或支架可为悬浮在一盆冷水上方的身体支撑平台。例如，盆可足够大，以接收悬浮在盆上方的身体，并且冰或其它冷的物件可伴随冷却液的供给一起放置在盆中。在另一些示例中，储液器在其中具有1升至50升的冷的液体或要被冷却的液体。储液器中冷的液体的体积可根据临床状况而变化。例如，较小的体积(1至20升)可优选地用于住院部设施的外部(例如在救护车中)，但较大的体积(例如，大于20升、30升、或40升)可用于住院部设施。

在一些实施方式中，方法可以包括：将自由流动的流体(例如非雾化的)引导入患者的呼吸消化道中(例如通过多个导管)；将流体从患者的呼吸消化道移除(例如通过所述多个导管中的至少一个导管)；以及将所述流体再循环到呼吸消化道中(例如通过多个导管)，直到达到了脑部与身体核心的目标温度梯度(例如，至少3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃，或者例如，从3℃至25℃、4℃至12℃、10℃至12℃等)和/或脊柱与身体核心的目标温度梯度(例如、至少3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃，或者例如，从3℃至25℃、4℃至12℃、10℃至12℃等)。在一些实施方式中，该方法设置成：将脑部与身体核心的目标温度梯度和/或脊柱与身体核心的目标温度梯度以基本恒定的梯度维持至少1小时、至少4小时、至少12小时、至少24小时、和/或从1小时至12小时。在其它实施方式中，流体可包括各种添加剂，例如为比如电解质、抗菌剂、丙二醇、粘膜保护剂，和/或使流体高渗的添加剂。在一些实施方式中，没有针对患者的头部的外部的冷却程序。

在一些实施方式中，方法还可以包括：激活加温装置以使患者的至少一部分变暖；将自由流动的流体(例如非雾化的)引导到患者的呼吸消化道中(例如通过多个导管)；将所述流体从患者的呼吸消化道移除(例如通过所述多个导管中的至少一个导管)；以及将所述流体再循环到患者的呼吸消化道中(例如通过所述多个导管)。在这种实施方式中，加温装置可以包括例如加温毯、热气毯、水毯和/或加温灯泡。在一些实施方式中，加温装置可以设置成与患者的头部接触、与患者的手部的掌心接触、与患者的脚部的脚底接触、靠近患者的静脉中的至少一个静脉、和/或类似的设置方式。另外，变暖的空气可被传递到患者的肺部中(例如通过所述多个导管中的至少一个导管)。

在其它实施方式中，本发明的方法可以包括：减少流动至患者的脑部的血流量；将自由流动的流体(例如非雾化的)引导到患者的呼吸消化道中(例如通过多个导管)；将所述流体从患者的呼吸消化道移除(例如通过所述多个导管中的至少一个导管)；以及将所述流体再循环到患者的呼吸消化道中(例如通过所述多个导管)。减少流动至患者的脑部的血流量可以包括：例如，镇定患者、降低患者的血压、对患者施用巴比要类(例如，硫喷妥、苯巴比妥、戊巴比妥、美索比妥等)、对患者施用丙泊酚、对患者施用苯二氮类、对患者施用利多卡因、对患者施用依托咪酯、对患者施用咖啡因、对患者施用酒精、对患者施用麻醉剂、对患者施用可卡因、对患者施用β-受体阻滞剂(例如拉贝洛尔)、对患者施用抗偏头疼药(例如曲坦类、麦角胺等)、对患者施用可乐定、和/或对患者施用血管收缩剂(例如苯福林)。在其它实施方式中，减少流至患者的脑部的血液可以包括：使患者的头部的外部变暖、使患者的皮肤变暖、减小脑部的代谢、使流向身体核心的血液远离脑部进行分流、增大颈静脉压力、和/或诱导临时强力呼吸。

在一些实施方式中，本发明的方法包括：将自由流动的流体(例如非雾化的)引导到患者的呼吸消化道中(例如通过多个导管)；将所述流体从患者的呼吸消化道移除(例如通过所述多个导管中的至少一个导管)；监测患者的脑部和患者的身体核心中的至少一者的温度；以及将所述流体再循环到呼吸消化道中(例如通过所述多个导管)，直到达到了目标温度。在一些实施方式中，监测患者的脑部的温度可以包括：将包括温度传感器的栓体设置在患者的脑部中；对患者施用磁共振成像程序；和/或将温度传感器静脉内地插入颈部中并且将温度传感器定位在脑部附近。

本申请文件还公开了用于实施在受治疗者体内诱导器官冷却的方法的多个装置。在一个示例中，头部接收器适于接收受治疗者的头部并将受治疗者的头部保持成至少部分地浸没在冷的液体中，并且颈部支架用于支撑受治疗者的颈部以使受治疗者的头部向后倾斜到液体容器中。容器可以包括位于接收器外部的冷的冷却液的液体储液器，或者接收器自身可用作储液器。装置还包括用于从储液器输送冷的液体的流出端口，一个或更多个流出管路(诸如导管)联接至用于流出端口以布置在患者的呼吸消化道中。一个或更多个泵可将液体从储液器中抽出，以使液体运动通过导管并进入到呼吸消化道中。在一些示例中，所述一个或更多个泵能够输送0.1升/分钟至10升/分钟的冷却液至患者的呼吸消化道中。

在该装置的一个实施方式中，液体储液器是至少部分地抵接头部接收器的隔室，并且排液设备在头部接收器与液体储液器之间连通，以将液体从头部接收器返回至液体储液器。液体储液器可以是用于支撑受治疗者的背部的至少局部中空的底板，并且容纳冷却液的底板可以具热传导性，使得底板内的冷的液体将安置在板上的受治疗者的背部冷却。底板可以包括顶部、身体支撑表面以及倾斜的颈部倾斜诱导表面，该颈部倾斜诱导表面倾斜到头部接收器中以将身体支撑在头部接收器上方。底板的顶部表面可以向上倾斜以使胸部相对于脚部提升，并且还向下倾斜以提供向下的斜坡表面，头部停置在该向下的斜坡表面上使得颈部延伸。底板的顶部表面还可以包括颈部支架，该颈部支架布置在受治疗者的颈部脊柱的高度处。该颈部支架可以是能够在高度调整的和/或支垫的。

所公开的方法和装置的一个优点是：适于在医院的外部或在去医院的运输过程中使用，例如在救护车中或运动的担架上使用。例如，带轮的担架具有：身体支撑表面，底板放置在身体支撑表面上；颈部支撑板，颈部支撑板从背部支撑板倾斜到用于液体的储液器中；以及由颈部支撑板承载的头部支撑构件。头部支撑构件的位置能够沿颈部支撑构件调整，以将头部调整成处于储液器中的所期望的高度(或深度)处。在一些实施方式中，带轮的支架设置在储液器的下方，使得储液器能够与担架串联地用轮子行进。

在该装置的一些实施方式中，头部接收器包括底部支撑表面、后壁、侧壁、以及前壁，其中，前壁比后壁和侧壁更短，以支撑受治疗者的颈部。前壁能够在高度上调整，以将受治疗者的头部支撑在不同的高度处，并且可被支垫以保护患者。头部接收器由用作储液器的容器围绕。

该系统还包括用于布置在受治疗者的呼吸消化道中的导管，以及用于将液体从接收器循环到呼吸消化道中的泵。

在另一些公开的实施方式中，通过头部的直接的外部冷却并通过将输送至脑部的血液冷却来对脑部进行冷却。头部可被安置在将外部地冷却脑部的循环的冷的液体的储液器进行保持的容器中。冷的液体可以通过布置在鼻腔、口腔和/或上胸中的导管而注入到上呼吸道中，以直接地冷却脑部的内表面和脑干，并通过将穿过颈动脉和椎动脉的血液冷却而间接地冷却脑部的其它区域。可以将足够量的冷却液输送至上呼吸道使得流体基本上充满上呼吸道，之后所述冷却液流出鼻部和口部并进入到绕容器中的头部循环的冷却液储液器中。

在一些公开的实施方式中，头部在容器中被完全地浸没于冷却液中，使得液体覆盖鼻部和口部以有助于用液体完全地充满上呼吸道。

用于实施冷却脑部的方法的一些装置或系统包括：用于接收受治疗者的头部并将受治疗者的头部维持处于至少局部地浸没在冷的液体中的液体容器；以及用于吸收热量以诱导脑部低温的冷却液源。多个液体输送导管连接至冷却液源以插入到受治疗者的呼吸消化道中，从而将冷却液直接输送到那些位点。液体循环管也连接至冷却液源并布置在容器中以使经冷却的液体在容器中绕受治疗者的头部进行循环。泵与该装置操作性关联，以使液体从容器运动通过液体输送导管并运动至患者体内。该系统例如通过颅骨而冷却脑部的外表面、通过输送到鼻咽中的冷却液而冷却脑部的内表面和脑干、并且通过输送到咽和/或食道中的液体而冷却从纵膈和颈部的动脉(例如颈内动脉、椎动脉、脑动脉的近侧下部，脑部的下表面的穿透动脉的近侧部分等)灌注脑部的血液。

冷却液可以保持为例如-30℃至20℃的温度，以从脑部以足够的量和足够的速度传递热量，从而迅速诱导低温。用于此目的的适当的液体包括例如全氟化碳；油；和/或含有盐、单糖、有机化合物(诸如丙二醇)、抗菌剂、粘膜保护剂(例如抗氧化剂、自由基清除剂等)的水混合物；和/或电解质添加剂(例如特别是当流体未再次循环到受治疗者时，用于防止钾、钙等的损耗而添加到流体浴中的电解质添加剂)。

冷却液源优选地提供充足的液体以用于使用冷却液来基本上充满上呼吸道(包括鼻咽、口咽、喉咽、以及近侧气管)。在其它实施方式中，液体源也足以基本上充满上食道、整个食道、和/或胃。

通过参照附图而进行的以下详细描述，本发明的上述的和其它的目的、特征、以及优点将变得更加明显。

本发明的任何装置、系统、以及方法的任何实施方式可由任何的所述元件和/或特征构成或主要由任何的所述元件和/或特征构成，而非包括/包含/含有/具有任何的所述元件和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由...构成”或“主要由...构成”可由任何上述开放式系动词替代，以便改变给定的权利要求的否则会通过使用开放式系动词来限定的范围。

一个实施方式中的一个或更多个特征即便是在未描述或示出的情况下可以应用到其它实施方式中，除非本公开或实施方式的性质明确地禁止了这种应用。

附图的简要说明

以下的附图以示例而非限制的方式示出。出于简洁和清楚的目的，并未使给定结构的每个特征始终在该结构出现的每个附图中标出。相同的附图标记不必然表示相同的结构。相反，相同的附图标记可能用于表示类似的特征或具有类似功能的特征，不相同的附图标记也可能用于表示类似的特征或具有类似功能的特征。附图使用了本领域普通技术人员会理解的图形符号来示出所描述的元件。在附图中示出的本发明的装置(及其部件)、系统和方法的实施方式至少对于所示出的实施方式而言是按比例绘制的。

图1A是人的头部和上胸部的示意性侧视截面图，该图描绘了插入成使冷却液通过上呼吸消化道而流动的鼻导管和口腔导管的构型。具有经充涨的套囊的气管内管的实施方式示出为插入到近侧气管中。还描绘了构造成迎着头部在外部施加液体流的可选的外部导管。

图1B是人的头部和上胸部的示意性侧视截面图，图1B类似于图1A，但描绘了鼻导管和口腔导管的另一构型(例如具有阻碍向食道的流动的导管)。

图2A是上胸部和头部的视图，图2A示出口腔冲洗管和鼻腔冲洗管的另一构型以及构造成迎着脸和头部引导冷却液的可选的外部冲洗管，其中，冲洗管构造成将冷却液输送到食道和胃以在身体中诱导低温(而非更具选择性地冷却头部和脑部)。

图2B示出形成绝热隔室的纵隔的结构，该绝热室有助于维持通过本文中所公开的方法、系统和装置所诱导的纵隔冷却。

图3是安置在具有液体滴注的冷却液的容器中的仰卧的受治疗者的头部以及另一种构型的管子(例如，插入到鼻、口、以及上部食道中的再循环管；以及气管中的气管内管)的局部示意性侧视图。

图4是受治疗者的头部、颈部、以及胸部的示意性侧视图，图4示出了能够在脑部的选择性冷却期间通过使冷却液穿过呼吸消化道进行循环而冷却的上呼吸道和一些血管。

图5A是具有围绕的冷却液储液器的头部接收器的俯视图，其中，受治疗者的头部安置在该接收器中。图5B为图5A的侧视图，图5B示出该受治疗者的颈部的延伸部。图5C示出使用中的装置，其中，冷却液填充在接收器中。图5D示出装置的替代性版本，其中，前壁具有可调整的高度以用于将受治疗者的颈部以不同程度的颈部延伸进行支撑。图5E示出图5D的装置，其中，头部接收器至少局部地填充有冷却液。图5F为头部接收器的又一实施方式，其中，网眼状网形成了将头部支撑在冷却液的储液器上方的接收器，并形成可渗透阻挡物，液体通过该可渗透阻挡物从接收器返回至储液器中。

图6A为在横截面中示出背支架和头部接收器的侧视图，其中背支架用作冷却液的储液器。图6B为类似于图6A的视图，但示图6B示出具有向上呈锐角的表面以将上胸部提升到腰部上方的背支架。

图7是装置的另一实施方式的视图，该视图中，平坦身体支撑平台固定在大盆的冷却水中、大盆的冷却水上或大盆的冷却水的略微上方，其中冰漂浮在该盆中以及将盆中的水冷却。

图8是在担架上运送的患者的侧视图，其中具有还用作冷却液储液器的头部接收器，并且该头部接收器与担架一起运动。

图9A是框图的一个示例，其示出了用于能够同时提供脑部冷却和身体变暖的系统的、影响脑部和身体核心的温度的热流。

图9B是影响脑部温度和身体核心温度的热流的框图的另一示例。

图10A是示出用于完成患者冷却的流体系统的框图的示例。图10B是冷却系统的框图的另一示例。图10C是冷却系统的框图的又一示例。

图11示出“长柱”冷却策略的一个构型和所得到的流体流动场。长柱冷却方法例如可以允许更快的和/或更深的冷却。作为另一示例，长柱冷却方法可以允许并保持脑部温度与身体温度之间的同其它方法相比更大的稳定状态梯度。在一些实施方式中，柱的物理长度能够如下文详细描述地加长或缩短，这取决于在过程期间施用的给定的药物、麻醉剂和/或试剂疗法(例如，当使用强力麻醉疗法时，柱的物理长度可以缩短)。

图12是除了其它方面之外还用于掌控患者的温度以及冲洗的流速的控制系统的框图的示例。虚线表示了通过信息或电信号的相互作用，而实线表示了热量及流体的相互作用。

图13是当利用一体的升温装置时患者温度控制系统的框图的另一示例。虚线表示了通过信息或电信号的相互作用，而实线表示了热量及流体的相互作用。

图14是另一患者温度控制系统的框图的又一示例。

图15是示出冷却系统的一个实施方式的框图的示例。

图16是示出与热交换器(例如一次性热交换器)热连通的冷却单元的框图的示例。

图17是示出了简单反馈控制环的框图的示例，其中简单反馈控制环设计成基于装置与皮肤之间的界面处的温度来控制表面升温装置。

图18A至图18C是用于与所述的冷却和温度管理系统一起使用的多功能食道导管的一个实施方式以及沿图18A中的线A-A截取的示例性截面图的代表性草图。

图19A至19D是使用在所述的冷却和温度管理系统的某些实施方式中的“双截面”球囊食道导管的一个实施方式以及沿图19A中的线A-A所截取的示例性截面图的代表性草图。

图20A至图20C是用于与所述的冷却和温度管理系统一起使用的多腔气管导管的一个实施方式以及沿图20A中的线A-A截取的示例性截面图的代表性草图。

图21A至图21D是使用在所述的冷却和温度管理系统的某些实施方式中的“双截面”球囊气管导管的一个实施方式以及沿图21A中的线A-A截取的示例性截面图的代表性草图。

图22A至图22B示出了利用多功能气管导管的冲洗概念的一个示例以及沿图22A中的线A-A截取的示例性截面图。

图23A描绘了具有再循环冷却器的一次性使用的流体路径系统的一个实施方式。

图23B描绘了图23A的系统的实施方式的电气原理图。

图23C至图23D描绘了利用图23A的系统的随着时间而进行的温度测量的各个图示。

图24A描绘了包括两个再循环冷却器和流量计的当前系统的另一实施方式。

图24B描绘了利用图24A的系统的随着时间而进行的温度测量的图示。

图25A至图25B描绘了本发明的具有独立的流体返回储液器和流体供给储液器的系统的另外的其它实施方式。

说明性实施方式的描述

以下的描述本质上是示例性的，且并非旨在以任何方式限制本发明的范围、可适用性、或构型。在不脱离本发明范围的情况下可以在本文中所描述的元件的功能和结构方面对所描述的实施方式进行各种改变。

尽管出于方便表述的目的而可以以特定的、按照顺序的次序描述所公开的方法的示例性实施方式的操作，但应当理解的是所公开的实施方式可包括非所公开的特定的顺序的次序的操作。例如，按顺序描述的操作在一些情况下可以重新排列或同时实施。另外，与一个特定的实施方式或示例相关联地提供的描述和公开并不限于该实施方式或示例，并且可以整体地或部分地应用至本文中所公开的任何实施方式或示例。

如在本申请和权利要求中使用的，术语“一”、“一种”和“该”包括这些术语所指代的元件的单数形式和复数形式，除非上下文有相反表述。

术语“呼吸消化道”是总体上组成上呼吸道和消化道上部的组织和器官的器官的器官集合体。本文所使用的呼吸消化道可包括唇部和口、舌、鼻、喉、声带、食道、胃和/或气管。呼吸消化道不包括肺部。短语“将液体引入至呼吸消化道中”包括：将液体引入至呼吸消化道的任何部分中，诸如鼻腔，上呼吸道(鼻腔和口腔以及咽部)，鼻腔和上呼吸道以及食道，或鼻腔和上呼吸道以及食道和胃，或者上述部分的任何组合或子组合。

术语“联接”被定义成连接，虽然不必是直接连接，并且不必是机械(例如，电气，电磁性，物理，化学等)连接。若两个物体彼此联接，则这两个物体是“可联接的”。除非上下文有明确的相反要求，否则可联接的物体同样是可脱离联接的，并且可脱离联接的物体同样是可联接的。第一结构可联接至第二结构的一种非限制性方式为将第一结构构造成联接至第二结构。

由本领域普通技术人员要理解的的是：术语“基本上”被定义为大体上但并非必须完全地是所指明的内容(并且包括所指明的内容；例如，基本上为90度包括90度，并且基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方式中，术语“大体上”、“近似地”和“大约”可以由在所指明的内容的“【一定比例】之内”所替代，其中该比例包括0.1％、1％，5％和10％。

术语“包括”(以及包括的任何形式，比如“包括了”和“包括有”)、“具有”(以及具有的任何形式，例如“有”和“具有了”)、“包含”(以及包含的任何形式，例如“包含了”和“包含有”)和“含有”(以及任何形式的含有，诸如“含有”和“包含有”)是开放式系动词。因此，“包括”，“具有”，“包含”或“含有”一个或更多个元件或特征的装置或系统拥有所述一个或更多个元件或特征，但不限于仅拥有那些元件或特征。同样，“包括”，“具有”，“包含”或“含有”一个或更多个步骤的方法拥有说书一个或更多个步骤，但不限仅于拥有那些一个或更多个步骤。

诸如“第一”和“第二”之类的术语仅用于区分结构或特征，而并非将不同的结构或特征限定于特定的顺序或数量。

颈部的“伸展”是指使颈部弯曲以使头部向后运动。

“咽部”是指颈部和喉咙的位于口部和鼻腔的紧后方但位于食道，喉部，以及气管的上方的部分。“咽部”在解剖学上分为鼻咽(鼻腔后方)，口咽(口腔后方)以及喉咽或咽门(口咽与食道之间)。

“低温”指的是以下状态：该状态下身体或器官的温度低于正常生理温度。“治疗性低温”是指湿度带来受治疗者的医疗益处而诱导的低温。诱导“选择性低温”不要求绝对的选择性；可以发生将目标器官或区域进行冷却的相对的选择性。因此诱导“选择性低温”是指：相比于非目标器官，更大程度地或基本上更大程度地在一个或更多个目标器官中诱导低温。例如，可以通过以下方式而在受治疗者的脑部或头部中诱导选择性低温：将注入该器官的血管选择性冷却，以及将与该器官邻接的解剖结构选择性冷却。选择性的低温无需为绝对选择性的，并且可发生其它器官(或整个身体)的一些冷却。在特定示例中，选择性低温可将目标器官(诸如脑部)的温度相比于整个核心身体温度的降低而降低多至少10％、25％、50％或75％。诱导“非选择性低温”指的是对身体的未具体地指向任何特定器官(诸如脑部)的一般性冷却。然而，即使是对于“非选择性”冷却，也可能发生对特定器官的一些优先性冷却。

“非雾状”液体为未变成精细喷雾或未被雾化的液体。因此，非雾状液体以连续液体流而非不连续液滴的形式出现。连续的或连贯的液体流提供了更大的流速(因此具有更大的冷却速度)，并可通过使用非雾状的——但或许是间歇地引入至呼吸消化道系统中的——冷却液来实现。

液体的“紊流”为非严格呈层状的搅动流。紊流与层流相比有助于瓦解液体阻挡层并增大热传递。

“强制流”描述了任何的非停滞流动，例如，通过压头，泵，或残余动能驱动的运动液体。流可以是层流或者紊流。

“上呼吸消化道”是指食道呼吸消化道的位于上方的部分。“上呼吸道”是指气管上方的空气通道，该空气通道包括鼻腔和口腔，以及咽部。

对“将导管引入”的论述要被理解为是指引入一个或更多个导管。例如，将导管引入到鼻腔中可指将导管引入到各个鼻孔中，使得在鼻腔中存在两根导管。作为另一示例，将导管引入到鼻腔中可指将导管引入到两个鼻孔中的一个中，使得在鼻腔中存在一个导管。导管可具有多个管腔以允许一起、测量装置，液体流和/或气体流通过。

“导管”是指构造成插入到体腔、输送管或脉管中以允许流体和/或气体通过的中空管。导管可具有但不是必须具有多个管腔以允许仪器、测量装置、液体流和或气体流的通过。在本申请之中术语“导管”的任何应用应作足够宽泛的解释以包括单腔导管和多腔导管。

“管”指的是大致呈中空的圆筒，尤其是作为通道运送流体的圆筒。管可以类似于导管而具有但不是必需具有多个管腔。“管路”是一种类似于“管”的可以但并非必须是大致呈圆筒形的“管”。

“管腔”是指导管、管、或其它这种构件的内部开放空间。

如本文中所使用的，“温度管理套件”指的是能够起到以本文中所描述的方式控制患者的温度的作用的包括基本单元、接口套件以及任何相关联的软件的系统。

“使用者”或“护理提供者”是指照顾患者的那些人或安装、操作或另外使用本文所公开的装置、系统和/或方法的那些人。

“可重复使用的基本单元”指的是旨在对一个以上的患者使用的系统的一部分。

“接口套件”指的是旨在只使用一次的系统的一部分(例如，由于其与患者的身体或体液的接触)。

“控制单元”或“控制系统”是指用于例如维持期望的输出、接收和处理从患者处测量的数据、将所测量的数据与使用者的指令相比较、并根据需要调整功率和/或流速以达到并保持目标温度和/或压力的机械、光学、或电气系统。作为示例，控制单元或控制系统可以是基本单元的一部分，并且可包括负责执行所述程序中的一些程序或全部程序的软件。

术语“可重复使用的冷却系统”是指使导致能量移动到一次性热交换器和从一次性热交换器移动的部件(例如，基本单元的一部分)。可重复使用的冷却系统可以包括例如热电装置和相关联的电子制冷系统，和/或其它热力泵或用于形成冷的冷却表面的其它装置(诸如吸热化学反应)。

“冷却表面”指的是冷却系统的与一次性的热交换器进行热接触的部分。

被描述为“连续”或“连贯”的液体流通过以下特征与雾状流区分开：具有常规的大宗液体的90％或以上的密度。然而，该流可以以大于约10秒的时间量程而呈间歇性。

一般而言，可以认为温度管理的神经保护性益处源自特别是对脑部进行冷却，而所观察到的并发症则源自对身体核心进行冷却。因此，脑部选择性装置一般比全身性装置更优先选用。全身性的、非侵入性装置有时用来冷却整个患者，这最终导致脑部的冷却。然而，人们普遍认识到，对身体进行冷却会产生诸如肺炎、寒颤、较低的心输出量、心律失常之类的并发症，这些并发症会抵消对脑部组织进行冷却的神经保护性益处。另外，全身性的冷却通常很慢，这是因为应当解决身体的热质量、内在代谢性产热、以及防御机制(诸如血管收缩和寒颤)的问题。全身冷却的冷却速度通常会慢到损害治疗的有效性。

本文中公开了用于将受治疗者的脑部，脊髓，以及更广泛的身体冷却至临床上有益的温度——该温度有助于伴随以下诸如缺氧(可能伴随心脏停搏或呼吸衰竭而发生)、神经血管事件(诸如中风)、直接创伤(诸如封闭的头部外伤或脊髓挫伤)、或产期损伤(诸如困难分娩)之类的潜在的组织损伤事件而保持组织功能(诸如脑部功能)——的治疗装置、系统、以及方法。然而，治疗可用于因创伤或其它医疗事故而处于组织损伤或炎症损伤的风险中的任何人。该治疗方法可以在到达医疗中心之前开始，但也适于在医院中使用。

治疗方法可根据临床需要持续进行数小时或若干天，并且可与脑部冷却或身体冷却的其它方法一起使用。治疗方法也可以用作诸如溶栓或血栓切除术(用于治疗中风)和心肺转流术(用于治疗心脏骤停)之类的同步治疗的桥梁。在心脏骤停的情况下，在自发循环重新建立之前或之后、并且甚至在出现于医疗中心之前不能重新建立自发循环的情况下，均可开始脑部的冷却。

在该新方法的一些实施方式中，脑部是但并非必需是通过两个功能性机理(单独地或组合地)冷却：直接头部冷却和对输送到脑部的血液进行冷却。可以通过将头部完全地或局部地浸入到循环有冷的液体的容器中而将头部直接地外部冷却。作为另一示例，可通过抵着头部而在外部应用充分混合的冷液体流来对头部进行冷却。可通过使用放置在上呼吸道中的导管将冷的液体注入到上呼吸消化道中(例如，注入到鼻腔、鼻咽、口腔、口咽和/或喉咽)来实现脑部的下表面和脑干的直接冷却。通过间歇地或持续地灌入非雾状的冷的液体，发生了鼻咽腔、上呼吸道、或呼吸消化道的有效且快速的内部冷却。

上呼吸消化道和/或头皮的冷却使得输送到脑部的血液在该血液流经颈部和头部的动脉时被冷却。通过将冷的液体经由穿过嘴部而插入的导管输送到食道中、同时使导管的末端定位在食道——例如中部食道——中(或附近)而实现了可选的附加冷却。替代性地，多个出口端口(来自单个导管或者多个导管)可以在食道中输送甚至更多的冷却液。食道导管中的出口端口可将冷却液输送到近侧食道和/或中部食道和/或远侧食道和/或胃中。

在一些实施方式中，从食道和上呼吸道/呼吸消化道循环的冷的液体离开口部并且与头皮周围的液体混合，由此该冷的液体例如经由液体输送导管(诸如鼻中的、口中的和食道中的导管)而从容器中抽出、可选地被冷却且可选地返回到容器。经冷却的液体可以被冷却和/或储存在头部接收器外部的储液器中。在以下更详细描述的另外的另外的说明性实施方式中，通过将冰或其他冷的物品加入液体中，使液体可以在头部接收器中冷却、同时无需将液体从接收器(例如，接收器为储液器)中抽出。在冷却液被动地流出嘴和鼻子的其它实施方式中，冷却液可以通过重力作用——例如通过穿过支撑头部的液体可渗透网，或穿过通向储液器的接收器中的排液设备——返回到冷却储液器中。

尽管在一些实施方式中对于本发明的系统、方法和装置可能有利的是与至少局部地围绕患者的头部的外部冷却储液器、外部冷却箱和/或外部冷却接收器一起使用，但这不是必需的。在其它实施方式中，可以有利地使用不具有至少局部地围绕受治疗者的头部(例如，以提供给受治疗者的头部较大的入口)的储液器、箱、和/或接收器的系统、方法和装置。类似地，尽管在一些实施方式中，可以有利的是允许冷却液在如上所述的从受治疗者的鼻和/或嘴中被动地离开的步骤期间在呼吸消化道内循环，但这不是必须的。在其它实施方式中，以及以下详细地描述的，有利的是将流体从呼吸消化道(例如，利用联接至至少一个所存在的导管的负压装置(例如，抽吸装置)，同时该导管设置在受治疗者的呼吸消化道中)主动地移除。

用于冷却的液体的初始温度可包括不同的温度范围。例如，液体的初始温度可在-30℃至30℃(例如，-30℃至10℃、-20℃至10℃等等)的范围内。最佳温度可根据诸如身体大小，程序类型，期望的脑部/身体核心温度梯度等之类的各种因素而改变。例如，用于冷却的液体可以维持在小于30℃、小于10℃、小于-10℃等(诸如约-17℃的温度)的温度(诸如大致固定的温度)。通过在“流体单通道”的构型中使用热交换器而在期望的温度下达到平衡或通过将液体在接收器/储液器与单独的热交换器冷却单元之间进行循环、按需要需要添加额外的冷却液或通过向液体的储液器添加冷的物体，可将液体保持在任何大致恒定的温度(例如，在±2℃范围内)下。替代性地，通过向液体添加冰(包括干冰)或其它处于期望的温度的冷却的物体来保持温度。

在头皮暴露于冷却液的实施方式中，例如通过持续地抽吸要被冷却的流体并且将具有压力的经冷却的液体重新引入到头部接收器(例如，通过在头部处引导的管)中来实现液体的在头皮表面上方的强制流动。然而，也可使用头部接收器内的其它方式的液体搅动。身体表面的内部和/或外部上的强制流动通过减小非移动冷却液体的边界层的深度而提高了热传递。如果头发具有与有效的快速热交换相干扰的绝热效果，则可以移除所述头发。

冷却方法的一个构型在图1A中示出，图1A示意性地示出了冲洗导管的布置，所述冲洗导管将冷却液的流输送至对受治疗者14的头部12中的脑部10进行基本上选择性冷却的结构中，这与经由受治疗者14的身体的一般性低温诱导相反。该截面图示出了(从前部移动至后部)具有鼻腔18(仅示出一个)和鼻咽20的鼻16。鼻腔18的底壁由腭限定，该腭分为前硬腭22和后软腭24。口部26限定通向口腔28的入口，口腔28通向后口咽30。口咽30下方为喉咽32，该喉咽32前部地邻接有会厌34，并且向下地通向位于前部的气管36和位于后部的食道38。

在示出的实施方式中，例如通过引入穿过上呼吸道(例如，气管和食道的高度上方)循环并包括鼻腔18和口腔28、鼻咽20、口咽30和喉咽32的连续的或连贯的液体流，可实现脑部的定向冷却。图1A提供了通过将鼻导管40引入到受治疗者14的鼻腔中并且将口腔导管42引入到受治疗者14的口腔中来提供这种连续流的方式的示例。第一鼻导管40和第二鼻导管40(在图1A中仅示出一个)插入鼻16的每个鼻孔中，并前进至直到远端开口传输末端44定位在硬腭22的上方的鼻腔中(尽管远端开口传输末端44能够替代性地被定位在硬腭22、软腭24或鼻咽20的上方)。口腔导管42类似地插入到口腔24中，使得开口传输末端46朝向软腭24行进并且例如定位成略微超过软腭24并位于软腭24下方、使得开口传输末端46定位在口咽32中(或附近)。然而在其它实施方式中，口腔导管42可定位在软腭24前方(例如，使得开口传输末端46朝向口咽32导向)。为有助于将肺与与上呼吸道和呼吸消化道进行隔离，气管内管48示出为穿过口部26和喉咽32而插入至气管36中。可选的可充涨周向套囊50示出为处于其膨胀状态以阻隔气管36的腔。

可充涨套囊(或球囊)——无论是食道的、气管的，或其它管的可充涨套囊(或球囊)——可被充以气体(例如空气)和/或液体(例如水)。在一些实施方式中，所述气体和/或液体可被冷却至所需的温度，以帮助冷却可充涨套囊所接触的组织(例如，将流向脑部的血液进行冷却并受这种冷却的影响)。在其它实施方式中，气体和/或液体可被升温至期望的温度(例如，相对于冲洗流体)，从而例如改进与周围组织的接触/接口。对套囊充以流体可具有以下附加的优点：利用在受治疗者的上呼吸道中的冷却流体来预平衡套囊(例如，防止和/或消除套囊的收缩)。

可充涨套囊可包括构造成响应于足够的向外的力而膨胀的任何可生物相容性材料。这样的材料可进一步构造成使得该套囊通过与呼吸消化道配合而响应从呼吸消化道的一部分(例如，气管/食道组织)施加的充分的向内的力，以形成基本液密的密封(例如，使得基本上防止通过导管进入口中和/或鼻中的水运动超出套囊)。用于形成可充涨套囊的材料的厚度可以变化，该变化取决于多种因素，例如使套囊展开所需的力、与呼吸消化性组织接触的套囊的延展性、套囊的所需的强度、给定的程序、套囊在呼吸消化道内的期望位置等。

此外，可充涨套囊可包括具有第一球囊内部的第一开口和由第一球囊的外表面和第二球囊的内表面限定的第二开口的双球囊结构。双球囊结构的第一开口和第二开口可填充以相同或不同的物质。

可充涨套囊还可包括构造成测量关于套囊(例如，压力、温度、体积等)和/或与套囊接触的组织(例如，温度)的信息的各种测量装置(将在下文详细讨论)。

图示的导管40、42、48可以是单腔导管或多腔导管。导管40和42的孔的尺寸足以允许连续柱或连贯柱的冷却液流穿过导管并分别流出开口末端44和46，以形成基本上填充上呼吸道的液体的连贯流。图1A中示意性地示出了定位成将冷却液的强制流迎着头12的前部——例如迎着头的顶额部(例如，迎着前额或头的侧部)——而引导的一个或更多个可选的顶额导管52。一个或更多个可选的后部导管54也可定位成将冷却液的强制流迎着头12的后部导向，例如，迎着头12的枕骨部引导。导管52具有定向成在头的表面的1cm至5cm内的开口末端56，并且导管54具有在头部表面的1cm至5cm内的类似定位的开口末端58。

尽管在图1A的示意图中未示出，每个导管适于操作上连接至液体源以通过导管引入该液体源。导管40、42、52、54适于连接到充足的冷却液供应，该冷却液的温度足以将脑部降低至目标温度(诸如33℃或以下)或使脑部在设定时间段内发生温度上的目标变化(诸如30分钟或更少的时间内5℃)。气管内管48适于操作性连接至通气机或能够在压力下引入的其它可呼吸气体源，以进行肺(未示出)的机械通气。尽管图示的导管示出为具有用于将液体从导管排放到呼吸消化道中的端部开口，然而所述导管可替代地设置有位于距导管的远端5cm至10cm的多个侧孔以允许从导管侧向地排出，而非从末端排出(或除了从末端排出之外还允许从导管侧向地排出)。侧向排放能够有助于促进呼吸消化道内的充分混合流动。

如图1A中由箭头所示，冷却液分别通过管40、42、52、54的末端44、46、56、58引入。冷却液的体积循环通过上呼吸道/上呼吸消化道(例如，在食道和气管的高度的上方)，以至少部分地将冷却液填充于上呼吸道中，并且确保冷却液与上呼吸消化道/上呼吸道的暴露的表面之间的充分的接触。在一些实施方式中，上呼吸道和上呼吸消化道基本上被冷却液填充。

上呼吸消化道的许多表面是不规则的(如富含血管的鼻甲)，并且沿呼吸道的不规则表面运动的液体流可以提供极好的热交换来冷却呼吸道。由较大的液体流——该较大的液体流被引入到上呼吸消化道的受限的空间并通过该呼吸道自身返回任何导管或管的外部——而诱导的混合在循环液朝向口部和鼻运动时进一步扰乱了任何隔绝的区域。在一些实施方式中，液体在新的冷却液移入上呼吸道时被动地从口和鼻中移出，以连续地补充液体的冷却效果。

图1B示出了在图1A中图示的系统和方法的另一种构型。为简单起见，而非通过限制的方式，与那些出现在图1A中的部件相同的部件被给予相同的附图标记。在图1B中示出的实施方式中。食道内管60还可以通过口部26插入到食道38中。食道内管60具有远侧球囊62，该远侧球囊62被示出为在食道38的近侧部分或中间部分处于充涨的状态，以充分地防止流体超出球囊62而运动。另外，食道内管60可操作性连接至冷却液源(未示出)，以通过食道内管60的腔引入液体流，并通过侧部端口64排出，从而用作附加的通过上呼吸道循环的冷却液源。

图1A和图1B中描述的冷却方法成为头部和脑部的“选择性”冷却的示例，其原因在于那些结构的冷却比身体的其它部分的冷却进行得更快。然而，也可发生一定量的非选择性冷却。

图2A示出用于通过在未特定地针对脑部的情况下对受治疗者的身体进行总体冷却而在受治疗者70体内诱导非选择性低温的相对非选择性冷却方法的示例。图2A示意性地示出了受治疗者的位于头部74内的脑部72。两个肺76中的一个示出在受治疗者70的胸部中，如心脏78所处的位置。受治疗者的鼻腔80和口腔82与食道84、胃86和气管87连通，其中气管87与肺76连通。在示出的实施方式中，鼻腔80中未放置管，但气管内管88定位在气管87中，使得可选的经充涨的套囊90将肺与位于上呼吸消化道中的冷却液流进行隔离。然而，在其它实施方式中，管可以仅布置在鼻腔80中，或与布置在口腔82中的一个或更多个管相组合，使得一个或更多个管可被布置在口腔、食道和/或气管中(例如获得更好的冷却效果)。在示出的实施方式中，食道和胃由三个食道内管——即定位成使得单个出口(例如，开口端)位于上部食道中的上部食道冷却管92，定位成使得单个出口(例如，开口端)位于中间食道中的中间食道冷却管94，和定位成使得单个出口(例如，开口端)位于胃中以冷却胃的胃管96——进行冷却。尽管在该示例中示出了三个管，可以替代性地使用具有多个出口端口的单个多腔管。如之前描述的，也可以代替端部开口使用侧部端口以增大流动中的混合。

冷却液可通过所有三个管被引入并输送至消化道的不同的高度，以在冷却液从胃和食道返回时提供对食道和胃的主要冷却。胃中的冷却液接触胃皱褶，该胃皱褶极大地增大了能够发生与血液的热交换的表面面积。食道和胃中的冷却液在解剖结构上紧靠下腔静脉98、上腔静脉(未示出)、降主动脉100和主动脉弓102，以在血液运动穿过身体时、以及特别是当血液运动穿过纵膈的结构时将下腔静脉98、上腔静脉(未示出)、降主动脉100和主动脉弓102中血液进行冷却。

尽管图2A仅示出插入食道和胃中的管，但应当理解的是整个呼吸消化道的冷却可通过侧部端口或通过冷的液体穿过呼吸消化道至口和鼻的回流来发生。另外，冲洗导管可以如图1A地插入到口中和鼻中，以进一步增大冷却液穿过呼吸消化道的流动。

外部液体应用管104和106可以可选地定位成向受治疗者的头部外部地施加液体强制流。管104定位成使液体迎着头部的前部区域流动(例如，迎着额头)，并且管106定位成使液体迎着枕骨区域流动。

图2B示出纵隔是略微隔热的解剖隔间，该解剖隔间某种程度上是隔离的，并因而可保持通过食道管子引入的液体的冷却效果。纵膈包含心脏，并包含心脏、食道、气管的大血管，并且纵膈由经充气的肺侧向隔热且在下方由胃来隔热。

全部的心输出量穿过纵隔静脉。纵隔的内部冷却可通过将基本上全部的呼吸消化道——从鼻孔至幽门(不包括肺)——来完成。纵膈通过肺、喉和胃而与来自身体的其余部分的热量隔绝。纵隔的侧向方面与肺接界，肺具有低的质量并通过正常的通风功能而保持冷却。纵膈的下部方面可通过对胃进行冷却来冷却。纵膈的上部方面——例如颈部——可通过对上呼吸道进行冷却来冷却。纵膈的绝热使得相比于在腹部内的腔静脉上实施类似的冷却的情况下能够对腔静脉中的静脉血进行更有效的冷却。如果在腹部中尝试进行腔静脉冷却，则来自周围器官的热量还会输送至腔静脉，这会极大地地阻碍冷却。

图3提供了用于执行选择性冷却方法的另一脑部冷却装置110的示例，其中，容器112至少局部地包围处于仰卧位置(使脸部朝上)的受治疗者116的头部114。头部114可局部地或总体地浸入冷却液118中，但图示的实施方式示出头部和脸部全部地浸入。在示出的实施方式中，容器112为具有实心平坦底壁120、三个实心直立的侧壁122(仅一个在图1中示出)以及开口顶面124的矩形或方形的箱体。侧壁122以液密密封的形式连接至底壁120。每个侧壁122还一液密密封的形式连接至邻近的侧壁122。侧壁122中的一个(例如，侧壁126)可构造成接收受治疗者的头部和/或颈部。底壁120和侧壁122和126可以例如由共同的材料预成型，该共同的材料作为无缝单件的模制塑料。开口顶面124限定方形或矩形开口，该开口足够大以提供通向整个面部的入口。直立的侧壁126限定头部和/或颈部接收开口，该头部和/或颈部接收开口包含环形挠性密封件128以阻止液体从容器112流动(例如，并且尺寸成以可调整的方式容纳受治疗者的颈部)。溢流槽130可沿面部126的底边延伸，以收集通过密封件泄漏的液体，使得液体可以例如通过再循环泵(未示出再循环管)而再循环至容器。例如，容器的尺寸对于成人尺寸的箱体而言在长度、宽度和高度上约为25cm至50cm，并且对于婴儿尺寸的箱体而言在所有侧上为10cm至25cm。

该储液器的冷却液118可以将容器112基本填充。箱体中的液体具有顶部液面132，在图示的实施方式中，该顶部液面132处于箱的顶部边缘的2cm至10cm内，使得液体将头部114完全地浸没在液面132下方。通过处于该高度的液体，受治疗者116的鼻134和口136完全由液体覆盖，并且上呼吸道除了如下所述的主动填充有泵送至该呼吸道中的液体之外，还可被动地填充有来自容器的液体。因此围绕头部并处于上呼吸道中的区域可以是冷却液的基本上不间断的连续区域，该连续区域可以与同该液体连续区域接触的解剖结构建立热交换。在其它实施方式中，如上所述，顶部液面132可包括使口136和/或鼻134未被完全地浸入冷却液118中的高度。在这些种实施方式中，头部114仍可以通过冷却液118而被动地冷却，并且如下所述，上呼吸道可主动地填充由泵送至该呼吸道中的液体。

在图3中示出的实施方式中，装置110可以构造成控制容器112中的液体的温度。装置110可以以各种方式构造，以允许对容器中的液体的温度进行控制，例如为比如：以与制冷单元相类似的方式来构造容器112、将冷的物体(诸如冰)加入到液体中、和/或在容器的壁中使用吸热的化学反应物(诸如，水中的铵硝酸盐)来对这些壁进行冷却。在示出的实施方式中，通过将容器112中的液体从该容器泵送至热交换器144——在热交换器44处液体被冷却并泵送回容器——而在容器的外部对容器112中的液体进行冷却。热交换器可为任何类型的，诸如管壳式热交换器、板式热交换器、再生式热交换器，和绝热轮热交换器、流体热交换器、或动态刮板式热交换器。关于这种装置的额外信息是容易获取的，例如在以下文献中获取：Sadik和HongtanLiu所著的HeatExchangers(热交换器)：Selection，RatingandThermalDesign，2ndEdition，CRCPress(2002)(ISBN0849309026)。

图3还示出了进气管道140，该进气管道140从容器112延伸到液体泵142。泵142联接到热交换器144。出口管道146从热交换器144延伸，并与细长的分配管道148连通，该细长的分配管道148提供多个导管连接出口。尽管图示的实施方式示出单个泵、可利用多于一个的泵。泵也可手动地操作(例如，通过手动地使泵手柄旋转或往复运动)或非手动地操作(例如，通过将电气操作的泵致动)。

各种长度的液体循环管道连接到分配管道148上的出口并延伸穿过容器112的开口顶面124。其中四个液体循环管道为可将液体流输送至头皮和脸的液体循环管150、152、154和156。管150和156大致延伸至容器112的底部，以对液体进行深度再循环。管152和管154延伸至容器112的顶部以提供液体在容器中的更多的再循环。另一液体循环管道为用于将冷的液体输送至受治疗者的鼻腔160中的第一液体输送导管158。第一液体输送导管158可以为足以从分配管道148延伸至鼻腔160中约3cm至6cm、同时导管158的出口导向在鼻咽161处(或在鼻咽161附近)的任何长度。另一管道为用于将冷的液体输送至受治疗者的口腔164中的第二液体输送导管162。导管162可为足以延伸至口腔164中约6cm至12cm的距离、同时导管162的出口引导在口咽168处(或靠近口咽168)的任何长度。

在示出的实施方式中，装置110还包括构造成类似于鼻胃管的第三液体输送导管166。导管166从分配管道148延伸，并可包括足以延伸通过口腔164、口咽168、喉咽170并进入食道172(例如，超出嘴136的距离为25cm至30cm)中的任何长度。导管166可以为具有球囊末端174的多腔导管，该球囊末端174例如通过利用加压空气源(例如，注射器(未示出))而能够选择性地充涨，其中该压缩空气源将空气通过管腔中的一个管腔而引入到球囊末端174中。导管166的另一腔向侧部端口176开口，该侧部端口176与分配管道148流体连通(例如使得侧部端口176可将冷却液输送到近侧食道中)。侧部端口176靠近球囊末端174使得当球囊末端174被充涨时，输送到食道172中的液体不会流动超出球囊末端174进入远侧胃肠道中(诸如，胃)中，但能够替代地沿近侧方向运动通过上呼吸道。

装置110还可包括具有构造成联接至通风源(未示出)的常规联接套管182的气管内管180。适当的通风源包括构造成引入的无毒流体(诸如气体)——无毒流体中具有氧气——的任何装置。这种源的示例包括与管180的主腔连通的手动通风袋或机械通气机。管180的主腔与下呼吸道和肺流体连通。气管内管180包括常规的远侧套囊184，该常规的远侧套囊184可通过将流体(例如，经加压的流体，比如来自注射器的气体)穿过管180的第二腔引入而被选择性地充涨(例如，在插入之后)，以确保管180位于气管186内的位置，从而提供管180与气管的壁之间的有效密封(例如，提高通风的效率)，并且基本上防止液体从上呼吸道进入至下呼吸道和肺中。

尽管图3中气管内管180的图示实施方式包括套囊184，然而不总是需要该套囊来将呼吸道大体密封。例如，在较小的或儿科的受治疗者中，气管内管自身可足够大以有效地阻塞流体在管180与气管186的壁之间的通行。在又一些其它实施方式中，气管内管180可构造成防止患者的舌部干扰冷却进程。在图示的实施方式中(图3)，抽吸端口188位于管180的靠近套囊184的一侧。端口188与管180中的第三腔连通，并联接(例如连接)至构造成从气管中抽回液体的负压源的源(未示出)。移除的液体可再循环至容器112中的液体118的储液器中。

在使用时，通过将头部114插入穿过挠性密封件128而将需要进行脑部冷却的受治疗者116的头部114安置在容器112中。增稠的耐液乳剂或凝胶(例如，凡士林)可以以连续的环的形式绕颈部在外部应用，以增强耐液密封。柔软的耐液泡沫条带也可绕颈部布置并且可以分层以获得期望的厚度。挠性密封件128可构造成在不阻碍通过颈部的血液的动脉或静脉流动的情况下提供大致为液密的密封。在一些实施方式中，可在容器112中绕头部114布置塑料衬垫(未示出)，以对液体从容器112的损耗提供附加的阻碍。

受治疗者116可以是可选地通过从头部移除毛发——例如通过剪发或剃光头——来进行对于脑部冷却程序的准备，以改进从头部114至周围冷却液118的外部热传导损失。如果受治疗者是有意识的，也可施用镇静剂(例如，由静脉内施用苯并二氮或麻醉药)以降低意识水平和/或诱导短暂性失忆。一旦受治疗者的头部114定位在容器112内，则容器112的开口顶面124提供通向容器内部的入口。深度循环管150和156可绕头部114定位，使得其出口靠近底壁120。浅表循环管152和154可定位在头部114上方，使得管152和154的出口对准受治疗者116(例如对准脸和头皮)。导管158可以常规的方式润滑并且可插入穿过鼻孔进入鼻腔160中(例如进入3cm至6cm，或使得导管158的末端邻近(或靠近)鼻甲粘膜的血管化表面并靠近支撑脑部皮层的下表面的筛骨的筛形板)，使得导管158的出口对准(靠近)鼻咽161处。食道导管166插入穿过口部(例如25cm至30cm)进入近侧食道172中。套囊174可在食道导管166适当地定位之后充涨。另外，气管内管180可插入到气管186中，并且可将套囊184充涨。气管内管180的第三腔连接至负压源(例如，抽吸装置)使得流体可从气管186移除。

预冷却至所期望的温度的液体被引入到容器112中，直到液面132达到所期望的高度(例如在进入管道140的进入高度上方)。液体可通过激活泵142来循环。泵142构造成将液体通过管道140从容器112中移除并使液体进入热交换器144中，泵142可将液体在压力下(例如20cm至60cmH₂O的压力)传递至热交换器144。液体然后可以通过出口管道146离开热交换器144并进入分配管道148中。液体然后在出口和通向容器112的各个管道之间进行分配。通过将冷却液穿过循环管150、152、154和156而引入，可在容器112中绕头部诱导强制流。该流可增强从头部和/或脸的表面的热传递。

泵142还使冷却液通过管158循环进入鼻腔中、通过管162进入口腔中，并且通过管166并流出端口176进入近侧食道中。通过管引入的液体与从容器112被动地进入的冷的液体混合以用下述的冷的液体基本上填充上呼吸道：所述冷的液体通过绕头部114的冷却液储液器而处于基本不间断的液体连续区域中。发生了液体的如下连续再循环：从上呼吸道至绕头部的液体储液器并返回至上呼吸道。液体也可被连续地冷却以保持下所所期望的温度：所期望的温度诱导脑部迅速冷却至期望的治疗温度。

正如前面提到的，受治疗者的颈部停置在容器的一个壁中的开口中。该开口设置有密封装置，例如环绕颈部以帮助增强液密密封的周向挠性密封材料。围绕颈部的液密密封件可包括应用至皮肤以形成围绕颈部的连续的环的增稠的耐液乳剂或凝胶(例如，凡士林)。柔软的耐液的泡沫条带也可绕颈部的整个周边(例如，在凝胶上方)布置并且可以分层以获得期望的厚度。最终，挠性的密封材料可围绕颈部紧固至一定压力：该压力足以在不阻碍颈部中的动脉血液流动或静脉血液流动的情况下来提供充基本上液密的密封。

在一种实施方式中，颈部接收开口为位于容器112的侧壁126中的“U”形开口，并且该“U”形的宽度比颈部更宽。耐液的挠性材料(诸如橡胶或乙烯基)附接至开口的内边缘。至少2英寸的游离材料从缺口的下部方位延伸，并且足够的材料从缺口的每个侧部方位延伸，以基本上延伸至开口的另一侧。为完成绕颈部的密封，颈部的前表面上方的多余材料可通过紧固装置(例如夹子)保持在一起。来自两侧的多余材料(如果有)可在被暂时紧固(例如夹)在一起之前绕彼此包缠。

图4示出与可填充有如本发明所述的冷却液的上呼吸道相对应的阴影区域。上呼吸道包括鼻腔、鼻咽、口腔、口咽和喉咽。上呼吸道由咽的壁——该壁通过注入脑部的主血管而与每一侧紧密关联地侧向设置——来限定。如图4中所示，这些血管包括颈总动脉202和颈内动脉204，颈内动脉204又供给脑部前动脉(未示出)和脑部中动脉206。与上呼吸道在解剖结构上紧密关联的另一血管包括椎动脉208，该椎动脉208为锁骨下动脉的分支，并且该椎动脉208又形成将血液供给至脊椎基底动脉系统的基底动脉210。流动通过颈部动脉的血液可通过与填充上呼吸道的冷的液体的紧密关联而被传导性冷却，并且该经冷却的血液可以在血液注入脑部时快速地降低脑部的温度。

通过将冷的液体引入到近侧食道中，可以实现注入脑部的血液的进一步冷却，在该近侧食道处，冷的液体与纵膈和下颈结构——包括颈总动脉202——紧密地接触。

在这种新颖疗法中，如果食道中存在冷的液体流，则血液的冷却可在主动脉弓中开始，并且可贯穿颈总动脉和颈内动脉的长度而持续，该颈总动脉和颈内动脉紧邻填充有循环冷却液的上呼吸道。后部循环(椎动脉和基底动脉)也可被冷却。冷却可在脑部动脉环自身中持续，该脑部动脉环与上呼吸道通过软组织和软骨的薄层分开。在许多情况下，总颈动脉血流量为近似0.8L/分钟。通过输送足够的冷却液以填充食道和上呼吸道而将该血液冷却，以实现动脉周边组织温度的足够大的和/或迅速的下降。血液非常迅速地从心脏运动至脑部，并且不会花费太多的时间与周围组织接触。基于鼻部的选择性冷却策略不会提供太多时间使血液在其从心脏穿过至脑部时与周围冷却组织达到平衡。鼻、咽和食道的冲洗产生冷的组织——血液与该冷的组织能够达到平衡——的长的冷却柱，这导致更大程度的平衡并且使动脉血冷却。头皮和上呼吸道的直接冷却可补充血行冷却，这是由于头皮和上呼吸道的直接冷却也导致脑部内产生温度梯度，使得表面温度比脑部中深处的温度更低。由于在将经冷却的血液输送至更深的脑部结构之前，该梯度通过流动的血液来抵消，这是由于脑部动脉在将经冷却的血液输送至更深的脑部结构之前沿脑部的相对更冷的表面穿越较长的距离。

使用所公开的方法，在没有对整个身体或身体的较大部分进行冷却所带来的有害的生理后果和医药后果或是技术困难的情况下，实现了对头部和/或脑部的集中的或单独的冷却。脑部冷却可持续地或间歇地施加充足的时间段，以避免对脑部造成损害，并且该时间段可持续数分钟、数小时、若干天或若干星期。在一些实施方式中，冷却持续至少3小时、至少4小时、至少8小时、至少12小时、至少24小时、至少48小时、至少一个星期，或更长。冷却所持续的时间段由患者的状态和医疗人员的临床判断来确定。冷却液的温度可根据治疗需要而随着时间改变。例如，液体可初始被冷却至10℃或更低(例如，低于0℃)，以诱导迅速的脑部冷却并阻止产生脑水肿、有害的代谢变化或灌注损伤。在使用的最初几小时或甚至前几天之后，液体的温度可被升高，例如升高至20℃至30℃，以便在更小风险的对软组织的低体温损伤的情况下来冷却脑部。

与许多其他现有技术的低体温治疗在人类研究中所论证的3至5小时相比，该方法例如可以在预计的5至15分钟内产生脑的冷却。可在室外(医院设施外部)开始治疗，以加快开始治疗，并减小消耗的时间，以在疾病初现之后至实现温度目标。装置、系统和方法可由仅具有诸如安置导管及插入气管内管的能力之类的基本的急诊医疗技能的人员来使用。方法的简化还允许在广泛的临床情形下迅速实施治疗。冷却液可以——但并非必须——比之前人类研究和大多数动物研究中使用的冰水明显更冷，由此提供了较大的温度梯度，该较大的温度梯度促进更深的和更迅速的脑部冷却。

头皮冷却、上呼吸道冷却和脑血流冷却的组合提供了快速且有效的脑冷却。该方法特别有效之处在于：该方法通过使用循环的冷的液体的公共池来对所有这些结构进行选择性冷却。这种积极的局部冷却方法被认为即便在不存在自发循环——尽管循环血液被认为进一步加速了冷却——的情况下仍然在对脑部进行迅速冷却方面是有效的。所公开的方法还允许实现更深水平的低体温，这可有助于实现“假死”的可能的益处。该治疗还带来了以下可能性：即便对于在那些不能在室外实现自发循环的恢复的人，仍然具有对生命和神经功能进行抢救的可能性。在抵达适当的装备设备的医疗中心之后，通过使用心肺转流术重新建立整个身体和脑部血流，同时探索进行更积极且耗时的尝试以恢复并维持自发循环。如果脑部被冷却，则即使在再循环的恢复被显著延迟的情况下，也能实现更大程度的神经性恢复。

冷的液体围绕头部的循环也可以有效的，尽管该循环不是必须的。将头皮与局部低体温治疗在功能上隔离的因素包括头发、边界层效应、冷的头盔与头皮之间的材料层和空气层。头皮结构与循环液的直接接触有助于避免这些问题。

脑部的下表面的直接冷却由于更薄的保护层的骨和软组织而被认为比头皮冷却更迅速地发生。上呼吸道与脑部之间的骨近似地为头皮中的骨的厚度的一半，并且软组织层为头皮的厚度的1/4。

适合以选择性冷却或者非选择性冷却的方式使用的装置的另一示例在图5A至图5C中示出。该装置为头部冷却箱体220，该头部冷却箱体220具有矩形基底222、矩形后壁224、两个相对的侧壁226、以及前壁228。每个壁224和226具有足够的高度以在位于箱内的受治疗者的头部230上方延伸，甚至在头部倾斜使得头部如图5A至图5C中那样延伸时仍然在位于箱内的受治疗者的头部230上方延伸。然而，前壁228具有缺口支撑部232(图5A)以接纳受治疗者的颈部。

一组形成头部接收器234的内壁与箱体220的外壁间隔开并平行于箱体220的外壁，如图5A至图5C中所示，该头部接收器234足够大以接收头部230，使得受治疗者的颈部停置在支撑部232上。头部接收器与箱体的外壁之间形成有储液器238，该储液器238局部地地或完全地围绕接收器234以存储足够量的冷却液来用于通过受治疗者循环并迎着头皮在外部应用。储液器238在接收器234的后方及下方延伸，并经由形成排液部240、242、和244的一个或更多个开口而与接收器234连通。在图示的实施方式中，排液部240位于接收器234的后壁中、排液部242位于接收器234的底壁中、以及排液部244位于接收器234的前壁中。上端口246在箱体220的顶部附近延伸穿过后壁224，并且下端口248在箱体220的基底222附近延伸穿过后壁224。

在使用中，需要治疗的受治疗者的头部230可被安置在箱体220中，使得颈部处于缺口部232中、并且头部在延伸方向上向后倾斜。冷却液被引入到储液器238中以提供大量的冷却液，所述大量的冷却液之后可以循环通过冲洗导管(未示出)进入受治疗者的呼吸消化道中，这如之前所描述的。冷却液最初通过上端口246输送至储液器238中，并且随后通过下端口248抽回并在与受治疗者接触后通过排液部240和/或242和/或244而返回。当液体被引入呼吸消化道中时，液体流至呼吸消化道中并通过呼吸消化道，直到液体最终在不通过导管或其他管抽吸或移除的情况下被动地从受治疗者的口部和鼻部离开。当液体从口部和鼻部出现时，所述液体围绕头部230而聚集在接收器234中，以将头部在外部进一步冷却至更低的脑部温度并且所述液体通过排液部240至244排出至储液器238中。液体能够从接收器234通过一个或更多个排液部返回至储液器238所具有的速率由排液部打开的程度以及打开的排液部的位置和数量来调整。在图5C的图示的实施方式中，底部排液部242是打开的，而侧部排液部240和244是关闭的，使得接收器234中的液体在重力的影响下被动地流动至储液器的下部中，这如箭头250所示。相对于液体进入接收器的速度而对液体从接收器234中排出的速度所进行的调整确定了液体在接收器234中的高度。

在图5C的图示的实施方式中，在周围储液器230中的液面低于底部排液部240的液面，这允许通过底部排液部242而排出。然而，在那些大量的冷却液设置在周围储液器238中的情况下，液体仍保持在打开(而底部排液部242是关闭的)的侧部排液部240和244的高度之下。

图5D和图5E中示出替代性实施方式，其中，为了简化而非以限制的方式给予了与图5A至图5C的部件对应的部件相同的附图标记。然而，该实施方式与先前版本不同之处在于：前壁228具有高度调整构件252，该高度调整构件252装配在前壁228上，并且能够朝向基部222和远离基部222运动，以调整用于受治疗者的颈部的支撑部的高度。调整构件252被盖有用于保护受治疗者的颈部的衬垫254并且调整构件252确保了颈部延伸的可变量。储液器238的的顶部也由盖256覆盖，该盖256在铰链258处枢转以打开和关闭储液器238。储液器可以打开以例如在期望对该储液器内的液体进行冷却时将冰或者其他冷的物体添加至储液器238中。

图5F中示出了箱体的另一实施方式，其中，该箱体220形成用于保持冷的液体的储液器，并且，箱体的前壁具有减小的高度，或具有的缺口部分，缺口部分用于接收头部、使颈部被支撑在高度调整构件252的衬垫254上。然而，头部接收器由渗液网260形成，该渗液网260覆盖接收器238以便在低体温治疗期间保持受治疗者的头部。网260在衬垫254的高度下方沿一个边缘紧固至前壁228，并且在箱体220的顶部处沿相反的边紧固至后壁224。网260因此形成用于受治疗者的头部的可渗液支撑悬带，使得当液体流动通过呼吸消化道然后流出呼吸消化道时，溢出到网260上的并穿过网260的液体返回至下部储液器238中。

在图6A的实施方式中，冷却装置为底板270的形式，该底板270包括头部接收器272和用于保持冷却液的供给的储液器274。接收器272和储液器274处于彼此并排的关系而非如之前所描述的实施方式中那样是储液器围绕接收器的关系。底板270具有平坦的矩形基底276，该基底276足够大以容置身体的上部——例如从腰部或胸部中间至头顶部。底板270的顶表面由平坦的身体支撑部278、直立的底壁280、以及倾斜的顶壁282形成，其中平坦的身体支撑部278通过对置的侧壁271(图像中仅示出一个侧壁)而与基底276间隔开并保持为与基底276平行，倾斜的顶壁282将储液器274与接收器272。侧壁271具有与接收器272的顶部相同的高度，由此也形成接收器272的侧壁。

倾斜壁282从身体支撑表面278向下倾斜至接收器272的底表面280。在壁282与支撑表面278的结合部附近设置有穿过倾斜壁282的排液部284，以在接收器272中的液面高度上升至储液器274中的液面高度上方时将液体从接收器272排回至储液器274中，这如图6A中的穿过排液部284的箭头所示。在靠近倾斜壁282处的身体支撑部278上定位有含衬垫的颈部支撑部286，以保护布置在底板270上的受治疗者的颈部并辅助布置在底板270上的受治疗者的颈部的延伸。

在使用中，受治疗者可脸朝上地安置在底板270上，使颈部延伸并且头部处于接收器272中。期望的冲洗导管插入到受治疗者的呼吸消化道(未示出)中，并且来自储液器274的液体被泵送通过导管进入呼吸消化道中，以对患者进行冷却。冲洗液然后流出受治疗者的鼻和口部并聚集在储液器272中以通过排液部284返回至储液器274。底板支撑部278优选地为热传导性的(例如，由金属制成)，使得底板中的冷的液体也直接地冷却受治疗者的身体。这种对受治疗者的背部的直接冷却对于以下方面是特别有利的：在对可能已经发生脊髓损伤的患者体内提供脊柱的冷却方面，其中这种患者可从这种冷却中受益以减少发炎和肿胀。

图6B中示出底板冷却装置的另一实施方式，该实施方式除以下方面之外类似于图6A的实施方式：身体支撑表面278’向上倾斜以抬起受治疗者的肩膀和颈部。以这种方式提升上躯干有助于保护呼吸道并阻止液体进入呼吸道中。该实施方式也适当地定位患者的头部，以将冲洗导管插入和引入到呼吸消化道中。图6B的底板冷却装置也示出为布置在面朝上地躺在担架288上的患者的背部下方，使得该冷却方法能够在医院中或者在前往医院的途中(例如，在救护车上或在载运至医院时)对受治疗者实施。

图7的实施方式图示了适于对经受潜在的脊柱损伤并且需要将脊柱稳定以避免诸如对脊髓的损伤之类的另外的损伤的患者进行治疗的冷却装置的实施方式。该实施方式包括大的矩形盆290，该矩形盆290比悬浮在盆290上方或内部的平坦的身体支撑板292更长且更宽。支撑板292具有侧向延伸部和上部延伸部，所述侧向延伸部形成右臂支撑构件和左臂支撑构件294和296，所述上部延伸部形成头部支撑部298。在一些实施方式中，盆290填充有液体300，所述液体300包含充足的冰302以将液体300冷却至期望的温度。在其它实施方式中，盆290可填充有来自冷冻单元的经冷却的流体并用经冷却的再循环液体持续地更新。盆290因此提供了下方的大的冷却液储液器，以便通过冲洗管(未示出)引入到安置在支撑板292上的受治疗者的呼吸消化道中。在一些实施方式中，患者(未示出)可被定位成仰卧在支撑板292上，同时头部转向一侧，使得内循环液体(和/或喷洒在头部上的任何液体)可被动地返回至盆290以在盆290中冷却，从而再循环至患者。在其他实施方式中，如以下详细地讨论的，可从患者处主动地移除液体(例如，通过至少一个导管抽吸)。

图8图示了移动类型的冷却装置，其中受治疗者302仰卧地躺在担架304上，该担架304由轮306支撑以运输担架上的受治疗者。独立的储液器308被支撑在具有可调整的高度的手推车310上，并且手推车310还被支撑在轮312上以与担架一起运动。储液器308为具有缺口部或高度降低部311的大容量的箱体，其中颈部314被安置成使得患者的头部316能够向后倾斜并进入储液器308中。在患者的背部下方安置有底板以支撑背部和头部。底板为成角度的构件，该成角度的构件包括若干部段：用于水平地放置在担架304上的平坦的背部支撑部318，通过储液器的颈部接收部装配到储液器308内部的倾斜的颈部支撑部320，以及紧固至颈部支撑件320并且大致地保持为平行于背部支撑部318的平坦的头部支撑部322。头部支撑部322与位于颈部支撑部320上的一系列棘轮或支撑凹槽324匹配，使得能够沿颈部支撑部320调整头部支撑部322的位置、同时维持头部支撑部322与背部支撑部318之间的大致平行的关系。

在使用时，受治疗者302可被安置成仰卧在担架304上，同时背部支撑部318处于受治疗者的背部下方、颈部定位在缺口部311中、并且头部316在担架304的顶部边缘上方向后倾斜以使头部316位于储液器308中，该储液器308也作为用于保持头部的接收器。头部支撑部322的位置调节成在储液器308内的期望的深度处将头部316的冠部支撑。储液器308包含冷却液326，冷却液326达到覆盖头部316的冠部的高度，以提供头部的外部的冷却(或在无需头皮冷却的情况下位于头部的下方)。如与其它实施方式相关联地描述的，冲洗导管(未示出)插入到受治疗者302中，并且冷却液326从储液器308泵送至受治疗者的呼吸消化道中，以实现期望的冷却速度和冷却程度。由于储液器和担架均在轮上，因此储液器和担架以一前一后的方式运输，以便于在运输期间对受治疗者实施低温治疗。

在以下部分中提供关于本公开的方法、系统和装置的另外的细节。

液体的温度

由于永久性脑损伤是导致死亡和残疾的主要原因，因而脑部冷却的更有效的方法将有利于患者的整体医疗康复，即便这些治疗冒着将瞬态损伤转至其他组织床的风险。尽管在低于0℃的温度下有时会发生冻伤，但在本文中所使用的温度下的全氟化碳(PFC)和其它液体被认为在本方法中益处大于害处。例如，家用冰箱将其容纳物保持在-17℃的温度下，并且食品(诸如冰激凌)在该温度下被消耗而不产生对嘴部或食道的损伤。同样地，来自冰箱的冷的物品可放置在损伤的皮肤上以减少肿胀(用于创伤区域的冰袋)而无组织坏死的不可接受的风险。

食道和上呼吸道能抗御各种破坏性刺激，诸如反酸、毒性注射、放疗和化疗。肺、上呼吸道、以及皮肤在冷水溺水中已经暴露在0℃至4℃的水/盐水中而无重大的后遗症。肺已经被注入了足够大体积的4℃的PFC而无重大的不良影响，所以可能无意中进入肺部的冷的可生物相容性液体不太可能是有害的。

脑部冷却的有益结果例如通过脑冷却至大约33℃可以看出。然而，脑部可耐受低得多的温度。动物将其脑部冷却至10℃至26℃并且随后恢复同时无明显的神经性损伤。已经发现人类在26℃下冷却并且随后恢复同时无明显的神经性损伤。基于这条信息，可以认为所公开的低体温疗法在以下条件下可以以可接受的治疗风险来使用：经冷却的液体处于约30℃或32℃以下且在-20℃以上——例如在-10℃、0℃、10℃或20℃以上——的任何温度。将皮肤和上呼吸道短暂地暴露至具有-30℃至-20℃之间的温度的液体也可带来软组织损伤的可接受的风险。对软组织的冻伤的治疗风险也可通过下述方式降低：在低温下诱导低体温冷却并且之后在软组织损伤的风险的增大且永久性脑部损伤的风险减小时逐渐地升高温度。

预冷却脑部

已经与心脏骤停、中风、脑部损伤和其他病症的治疗相结合地对所公开的脑部冷却方法进行了描述。然而，该方法也可以预防性地使用，例如用于为进行心血管病手术的患者作准备，在心血管病手术中，患者被安置在心肺旁路机器上。现有研究已显示了在使用冰浴而外部地冷却至25℃的人类身上执行的心脏手术的良好的结果。这种患者在持续30至77分钟的不受心肺旁或其他器件支撑的循环骤停之后已经有了令人鼓舞的结果。仅在3.8％的存活的患者中——主要在那些停止时间长于30分钟的患者中——观察到了不利的神经性结果。本文中所描述的脑部冷却方法在这些种程序期间可用冰浴来替代外部冷却。

尽管“暂停”脑代谢可解释一些低温的保护作用，但在脑血流恢复时脑部的温度也可能是重要的变量。这种假设与灌注损伤理论是一致的。神经性功能对于在脑冷却之后而非脑冷却之前已恢复灌注的患者而言可能更好。

临床适应症

多种临床病症可以利用本文中所公开的方法、系统和装置来治疗。在一些实施方式中，该方法涉及确定是否受治疗者具有可从利用该冷却方法的治疗中受益的病症，并且接下来在一旦已确定受治疗者具有该病症时利用该方法对该受治疗者进行治疗。另外，该方法包括确定病症是否将从相对选择性的脑部冷却或非选择性的冷却中受益，然后施用那种类型的冷却(或两种冷却的组合)。这样的病症的示例以及响应于该病症的发现而开始的治疗在以下表1中示出。

治疗中风：许多动物研究已经表明脑冷却导致中风后改进的神经功能和梗塞量的减少。脑冷却即使是在中风初现的几小时之后开始也是有益的；然而，如果根据本文中公开的方法而立即地诱导并保持治疗性有效的低温，则会获得更多的益处。脑冷却可被用作对于中风的主要的治疗，并且也可被用作尝试性脑血管再生前的过渡疗法。

脑血管重建术被实施为对于栓塞性中风的标准治疗。溶栓药物通常用于治疗在初现症状的3小时内出现在医疗中心的栓塞性中风患者。机械移除脑血管栓塞(血栓切除术)已被证明可以改善中风后人类的神经系统的功能，即便血运重建延迟至中风发病后达8小时。及时的血运重建也与所公开的迅速诱导脑冷却的方法相结合，以在中风后显著改善神经性结果。

发热：高热病常见于感染、中风、癫痫、外伤和药物不良反应。发热与显著恶化的神经学结果相关联。当前的冷却方法甚至在当患者在重症监护设施严密监控的情况下也往往无法阻止、或减弱发热。发热常迅速地出现(尖峰)，往往持续仅1小时至2小时，并且当前的冷却方法即使在脑部处于正常体温的情况下也不能够在这短短的时间内显著地降低温度，并且预计当前的冷却方法需要更长的时间对发热期间的脑部进行冷却。本文所公开的方法甚至在面临发热时也能够在5分钟至15分钟内将脑温度降低至小于33℃，以迅速地减轻发热并减小对于诸如脑部、肺、肾等之类的脆弱器官的损伤。发热峰值的快速中断也被认为改进了诸如感染性休克和急性肺损伤之类的全身炎性病症的结果。

外科手术：脑损伤也是与神经外科、心血管和其它外科手术相关联的风险。GABG(冠状动脉旁路移植术)之后的认知和行为改变是常见的。偶发性低血压和缺氧等现象在这类高风险的外科手术中屡见不鲜。对于脑动脉瘤修复和CEA(颈动脉内膜切除术)也需要脑血流的外科切断，这会引发暂时性或永久性神经损伤。脑低温被认为减少了因术中低血压、缺氧、脑血流的中断(栓子，血管夹紧)、或炎症而产生的手术相关的脑损伤的影响。损伤之前的脑部冷却相比损伤之后才开始冷却会带来更好的结果；因此，为防止或最小化与手术相关的脑部损伤，冷却优选地在开始手术之前完成，例如，在诱导麻醉与开始手术之间完成。在手术期间和康复期间可保持冷却。

心肌梗塞和缺血：所公开的低温治疗的迅速诱导也被认为对于曾患有心肌梗塞(MI)的受治疗者而言是有利的，而无论是否血流重新建立至受影响的区域。如果灌注并未重新建立，则冷却被认为是通过抢救具有分支循环和局部灌注的区域而限制了坏死组织的的体积。在灌注重新建立之前对心脏和全身动脉血进行冷却被认为减小了灌注损伤，而灌注损伤可能是在MI之后引发永久性心肌损伤的主要原因。在本方法的一些实施方式中，冷却因而在血运重建之前开始，并且在冠状动脉仪器检测或溶栓期间或之后继续进行。迅速诱导的低温在临床上期望的时间量中对心脏进行冷却，同时重新灌注的努力正在进行。由于经冷却的血液占据心脏的所有四个腔室，因此发生了迅速的心肌冷却，经冷却的全身动脉血供给心肌，并且心脏的外表面通过食道和/或胃中冷的液体而被直接地冷却。

所公开的冷却方法在治疗急性心肌梗塞期间使用是安全的。心脏心律不齐在心肌梗塞后是常见的并且全身低体温增大了风险。因此可能的是需要进行电复律以抵消这种心律异常；然而，由于胸部和躯干会是干的，并且该装置是电绝缘的，因而电复律可以安全地进行。

将脊髓或身体冷却以进行消炎：所公开的方法也可用于对除脑部之外的器官进行非限定性冷却。例如，用冷却水来冲洗口咽腔和食道可用于在具有颈部或背部损伤的创伤受害者体内冷却整个颈部或背部和邻近的结构——临近的结构例如脊柱和脊髓(比如颈椎)。这种冷却会减少残留的不良的神经系统后遗症。尽管脊髓比脑部更薄，然而脊髓由多个绝缘性组织和骨头包围。然而，通过冷却灌注脊髓的血液及其周围结构，可以克服这些绝热特征。所公开的方法的区域选择性特征可以用来增强对特定类型的损伤的治疗，或者使对特别受影响的区域的冷却最大化。

脊髓的广义冷却可以由脑部的迅速而显著的冷却来实现，这降低了绕脊髓循环的脑脊液(CSF)的温度。通过口部和食道中的管而引入冷的液体会在流与非常靠近脑干的组织接触时引入高速度的对流性热传递，这在基底中风或其它对脑干的损伤的情况下也是有帮助的。另外，从头部返回(例如经由颈静脉)的血液的冷却又对心脏中的血液进行冷却，所述血液随后通过主动脉泵送并到达灌注脊髓的椎动脉。通过将冷却液引入到食道中和胃中而进行的纵膈的冷却会对经由上腔静脉和下腔静脉返回至心脏的血液进行冷却。所述经冷却的血液然后会泵送至脊髓。通过降低主动脉血的温度而实现的身体温度的整体降低也有助于减轻炎症反应并使永久性神经损伤最小化，否则该永久性神经损伤可能会因对神经元胞体的神经元的损害而发生于神经元胞体。

尽管对上呼吸消化道的区域选择性冷却将直接针对颈椎进行冷却，但更广义的冷却可用于最小化对于脑部或非脑部结构的创伤的全身性炎性影响(诸如脊髓损伤或其它类型的外伤，如多发骨折)。伴随有整个呼吸消化道(但不包括肺)的冷却冲洗的头部完全浸没将最大化总体身体冷却并加速诱导保护性冷却以最小化炎症反应。例如，将冲洗管防止在鼻咽、口咽、和食道(以及任选的胃)中将迅速地诱导广泛的身体冷却。

在潜在的脊柱损伤的情况下，在诱导迅速的脑部和/或身体冷却期间当然必须采取稳定脊柱的护理。在这种情况下避免延长颈部的装置和方法是优选的。

由于脊髓是薄的且低质量的，因而所公开的方法相对较快地冷却各级脊髓。由于上脊髓沐浴有来自颅的冷的脑脊液(CSF)以及由于来自上呼吸道的直接冷却，使上脊髓的冷却得以增强。颈椎冷却的目标是在开始冷却的15分钟至30分钟或15分钟至20分钟内达到33℃的温度。

肺冷却：诸如成人呼吸窘迫综合征(ARDS)之类的与肺损伤相关的炎症一直很难预防和治疗。使用激素的广泛的抗炎调制有过优劣参半的结果，并且不推荐用于早期急性呼吸窘迫综合征。已在市场上可及的仅对于败血症的有针对性的抗炎治疗具有相当大的毒性，使得这种抗炎治在具有单独的成人呼吸窘迫综合征而并无其他器官衰竭的患者中是禁忌的；与药物相关联的发病率和死亡率大于与单独的ARDS相关联的发病率和死亡率。与此相反，全身低体温则引起较小的毒性，同时展示出广泛的抗炎特性。现有的研究已经表明，当在非冷却疗法难以治愈的严重的ARDS中身体温度降低至33℃时，ARDS中的冷却提供了在预测死亡率方面33％的降低。

当使用本文所公开的非选择性的冷却方法时，肺比大多数其他器官(包括脑部)更快速地进行冷却。肺部在身体中具有流向器官群的最大比率的血液流，并且全部的心输出量流经肺部。肺也通过空域中的空气来隔离，其中空域组成大部分的肺的体积，并且具有较低的代谢率。

避免医院获得性肺炎：医院获得性肺炎——特别对于接受机械通气的患者而言——是由细菌从上呼吸道至肺部的移位而引起的。目前，预防通气机相关性肺炎依赖于与频繁的口腔护理相结合而利用每天两次应用的抗菌口腔清洗来对上呼吸道进行消毒的尝试。然而，所公开的冷却被认为是通过利用穿过上呼吸道的大量的冷却液冲洗掉细菌来减少上呼吸道中存活的细菌的数量，进而降低了与通气机相关联的肺炎的发病率。冷却液的温度致使细菌变得有惰性并且甚至可以杀死许多种细菌。此外，包含丙二醇的冷却液由于丙二醇具有广泛的抗菌特性而进一步降低了存活细菌的数量。

阻止冷的液体流入肺

保持肺部中不含冷却液会避免液体从上呼吸道的损耗，并有助于在肺中保持更有效的气体运送。公开了各种技术以作为用于抑制冷的液体进入肺部的手段。

例如，受治疗者的头部和颈部均可延伸，除非有禁忌(例如，当被怀疑有颈椎损伤时)。头部和颈部延伸通过相比于液体的高度来提升气管(喉部)的进入高度而降低了冷液体进入肺的风险。

可替代地，受治疗者被安置处于头低脚高位置使得头低于胸部。该位置通过相比于液体的高度来提升整个气管和肺的高度而降低了冷流体进入肺的风险。

另一种可能性是提升受治疗者的位于大约10cm至30cm厚的硬(可能是填充的)板上的胸部。胸部提升与液体的高度相比会提高整个气管和肺的高度。在一些实施方式中，板会在头侧部分的中线上具有缺损，以允许颈部在不碰触板的情况下在板上过度延伸。板也可在头部下方延伸2cm至6cm的厚度，板定位在箱体下方以支撑箱体。板可足够坚固以支撑CPR。

如在本方法的详细的实施方式中所示，具有可充涨球囊套囊的多腔气管内管(或者用于婴儿的可能无套囊)也可用于防止冷的液体进入肺。气管内管还包含第三腔，使得远侧开口紧靠(在上方)可充涨气囊套囊并且近侧端部连接至抽吸部。该第三腔能有助于移除靠近球囊套囊的液体、有助于减少会需要由球囊套囊来阻挡的液体的量。

液体流量和温度

引入到冷的液体储液器(如果使用了一个的话)中的液体的总量可以根据患者的需要而变化。正如已经指出的，冷却液可以引入至覆盖整个头部与脸部的深度处。另一种选择是保持液面低于气管内管球囊的高度。泵的流量(来自一个或更多个泵)可被调整为向内导管(不包括其它结构——所述其它结构不涉及将导管插入嘴部或鼻部——的设置成用于迎着头皮引导冷却液的流动的导管)提供0.2升/分钟至10升/分钟的范围内的总液体流量。在某些示例中，该流量为至少10升/分钟，并且在具体示例中，总流量大约或达到20升/分钟或30升/分钟。总流量通常输送通过1至6(诸如2至6)个或更多个导管。流入和流出导管的位置可以按需要而随着时间改变，以提供液体或保持液体流位于头皮上方以及位于上呼吸道中。

在某些实施方式中，流量可调整为对于成人而言至上呼吸道中为0.2升/分钟至10升/分钟并且在头皮上为1升/分钟至20升/分钟，对于儿童和婴儿较小。特定的储液器(诸如头部局部地或完全地浸入其中的箱体)在箱体的全部侧边为35厘米的情况下具有约40升的总体积。在这种特定实施方式中，1至15或20的总升数的冷的流体存在于例如约10升的储液器中。储液器的内含物可以一分钟循环约两次或更多次，以获得增强头部冷却所期望的对流程度。为保持低温下具有非常高的流动冷却，可使用经冷却的液体的甚至更大的储液器，例如容纳20升或更多升(例如，至少30升或40升)的处于期望的温度(例如，小于5℃、0℃、-5℃或更低)的冷却液的储液器。

为了达到最佳的冷却，不同流速的冷却液可通过本方法中使用的不同导管来引入。

当使用容器时，容器中的液体的温度可随着时间的推移通过各种冷却装置来调整。类似于流速，不同的冷却流体温度可通过不同的导管而引入。例如，可以使用以下方法中的任一种或其组合来调整温度：

-将冷的液体添加至储液器中以增大箱体中的液体的体积

-移除部分的较暖的液体并用较冷的液体来替代这部分较暖的液体

-将惰性的冷的物体放置在储液器中

-将冷冻水(水冰)或CO2(干冰)放置在储液器中(如本文所使用的，“冰”总体上指固相的非金属的物质，“冰”在室温下为液体或气体)

-将热交换器布置成与储液器和泵串联

附加的空气可添加到气管内管和食道导管的球囊中，以补偿当空气在球囊内被冷却时空气在球囊中的损失量。

液体的初始温度处于-30℃至30℃的范围内。最佳温度可以在治疗期间变化，但最佳温度被认为是在-20℃至+10℃的范围内。

理想的冷却液是具可生物相容性的(例如，无毒的)，并具有在-50℃至10℃的范围内的熔点和大于50℃的沸点。满足这些条件的液体示例在示例12中列出。液体可以在治疗过程中进行组合或连续使用。

多阶段冷却(发生及保持)

本文所公开的冷却方法可用于多阶段治疗，例如使用诱导及保持方案。在某些示例中，诱导阶段需要15分钟到一个小时，接着为保持阶段，保持阶段可持续大于12小时、例如12小时至48小时、比如长达一周或更长时间。可期望的是，在治疗的诱导及保持阶段中利用不同的液体和温度。例如，在诱导阶段将利用较低的液体温度以实现更迅速的冷却，而在保持阶段可利用较高的液体温度。在一个示例中，冷却液在诱导阶段期间的温度为-30℃至5℃，而在维持阶段，液体温度为5℃至30℃。液体的流速也根据治疗的阶段而各不相同。

在一个示例中，低于0℃的液体温度被用于诱导阶段，以实现更快速的冷却(例如，在冷却的最初30分钟至1小时期间)。通过用冰来冷却的诸如丙二醇之类的液体实现了低于0℃的温度。在冷却诱导之后，使用较高的温度(0℃以上)来保持。这样的温度易于通过经冷却的水来实现。

鉴于快速地冷却受治疗者以便从该过程中获得最大的利益的迫切性，可在迅速诱导期间使用较少控制的环境，例如在受治疗者被带到医院之前的室外(例如在救护车中)。因此可由已被送去抢救可从该治疗中受益的患者的急救医疗技术员来将受治疗者的头部局部地或完全地浸入一容器的冰水中。该容器中的液体也可以相比于在较多控制的住院设施(如在重症监护单元中)中实现的温度以较少控制的温度来对呼吸消化道供给冲洗流体。

不同的身体区域也可在治疗的不同阶段中被冷却。头部和呼吸消化道的适于利用冷的液体的强制流冲洗的部分包括诸如头皮和脸部之类的外部结构和诸如鼻咽(通过鼻管)、喉咽(通过口腔管)、食道(通过一个或更多个食道管子)、以及胃(通过胃管)之类的呼吸消化道内部结构。在诱导期间，当期望脑部的和/或身体的迅速冷却时，所有区域均可被用于冷却，除非另有禁忌。替代性地，在诱导期间，导管可被安置在除了胃之外的所有这些位置中。在保持治疗期间，可以使用外部结构与内部结构的任何组合，以实现期望程度的针对性冷却或非针对性冷却。

选择性和非选择性冷却

所公开的方法和装置可用于优先地或选择性地冷却脑部(“选择性模式”)或冷却整个身体(“非选择性模式”)。

在选择性模式下，通过应用冷却液来冷却的呼吸消化道区域仅为鼻咽和口咽；在一些实施方式中，冷却液还被引入到上部食道中。通过布置阻塞下部食道的食道球囊，可以可选地阻止液体进入下壁食道和胃。然而，在选择性冷却的一些实施方式中，食道并未被机械性阻塞。

在非选择性模式下，以下区域被冷却：头皮、脸部、鼻咽、口咽和胃肠道的部分，其中胃肠道的部分例如上部食道、下部食道和胃中的一者或更多者或全部。

选择性冷却允许脑部中具有较低温度，身体核心被较少地冷却并因而具有较少的全身性毒性。在动物模型中，15℃的脑部温度已被证明具有非常良好的耐受性和治疗性，而小于30℃的身体核心温度与增大心脏心律失常、肺炎和电解质移位的风险相关联。然而，即使非常深度地冷却至低达25℃，或甚至20℃的温度，在脑部中也没有出现不良影响。冷却的优点似乎与冷却深度成非线性函数，这是由于冷却降低了细胞的代谢速度，这又降低了在组织中的氧需求和产热，以及减少肿胀和其它与再灌注损伤相关联的生化反应的速度。

非选择性冷却用于减轻遍及身体的炎症和缺血的影响。许多疾病或病症由炎症带来，所述炎症包括：器官缺血后的再灌注损伤、感染性休克、创伤和过敏反应。冷却具有强效的、宽范的、非选择性的抗炎效果，并且目前被研究作为用于这些病症中的一些病症的疗法。

通过对供给相关的器官或结构或身体整体的动脉血液进行冷却来完成颅骨外部冷却。源于使用本公开的装置和方法的实验数据已经展示出即便在没有对下部食道或胃进行冷却的情况下主动脉血以与对脑部进行冷却的速度和深度大致相同的速度和深度进行的显著冷却。通过深度地冷却从头部和颈部返回至心脏的血液，降低了动脉血温度(在主动脉中测量)。脸部和头皮的冷却对通过颈外动脉输送到头部的颅外结构的血液进行冷却。此外，上呼吸消化道(食道上方)周边的组织的冷却也冷却了返回颈静脉的血液。对头部和整个上呼吸道的每一个可能的表面的冷却提供了有效的非选择性冷却。

对上呼吸消化道下方的诸如下食道及胃之类的结构进行的冷却增大了全身动脉血的冷却速度。整个纵隔的冷却可通过冷却整个长度的食道以及胃来实现。食道到上腔静脉、右心房和下腔静脉的距离允许对来自身体所有区域的血液进行冷却。因此，整个食道和胃的冷却通过在所有静脉血返回至心脏时对所有静脉血进行冷却而允许对全身动脉血进行更加快速的冷却。

尽管一些当前可用的低温装置依靠非选择性冷却，但这些低温装置不能以治疗上有益的速度来提供非选择性冷却。本文中所公开的方法和装置最佳地能够在5分钟至10分钟内实现脑部中的治疗目标温度，但大多数非脑器官的最佳的冷却预计需要更多的时间。器官的冷却速度和深度将取决于多种因素，这除了灌注器官的血液温度之外还包括器官的质量、代谢活性、血流速度和冷诱导的血管收缩。时间量仍然比需要3小时至6小时的现有技术水平的装置所需的时间少得多。

本文公开的方法和装置也能在治疗的过程中的早期向受影响的器官(诸如脑部)提供快速“突发”的低温。快速诱导的低温允许在炎症级联开始时的更明确的炎症减轻，这被认为显著地增强了治疗的有效性。可以简短地获得目标器官中的早期温度，这些早期温度远低于在遍及身体维持延长的时间段的情况下被认为有毒性的温度。这种迅速冷却可包括：以较短的持续时间引入处于预定温度下的冷却流体以在比传统装置短得多的时间段(例如，6小时、5小时、4小时、3小时、2小时、1小时，或更短)内获得期望的治疗效果。

可以迅速纠正全身冷却的的任何“超调”。由于冷却的继续需要继续使用装置，因此仅停止或减少治疗即会导致身体温度的上升。这种迅速的可逆性与如果身体核心温度下降至不需要的水平则需要使整块的身体变暖的其它现有技术的装置形成对比。使整块的身体变暖是一个缓慢的过程。如果还需要更快速的变暖，则可应用外部变暖。

在该方法的某些实施方式中，治疗性低温(例如，大约33℃或更低的核心温度范围)被非选择性地诱导，接着为选择性冷却(例如，对于脑部的选择性冷却以产生脑部的非常迅速的冷却)。通过颈动脉和椎动脉输送来自身体的温暖血液通常抵消了脑冷却。然而非选择性冷却引起全身动脉血温度的迅速降低，致使更冷的血液进入上胸部中的颈总动脉循环和椎循环，并在血液进入脑部时允许血液的甚至更低的温度。非选择性冷却还降低了脑部中所获得的最低高原温度。脑部的最小温度为从身体输送至头部的热量与由装置输送的冷量之间的平衡。由于非选择性冷却降低了全身的动脉血温度，因而较少的热量被输送至头部，并有可能获得更低的脑部温度，并且更迅速地获得更低的脑部温度。

在脑部已达到脑部目标温度(通过非侵入性测量仪直接测量或预测)之后，冷却可从非选择性冷却切换到选择性头部冷却。这种变化有助于避免因身体核心低温而产生的不良反应。在开始选择性冷却之后，可开始使身体变暖以放缓或逆转对于身体核心的温度下降。也可将变暖应用到身体核心以保持身体处于一个温度，而同时利用冷却以使脑部具有更低的温度。

紧急冷却与迅速诱导

所公开的方法和装置的优点在于它们能够诱导脑部和/或其它器官和/或整个身体的快速冷却。已发现这种快速冷却在避免永久性组织损伤和促进全功能恢复方面特别有利。因此，某些公开的实施方式能够在室外与紧急医疗人员(EMT)相关联地使用，例如，由在运送患者到医院的救护车的中紧急医疗人员使用。

冷却单元(例如小型冷冻室)可放置在救护车中，并且该单元含有5升至50升的冷却液(诸如20％的丙二醇水溶液)。如果技术人员发现具有将受益于脑部冷却和/或身体冷却(如在本说明书中其它部分详述的)的症状的受治疗者，则之后通过将患者的头部快速浸泡于冷却液中，能够实现脑部冷却或身体冷却的迅速室外诱导。为了简化该装置在室外的使用，可在液体中放置冰块以将所述液体保持在所要求的温度。头部被浸没在其中的冰镇的液体还用作冷却液——其中冷却液可被导向于在外部迎着头部的流中——的储液器，和/或用作用于导入至呼吸消化道中的冲洗流体。该简单版本的装置将无需任何电气冷却装置，并且对于将患者运送至医院的持续期间，可以由冰镇液体自身来保持冷却。

当在室外使用时，并且为了简化该技术以迅速诱导并便于运输，呼吸消化道的冷却可在无冷却液外部地应用至头部的情况下执行，而在将头部局部地或全部地浸没时会发生冷却液外部地应用至头部的情况。然而，冷却液可以可选地外部应用到头部，以进一步加快治疗性低温诱导的快速性。

泵的实施方式

多个泵可结合到系统中。例如，第一泵可以将液体118从容器112中的蓄水器通过第一入口管道吸入到第一泵，并且将液体通过第一回流管道在头部上方外部地泵送回容器112中。第二泵可将液体从相同的储液器抽出通过第二入口管道进入第二泵，并且将液体通过第二回流管道泵送回上呼吸道导管。独立的泵的优点在于：如果期望绕头部的外部输送以及至上呼吸道中的内部输送入，则可独立地调节液体的流动。这在以下情况下是特别有利的：上呼吸道导管的管径不同于用于外部地输送液体的管道以及外部输送系统和内部输送系统的内阻力不同的情况。

在利用多个导管的方法的其它实施方式中，每个导管可与单独的泵相关联。替代性地，单独的泵可以向位于特定解剖区域中的所有导管——诸如所有的外部导管、所有的内部导管、上呼吸道中的所有导管、胃肠道中的所有导管(食道和/或胃)等——提供液体流。

多种类型的泵可与本发明一起使用，例如为比如蠕动泵(例如允许在不接触流体的情况下泵送流体)，隔膜泵(例如具有一次性的头)，和/或齿轮泵(例如具有一次性的头)。

一个或更多个泵可以是手动操作或者例如通过电力而非手动驱动。手驱动或脚驱动的泵可用于医院或救护车外部——在医院或救护车外部电源可能不容易获得——的室外操作。一旦患者被运送到救护车或医院，则泵可连接到电能源并开始自动地泵送，并且该自动泵送以持续的时间段继续。

也可使用电池来为用于室外操作的泵供电。

食道内管

在使用食道冲洗的那些实施方式中，可设置有多种专用的单腔食道内管或多腔食道内管，以将高流量的冷却液输送至呼吸消化道中。例如，可使用单腔，双腔，三腔，和/或四腔导管。

对于三腔导管而言，例如内腔可以是最长的，并且可提供胃的入口。在一些情况下，该腔例如充当挂接到抽吸口的鼻胃管，以在期望时将冷却液和其他液体从胃移除。替代性地，长的内腔可用于将冷却液输送到胃。中间腔可以例如输送冷却液，并且可具有沿多个不同的方向并且在食道的不同的高度处全方向地输送冷却液的多个侧部端口。在其它实施方式中，中间腔可构造成允许空气和/或液体穿过至可充涨构件(例如，套囊)以允许构件的充涨。外腔可在期望的情况下将冷却液从食道选择性移除(例如，通过与外腔流体连通的负压装置)。在其它实施方式中，类似于以上描述的中间腔，外腔可构造成允许空气和/或液体穿过至可充涨构件(例如，套囊)，以允许构件的充涨。然而，沿食道的壁朝向嘴部移动的返回液体的流动有助于实现至液体的热传递，因此返回液体的抽吸通常不在非特定情况下使用。

替代性地，不同长度的多个平行管可用于将流引入食道中。最长的管可定位成使其末端位于胃中(或附近)并且可用于将冷却液引入胃、从胃抽吸冷却液、和/或提供胃的压力减轻。该管可具有围绕管的可充涨球囊(例如距管的远端约10cm)。该球囊可以在期望的情况下在下食道中选择性充涨，以将胃与食道中的液体流进行隔离，使得冷却液被更具选择性地引导至食道。中长的管可以具有足够的长度以定位成使其末端靠近可充涨球囊(例如距离第一管上的球囊约3cm)。在一些实施方式中，中长度的管可包括用于输送冷却液和/或抽吸冷却液(例如，取决于实施方式)的一个或更多个侧部端口。短管可定位成使其末端处于喉咽中，并且类似于中长管，可沿其长度具有用于输送和/或移除喉咽中的冷却液的一个或更多个侧部端口。气管导管可包括与上述食道导管的特征相类似的特征，同时构造成设置在患者的气管中。

口和/或鼻的排出

该装置和方法的某些实施方式的优点在于：所述冷却液能够在不施加抽吸的情况下通过口和/或鼻被动地排出。液体通过口和/或鼻的移除避免了通过布置在呼吸消化道中的抽吸管的移除，并因此提供了呼吸消化道的组织的较大表面区域上方的冷却返回液流，以使组织与液体之间的热交换最大化。通过将头完全地浸没到冷却液中、局部地浸没在其中或完全不浸没在其中，可以实现液体通过口和/或鼻的排出。

在一些图示的实施方式中，排出口部的液体聚集在绕头部的储液器中。然而，排出的液体还可聚集在头部下方或旁边的储液器中。例如，头部可通过的可渗透支撑表面——可渗透支撑表面具有一个或更多个开口，液体通过所述一个或更多个开口返回至储液器——来支撑。排出的液体之后可以被冷却并返回至呼吸消化道以继续冷却组织。

在一个示例中，头部可转向一侧，使液体从口的一侧涌出，这将有助于避免使冷却液与脸部接触，并且通过降低液体在上呼吸道中的高度而有助于将液体保持在肺外部。头部可被轻轻地约束，以保持头部转向头部的一侧，并且嘴角可下拉以促进液体离开口部。在一些实施方式中，排出管可被安置在口中，以进一步降低口部中的液体高度。或者液体可主要地通过抽吸收回(例如，借助于负压装置而通过一个或更多个气管内管和/或食道内管)，在该情况下，张开的口部和鼻部用作防止压力的任何增大的“安全出口”。

冷却液

在所公开的方法和装置中，可以将多种可生物相容性冷却液单独或组合地使用。可生物相容性液体是无毒性的液体或是具有从待处理问题的角度而言可接受的水平的毒性。一些毒性是轻微的(诸如可由甘油引起的皮肤刺激)，而其他则更显著(诸如引起电解质异常)，但能够进行医疗管理。只要因使用该液体而显示出的毒性在其所使用的临床环境下是可接受的，则该液体被认为是可生物相容性的。引起严重的永久的损伤或与生命不能相容的任何液体不被认为是可生物相容性的。在一些情况下通过添加稀释剂(诸如水)而使高浓度的生物不相容的液体制成为是可生物相容性的。

可生物相容性液体的示例在表2中列出。

在本文所公开的方法中特别有用的冷却液具有高的热容量和热传导性。气体不适合于该目的，因为气体不能以所公开的方法所设想的速度来传递热量。用于特定液体的最佳温度通常是在不冻结且具有可接受的粘度的情况下可实现的最低温度。

更冷的冷却液增脑部和/或身体冷却的速度，然而冷却速度与冷的液体的潜在组织损伤效应相平衡。然而，动物(包括人类)的组织可以至少在有限的时间段内容忍惊人的低温。来自食品冷冻箱的物品(-17℃)通常被放置在创伤后的皮肤上以减轻肿胀，这说明了皮肤耐受这种低温的能力。粘膜(诸如那些在呼吸消化道中发现的粘膜)也容忍低温，这如通常食用来自食品冷冻箱的物品(-17℃)这一事实所说明的。

液体的混合物在本公开的方法中被设想为是特别有用的。例如，可使用利用了与水的相互作用的混合物。水/丙二醇混合物是用于诱导的优选的液体，因为水/丙二醇混合物可被冷却到低于0℃的温度。水/盐水冷却液由于其较低的毒性而可被用作维持液，以维持高于0℃的温度达12小时至48小时。盐溶液具有较低的凝固点，并且容易从患者、工作人员和装置上清洗掉。

冷却液的示例包括在表2中示出的那些示例。

诸如月桂基硫酸钠、月桂基醚硫酸钠等的微量清洁剂可以添加到冷却液来溶解碎片和体液(血液，黏液，毛发，汗)，并抑制泵/管道阻塞物。

如上文所述，用于诱导阶段的特别优选的冷却液为丙二醇(PG)和PG水溶液的混合物。PG被冷却至-10℃至-20℃，并且在诱导期间使用30分钟至60分钟。由于PG40％的水溶液具有-22℃的冰点，因而该温度是可获得的。PG处于“一般认为安全”的FDA分类中，并且具有非常低的摄入毒性。例如，PG被发现以高浓度存在于食品和化妆品中；在美国一般成人在食物中消耗的PG为2.5克/天。PG为漱口剂中的普通的配料，并且在许多口腔和静脉内药品中为主要配料。PG引起最小的皮肤和眼部刺激，并且用于许多外用药物和个人护理产品中。PG已经被雾化并且吸入以治疗慢性肺疾病。很容易用水或生理盐水将PG从粘膜和皮肤上冲洗掉，因此这种诱导液可容易地通过用盐水、水、或用于在治疗的后续维护阶段中使用的其它液体冲洗而移除。

PG的使其很适合作为冷却液的其它特征是：PG的高比热(其接近于水并高于乙二醇)、粘度仅略高于水、表面张力低于水(当与水混合时)、与许多类型的挠性管件和泵兼容、非常低的可燃性、并且没有特殊的处理需求。

用于维持低温的特别适宜的冷却液是盐溶液，诸如0.9％的盐溶液。用于维持液的最佳的温度范围为+5℃至+20℃，并且维持期间的示例是12小时至48小时。盐溶液的长达该持续时间段的使用是特别适当的，这是由于盐溶液被认为是一种“生理的”流体。盐溶液在维持治疗期间还避免了在长期使用期间皮肤和肠对丙二醇的吸收。盐溶液可以被调整成使得盐溶液相对于呼吸消化道周边的组织而言是中性渗透的。

甘油可以是特别有用的冷却液组分，这是由于当添加到水中时，甘油具有低的表面张力。盐在水中(盐溶液)对粘度没有影响并且不会降低表面张力。糖溶液增大液体的粘度，而乙醇降低表面张力(但由于它的易燃性，因而必须谨慎对待)。氯化钙稍微增大了溶液的粘度，并由于氯化钙在非常高的浓度时会称为刺激物，因而在低浓度下使用氯化钙。

比较数据

比较研究已经进行到比较通过由Brown等人在ProfoundSelectiveCerebralHypothermiainDogsbyNaso-OralPerfusionandHeadImmersion(鼻-口腔灌注和头部浸入进行的犬用深度选择性脑低温)，手术论坛15：413-415，1964(试验1)中所描述的的方法诱导的冷却；利用0℃的液体的改进的冷却以及头皮、鼻腔、口腔和上食道冷却(试验2)；利用-15℃的冷却液的头皮、鼻腔和口腔冷却(试验3)。

动物的手术准备

98公斤的成年母羊被维持在手术程度麻醉下直到安乐死。该羊经受了3种方法的脑低温，并且结果通过测量脑部的浅表皮层和全身的动脉血的冷却的比率和大小来测量。记录了每一分钟在脑浅表皮层、在腹主动脉中的动脉血中、在颈部的围颈动脉组织中、在直肠(核心温度)中、以及在装置储液器中的温度。监测是由连续的心电图、连续脉冲血氧定量法、连续的动脉血压、以及连续的呼气末二氧化碳进行的。

在手术准备期间，该羊被从口中插入标准的带套囊的气管内管(ETT)，并机械地通风有100％氧气且每分钟通气量滴定至35托的呼气末二氧化碳。进行了气管造口术并且安置了带套囊的管，使得管的末端处于下气管中。进行了食道造口术并且安置了带套囊的管，使得管的末端位于中间食道中，并且近端近重心。动脉和静脉导管置于右腹股沟中。

左边的中间颈部被切开，温度探针布置成与颈动脉呈侧向并且在筋膜和皮肤的高度处被封闭的位点处。头皮在左上顶叶区域被切开，并且穿过22mm的头骨形成有10mm的钻孔。硬脑膜和脑浅表被切开，并且放置有温度探针使得末端置于脑部皮质的表面下方7mm处。毛刺孔用牙科黏固剂密封。该位点在筋膜和皮肤的高度处被封闭，并覆盖有凡士林油。

获得用于以下示例的导管。所述导管具有以下内径(ID)和外径(OD)：

进气管道-从储液器至3个泵中的每个泵

ID(内径)＝1/2英寸

OD(外径)＝3/4英寸

头皮管

ID＝1/2英寸

OD＝3/4英寸

鼻管、口腔管和食道管子

ID＝5/16英寸

OD＝7/16英寸

试验1-利用来自仅插入鼻孔的导管的低流量冷却液的选择性冷

却(Brown等人，方法)

通过将管的末端插入超出每个鼻孔5cm而在每个鼻腔中放置一个管。

在顶部处开口的箱体充当用于冷却液的储液器。该储液器被填充由处于0℃的带冰的水。以1.8L/min从储液器抽吸液体的泵将液体通过管引入至鼻腔中。液体经由鼻和口被动地返回至储液器中。在冷却开始时，通过倾斜手术台、将头枕从桌上移除并伸长颈部而使头保持低位而将头浸入到储液器中。同时，鼻管被连接至泵的流出管。冷却在30分钟后中断、泵停止、头部从储液器移除并且利用温暖的生理盐水静脉滴注以及对躯干进行外部变暖而使该羊重新变暖。鼻管被放置就位并且与泵断开连接。

执行31分钟的冷却，然后开始启动复温。得到的数据示于表3中。

表3

低流量冷却液仅进入鼻咽中的选择性冷却

试验2-选择性脑冷却

在使来自试验1中所描述的试验中的动物重新变暖之后，布置有口腔管以使末端处于舌根处，并且布置有食道内管以使末端处于上食道中。两个附加的管布置在液体储液器中。当头部被浸入在储液器中时，两个附加的管的末端距离左右顶骨头皮4cm并指向左右顶骨头皮。在顶部处开口的箱体用作用于冷却液的储液器。储液器充满带0℃的冰的水。在冷却开始时，通过倾斜手术台而使头处于低位、从手术台移除头枕并延伸颈部，从而将头部浸入。使用了三个泵(1、2和3)。所述两个鼻管连接至泵1的流出管，口腔管连接至泵2，食道管连接至泵2，并且两个头皮管连接至泵3。泵1以6升/分钟、并且泵2和泵3各自以12升/分钟从储液器抽吸冷却液。冷却在21分钟后中断，泵停止，头部从储液器移除，并且利用温暖的生理盐水静脉滴注以及对躯干进行外部变暖而使该羊重新变暖。

从该方法获得的数据示于表4中。

表4

选择性脑部冷却

试验3-在动物实施安乐死后以丙二醇作为冷却液(试验3)继续冷却(试验4)

在使来自试验2的动物重新变暖之后，食道内管被撤回并替换为第二口腔管，使得存在两个口腔管，且所述两个口腔管均使其末端定位于舌根处。两个鼻管和两个头皮管均保持就位。在顶部处开口的箱体用作用于冷却液的储液器。储液器被填充以-15℃的1∶1的丙二醇和水混合物。泵以泵1：1升/分钟、泵2：3升/分钟、以及泵3：5升/分钟的总的9升/分钟而通过内置的导管从储液器抽取液体。在开始冷却时，通过倾斜手术台而使头处于低位、将头枕从手术台移除并延伸颈部，从而将头部浸入。同时，鼻管连接至泵1的流出管，口腔管连接至泵2，并且头皮管连接至泵3。泵以泵1：1升/分钟、泵2：3升/分钟、以及泵3：5升/分钟而从储液器抽取液体，其中以总计4升/分钟通过内置的导管而从储液器抽取液体，并且将5升/分钟的液体引导在头皮处。

羊在14分钟之后安乐死并且冷却过程另外进行了22分钟。

使用丙二醇进行冷却的结果示于表5中。死后的测量值以粗斜体表示。

表5

在动物死亡后以丙二醇作为冷却液继续冷却

使用鼻与呼吸消化道冷却的主动脉血冷却比较

下表中主动脉的血液温度数据表示通过将更高流速的液体引入至沿呼吸消化道和头皮的多个位点中而实现的全身血液冷却的优良率。如果增加下食道导管和胃导管、并且也对通过这些导管而引入至呼吸消化道中的液体进行冷却，那么冷却甚至会更快地加速。通过使用温度低于0℃的冷却液，也会加速对液体的冷却也会加速。

表6

主动脉血液温度

对于试验1至3，通过使用纯水作为冷却液、食道、口腔冲洗、以及头皮的添加物流到鼻腔的冲洗使得对于5℃的脑部温度下降，脑温度降低的速度快到两倍以上：从30分钟下降至13分钟。在13分钟内下降5℃的温度是惊人的冷却速度。头部冷却在即便没有脉冲的情况下也是有效果。动物死亡后，核心身体和主动脉温度实际上增加，但脑部温度继续下降。因此，冷却液除了具有对血管中的灌注脑部的血液进行冷却的效果之外还具有对脑部的直接效果。

尽管以下两项偏离了最佳操作条件，然而脑部温度在试验3中同样显著地降低了。首先，由于末端在试验3中保留在口咽中并用作第二口腔管，因而并未最佳地安置食道内管。第二，高粘度的50％的丙二醇水溶液冷却液导致了液体以降低的流速进入呼吸消化道中。通过20％PG和-10℃的沐浴温度将期望产生更深的以及更迅速的温度下降，这是由于粘度会更低并且液体在呼吸消化道中的流速将会更大。

然而，通过将呼吸消化道冷却增加至头皮冷却而获得的血液温度比仅冷却鼻腔和头皮所获得的血液温度低得多。鼻+头皮冷却达到了仅34℃的最低温度且已经平衡，而增加呼吸消化道的冷却达到30℃的血液温度并且在实验结束时仍在下降。这是一个重大的差异；在无呼吸消化道冷却的情况下，总温度下降为4.7℃，而在有呼吸消化道冷却的情况下，冷却温度为在更短的时间内多下降了3.4℃，且仍然没有达到平衡。

在使用丙二醇的试验3中，脑部温度在32分钟内达到约28℃，尽管实验受治疗者在经过该冷却时间的大约一半时已死亡。此前的公布的报告已报导过在30分钟内达到仅约33.4℃的温度。因此，呼吸消化道冷却方法能够在至关重要的前30分钟内——在此期间启动治疗性低温被启动——以大约两倍的速度来冷却。

增加食道流有助于提高冷却速度和深度。未出现任何冷却液的从安置在食道中的管进入胃时的显著损失。可以预期因甚至更高的食道流速而产生的更大的食道扩张，以增大食道的表面积并提供用于发生热传递的更大的食道表面积。

由于羊(98千克)比通常的成年人(60-70公斤)大、具有比人类头骨厚得多的头骨、而且拥有毛皮的有效边界——尽管要靠近修剪，因此预期的是由头皮冷却所提供的直接脑部冷却的速度和深度对于人类会更大。然而，本发明人已经证明了相对于仅使用鼻冷却，利用呼吸消化道冷却可能获得更高速度的冷却。

在期望具有更集中的低温的方法的一些实施方式中(例如，脑部的选择性冷却)，身体可例如通过将躯干和四肢包覆在电热毯中而变暖。本文中所公开的冷却方法通过对表面的组合进行冷却和/或利用非常高流速的冷却液而进行比之前的方法迅速得多以及深得多的冷却。该方法也是通用的，原因在于：该方法可以在医院设施中、或者远离医院设施、或是在那些位点之间的运输中用于脑部自己的基本特定的冷却、或用于脑部和其它器官的不那么特定的冷却。该方法能够深度地冷却约15％的心脏血流(血流至头部)、该方法为非侵入性的程度在于液体仅引入到呼吸消化道中、并且该方法能够使内部冷却和外部冷却相结合。

通过将来自身体的所有返回液体汇合、混合并重新输送液体至身体，所有经冷却的区域被连成一体。实验中冷却液从身体的返回是被动的，这允许冷却液以高得多的流量流出鼻和口，并相应提供了更迅速的冷却。用于实施该方法的装置的简化允许迅速的实施和广泛的适用性，使得更多的人能够从该方法的简单的复杂性中受益。设计的简化——在该设计中，该方法可在无导管插入到器官(诸如脑部)中的情况下实施——使得未触碰极重要的器官并且允许更多的人从该设计的使用中受益。该方法和装置可在医疗机构内部或外部使用，使得患者不必等到患者抵达抢救室才能被治疗。该方法适于由受过较少的培训的医疗人员使用(诸如EMT)，而不必等外科医生到达才实施侵入的手术操作(诸如，将冷却导管引入到脑部或血管中)。

在选择性冷却期间，脑部也可比身体的其余部分保持为明显更冷，这最大化了脑部益处，并且最小化了身体的副作用。迅速冷却可以比使用现有技术方法的治疗的低温的常规引入快得多地被诱导并且获得低得多的脑部温度。在一些示例中，在脑部皮质的温度在5分钟至15分钟内降低到33℃，或者在10分钟至20分钟内降低到28℃，或在15分钟至30分钟内降低到25℃。在其他示例中，全身动脉血液的温度在5分钟至15分钟内降低到33℃，在15分钟至30分钟内降至28℃，或在20分钟至40分钟内降至25℃。

各种不同的导管/管可以在所述装置上使用。具体的，特定导管尺寸的非限制性的例子在上文联系试验1至3进行了描述。导管尺寸的范围的示例是：对于头皮管而言ID5/16至1/2英寸、对于食道内管和胃管而言3/16至6/16^th英寸，对于口腔管而言3/16到1/2英寸、以及对于鼻管而言2/16至6/16^th英寸。

该方法还能够通过使用用于诱导阶段的冰水形式的“存储的冷物体”或对于紧急应用而言可用的经预冷的液体而例如在冷却的前30分钟期间迅速地诱导冷却。冷却液的温度也非常低，并且使用在零度以下的温度下可用的冷却液以增大冷却的速度和深度。在储液器中可用的冷却液的量有助于保持对持续的高流量的冷却液的充足的供给。

器官通过对供给器官的血液进行冷却而被冷却，使得所公开的方法无需有效的全身甚至区域的冷却。例如，如果期望冷却颈脊髓，则这种低质量区域会被迅速冷却、而无需等待腹部的大得多的块体内容被冷却。

所公开的方法利用简单但有效的技术对头部、颈部和纵膈进行冷却以使热传递最大化。选择性冷却迅速地且深度地冷却了经由颈动脉和椎动脉输送至脑部的动脉血液。非选择性冷却能够冷却返回至心脏的静脉血液，并因此冷却全身的动脉血液。静脉血液在两个区域中被冷却：颈部和纵膈。从颈部排出的血液的温度非常低，最终接近使血液沐浴的冷的液体浴的温度。这是由于除了经由上呼吸道中的冷的流体冷却颈静脉中的血液之外，将头部和颈部中血液冷却为毛细管水平(在靠近与冷却流体直接接触的皮肤和黏膜的组织床中最深)。约15％的心输出量将以这个非常有效的方式冷却。

食道横贯整个纵隔，并紧靠下腔静脉、上腔静脉以及心脏。腔静脉承载着回到心脏的整个心输出量。腔静脉是薄壁的并且非常靠近食道，以允许与食道之间的非常有效的热传递。胃紧靠下腔静脉和心脏的下表面。

冷却液与呼吸消化道的直接接触(与将液体放置在该道内的容器中相反)允许呼吸消化道的整个表面区域(从鼻孔到幽门)被用于热交换。冷却液进入了所述球囊或刚性的装置不会到达的表面的不规则区域。用冷却液沐浴的这种不规则表面的示例为鼻小梁、扁桃体、以及喉。

除了由于冷却液穿过呼吸消化道的的流动而引起的对流之外，冷却液的强制流(不仅在外部迎着脸部和头皮，且在内部位于呼吸消化道中)也有助于对流性热交换。例如，在食道腔的外部方位处的厚层的停滞液体会引起冷却液流仅在中央核心处向下流动，这减小了热交换。可通过以下方式来提高混合：具有多点的液体输送的(多个导管、并且每个导管可有侧孔)、高流速的液体流的交叉紊流(液体被推入身体中，并且通常朝向脚部引导，但改变方向并且被驱出口和鼻)、遇到呼吸消化道中的不规则表面(未由袋或球囊展平)、以及沿液体出口的路径的多个输送管的存在。

该方法的另一个优点在于：该方法能够在无需将身体的其它部分(诸如胸、四肢或者在一些实施方式中甚至头部)浸没在冷却液中的情况下提供冷却液至呼吸消化道的内部输送。因此，能够在患者身上实施其它干预，这些干预在其它类型的诱导低温中将是不可能的。这种干预的示例包括电复律(将电能施加到心脏以改变或启动它的节奏)、心电图(通过将外部电极施加至身体，包括胸部取得来自心脏的诊断信号)或进行心脏或神经血管外科手术(诸如血管成形术或支架置入术)。

可提供温度管理装置和方法以实现更快速的冷却、脑部的更具选择性的冷却、以及脑部温度和身体温度的独立操纵。本文中所描述的温度管理装置和方法包括诱导并维持脑部选择性、全身性、以及将脑部选择性和全身性相结合温度管理(例如冷却和变暖)的方法。

本文所描述的系统和方法通常可以与以下一种或更多种活动结合使用：

1.在不控制核心温度的情况下快速降低脑部温度。

该活动的可能的临床用途包括：例如治疗心脏骤停、心肌梗塞、术中脏器的保护、头部外伤、中风、出血性休克、发热。

2.维持脑部温度低于核心温度，同时维持核心温度接近正常温度。

该活动的可能的临床用途可包括：例如治疗心脏骤停、心肌梗塞、术中脏器的保护、头部外伤、中风和出血性休克。

3.维持脑部温度低于核心温度，同时维持核心温度低于正常温度。

该活动可能的临床用途包括：例如，治疗心脏骤停、心肌梗塞、术中脏器的保护、头部外伤、中风和出血性休克。这种布置可用于非常深度地冷却脑部，同时保持身体核心温度仅高于开始出现并发症的约33℃至34℃的温度。通过循环冷的流体而冷却的围脖可应用于加深冷却。在下面详细讨论的通过加热毯在身体核心上或四肢上进行的反变暖或通过头皮或脸的表面变暖而进行的反变暖可用于平衡“溢出”冷却，即由于在呼吸消化道中或围绕呼吸消化道形成的冷的区域的静脉血的冷却。如果小心地避免了最靠近颈动脉的区域的话，也可应用颈部表面的变暖。

4.在不控制脑部温度的情况下快速降低核心温度特别是脊髓附近的温度。

可能的临床用途可包括：例如，治疗脊髓损伤、心肌梗塞、术中脏器的保护、发热。

5.在不控制脑部温度的情况下，迅速升高核心温度。

该活动的可能的临床应用包括：例如，治疗意外低温/暴露。

6.在控制核心温度的情况下，受控制地升高脑部温度。

该活动的可能的临床应用可以包括：例如，在诱导低温之后重新变暖。

7.在不控制核心温度的情况下，受控制地升高脑部温度。

该活动的可能的临床应用可以包括：例如，在诱导低温之后重新变暖。

至少一些本文中描述的所公开的系统和方法允许快速实现并维持显著降低的脑部温度(例如35℃、30℃、25℃或20℃)，同时可选地将体温保持在接近约32℃至38℃左右。例如在当处理心脏骤停、中风、脑外伤和其他类似的事件时，这种能力可以是有用的。这种能力也可以用于在诸如动脉瘤剪裁和盘绕以及冠状动脉旁路移植术(CABG)之类的程序中提供手术期间的神经保护作用。并且这种能力非常适合以与患者的核心温度的最小干扰来解决通常与脑部损伤相关联的发热高峰。本文所描述的系统和方法至少在一些例子中还可以：(1)降低脑部损伤后的颅内压，(2)降低通常与冷却疗法相关联的肺炎的风险，和/或(3)提供受控制的重新变暖的方法，由此通过降低脑部集中冷却或使用脑部集中变暖和/或身体集中变暖使脑部返回至与身体的平衡。

在一些示例中，可提供变暖功能以进一步提高设备的选择性。该系统还可包括与患者接触的接口套件以及不与患者或者进入或离开患者的流体相接触的基本单元。基本单元可以是可重复使用的，因为基本单元一般保持与患者分离。在一些示例中，本文所讨论的系统和方法还可以包括能够与可重复使用的基本单元相接触的单次使用的热交换器。

接口系统(或套件)可包括流体路径，并且如果需要的话可包括相关联的保护设备。流体路径可构造成用于单次使用。因此，在一些示例中，流体路径被称为单次使用的流体路径。然而，应当理解的是，所述流体路径也可以构造成被消毒以重复利用。

如下文更详细地讨论的，该接口系统可包括一个或更多个以下组件：鼻导管、食道导管、气管导管、口腔导管、返回歧管、切换阀或钳、滤波模块、废物储液器、连接线、再循环储液器、用于储液器的孔口、热交换器、与热交换器相关联的歧管、以及用于根据需要而固定一个或更多个系统导管的带和/或粘合剂。本领域普通技术人员会理解的是，本文所描述的这些特征和其它特征的各种组合能够与提供根据所公开的实施方式的新颖的接口系统相关。

相关的防护装置可以包括例如用于与患者接触的温度探针的一次性盖子或一次性温度探针。

一次性使用的流体路径可包括一个或更多个鼻导管、食道导管、气管、以及口腔导管。例如，两个单腔导管或者多腔鼻导管可以构造成通过患者的鼻孔引入。每个导管的末端可插入到距鼻孔1厘米至15厘米的深度。该导管的管腔使得鼻咽能够与流体源流体连通，流体源可以是例如介于-20℃与37℃之间。可包括夹子、带子、粘合剂或将导管粘贴至患者的其他装置。这些导管可包括泡沫或其它这种流动限制构件，以防止引入到鼻咽中的流体泄漏出鼻子。在其它实施方式中，可构造密封鼻子的设备。这些导管还可以包括多个端口，以引导流体流向咽中的键结构——诸如鼻甲或鼻窦的小孔。如果需要，这些导管可被切口，标记或用颜色编码来表示插入的深度。也可用夹钳或阀来调整导管中的流量。

食道导管也可包括有接口系统。食道导管可包括多腔导管。导管的末端可插入成使得远侧末端位于食道内。主腔(优选地比一个或更多个次级管腔更大)可以从导管的近端延伸至远端，以提供通向胃的通路和/或用于使呕吐物离开胃的装置。副腔可从近端延伸并在位于远端附近的挠性球囊内部终止。球囊可被充涨成减少或防止来自食道的流体进入胃。另一(例如，第三)腔可从近端延伸到靠近套囊的端口，以提供端口与流体(例如在-20℃和37℃之间的温度处的流体)源或负压源之间的流体连通。该第三腔可用于用冷的流体冲洗食道或者从靠近球囊的食道中移除流体。可提供附加的腔以便有助于以上或其它目的，诸如提供附加的球囊、食道的近侧部分与身体环境的外部之间的额外的流体连通、光纤装置、和/或压力测量探针或温度测量探针。

图18A至图18C以及图19A至图19D示出了可以与本文中描述的冷却系统和温度管理系统相联系使用的各种食道导管。图18A至图18C示出了各种多功能食道导管，然而，例如通过用于接触附加的仪器的附加的腔、添加附加的冲洗腔等，许多其它实施方式是可能的。一个示例为增加腔以容纳热电偶或光学温度传感器，以测量食道球囊上方和下方的食道温度。对“干性”食道温度和“湿性”食道温度进行比较可提供关于冷却速度的信息，并且该比较作为宏观泄漏检测器。此外，例如，通过将成捆的管粘贴在一起，或者将一个或更多个管粘贴到标准的食道导管的外部，可产生类似的功能。出于促进冷却流体的均匀流动的目的或出于使食道以有利于热传递的方式扩张(诸如增大表面积或缩短至关键动脉的距离)的目的，多功能食道导管还可包括凹槽，翅片，或侧部(非环形的)球囊。本发明的导管还可包括非圆形的通道(例如取决于系统(例如导管或套囊)内的期望的压力、取决于导管的期望的挠性等)。当期望将流体从患者移除时，腔内的流动也是可反向的。

图19A至图19D示出了可以在本文所公开的冷却和温度管理系统的实施方式中使用的“双区段”球囊食道导管。吸入腔可以定位在球囊之间以在被吸入时形成小的低压区域，从而有助于防止流体超出“下部”套囊的迁移，该“下部”套囊控制流体进入到胃。替代性的构型包括可选的第二球囊管路，以允许球囊的独立充涨。这具有使食道的受压缩的区域能够不时地变化的附加优点。

气管导管还可包括有接口系统。气管导管可包括多腔导管。导管的末端可插入成使得远侧末端定位在气管内。主(优选为较大的)腔可从近端延伸至远端，以提供对肺的用于使空气、呼吸气体、药物和/或仪器通行的大呼吸道的接触。第二腔可从近端延伸并在位于远端附近的挠性球囊处(例如内部)终止。球囊可被充涨，以减小或防止流体从靠近球囊(声门下的空间)的气管进入肺中。第三腔可设置为从近端延伸至位于远端附近但倒进球囊的一个或更多个端口，以提供端口与流体源或真空源之间的流体连通。第三腔可用于允许流体从声门下的空间移除或输送至声门下的空间。

图20A至图20C示出了与本文中所公开的冷却和温度管理系统一起使用的多腔气管导管的示例性实施方式。许多其它实施方式是可能的，这些实施方式包括用于接触附加的仪器的附加的腔、包括附加的冲洗腔等。并且通过将成捆的管粘贴在一起或将一个或更多个管粘贴至标准气管内管的外部，可产生类似的功能。当期望将流体从患者移除时，腔内的流动也可反向。球囊可被充涨以使肺屏蔽于气管中的流体。

图21A至图21D示出可用于本文所公开的冷却和温度管理系统的实施方式中的“双节”球囊气管导管的示例性实施方式。吸入腔定位在球囊之间以在抽吸时产生较小的低压区域。这防止流体迁移超出“下部”套囊，该“下部”套囊控制流体进入到下部气管。所述球囊可被充涨成使肺屏蔽于气管中的流体。可通过将肺通路腔连接至通气机并向肺增加轻微的正压来增大该屏蔽效果。该屏蔽效果与由球囊之间的低压区域形成的效果有协同作用。替代性的构型包括可选的第二球囊管路，以允许各球囊的独立充涨。这具有使气管的受压缩的区域可不时地变化的附加优点。

一个或更多个口腔导管还可以包括有接口系统。所述口腔导管可插入到口部的后部以从患者体内移除冲洗流体和/或输送冲洗流体至咽部。该导管可以与返回歧管和/或输送歧管流体连通。在口腔导管中的流体可通过泵或真空而运动。在一些情况下，口腔导管可以是气管内管和/或食道内管的腔，或者口腔导管可以是从口部区域抽吸液体的专用管路。吸入的流体可以被丢弃、或过滤且之后再循环。关键的一点在于，进入口腔导管的流速可独立于流体输送速度来调节，因此允许对患者的口中的液体高度进行控制。例如，口腔导管可被手动地调整成改变咽内的流体柱的高度。口腔导管可包括位于导管壁中的一个或更多个端口，所述端口能够用于调整咽内的流体柱的高度。口腔导管端口还可以装在网孔或过滤器中，这会防止导管在抽吸被激活时粘附至粘膜。

如上文所述，返回歧管可设置成与口腔导管流体连通，以允许口腔导管中的流体被丢弃或再循环。也可设置切换阀或夹钳以允许使用者使离开患者的流体行进至再循环储液器或丢弃物储液器。阀可以是一次性的并且与外部自动化装置接触。替代性地，阀可手动地操作。

还可以设置有过滤器模块。该过滤器可构造成接受要再循环的流体。过滤器移除细菌以下尺寸的颗粒：尺寸大于0.1微米或大于0.5微米或大于1微米或大于5微米或大于10微米。也可以使用一系列不同大小的过滤器。

可设置废物储液器以接收需丢弃的流体。废物储液器可具有介于约1升与20升之间的容量。储液器可具有至少一个入口、并且如果需要可以处于大气压力下或低于大气压力，以促进废物的移除。废物储液器和再循环储液器可包括构造成容纳流体并构造成在该过程结束时被移除和替换的套筒和/或袋子。

附加的特征可以包括用于将废物储液器连接到真空源的管路，以及用于废物储液器的通风口。该通风口可构造成使得通风口能够按需要而打开或关闭。

在一些示例中，还可设置有再循环储液器。该再循环储液器可接收并保持用于再循环的流体。如果流体需被过滤，流体可在进入再循环储液器之前或离开再循环储液器之后被过滤。再循环储液器还可以接受流体的初始加载。再循环储液器处于大气压力下或低于大气压力。储液器可具有1升至20升的容量。在一些情况下，储液器可结合到热交换器中，使得热交换器的“容纳”体积代替储液器的所有的或部分的体积。在冷却开始时，储液器可加载有初始载荷的冷却流体——这可以是例如约2L的0.9M的盐，然而，如本文中所公开的，可使用其它浓度和配方的流体。储液器还可在治疗期间接受附加的流体体积以补偿因故意丢弃、泄漏、泼洒等而导致的任何流体损失。

可设置用于将再循环储液器连接到真空源的管路。一个或更多个通风孔可与再循环储液器相关联并且通风口能够以手动的方式或以自动的方式在打开位置与闭合位置之间进行操作。

本发明的系统可包括一个或更多个热交换器(例如板式热交换器、壳式交换器，管式交换器等)。在一些示例中，该热交换器包括与该再循环储液器流体连通的一次性使用热交换器。热交换器可构造成与可重复使用的冷却单元进行热能交换。在一些示例中，热交换器可与冷却单元热接触但不流体接触。在其它实施方式中，热交换器可与冷却单元流体接触，但提供两个或更多个不同的流体路径。热交换器可由相对高传导性材料制成，诸如各种金属，这包括例如铜、铝和/或钢。在一些示例中，热交换器可以构造成允许介于100瓦特与2000瓦特之间的热交换，并且可以构造成适应介于例如每分钟0.2L与每分钟5L(例如具有低于15PSI的压降)之间的流速。热交换器可以构造成提供具有达到1m²的较高表面面积的流动路径，并且热交换器可以与如本文中更详细地描述的基本单元相接触。特别令人感兴趣的是以下情况：通过热交换器的流体路径“非常长”，使得冷却流体的温度几乎完全地与交换器壁的温度相平衡。对于矩形的通道几何结构，当通道的尺寸长度大于约1.2——大于2.0的值是特别可取的(参见Middleman，S的AnIntroductiontoHeatandMassTransfer(热传递和质量传递的介绍)，第458页)——时，会发生这种平衡。因而，进入患者体内的冷却液的温度易于从热交换器的温度和/或基本单元台板的温度而推断出，并因而受到控制。热交换器的不与基本单元的冷却元件直接物理接触的部分可被绝热以减少与周围空气的热交换。应当理解的是：甚至在绝缘侧上也会发生一些冷凝，出于该原因，侧部成型为直接冷凝到排液部或废物容器中。

还可设置与热交换器流体连通的歧管。该歧管可根据需要在食道导管与鼻导管之间分隔冷流体的流动。

也可设置各种带和/或粘着剂以将一个或更多个导管保持或维持在所期望的位置。

在一些示例中，气管内管可在接口套件的一个或更多个部件的实施之前布置在患者体内的位置中。在这种情况下，所期望的是使之前存在的气管内管布置就位而非扰乱呼吸道。因此，可能不期望插入新的或附加的气管内管——诸如本文中描述的那些气管内管，直到这样做是安全的。然而，仍可在无气管吸入的情况下实现冷却。

也可包括可选的的加温功能。加温装置可为身体核心提供温暖，以抵消由静脉血沿呼吸消化道通过冷却区域从经冷却的脑部返回所引起的身体核心的冷却。加温可通过血行和或使表面升温的策略来提供。例如，加温装置可以包括能够定位在患者身上或围绕患者的一个或更多个加热毯或加热垫。头皮或脸部的加温是另一种可能的策略。

热能可通过再循环暖流、强制性暖空气、或直接电阻加热而供给到一个或更多个加温装置。在使用一系列热电冷却设备的一些实施方式中，可设置附加的“热侧”热交换器，以从热电装置的热侧或散热器带走热量。这具有提高热电装置的效率、同时避免需要冷却风扇的优点。另一优点在于这种重新获取的热量的使用允许了更小的以及潜在地更安全的加热系统。

可设置一个或更多个温度探针以监测加温装置的温度和/或患者的皮肤温度。这种测量可用于例如监测加温装置，以减少以下风险：加温装置使皮肤过热(例如，超过约42℃)、由此输送太多的热量给患者并且有可能伤害患者的皮肤。

供给至加温装置的动力可被调制为能量移除的速度、患者温度、特别是直肠温度、膀胱温度、脑部温度、静脉血温度的测量值和/或通过冷却装置从患者身上移除的总能量的函数。加温装置可用于将身体维持在根据由直肠温度探针或其它温度探针测量的接近37℃的正常温度，而将脑部维持在较低的温度。以此方式，可获得对脑部进行冷却的神经保护性优点并且可减少和/或基本上消除与对身体进行冷却相关联的并发症的发生。

加温装置还可用来将身体维持在接近如由直肠、膀胱或其它温度探针测量的约32℃至36℃的较低的温度设定点，同时脑部保持处于更低的温度。以此方式，可获得对脑部进行深度冷却的神经保护性优点，并且可将与对身体进行冷却相关联的并发症的发生保持在受控的、可接受的水平。

如果所使用的温度探针在其整体上不是一次性的，则可设置一次性盖以用于与患者接触并与同患者接触的流体接触。在一些示例中，盖为薄的传导性塑料和/或橡胶。

可设置基本单元以与本文中所描述的患者接口系统/套件接触。该基本单元可包括一个或更多个以下部件：可重复使用的和/或一次性的温度探针、流体温度测量装置，处理器和/或数据采集系统、可重复使用的冷却单元，热移除装置、泵、泵控制单元、和/或冷却单元。本领域普通技术人员要理解的是，此处描述的这些特征和其它特征的各种组合能够与根据本公开的实施方式的新颖的接口系统的提供相结合。

在一些示例中，基本单元可以构造成使得使用者能够测量来自患者的数据。例如，基本单元可构造成(例如通过更换温度传感器)接收、获得、和/或显示患者在某些位置(例如脑部、直肠、鼓膜、叶腋、皮肤、中心静脉、颞肌，食道和/或气管套囊的远侧、食道和/或气管套囊的近侧、外耳、脚趾、手指、呼出的气体等)的温度。部需要获得所有可能的位置的测量值。在一些示例中，简单的直肠温度测量值就足够了。然而，脑部的温度会可能是至关重要的。例如，在一些实施方式中，温度传感器可以设置在进入导管(冷却流体可通过所述进入导管而进入呼吸消化道)和离开导管(例如冷却流体可通过所述离开导管而从呼吸消化道主动移除)的内部或外部。这些温度传感器可联接至基本单元，并构造成使得基本单元能够测量温度差(例如向使用者提供至少关于脑部温度的一些信息)。

其它温度监测方法和/或装置可用于帮助精确地确定脑部温度。例如，一种侵入性方法可包括：在被检者的脑部中设置栓体(例如，在颅压应当被释放和/或应获得精确的温度读数的情况下)。作为另一示例，温度传感器可联接到管路并在静脉内(例如在颈静脉中)地插入并定位在脑部附近。作为又一示例，非侵入性方法可包括：在程序期间将受治疗者暴露至MRI以获得一个或更多个温度读数。

该基本单元也可以构造成接收、获取、和/或显示患者体内的压力——例如包括在患者的气管、食道、和/或颅内的区域的压力——的测量值。例如，食道和/或气管内管套囊可构造成(例如通过压力传感器)检测和/或测量压力(例如套囊内的压力)。压力传感器可联接至基本单元(例如经由在导管内运行的电气连接)，使得该基本单元可从压力传感器接收和/或获得检测值和/或测量值。基本单元可以进一步构造成使得当达到或超过阈值压力时，发生警报(例如听觉警报、视觉警报等)。在一些实施方式中，阈值压力可以由使用者来调整。阈值压力还可以预先确定(例如基于套囊、套囊材料等的解剖布署)。在其它实施方式中，套囊内的压力可以是能够基于来自压力传感器的检测值和/或测量值、期望的压力、套囊的解剖布署、以及破坏压力等来自动地调整。

在其它实施方式中，基本单元可以进一步构造成测量冷却液的流速。可定位有流量传感器(例如：在基本单元内、沿一个或更多个导管(例如内部或外部)的长度、在套囊内，等等)，使得能够测量冷却液进入和排出(例如在主动地移除液体的情况下)受治疗者的流速。

其它的传感器和/或测量装置可构造成与基本单元接触，使得基本单元可接收信息(例如，IV单元可以发送和/或允许基本单元获得关于由IV单元输送至受治疗者的流体的信息)。

在一些示例中，基本单元可构造成提供原动力以使流体运动进入或离开患者、向进入患者的流体增加热量或从进入患者的流体移除热量、和/或显示关于患者的病症的某些数据(包括，例如，上文所描述的温度读数和/或压力读数)。基本单元可以提供单个温度的简单闭环反馈控制，或者在更复杂的实施方式中可允许使用者编制用于患者温度的某种时间进程，例如：以指定的速度达到给定的温度设定值、将患者以指定的时间段保持在接近某个指定的温度、并且以指定的速度使患者重新变暖。

该基本单元可包括与温度显示器连通的用于监测患者温度的可重复使用的或一次性的温度探针。也可以使用多于一个的温度探针。在一些示例中，可存在至少患者直肠温度的测量值。可选的温度探针可用于测量进入患者体内和从患者返回的液体的温度。在一些示例中，温度探针可通过诸如薄铝或塑料套筒之类的一次性但具高导热性材料与流体隔离。在一些示例中，导热油脂或凝胶可用于增强探针发送元件和套筒之间的热接触。可设置有处理器和/或数据采集系统并将处理器和/或数据采集系统构造成与一个或更多个温度探针连通和/或从一个或更多个温度探针接收信息。可提供显示屏或其它的这种装置，以显示从所述一个或更多个温度探针接收的信息。

可设置有可重复使用的冷却单元并将该可重复使用的冷却单元构造为接受热交换器。在一些示例中，热交换器包括一个或更多个具有矩形“箱体”的几何形状的套壳。该套壳可以是——但并非必须是——可移除的和/或一次性的。该套壳可包括位于套壳的相同侧或不同侧上的入口端口和出口端口。冷却单元可构造成关闭以使套壳的一侧或两侧与冷却元件热接触。以此方式，可在冷却元件未与套壳流体接触的情况下通过传导进行热传递。与套壳的接触可通过一个或两个平滑的和/或带特征的传导表面来建立，所述传导表面由导热性材料构成，例如为比如铝、钢、或铜。在一些示例中，传导表面也可与一系列的热电冷却装置(以下更详细地描述)接触，所述一系列的热电冷却装置泵送热量离开表面，以降低表面的温度。

在一些示例中，可设置一个或更多个装置以将热量从所述热电装置的“热”侧移除。热量的移除可以通过自然对流来进行或通过使用散热器、风扇、或附接“热管”而增强，热管是由来自热电设备的废热来加温或沸腾的流体储液器。经加温的流体可通过毛细作用或通过重力来运动。在重力驱动的情况下，流体蒸汽可上升到储液器的与周围环境进行热接触的另一部分，并在该部分处凝结，以将热量散发到环境中。然后，流体可在冷凝后回落到储液器中。替代性地，流体可以被泵送至储液器或冷却盘管的冷却部分。

在一些示例中，至少一个泵可定位在热交换器前方或后方，以将流体推送到患者体内。所述泵可以是蠕动泵，以防止流体与泵送机构接触。然而在一些示例中，隔膜泵和诸如旋转泵之类的其它类型的泵可以是适合的。如果期望的话，隔膜泵或旋转泵可设置一次性流体接触部分。

所述泵可输送成：达到0.2升/分、介于0.2升/分钟与2升/分钟之间、达到2升/分钟、介于0.5升/分钟至10升/分钟之间、介于10升/分钟至20升/分钟之间，或在某些示例中达到20升/分钟。根据所期望的启动速度，可以考虑间歇的泵正时以及预冷却的液体。在一些示例中，可设置两个蠕动泵以将流体推送到患者体内，使得一个泵控制进入一个或更多个食道导管的流量，并且并且另一个泵控制进入一个或更多个鼻导管的流量。可设置控制单元以允许使用者控制泵送的速度和/或将泵打开或关闭。

可设置一个或更多个冷却单元以与热交换器、使用者界面、和/或数据采集系统接触。冷却单元可以使用一个或更多个热电设备(例如允许对冷却输出进行调制)。在其它实施方式中，也可使用其它类型的冷却，诸如冰浴或常规的制冷单元。在其它实施方式中，可使用再循环冷却器(例如，热电或常规制冷)以允许经冷却的流体进入热交换器的一侧，其中热交换器的另一侧包括要引入到患者的流体。可以对再循环冷却器进行调整，以允许经冷却的流体的调制。再循环冷却器可以包含在0℃下的1000瓦至2000瓦的冷却能力。

数据采集系统可构造成与控制单元和与患者接触的温度探针数据连接。与数据采集系统相关联的模块可构造成获得关于进入患者体内和从患者体内返回的液体流的温度的数据。在一些情况下，模块可获得颅内压数据(ICP)。

在一些示例中，冷却单元可以包括具有与热交换器有干燥接口的系统。因此，该热交换器可与接口热接触，但没有与基本单元的冷却/加热元件流体接触。在一些示例中，接口可以是允许以最小的停留时间对工作流体进行最大冷却的双向接口。

多种散热策略可以用来尽可能快地从热电装置的“热”侧散热。例如，风扇可被用于强制空气流过翅片式热交换器。替代性地并且在许多情况下优选地，热电装置的热侧可以与循环液接触并且与用于简单地转储废热或甚至使患者变暖的液体接触。另一可能的散热策略为：使用一个或更多个液体储液器，所述一个或更多个液体储液器具有与热交换器的热侧进行热接触的相当大的顶部空间。当热电装置冷却患者时，热电装置同时使储液器中的液体沸腾，所述液体将凝结在储液器的内表面上，这将导致热量被远离环境传导。在一些示例中，热电元件可用于通过例如将热从环境传导至热电装置的“冷”侧而使进入患者体内的流体变暖。这种布置具有与强制空气冷却/变暖相比减小的复杂性的优点。该概念类似于回流冷凝器的概念。

本文所用的术语“散热器”还包括热管。在这样的热管中可利用各种工作流体，这包括例如水、乙醇、甲醇、碳氟化合物、以及上述流体的任何混合物。管进行操作时的温度是由储液器内部的压力来确定的。在一个示例中，热管的操作温度可介于45℃与55℃之间，该温度一般摸上去是温暖的但是没有灼伤的危险。

在一些实施方式中，热管可以是重力热管。在其它示例中，热管可以是能够操作成利用毛细管作用——例如在高性能计算机中常规使用的。热管可提供优于使用传统的风扇和散热器系统来散热的若干优点。例如，风扇和散热器系统可能更难以清洁。在其它实施方式中，如上所述，热交换器(例如板式热交换器)可以与冷却单元(例如构造成对直接进入患者体内的流体或通过热交换器间接进入患者体内的流体进行冷却)流体连通。

对给定的患者体温的管理可以包括三个基本阶段。可进行初始冷却或“诱导”阶段以将患者带至低温或常温状态。该阶段之后可跟随“维持”阶段，“维持”阶段中，患者的脑部温度和身体温度以一定的时间段——该时间段的范围从几小时至几天的——维持在由医师所确定的患者的各自的目标温度。最后，可提供“重新变暖”阶段，“重新变暖”阶段中，脑部和身体以受控制的方式返回至其正常温度。

图11示出了示例性的“长柱”冷却策略，并且该“长柱”冷却策略可用于描述所产生的流体流场。通过提供比“仅鼻部”策略更长的冷却区，长柱法允许更快和更深入的冷却。此外，长柱法允许实现并维持脑部温度与身体温度之间的更大的稳定状态梯度。

如图11中所示，可通过鼻导管401和多腔食道导管402供给冷流体。流体可以通过端口403离开以进入到食道中，同时通过球囊404防止了流体至胃的损失。球囊404还能够调节对胃内含物的误吸。大腔导管405可保持通向胃部的通路，并通过提供用于呕吐物和肠积气的出口路径而防止下部食道或胃中的压力增大。

可通过球囊408减小或防止液体进入到下气管406中，并且端口409可允许移除气管中的流体，以帮助减小和/或防止流体停滞。通过利用通气机以在肺中形成轻微的正压，可进一步减少流体进入下气管。多功能气管内管型(气管)管407的主腔可允许呼吸。主排出管路410可构造成回收用于过滤和再循环或清除的流体。患者可被安置成平躺或处于脚高头低的位置以帮助移除流体。

在使用中，图11中示出的系统(以及如适用的话在其它图中)可按照以下示例性方法中所描述的来实施：

1.诱导阶段(一旦确定冷却对于脑损伤患者而言是适当的)

a.如果仍未插管、插入带套囊的ETT(具有或不具有附加的端口和腔)以保护肺。ETT可具有附加的腔和端口。套囊被充涨至20cm至50cm的水的压力。如果使用了双球囊或套囊ETT或导管，则双球囊或套囊ETT或导管的第二球囊可被充涨。

b.食道管子插入到食道中，并且其套囊被充涨至20cm至60cm的水以保护胃。

c.鼻导管插入鼻孔中

d.口腔导管安置在口中。

e.承载液体的管路附接至管路的相应的歧管(鼻部歧管、气管歧管、食道歧管、以及返回歧管)。

f.回流管路连接至储液器。

g.通过将一次性的热交换器或各热交换器安置在冷却单元中以及可能的加温单元中来完成流体路径。

h.储液器被加载以冷却流体。

i.冷却单元被激活。

j.泵被激活。

k.现在建立起流体流并且可沿回路运动(参见例如图10A、10B和10C)。

l.患者体内的流动场(参见例如图11)

m.鉴于呼吸消化道可能含有诸如胃内含物或咽流体之类的感染性材料，从患者体内排出的约第一升的流体可被丢弃，而不进行再循环。如果利用双球囊气管导管，可冲洗或施加轻微的抽吸至气管中球囊之间或套囊之间的空间以将肺与感染流体入口处屏蔽。另外，使用通气机可使肺中的压力轻微地增大，以进一步防止流体进入到肺中。

n.测量装置(基于热电偶或热敏电阻的装置)被引入直肠或叶腋中，如果存在中央静脉管路和或“栓体”，则可获得这些温度。如果可用的话，也可获得颅内压数据。

o.建立冷却流回路之后，可迅速地降低脑部温度，而身体温度比脑部温度降低更多。在诱导期间，有可能将不会使用加温功能。

p.患者的身体核心温度可维持成接近正常温度。然而在其它情况下，可冷却患者直到身体核心温度低于36℃、35℃、34℃、33℃、32℃或更低，并且在一些情况下低于26℃、25℃、24℃或更低。期望的是，脑部温度将低于核心温度。随着身体核心温度接近其设定点，加温单元将投入使用，最终达到以下稳定状态：该稳定状态下由冷却单元提取的热量通过由加温单元供给到患者上的热量来平衡。

q.在脑部温度测量值可用且脑部温度为控制环的受控制的变量的情况下，将会监测脑部温度，并且当脑部温度接近其设定点时，冷却会被停止和/或加温单元会被投入使用，最终达到以下稳定状态：该稳定状态下由冷却单元提取的热量通过由加温单元供给到患者上的热量来平衡。

2.维持阶段

a.一旦患者达到目标温度，即可根据需要采取控制动作以将患者维持在目标温度附近。本领域中描述了许多控制方法，包括PID方法；多输入、单输出控制(MISO)；以及单输入多输出控制(MIMO)。也可使用内模控制(IMC)。

b.除了其它治疗之外，也可采取呼吸消化道的间歇性冲洗以防止在该“维持阶段”期间流体的滞留(尤其是在气管中)。

c.另外，可在气管端口上安置间歇性抽吸装置，以防止流体的在保护肺的套囊“上方”的滞留。在该上下文中，“在...上方”的意思是在套囊的靠近嘴而不是靠近肺的一侧。

d.在维持阶段，冷却和变暖均可增大以允许脑部温度和身体温度之间的更大的梯度。这会对应于用于冲洗患者的冷却流体的温度的降低或者系统的工作循环的增大(例如，所经过的时间的每小时有效冲洗分钟数)。

e.在维持阶段期间，可调制冲洗流体的温度以增大或减小冷却的速度。冲洗流体的流速也可被修改，这包括对呼吸消化道的全部或部分的冲洗的间歇停止。

3.重新变暖阶段

a.在重新变暖阶段期间，如果不存在加温装置，则冷却系统功率或工作循环被降低并且允许患者重新变暖。如果存在加温毯，则随着冷却被减小可向患者施加额外的能量。

b.随着患者接近目标温度，加温装置的功率被减小，或加温装置被关断。

c.在适当时，根据需要从患者体内回收流体并将导管移除。

如上文所讨论的，依靠机械通气的患者可能特别易患肺炎，这是由于存在于口和咽中的细菌进入肺。然而，用冷却流体冲洗上呼吸道和食道可通过若干机构减轻这种风险。首先，冲洗带走唾液，黏液、以及咽液，并将相关联的细菌清理掉。因此，防止了细菌在呼吸消化道中繁殖及积聚。第二，冲洗稀释了用于细菌生长所需的营养，从而降低了未被清理掉的细菌的繁殖率。这在患者近期呕吐或有抽吸胃内含物的危险的情况下是特别重要的。第三，由于冲洗液非常冷，呼吸消化道的表面的温度会显著地降低，以进一步抑制细菌生长的速度。这些作用的净结果是，任何确实进入肺中的液体很可能比进入一个未经冲洗的患者的肺部的液体的感染性要小得多。还能够将抗菌剂和表面活性剂加入到冲洗液中。

处于神经性保护的目的经受冷却的患者通常更易感染肺炎，这是由于与患者的身体核心温度降低相关联的免疫系统抑制。选择性冷却系统极大地避免了中心的冷却，并使患者的自身免疫系统能够较好地抵抗感染。这种益处因以下事实而进一步增强：表面加温而可以独立地施加，或通过一体的加温装置来施加。

通过允许流体离开和循环来进行冲洗，这如上文参照图11以及其它地方所描述的。此外，可如下地实施用于冲洗的示例性方法：

1.至少气管导管被引入到患者体内，但是另外地，鼻、或食道、导管中的任何或全部、以及回流管路被引入到患者体内。

2.鼻导管和/或食道导管用于将流体引入到患者体内。甚至可使用气管导管本身的一个腔。

3.吸入间歇地施加到气管管子的吸入端口。

该冲洗可以是冷却过程的一部分，或该冲洗可区别于冷却之处在于该冲洗能够使用接近患者的身体核心温度的流体来进行。

图22A和22B示出了简化的冲洗系统，其中，流体经由多功能气管内管被冲洗。如图22A和图22B所示，流体可经由多功能气管导管501引入，并且在端口502处进入气管。球囊503可限制和/或防止流体进入下气管，而主腔(未示出)允许呼吸气体进入和离开。冲洗流体能够溢流到胃中，或者通过对与端口502流体连通的腔施加抽吸或对与端口502的附近的另一端口连通的邻近的腔施加抽吸而被回收。

来自身体中、身体上和/或身体附近的各个位点的温度或来自装置的温度能够用于在使用中调整装置的功能。这些测量值也可被用于估计非直接测量的特性，诸如，深组织温度(脑部)、心输出量、核心产热、脑部产热以及流至脑部的血液。温度测量的潜在位点包括，例如，脑部、直肠、食道、膀胱、鼓膜、胃、肺动脉、腔静脉、主动脉、呼出气、气管壁、眼、皮肤、腹膜、腋部、和腹股沟。

示例性冷却系统和相关的分析如下所述。患者身体上的宏观热平衡式如以下等式1中所示。

$\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}{C}_p}\left(\mathrm{dT}\right)}{\mathrm{dt}}=q_{\mathrm{met}}+q_{\mathrm{env}}+q_{\mathrm{cooler}}+q_{\mathrm{warmer}}---\left(1\right)$

等式的左手侧示出患者的身体的热含量中总的变化率为密度ρ(x，y，z)、热容Cp(x，y，z)、以及温度随时间的导数T(x，y，z)的乘积，其中，温度随时间的导数T(x，y，z)由整个身体上平均的其空间平均值来表示。由于多个热流(每单位时间经测量的焦耳值，即瓦特)，身体的热含量随时间而变化。等式1的右侧上的第一项为由身体自身产生的热量，q_met，在正常情况下，该值通过与身体的环境进行的热交换来平衡，其中处于约37℃的平衡温度身体的环境由第二项q_env表示。当脑部受损伤的患者被冷却时，额外的热量由冷却装置来提取，由q_cooler表示的该热流将使得患者的总体平均温度降低，直到建立新的平衡，使得代谢加热由环境和装置驱动的冷却来平衡。

通过使用诸如加热毯、接触垫或包覆物之类的加温装置所增加的热能粗略地抵消由冷却装置提取的能量，并且减小患者温度中的这种总体的减小量。由加温装置所增加的能量q_warmer通常大致地总体上等于(但并非总是精确地等于)冷却能量q_cooler。然而在一些情况下，两个能量流将非常不同，诸如在诱导低温治疗期间当需要迅速地降低患者的脑部温度时是非常不同的。

本系统的优点在于，在一些示例中，本系统可允许护理提供者选择性地驱使脑部至一个温度，而同时驱使身体至另一温度。这可以是有益的，这是由于通常而言用于脑部的最佳的治疗温度不同于用于身体的最佳温度。例如，当因心脏骤停导致脑部损伤时即是如此。这种优点可通过将头部与身体视为如图9A和图9B中示出的两个分开的但相互作用的系统而得以加强。

图9A为示出影响脑部和身体核心温度的主要热流的框图。图9A中示出的结构提供了同时进行的脑部冷却和身体变暖。图9B为影响脑部和身体核心温度的主要热流的更详细的框图。在该图示中，加入了第三“头部”隔室以强调：由动脉血产生的冷却对于脑部而言不具有优先选择性。然而，在内部颈动脉和椎动脉的流确实主要地影响脑部温度，并且其它流在冷却身体之后间接地影响脑部。

在这个模型中“头部”被认为通过颈部的端部处的平面控制表面而与身体分开。当然，存在鼻腔与脑部隔室之间的显著的热交换。对于这种分析，该热交换与血行冷却归在一起并且作为“q^a _cooler”的一部分，并且出于简洁而未单独地示出。

头部的热平衡在等式2中给出，等式中标注有上标“h”的数量为至头部和从头部来的总通量。尽管认识到头部的温度分布是不均匀的，但这使得头部的平均温度能够通过改变离开身体核心的血液的能量含量q_artery来操纵，如通过全身冷却装置而进行的。然而，在该情况下，血液能量流动主要地由q^a _cooler控制，q^a _cooler为通过利用来自冷却单元的冷流体来冲洗呼吸消化道而从动脉中提取的热量。脑部的温度进而影响了离开的静脉血的温度，并因而影响了离开脑部朝向身体的能量通量q_vein

身体核心上的热平衡在等式3中给出，在等式3中，通过上标‘c’指示的数量为进入身体核心的总的通量。尽管认识到身体核心的温度分布是不均匀的，但身体核心的平均温度受到离开头部的静脉血的能量流q_vein的影响，q_vein因靠近呼吸消化道又受到从静脉中提取的热量q^v _cooler的影响。身体核心的平均温度也可通过使用外部加温装置而进行操纵，并且该热通量q^c _warmer可提供对使返回的冷的静脉血变暖所需的能量的抗衡。

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}^c{C}_p^c}\frac{d\stackrel{\‾}{T^c}}{\mathrm{dt}}=-q_{\mathrm{artery}}+q_{\mathrm{met}}^c+q_{\mathrm{env}}^c+q_{\mathrm{vein}}+q_{\mathrm{cooler}}^v+{q^c}_{\mathrm{warmer}}---\left(3\right)$

将身体核心和头部的代谢产热相加得出身体的总产热。

通过相同的逻辑

以及

并且最终，又使用相同的逻辑来描述整个身体的热含量，从而给出等式7。

通过这些列出的定义，将等式2和等式3相加在一起，恢复了等式1中的原能量平衡。并且示出了如何获得稳定状态的热平衡。

返回等式2，重新排列了关于头部的热平衡以对描述离开头部和身体核心的血流量的术语进行分组。

$m^h\stackrel{\‾}{C^h}\frac{d\stackrel{\‾}{T^h}}{\mathrm{dt}}=(q_{\mathrm{artery}}-q_{\mathrm{vein}})+q_{\mathrm{cool}}^h+q_{\mathrm{met}}^h+q_{\mathrm{env}}^h---\left(8\right)$

$m^c{\stackrel{\‾}{C}}^c\frac{d\stackrel{\‾}{T^c}}{\mathrm{dt}}=(q_{\mathrm{vein}}-q_{\mathrm{artery}})+q_{\mathrm{cool}}^c+q_{\mathrm{met}}^c+q_{\mathrm{env}}^c+q_{\mathrm{warmer}}^c---\left(9\right)$

用于圆括号中的表达式的身体等式的解答并代入脑等式中。

$(q_{\mathrm{artery}}-q_{\mathrm{vein}})=[-m^c{\stackrel{\‾}{C}}^c\frac{d\stackrel{\‾}{T^c}}{\mathrm{dt}}+q_{\mathrm{cool}}^c+q_{\mathrm{met}}^c+q_{\mathrm{env}}^c+q_{\mathrm{warmer}}^c]---\left(10\right)$

这带来了关于头部温度变化与身体温度变化的组合表达式。需注意的是，头部的质量比身体的质量要小得多，这意味着对于输送的给定量的能量而言，头部温度的变化将比身体温度中的变化大得多。

$m^h\stackrel{\‾}{C^h}\frac{d\stackrel{\‾}{T^h}}{\mathrm{dt}}=[-m^c{\stackrel{\‾}{C}}^c\frac{d\stackrel{\‾}{T^c}}{\mathrm{dt}}+q_{\mathrm{cool}}^c+q_{\mathrm{met}}^c+q_{\mathrm{env}}^c+q_w^c]+q_{\mathrm{cool}}^h+q_{\mathrm{met}}^h+q_{\mathrm{env}}^h---\left(11\right)$

一般而言，代谢通量和环境通量将是可变的，因此代谢通量和环境通量将被理解为是不可预测的“负荷”的变量。但是，冷却器和加温器相关的通量可容易地由使用者通过自动控制系统来操纵。

该分析表明，脑部和身体的温度可以独立地进行操作，其中q_cooler用于控制进入头部的血液的温度，并且q_warmer基本上用来补偿所得到的返回血液的温度(并因而能含量)的降低，并因此减小所得到的患者身体核心温度的降低。发明人认识到这里给出的模型被简化，该简化之处在于通过控制表面而进行的传导被忽略，然而，在结果中无显著变化的情况下可将其加入，即，呼吸消化道的冷却对脑部温度的影响比全身冷却策略对脑部温度的影响的影响程度更高，并且所导致的对身体温度的扰动可由全身变暖来抵消，并且患者可维持处于与环境的热平衡。

图9A和9B描绘了相关的热通量，其中，以上等式中和图9A和图9B中的参数在以下表7中示出。

表7：

(图9A和图9B以及等式1至11中热平衡中的变量的摘要)

图10A和图10B示出了在系统中流动的示例性流体(液体、气体和混合体)。食道导管和鼻导管以所示的方式供给有冷流体。所述流体通过泵从储液器抽出并且由与冷却单元热接触的热交换器冷却。流体通过真空从患者体内移除，但也可被泵送离开。流体流也可以反向以随时清空患者的呼吸消化道。

其它的变性可以具有以下特征：通过使用气管导管和食道导管中的任一者或两者的腔，或延长一个鼻导管至口咽并将该鼻导管用作回流管路，可使消除独立的口腔回流管路。在这种情况下，仍可使用用于冲洗鼻腔的另一鼻导管。

在使用中，初始流体载荷可被供给至储液器，储液器具有大约2L至20L的体积并且保持在医院中通常使用的真空状态下。所述真空可由包括在该单元中的真空泵产生，或通过附接至外部地供给的诸如家用真空管路之类的真空来产生。流体可由鼻泵和食道泵通过一次性热交换器从储液器中抽出。泵可为蠕动泵、并且可构造成使流体分别朝向鼻区域和食道区域运动。由于管路因内部的流体而是冷的，因此患者外部的管路如果需要的话可被隔离以减少冷凝。

在图10A中示出的示例中，来自鼻泵的流通过歧管被分开(例如，一般均匀地分开)并供给至两个导管，这两个导管各自插入通过患者鼻孔中的一个鼻孔。该流体冲洗鼻腔。然而在其他示例中，冲洗流体可通过鼻导管中的仅一个鼻导管被输送，并且另一导管可例如被导向至真空并用作回流管路。图10A中示出的食道泵被构造成使流体经由多功能食道导管的腔运动到身体中。应当注意的是，患者体内的流体大致处于大气压下，这是由于患者的嘴以及可能的话鼻腔向大气压开口。因此，该冷却系统享有比冷却液在其中处于非常高的压力下的血管内系统基本安全的优点。由于患者体内的流体非常接近大气压，因此储液器或废物管路/容器的真空足以将流体从患者体内移除。

在此示例实施方式中，引入患者体内的流体可主要通过口腔回流管路而回收。如图10A中所示，口腔回流管路可包括切换阀，在一些实施方式中，该切换阀可手动地致动，并且在其它实施方式中，该切换阀可自动地致动。切换阀可以是例如三通阀、一次性旋塞阀或球阀、或是一对夹管阀。在一个示例中，所述一个或更多个阀为一次性的。

如果流体不被丢弃，则其在返回至储液器以再循环之前可由过滤器或一系列的过滤器(过滤器模块)过滤。可随时向储液器添加附加的流体以补偿由于倾倒、丢弃等带来的损失。流体可通过抽吸穿过多功能气管导管而从患者回收。该流体可以被再循环，或者该流体可以被导向至废物。

通过将食道内管和鼻管连接至真空管路来使食道泵或鼻泵中的任一者或两者反向，从而能够将流体从患者回收。

流体可根据需要通过该系统进行循环以调制患者温度。当无需冷却时，可停止该系统。通常，为冲洗流体选择流速和温度，并且冷却的量由将泵打开和关闭的时间的份额(即，占空比)来确定。然而，可利用流速和/或温度的其它调制以控制提供至患者的冷却量。

期望采取护理以避免为患者组织所带来的抽吸创伤，并且抽吸腔通常具有多个孔，所述多个孔位于管路(像哨子导管)中或在绕多功能导管的外周的不同的点处均匀地分布，使得所述多个孔不能同时地被全部阻塞。为更均匀的循环，多个孔或腔可被增加至食道导管或鼻导管。

如上所述，图11示出在使用过程中患者体内的流体的流场。温度调制流体通过鼻导管401和多腔食道导管402供给。食道流体通过端口403离开而进入食道，而胃由球囊404保护。球囊404还防止对胃的内含物的误吸。大腔导管405保持通向胃的通路，并且提供用于呕吐的离开路径。远端气管406由球囊408保护，并且端口409允许流体的移除，以防止阻滞。口腔导管用作主离开管路410，并且回收流体以进行过滤和再循环或处理。通过气管抽吸端口409的抽吸(注意409可实际上为多个端口)被用于在需要时将流体从气管抽回。这具有以下有益效果：通过减少流体在保护肺的套囊上方的“停留时间”而冲刷气管并降低细菌生长的潜在性。替代性的，如果期望无冷却的冲刷，则通过热电装置上的极性反向，可使流体处于正常温度下，使得所述热电装置起到加温器而非冷却器的作用。

图12示出了示例性控制系统，该示例性控制系统可用于允许自动地维持如根据从经测量的直肠的测量值或其他温度测量值推断出的对于身体核心温度的期望的设定点，和/或允许自动地维持如根据经由穿过颅的栓体直接测量的或由不侵扰脑部的一个或更多个测量值所了解的模型所推断的对于脑部的所期望的设定点。该控制系统也使得能够以最小的“过冷”将患者冷却至给定的设定点，并且使得能够进行受控制的重新变暖。这可通过使用参数的PID控制来完成，其中参数靠经验获得、由患者的测量值获得、或者由数学模型获得。

该控制系统可以包括下列一项或多项：温度测量探针、将温度数据传输至控制单元的器件、接受使用者输入的器件、控制单元以及将控制单元输出发送至最终控制元件的器件(例如致动器)。

在一个示例中，提供了一种简单的开关反馈控制方案，以对脑部进行冷却、同时将患者的身体核心温度保持为高于某一最小值(例如，控制下限，LCL)。所测得的和受控制的变量可以是例如患者的直肠的温度。冷却单元可由使用者设定以便为流体提供接近-20℃至37℃的编程的温度。所述泵可由使用者设定以便在激活时提供介于例如0.2升/分钟与10升/分钟之间的流量。一旦这些参数被固定，则可通过操纵全部的或部分的呼吸消化道的冲洗的流速(开/关)来调制患者的温度。第二控制环可用于控制热电冷却装置的活动，使得以期望的流速和温度来设置冲洗流体。可对冷却器的功率(例如，热电或其它)进行调制，以保持冲洗流体教冷但不结冰，例如约2℃至4℃。该第二控制环可为传统的PID控制器。用于冲洗流体的期望的设定点可根据使用的流体和特定的情形而介于-20℃至37℃之间，但流体温度设定点通常在治疗的开始时进行选择并且保持在受控状态下，这与以下情况相反：被操纵成控制患者温度。该方法最小化了泵上的占空比并且最小化了患者的呼吸消化道被冲洗的时间量。当身体核心温度大道控制下线LCL时，泵被关断并且保持在关断状态，直至患者温度上升至控制上限以上或UCL，并且重新开始冷却。在一些情况下，期望的是使泵反转并在冷却动作结束时将任何的可回收的流体从患者的呼吸消化道移除。

在另一个示例中，控制方案还可以采用用于患者温度的PID控制器。此系统可构造成将患者的核心温度保持成接近使用者编程设定点。设定点可以由使用者(例如，服务提供者)随时改变。使用者也可以以渐进的方式(升温速度)改变设定点，这在控制冷却速度或重新变暖的速度方面可以是有用的。患者温度可以通过操纵将呼吸消化道的全部或一部分进行冲洗的流速(开/关)来调制，且患者自身的新陈代谢提供了制衡变暖力。泵所需的冲洗时间可通过PID控制来计算。图12的框图示出了实施这种系统的示例性方法。

图12示出部件之间的相互作用，以使得能够进行反馈控制。使用者能够与使用者界面相互作用，使得使用者掌控用于患者的设定点和升温速度(示出为T_setpoint)。使用者可指定用于冲洗流体的温度，该温度可与离开热交换器的流体的测得的温度T_fluid相比对。可沿热交换器在多个点处进行测量，以提供关于跨热交换器的温度分布的更多信息。冷却器控制器操纵对于冷却系统的由I、V(电流和电压)来表示的功率，并且冷却器控制器通过起到反馈控制器的作用而将离开冷却系统的流体的温度保持在所期望的温度。患者控制器然后工作成在当由患者温度与设定点之间的差异——该差异由错误信号E表示——进行指示时通过打开和关闭冲洗泵而以期望的速度将患者温度T_measured驱动至期望的温度。

如果期望不同的泵速度，则到达泵V1和V2的所述信号可变化。或者，V1和V2可为简单的“开/关”信号。切换阀可用于丢弃离开患者的流体或使该流体再循环。期望的是泵在不受环境产热和代谢产热的影响下可打开，从而不仅将患者初始地冷却，而且将患者维持在期望的温度，所述环境产热和代谢产热作用成患者身上的扰动或负载(以qd示出)。需注意的是，TM和FM分别为可选的温度测量装置和流量测量装置。可使用多种温度和流量测量装置，但如果热交换器具有上述的足够的无量纲长度，则可容易地推断出进入患者体内的流体的温度。由热电单元和加温单元(如果使用的话)供给的功率的考量可被用作对流至患者或流出患者的能量通量进行估计的基础。

同步冷却和反变暖可以提供显著的优点。为了说明这些优点，呼吸消化道中的流场可被特征化，并且可估计热传递到冷流体中的合成速度。首先，流动可被表征为层流或湍流。对于水的物理特性给出约200的雷诺数，则该流动为层流。采取对于水的13的普朗特数允许约15的努珊数的计算值，这意味着对于“板”为约440w/m2K的对流热传递系数。假定更呈圆筒形的几何形状产生略微不同的答案——约350的雷诺数，约15的努珊数，则引起约300w/m2K的对流热传递系数。采用两种情况之间的中间范围值给出400w/m2K的对流h。这种对流传递同血管周组织的将呼吸道与关注的动脉分开的热传递阻力相连。假定该区域的组织的约1.5cm的平均距离，则给出总体约35w/m2K的热传递系数。

$Q=\frac{1}{\frac{1}{h}+\frac{l}{k}}\mathrm{A\ΔT}.$

作为参考，如果通过组织侧的热传递是无限快的，则热传递将大约快10倍。因此，由于通过组织的热传递阻力比填充呼吸道的流体内的阻力大得多，因而一旦某个最低流量达到约1升/分钟至10升/分钟，则以上表达式中用于热交换的表面积A以及温度梯度ΔT的最大化提供了比冷却流体的流速的最大化更好的效果。并且长度尺度l——在该长度尺寸l上会发生传导性热传递而非对流性热传递——的减小刻印是显著的。考虑到这一点，诸如美国专利US2009/0177258和美国专利US7,189,253之类的使用具有再循环冷流体的球囊的装置可能是不利的，这是由于冷却流体受到球囊的约束，并且不能与具有不规则成形特征的咽或食道进行相同的亲密接触，而通过本文中所公开的通过自由流动的流体的方法则是可能的。这通过增大球囊的耐热性并且形成对流不能扫过热边界层的“死角”而降低了可用于热交换的面积A并且显著增加了l。由于空气的低的热传导性，在这些“死角”中的空气会进一步延迟热交换。

在流动大多被认为是层流的情况下，对于食道可进行类似的分析。再次的，组织侧阻力大于流体侧的热传递阻力。由于食道和下咽部紧靠颈动脉，因而一起利用食道和鼻咽增大了在人体内的椎动脉和颈动脉穿过的区域中可用于热交换的表面积和柱长。

当检测血管周组织和动脉之间的热交换使得颈动脉和椎动脉受到特别的关注时，分化冷却策略与鼻部集中冷却冷却策略的另外一点是明显的。假定用于动脉的大致圆形的截面以及约4mm的半径，则计算出约400的雷诺数。利用约20的普朗特数来代表血液，则通过以下分析可计算出约10的努珊数。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Nu}}\left(L\right)=1.614{\left(\frac{\frac{L}{D}}{\mathrm{PrRe}}\right)}^{-\frac{1}{3}}$

然后，通过温暖的血液达到脑补中的Willis的时间，能够确定在主动脉弓处进入颈动脉的温暖的血液与围绕温暖的血液的冷的组织达到平衡的程度。用于平衡程度的表达式可表示为：

$\frac{{\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{artery}}-T_r}{T_t-T_r}=e^{-4\frac{\mathrm{NuZ}}{\mathrm{Re}\·\mathrm{PrD}}}.$

在表达式中使用上述代表性数字表明：动脉血液即使在颈动脉中穿行20cm之后也不能完全平衡。这一结果表明，使血管周围组织中的“冷区”的长度得最大化可以是显著的，并且食道与鼻咽的串联的利用与“仅鼻部”策略——“仅鼻部”策略仅冷却上咽并因而冷却颈动脉和椎动脉的更短的区段区段——所可能进行的血液冷却相比允许更彻底地冷却血液。

图13和图14示出将对脑部进行冷却与使身体核心变暖相结合的方法。通常情况下，期望的是使患者的身体的所有或部分变暖以抵消从冷的脑部返回的冷的静脉血在身体核心上的作用，或通过与呼吸消化道的热交换而冷却的血液在该血液穿过颈静脉时在身体核心上的作用。这种反加温可被应用于维持流入和流出患者的热量的平衡。反加温另外允许脑与身体核心的更大的温度梯度。这种效果可操作成减小脑部温度的代谢，以导致通过脑部带来的降低的产热。

本公开包括各种反加温的方法和装置。例如，在一些实施方式中，该系统可构造成包括分别用于手和脚的手掌和/或脚底反加温装置。手掌和脚底积极参与热交换。这种手掌和/或脚底反加温装置可附加于其它加温装置(例如，热空气毯、水毯子等)使用或独立于其它加温装置来使用。手掌和/或脚底反加温装置可具有许多优点，着包括例如允许在冷却过程期间最大限度地接触患者(例如，当热空气毯不与手掌和/或脚底反加温装置一起使用时)。另外的有益的效果可包括当使下颈部变暖时手掌和/或脚底的血管舒张，这可导致附加的核心变暖。

在其它实施方式中，所述装置和方法可以包括构造成使患者变暖的水毯(例如隔热的水毯)。水毯可与其他加温装置(例如手掌和/或脚底加温装置)串联使用或独立于其它加温装置使用。水毯除了水毯变暖的能力之外，还能够例如通过测量流体的流入和流出毯子的温度以评估受治疗者的核心温度(例如或者至少受治疗者的与水毯接触的那些部分的温度)、或者通过使用限定的功率和温度的电阻加热，从而进一步协助收集系统的数据。在脑部冷却过程期间帮助维持和/或增大受治疗者的身体核心温度的其它毯子例如为金属箔毯(例如太空毯)。此外，也可以使用强制空气装置(例如“BairHugger”治疗毯等)。

其它的实施方式可包括构造成用于身体的其它区域的加温装置。例如，一些反加温装置包括将经加温的空气传递到肺中(例如通过以上讨论的气管套管)。另外，可使用静脉加温装置(例如颈静脉灯泡)来使静脉变暖(例如根据给定的程序、程序中给定的点、脑部与身体核心的期望的梯度，等等)。

反加温方法可通过使用一种或更多种本公开中所讨论的反加温装置和系统来实施。加温装置、加温装置的组合、和/或加温位置在手术过程中可以变化，这取决于核心温度测量值、给定的程序、程序中给定的点、脑部与身体核心的期望的温度梯度等。

在冷却周期结束时，可以使患者以受控制的方式重新变暖。作为一个示例，加温可被调整为将患者的身体核心温度保持为高于期望的水平(例如33℃至40℃)。可以使患者以任何期望的速度变暖。例如，使用者可以在一段时间(例如12小时)内减少冷却流体(例如从100％至0％)，并且反加温也可以在这段时间期间进行调整。

这些“稳态梯度”方法可以提供额外的优点。例如，可通过脑部的冷却来实现神经保护，同时通过对患者身上的整个热平衡进行考虑以及使热量返回至患者的核心，从而降低和/或避免与身体冷却相关的复杂性。只要该梯度是治疗上有益的，则可以保持该梯度。咽和食道的利用是为了产生围绕动脉的长冷却区域，这使脑部与身体的之间的梯度达到了通过其它方法不可能达到的程度。

为了形成脑部温度与体温之间的梯度，呼吸消化道可通过冲洗冷却，同时身体使用外部加温装置——诸如加温头盔，垫或在身体核心或四肢上的加温毯——来变暖。也可以使用加热灯或经加温的静脉输液。加温装置不应使皮肤到达超过约42℃的温度，以减少烧伤患者的风险。在一个示例中，加温装置可构造成在患者的大的表面积上提供了非常温和的温度梯度(约超过体心温度2℃至7℃)。

如果脑部和体温之间的稳定差别是需要的，则通过调整加温装置的占空比以补偿由呼吸消化道的冲洗所移除的热量、同时保持加温装置的温度严格地低于易于引起皮肤损伤(约42℃)的温度范围，即可实现稳定状态。

图13示出用于实现这个目的的示例性布置，其中，进入患者体内的流体的流速和温度的测量值与离开患者身体的流体的流速和温度进行比较以推断由系统提取的总的热量。该测量值可单独地使用或与输送至冷却装置的功率的测量值组合使用。图13为当使用一体的加温装置时患者温度控制系统的典型的框图。在该实施方式中，发送至加温装置的能量可基于从患者身体移除的热量来调制，但控制也可通过温度变化速度、患者的体型大小、或重量或数学模型来了解。加温热量可通过使返回至心脏的冷的静脉血变暖来抵消身体的大部分冷却。加温系统具有内部加温控制器，该内部加温控制器可被设定至约40℃至42℃，但不会更高以避免对皮肤的损伤。尽管仅一个加温装置在图13中示出，但如果需要的话可使用多于一个的加温装置。加温的量可通过调整“占空比”来调制(例如，通过利用简单的通/断信号或可变电压来调整每小时的加温的量)。

图14示出另一种示例性的综合的控制策略。图14是传送到该加温装置的能量可以根据从患者移除的热量以及患者的核心温度来调制的实施方式的代表性框图。该控制方案也可以包括其它因素，其它因素包括例如电源、冷却单元的功率、患者温度变化率、患者的体型大小或重量或数学模型。

在图14中示出的该构型中，关于流入和流出流体的温度和流速测量值是可选的。当直肠的温度低于给定的阀值时，加温装置可被通电并上升至高于期望的患者核心温度若干度(例如2℃至7℃)的目标“皮肤温度”。加温装置可通过PID控制器进行控制，以将皮肤温度保持在安全设定点，并且之后根据需要打开/关断以将患者的核心温度维持在期望的范围内或在期望的设定点附近。以此方式，身体核心可被保持处于大致常温状态，而同时脑部可被继续地灌注有经冷却的血液。分支进入到外部颈动脉的冷的血液可选地能够直接利用加温头盔来重新变暖，而返回颈静脉中的冷的血液可与诸如加温毯之类的系统性加温装置相互作用以使脸部、头皮、后颈中的任何一者或全部变暖，或是与经由通气机而引导到肺中的经变暖的气体相互作用。

可设想身体核心温度的PID控制回路，其中冷却泵的冲洗时间(占空比)和加温毯的主动加温时间(占空比)为被调制为将身体核心温度保持于接近期望的稳定状态设定点的中心身体温度。相同的控制系统通过产生向核心温度设定点的若干小的步进式变化而以给定的斜率温暖或冷却身体核心。

本系统也可以用于“最大梯度”模式下。这种用于建立和维持脑部与身体核心温度之间的最大梯度的方法可包括以下步骤中的一个或更多个步骤：

1.使用本文中所描述的装置开始对患者的呼吸消化道进行冷却。由于血液以代表身体核心的温度离开主动脉弓，因而当与全身变暖搭配时利用整个呼吸消化道可以是非常有用的。因此，脑部冷却的最终深度主要由以下因素确定：在血液从主动脉弓至Willis环的路途中从血液提取的热量。如果“冷区域”的长度未被最大化——诸如以“仅鼻部”的冷却策略，则可减小血液在冷却区域中的停留时间，并且脑部在血液返回至身体核心并被重新变暖以前可以以较浅的深度被冷冻。

2.将冲洗流体的温度控制在不会对呼吸消化道造成损害的最低的温度(例如在约-20℃与20℃之间)。

3.连续地或接近连续地向呼吸消化道提供足够的液体流速，该液体流速足以使热传递的整体速度对流速的变化相对不敏感。提供充足的流量仪使得对热传递的控制阻力不是患者与冲洗流体之间的对流交换速(例如约0.2升/分钟至10升/分钟)。

4.将表面加温装置的温度控制成不超过约40℃至42℃。

5.将加温装置应用至患者，以使患者的表面(皮肤)变暖。加温装置可包括例如加温毯、加温头盔中的一个或更多个，以温暖脸部或颈部后部(当需要脑部与身体之间的梯度最大化时使表面面积最大化是优选的)。

6.通过足够频繁地激活加温系统来控制患者核心温度使得如由直肠的和/或其它测量装置来确定的患者的核心温度大致保持常温(例如37℃左右)，或对于最深的脑部冷却，至少处于使因全身冷却而起的并发症开始出现的温度(例如，约32℃)之上。

7.通过例如用冷却流体来维持对呼吸消化道的连续的或几乎连续的冲洗，从而使冷却泵的占空比最大化。

泵的占空比(例如每天冲洗时间)的减少会降低脑部冷却的深度，并且因此减小所需的反加温的量。以这种方式，稳定状态梯度可被设定为最大的情况与未经冷却的情况之间的任意值。

可提供其它控制系统。加温功能往往会滞后于冷却功能，这是因为身体核心温度需要一定的时间来响应呼吸消化道的冲洗。加温可包括例如前馈控制，在前馈控制中，加温功能基于移除的热量而激活，从而在患者的身体核心温度相当程度地下降之前使身体核心变暖。加温的开始可基于由进入和流出的冲洗流体温度的测量而确定的从患者提取的热量。该数值可独立地使用或与温度测量数据结合使用以便以图13中示出的方式来判定正确的控制行为。

本系统也可以在“最大选择性”模式下使用，在“最大选择性”模式下脑部冷却与全身冷却的比率最大化。本文所用的术语“最大化”指的是：将比率增大至处于最大值或接近最大值的点。该术语应当被理解为包括全身冷却小于实际最大比率的比率。该方法可被用于以最小的功率消耗来建立并维持脑部与身体核心温度之间的显著的梯度。在有限的冷却功率或冷却流体可用(诸如，在现场医院)的情况下或如果通向食道是困难的或另外时受限制的情况下，也可以使用这种方法。该方法也能减小对于反加温的需求。在一个实施方式中，方法可包括以下步骤中的一个或更多个步骤：

1.使用本文中所描述的其它实施方式中的装置开始对患者的上呼吸道进行冷却。不使用食道内管，并且食道并未被有效地用于冷却。喉罩、延长的口腔导管、或脚高头低的姿势可被用于减少进入到食道中的流体。由于“冷却区域”的长度未被最大化，因此将减小血液在冷却区域中的停留时间，并且在血液返回到身体核心并且被重新变暖之前脑部将以较浅的深度被冷冻。然而，减小了功率和流体需求并且也实现了选择性冷却。

2.将冲洗流体的温度控制成不损害呼吸消化道的最低的温度(例如在约-20℃与20℃之间)。

3.通过偶尔地调整口腔导管/回流管路中的流速来控制流体在患者口中的高度。这允许最大的流体回收以及甚至通过对咽的不完全湿润来调整冷却率/选择性。

4.间歇性地将足够的经冷却的液体提供至上呼吸道，使得对于热传递的控制阻力不是患者与冲洗流体之间对流交换(例如约0.2升/分钟至5升/分钟)。

5.如果使用了加温装置(可选的由于低的冷却功率)，则将表面加温装置的温度控制成不超过约40℃至42℃。

6.可选地将加温装置应用至患者，以使患者的表面(皮肤)变暖。加温装置可包括例如加温毯、加温头盔中的一个或更多个，以使脸部或颈部后部变暖(当期望脑部与身体之间的最大梯度时，最大的表面积是优选的)。

“最大选择性”的方法不同于由White等人所描述的在犬类中使用鼻口灌注或将头浸没的迅速脑部冷却方法(RapidSelectiveBrain-CoolingusingHeadImmersionandNaso-OralPerfusioninDogs，Resuscitation10：189-191，1983)之处在于：“最大选择性”的方法不浸没受治疗者的头部。避免头部浸没可提供改进的冷却选择性。改进了选择性的原因在于：脑部与脸部和头皮的表面冷却被对流性遮蔽，但是血液到这些区域的大流量意味着大量的经冷却的血液将返回至身体核心，以带来全身性冷却。避免头部浸没也有助于减少液体使用和冷却功率需求。避免将头部浸没在冰水中也避免了对脸部颈部和头皮产生潜在美容效果。另外，所描述的系统应用一次性热交换器而不是冰、清洁的一次性流体通道、用于使流体返回至基础单元热电系统的口腔导管、以及基于至少患者核心温度对冷却和变暖进行的反馈控制。

图15示出一个可重复使用的冷却系统，该冷却系统是基本单元的一部分，并且可以用来从一次性热交换器带走热量。图15是示出冷却系统(冷却器)的一个实施方式的代表性框图。冷却器可以与一次性的热交换器热接触。反馈控制系统可以构造成使得基于离开系统的流体的温度调制至热电系统的功率。

可选的旁通阀装置示于图15中。旁通阀可允许流体在被引入到患者体内之前进行再循环。旁通阀装置也可以安置在流体回路的其它部分处——诸如热交换器的离开管路与回流管路的连接处。热电系统可包括一个或更多个单独的热电元件，所述一个或更多个单独的热电元件排列成阵列、与设计成同一次性热交换器数据连接的热传导性元件(电极台板)热接触。尽管电极台板和热交换器可物理的接触并且处于良好的热接触状态，但电极台板和热交换器优选地不流体连通。散热器可与热电系统的热侧热接触并防止热电系统由于从热交换器移除的热量的积聚以及当施加电力时内部产生热量而形成过热。可使用多种散热器。

如上文所讨论的，各种热交换器(例如板式、壳式、管式等)可用于提供用于流体的两个或更多个不同的路径。冷却系统和热交换器可以热接触并且物理地接触，而非流体连通。因此，可在完成热交换的同时避免冷却单元因与患者接触的流体而被污染。

在一个示例中，热交换器可与“夹心状”构型的冷却系统的热电阵列的交换表面接触。可设置锁定机构或定位销/定位原点以确保热交换器在冷却单元内处于适当的位置，并且可提供光来指示正确的布置或“准备”状态。当被充电时，热电阵列将热从交换器表面移除，并且将热朝向散热器泵送，使得散热器变暖，并且流体被冷却。可选择发送至热电阵列的动力使得流体被冷却到总体为0℃至10℃，但在一些情况下可更低。“夹心状”几何特征的替代性实施方式可包括：例如单侧的热电接触器或处于串联状态的两个较小的热交换器。在2个热交换器的情况下，其中一个可构造成用于鼻区域，并且另一个用于食道区域。这些热交换器可与分开的冷却单元接触或在一个冷却单元中具有分开的槽。图16示出示例性冷却系统。尽管图16示出与“无扇”散热器热连通的热电阵列，但也可以使用其他散热器，例如利用鳍状区域和/或风扇的散热器。

图17示出了以下框图：该框图示出了设计成基于装置和皮肤之间的界面处的温度来控制表面加温装置的简单反馈控制回路。可基于患者的皮肤处的装置的温度与设置至控制器的设定点的温度之间的差异调制至加温装置的电流和电压(I、V)。当然，如果需要，可使用在多于一个位置处的测量。

散热器可包括热电装置的典型的带翅片的和带风扇的散热器，其中，风扇可用于强制空气在热表面上流动，并且用于交换的区域通过增加鳍状部而增大。可替代地，通过使用类似于图15的结构的结构，可利用无风扇的散热器来移除热。来自热电阵列的热量可使容纳在具有充足的上部空间的密封隔室中的一储液器的流体变暖。如果流体被选择为具有处于30℃至60℃范围内的沸点，则热电阵列的电流和电压可被选择为提供处于该范围内的“热侧”温度。随着更多的热被增加至散热器储液器侧，这将导致液体沸腾，而与一次性使用热交换器接触的一侧被冷却。在散热器储液器隔室中的所得到的蒸汽可通过散热器的冷凝部分内的上部空间而上升，在该位置处，蒸汽在其遇到较冷温度时将凝结。散热器流体可继续通过散热器隔室回流并因而将热量从热电装置消散到环境中。

这样的散热器在受污(例如通过泼溅)的情况下比带翅片的和带风扇的散热器明显地更容易清洁。同样，在普通操作期间，该系统能够理想地比带风扇的系统积聚和散布更少的粉尘和污垢。无风扇的结构在医院环境中的附加的优点包括提高的可靠性和减小的噪音。并且另外冷凝部分可布置成用作用于单元的手柄。

本文所述的散热器的壁优选地由能够耐受常见的化学灭菌溶液(如水中的乙醇，铵盐等)的高导热材料(诸如金属)制成。例如，可以使用具有或不具有保护性涂层的不锈钢或其它金属。

在其它实施方式中，可使用不基于热电阵列的冷却技术，诸如常规的制冷系统、冰浴或吸热化学反应的冷却技术等。

与冷却系统接触的热交换器是患者接口套件的一部分，并意在一次性使用。热交换器定尺寸成以约0.2升/分钟至10升/分钟的流速提供约5W到300W的热交换。热交换的实际量取决于流入的流体的温度。该热交换器为要被冷却的流体提供了蛇形流路，这对于大多数热交换器设计而言是典型的。热交换器优选地由高导热性材料——诸如为适宜的选择的金属、铝、不锈钢、或铜等——构造成。设想出具有矩形横截面的内部通道的箱状几何体。流体通路的直径或液压直径可为约0.2cm至6cm，使得流体路径的长度被选择为提供100W至300W的热交换能力。整个热交换器的通常尺寸可以为约20cm至40cm宽，以及10cm至30cm高，并且厚度约为2cm至8cm。这些值以简单的蛇形流体路径为基础，当路径变得更弯曲时，更紧凑的结构是可能的。

所述的一次性热交换器可具有用于接受来自储液器的流体的一个入口，和用于使流体离开的一个或更多个出口。在一个示例中，提供了用于鼻泵的一个出口并提供了用于食道泵的一个出口。热交换器的靠近入口端和出口端的部分可轻微地扩张以容置用于输入和输出管路的装配件和连接器。旁路管路也可包括有一次性热交换器，以允许流体通过热交换器再循环，同时装置处于备用状态，这种特征是可选的。在一些实施方式中，热交换器的不与冷却单元的冷却元件接触的壁将被隔离以减小冷凝和至环境的冷损失。

如上文所讨论的，不同的冷却流体可被引入到呼吸消化道中。当期望最大制冷率和抗菌性能时，上文所公开的流体制剂是被期望的。当期望延长时间的冲洗时，有利的是选择具有大致等于呼吸消化道周围组织中的重量渗克分子浓度的冲洗流体，使得无必要将水从患者体内移除或添加至患者。为实现渗透平衡，例如可期望类似于通常由内衬于咽和食道的壁的细胞所遇到的流体制剂的流体制剂。

在一个示例中，所述制剂可以是具有类似于普通唾液的电解质组合物的电解质组合物，该电解质组合物包括以下阳离子的部分或全部：约1至40毫摩尔/升的钠，约5至60毫摩尔/升的氢，约0.5-5毫摩尔/升的钙，小于1毫摩尔/升的镁，并且包括下列阴离子：1至200毫摩尔/升的氯离子，1至100毫摩尔/升的碳酸氢盐，小于50毫摩尔/升的磷酸和小于10毫摩尔/升的碘。这种混合物可通过避免在邻接呼吸消化道的细胞与冲洗流体之间的出现较大的重量渗克分子浓度梯度或浓度梯度，从而可以使身体与冲洗流体之间的化学交换最小化。然而应当指出的是，该匹配不需要是精确的，这是因为再循环流体将与患者达到平衡。

略微低渗的制剂也可以是有用的，这是由于略微低渗的制剂会保持在流体中的总量大致恒定。在更复杂的制剂中，冲洗液也可用于代替在呼吸消化道中——诸如在吞咽唾液中——发现的流体的一些机械功能和免疫功能，并且其它制剂可通过加入在唾液中常见的诸如粘蛋白、淀粉酶，等之类的蛋白而创建。在拔管之前可添加特定剂量的类似流体的粘液以有助于管的移除。

以下表8标识本文中和附图中使用的符号。

表8

所需的加温的量可由一个或更多个以下步骤来判定：监测患者核心温度；考虑从患者移除的热量，所述从患者移除的热量是通过流入和流出流体的热平衡、基于热电冷却单元的能量平衡、多个患者温度测量值之间的经验或半经验关系、和/或数学模型来确定的。如在别处描述的，加温的位置可变化并可包括例如，头皮、手臂、腿或其它身体表面。加温的器件可包括：循环液毯、利用循环液的水凝胶垫、强制空气、热泵、电热毯或其它适当的产热装置。在加温装置使用循环液的情况下，输送至患者的加温功率可通过在说明其它热损失后监测变暖流体的进入和返回温度来估计。

在另一实施方式中，可提供混合冷却系统。混合冷却系统可包括冷却系统，该冷却系统构造成(a)输送自由流动的流体以如本文中所描述的将鼻腔冷却，以及(b)输送由球囊容纳的流体，其中流体可被循环成将食道或至少食道的一部分冷却。

球囊可以以环形或局部呈环形的方式绕导管布置。如本文中其它部分所描述的，环形球囊可起到将呕吐限制在该导管的大的腔内的作用。替代性地，球囊可以以非环形的方式形成，例如具有细长的侧球囊，该细长的侧球囊与动脉进行良好的热接触。食道导管的中央腔也可起到提供胃入口的作用并且可设置套囊来限制呕吐进入食道。套囊管可保护肺，并且可在套囊的上方施加抽吸以便如在其它实施方式中更详细地描述的防止停滞。

如果需要，可添加额外的流体，以冲洗食道并进行良好的热接触。流体可离开嘴部，替代性地可“落”入到胃中。与添加额外的流体不同，可允许流体从鼻部区域滴落至食道或食道的一部分。

在球囊中的流体可以被用来将食道维持处于冷的状态或替代性地根据需要使患者重新变暖。

在另一实施方式中，系统可以设置由球囊：球囊在鼻子中具有再循环冷流体并且在食道中具有自由流动流体。可通过端腔添加额外的流体以冲洗鼻腔并进行良好的热接触(例如类似“热油脂”)。自由流动的流体可积聚在食道中，并且例如通过口腔回流管路被移除。如在其它实施方式中，肺可由套囊管保护，并且位于该套囊正上方的抽吸可减少/防止停滞。

在另一实施方式中，独立的球囊可设置在鼻子和食道中，同时具有用于冷却的再循环流体。可提供用于传导/冲洗的额外的流体。再一次，如在其它实施方式中，肺可由套囊管保护，并且位于该套囊正上方的抽吸可减少/防止停滞。

尽管所述方法和装置已经被描述成与这些方法和装置的操作的某些理论相关联，但本发明并不受这些理论的限制。以本发明根据所描述的结构和方法而能够理解的程度而言，权利要求未与操作理论相结合，除非权利要求另有明确的指示。

其它的系统和方法可用于帮助实现和/或维持脑部与身体核心的温度梯度。这样的方法可以与前面描述的装置、系统、以及方法一起使用。例如，本发明的装置、系统和方法可与方法一起使用，以降低脑血流量(例如，少于基线0％至50％)。降低脑血流量可具有若干优点，例如为比如增大血液与由本方法、系统、以及装置冷却的解剖学区域的接触的时间(例如降低血液进入脑部的温度)，并减小脑部与身体核心之间的相互的热依赖性(例如，通过增大经冷却的血液在脑部中的时间量以及减小在给定的期间内血液进入脑部的量，从而减小了返回至身体核心的经冷却的血液相对于总的心输出量的量)。

用于减小脑血流量的各种方法可与本发明一起使用。例如，选择性地冷却脑部本身可引起脑血流量减小。然而，在选择性的脑冷却增加脑部血流量的情况下，可采取其他措施(例如，以下描述的措施)以减小脑血流量。另外，使脑部的下部方面的直接传导性冷却最大化(例如，通过将表面活性剂添加到冷却流体和/或降低冷却流体在鼻窦处的停留时间)和/或使常见颈动脉和椎动脉的冷却最大化可减小脑血流量。人类的脑部和身体的被诱导的全身冷却也可减小脑血流量。

作为另一示例，各种镇静方法可用于降低血液流速。另外，降低脑血流量的方法可包括例如，通过降低血压(收缩压和舒张压)、将血液分流至身体核心(例如远离脑部和脑膜动脉)、和/或使头皮变暖来减小脑灌注压。此外，全身冷却短暂爆发或发作可降低到脑部的血液流速(例如通过降低脑代谢)。降低到脑部的血液流速的另一示例可以是诱导低碳酸血症(hypocarbia)或换气过度(例如通过减少动脉二氧化碳)，这作用成减少脑灌注、使脑动脉变窄、提高对脑血流的阻力、和/或减少脑血流体积。

在其它实施方式中，患者的脑血流量可通过对患者施用药物和/或药剂来降低。例如，受治疗者可被施用巴比妥类(例如，硫喷妥滴、苯巴比妥、戊巴比妥、美索比妥等)、苯二氮类(例如，咪达唑仑针剂、阿蒂凡、安定)、丙泊酚、氯压定、利多卡因、咪酯、咖啡因、醇类(例如乙醇)、可卡因、β-阻滞剂(例如拉贝洛尔)、抗偏头痛药(例如，曲坦类药物、麦角胺等)、吸入的气体(例如异氟烷)、麻醉剂、全身血管收缩剂(例如，苯)和其它的选择药物和/或药剂。这样的药剂可导致脑动脉变窄、脑血液量的减少、和/或脑血流阻力的减小。本领域技术人员会理解这种药品和/或药剂的适当剂量。

在一些情况下，通过由冷却疗法诱导的低压水平来增大颅内压(例如通过将受治疗者的头部和身体放平、通过使用通气机增大呼气末正压通气)也可有助于减少脑血流量。降低脑血流量的其它方法可包括：减少心脏速度和降低相对于脑血管阻力的全身血管阻力(例如，使用血管扩张剂和/或皮肤升温)。许多这些方法还降低了脑部的代谢需求，这可进一步引起脑血流量减少。

示例

以下包括本发明的装置，系统、以及方法的两个使用示例，以及可以包含于本发明的方法和设备的各种实施方式中的特征的各种示例。示例1和示例2包括再循环冷冻单元和与冷却流体的板式热交换(例如，如在图23A，图23B，图24A和图25A中所示出的)。通过使用蠕动泵(Cole-Parmer公司电脑控制digistaltic泵驱动)将流体从10L的流体供给储液器撤回。在流体穿过多个导管之前，流体通过两个热交换器泵送。热交换器联接至一个或更多个再循环冷冻单元(例如，Polyscience台式冷冻机)以将热交换器冷却。流体通过与流体供给储液器流体连通的口腔返回腔和/或气管返回腔而(例如经由真空抽吸)从患者回收。

在每个示例中，使用以下步骤。

1.机械通气

a.体积控制：Vt＝8毫升/公斤，速度＝10/min，PEEP＝5，氧浓度＝30％

b.ETCO2：30-35托

c.pH值：7.35-7.45

d.O2饱和度＞96％在整个研究中

2.导管

a.食道导管：3-腔导管

i.提供通向胃的通路，以允许气体和液体逸出胃。

ii.提供在食道内充涨球囊的能力以防止冷却流体进入胃。

iii.向食道的下部提供经冷却的液体。

b.气管内管导管：3-腔导管

i.提供通向肺的通路，以允许空气进入和离开肺。

ii.提供在气管内充涨球囊的能力，以防止冷却流体进入肺。

iii.提供将冷却流体从气管中移除的能力。

c.两个鼻导管：将冷却流体提供到呼吸消化道中。

d.口腔导管：提供将聚集在口中的流体移除的能力。

3.控制系统：

a.系统开/关

b.身体上的设定点

c.泵1速度

d.泵2速度

e.泵启用/关闭

示例1

76公斤的猪被放置成仰卧位，并且利用小的Gaymar循环水毯和强迫热空气来使全身变暖。

四个温度探针在使用中。一个针头探针插入到动物的脑部中。两个导管探针被分别插入到主动脉中和下腔静脉中。另外，直肠温度探针用于监测核心温度。温度探针通过使用LabVIEW进行控制，并且泵被手动地控制(即，系统运行在“开环”模式下)。所使用的系统的流体示意图在图23A中示出，并且电气原理图在图23B中示出。在一系列设定测试下，该猪被重新变暖，并且冷却流体被重新填充。泵被设定为300RPM，并且冷却流体被泵送通过导管达约120分钟。猪的初始温度分别为：脑部-38.0℃；主动脉-38.3℃；腔静脉-38.4℃，以及直肠为-38.3℃。结果的图表在图23C中示出，并且表9显示了与该试验相关联的参数。

表9

参数	值
		脑部从′开始′至33℃的时间	8.68分钟
冷却脑部1℃的最初的300RPM	3.04分钟
		冷却脑部1℃的最小时间	1.17分钟
冷却身体核心1℃的最初的300RPM	26.24分钟
		使脑部重新变暖1℃的最小时间	2.28分钟
使身体核心重新变暖1℃的最小时间	48.1分钟
		最大梯度	9.7℃
脑部的最低温度	27.09℃

身体核心的最低温度

36.13℃

使猪重新变暖，并且冷却流体被重新填充。泵被设定至600RPM，并且冷的流体被泵送通过导管达约32.45分钟。猪的初始温度分别为：脑部-38.1℃；主动脉-38.3℃；腔静脉-38.5℃，以及直肠38.1℃。到约32.45分钟的结果的图表在图23D中示出。并且表10显示了与该试验相关联的参数。

表10

参数	值
		脑部从′开始′至33℃的时间	8.15分钟
冷却脑部1℃的最初的600RPM	2.01分钟
		冷却脑部1℃的最小时间	1.18分钟
初始冷却身体核心1℃的时间	26.75分钟
		使身体核心重新变暖的最小时间	NA
使脑部重新变暖的最小时间	NA
		最大梯度	8.95℃
脑部的最低温度	28.06℃

身体核心的最低温度

36.0℃

该泵速度在约32.45分钟处在循环中间从600RPM减小至300RPM，并且冷却流体被泵送通过导管达约30多分钟。开始于近32.45分钟处的结果的图表在图23D中示出，并且表11显示了与该试验相关联的参数。

表11

参数	值
		变化到300RPM之后的最小脑部温度	28.3
变化到300RPM之后的最大梯度	8.36
		核心最小重新变暖时间	NA
脑部重新变暖1℃的最小时间	1.53分钟

这些测试表明：各种流速可用于完成冷却，这种冷却是迅速的，这种冷却是选择性的，一旦冷却结束后，该脑部返回至其先前状态，并且该结果是可重复的。

示例2

在示例2中，使用类似大小的猪。冷却设备与在之前示例中使用的相似；然而，包括流量计和真空调节器。示例2的流体系统的示意性图示在图24A中描述。电气系统与示例1中的相同。示例2的结果的图示在图24B中描述。

如图24B的在120分钟至180分钟处所示，身体核心温度通过反加温装置被基本上维持和/或增大，同时脑部温度降低(例如，将脑部温度增大至身体核心温度梯度)。实现了脑部与身体核心温度的约10.8℃的最大梯度。添加异丙酚以作为麻醉药，该麻醉药有助于例如通过降低到脑部的血流和/或允许在颈部的大动脉中血液的深度平衡(例如，通过降低流量和速度以及增大停留时间)来降低脑部温度、。然而，如以上描述的，也可使用多种其它的麻醉药。

鉴于所公开的本发明的原理可被应用至的许多可能的实施方式，应当认识到所图示的实施方式仅为本发明的优选的示例，并且不应当被视为对本发明的范围的限制。另外，本发明的范围由以下权利要求来限定。申请人因此要求落入这些权利要求范围和精神内的所有内容均作为本发明。

以上的申请文件和示例提供了对示例性实施方式的结构和用途的完整描述。尽管上文已经以一定程度的特殊性或参照一个或更多个单独的实施方式描述了某些实施方式，但在不脱离本发明的范围的情况下，对所公开的实施方式，本领域的技术人员可作出多种改变。如此，本发明的装置的各种说明性实施方式并非意在受限于所公开的特定形式。反而，本发明的装置的各种说明性实施方式包括落入权利要求范围的所有修改和变化，并且除示出的实施方式之外的实施方式可包括所描述的实施方式的一些特征或全部特征。例如，部件可被组合作为单一的结构和/或可替代连接部分。另外，在适当的情况下，以上描述的任何示例的方面可与描述的任何其它示例的方面相组合，以形成具有可比较的特性或不同的特性的、并解决相同的或不同的问题的另一些示例。类似地，要理解的是以上描述的益处和优点可涉及一个实施方式或可涉及多个实施方式。

Claims (25)

1.一种用于冷却脑部的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到脑部与身体核心的至少3℃的温度梯度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步构造成使所述流体通过所述导管再循环直到达到脑部与身体核心的从3℃至25℃的温度梯度。

3.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步构造成使所述流体通过所述导管再循环直到达到脑部与身体核心的从4℃至12℃的温度梯度。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体包括电解质。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体包括抗菌介质。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体包括丙二醇。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体为高渗性的。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体包括粘膜保护剂。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备进一步构造成将所述脑部与身体核心的温度梯度基本恒定地维持至少1小时。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括加温装置，所述加温装置构造成使所述患者的至少一部分变暖。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够使至所述患者的脑部的血流量减少。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够给所述患者施用镇静剂。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够使所述患者的血压降低。

14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够对所述患者施用巴比妥类、丙泊酚、苯并二氮、利多卡因、依托咪酯、咖啡因、酒精、麻醉剂、可卡因、β-阻滞剂、抗偏头痛药物、血管收缩剂和可乐定中的一种或多种。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备进一步构造成监测所述患者的脑部和所述患者的身体核心中的至少一者的温度。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够使用在所述患者的脑部中设置的包括有温度传感器的栓体来监测所述患者的脑部的温度。

17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够使用磁共振成像过程来监测所述患者的脑部的温度。

18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备进一步构造成能够使用由静脉内插入颈静脉中并定位在所述脑部附近的温度传感器来监测所述患者的脑部的温度。

19.一种用于冷却脑部的设备，所述设备包括：

加温装置，所述加温装置构造成使患者的至少一部分变暖；

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至所述患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积。

20.一种用于冷却脑部的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体通从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到目标温度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积；

其中，所述设备构造成监测所述患者的脑部和所述患者的身体核心中的至少一者的温度。

21.一种用于冷却脊柱的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到脊柱与身体核心的至少3℃的温度梯度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积。

22.一种用于冷却脑部和脊柱中的至少一者的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到以下两种温度梯度中的至少一者：脑部与身体核心的至少3℃的温度梯度以及脊柱与身体核心的至少3℃的温度梯度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积。

23.一种用于冷却脑部的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使所述自由流动的流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到脊柱与身体核心的至少3℃的温度梯度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积；

其中，所述设备构造成能够使至所述患者的脑部的血流量减少。

24.一种用于冷却脑部和脊柱中的至少一者的设备，所述设备包括：

第一导管，所述第一导管构造成将非雾化的自由流动的流体引导至患者的呼吸消化道中，其中，至少一部分所述自由流动的流体与所述呼吸消化道的组织直接地接触，并且其中，所述自由流动的流体冷却主动脉弓与所述脑部之间的血流；

第二导管，所述第二导管构造成使自由流动的所述流体从所述患者的所述呼吸消化道移除；以及

再循环系统，所述再循环系统构造成主动地使至少一部分所述自由流动的流体通过热交换器和所述呼吸消化道再循环直到达到以下两种温度梯度中的至少一者：脑部与身体核心的至少3℃的温度梯度以及脊柱与身体核心的至少3℃的温度梯度，其中，所述自由流动的流体的被引导至所述呼吸消化道的体积大致等于所述自由流动的流体的被从所述呼吸消化道主动移除的体积；

其中，所述设备构造成能够对所述患者施用至少一种物质来减少至所述患者的脑部的血流量。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述至少一种物质包括巴比妥类、丙泊酚、苯并二氮、利多卡因、依托咪酯、咖啡因、酒精、麻醉剂、可卡因、β-阻滞剂、抗偏头痛药物、血管收缩剂和可乐定中的一种或多种。