CN106456356A - 治疗性冷却装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于患者护理的冷却垫和系统。所述冷却垫包括上腔室、下腔室，和插入所述上腔室与所述下腔室之间的中腔室。上腔室具有内部空间和入口以容纳从外部来源提供的第一冷却介质。中腔室含有第二冷却介质以便将体温降低从上腔室转移到下腔室。下腔室含有第三冷却介质以将体温降低传递到患者皮肤。所述冷却系统可以包括一或多个适合于定位于患者头部和/或颈部的冷却垫，以及一或多个用于储存第一冷却介质和向冷却垫供应第一冷却介质的容器。

Description

治疗性冷却装置和系统

技术领域

本申请要求2014年2月10日提交的美国临时申请第61/938,132号的优先权，所述美国临时申请的揭露内容全部结合在此供参考。

本发明涉及患者护理用的冷却系统和装置。更具体地说，本发明涉及用于改善脑损伤和/或脊髓损伤的冷却垫。

背景技术

颅骨硬且不能挠曲，而脑柔软且具有明胶样稠度。脑被包围在颅骨内。在快速加速和减速期间，脑对于颅骨来说发生相对运动。脑的不同部分由于其相对轻或重而以不同速度运动。当头部遭到撞击时，颅骨与脑的差速性运动导致直接的脑损伤。

脑温高于核心体温多达1.5℃(“核心体温”是指深度内部器官温度，诸如膀胱以及食道)。各种各样的脑损之后，维持恒定的基底核心温度或防止温度升高不足以拮抗长期病变的发展。在多项研究中，已证明轻度体温降低(脑温度在33℃与36℃之间)具有神经保护作用。轻度体温降低是现存很少的针对脑缺血以及创伤的最有效神经保护疗法之一。初步临床研究已表明，轻度体温降低可以是相对安全的疗法。利用轻度体温降低治疗中风以及脊髓受伤患者的可行性已经在一些临床试验中得到评价。越来越关注的地方在于研发可确保患者快速冷却的技术和方案。

通常，当人遭受头部创伤时，颈部和脊柱也受伤。当脑未受冲击时，脊髓也可能会遭受挫伤并且需要分开治疗。作为中枢神经系统的一部分，脊髓组织以与的脑组织遭受创伤时类似的方式行动并且可能出现挫伤。因此，可以利用类似方法(如治疗性体温降低)治疗脊髓损伤患者。

表面冷却已经用于实现广义的体温降低。这有时涉及使患者位于手术台上的同时，将神经外科患者浸没于冰水中，并且这是难操作的且需要延长麻醉时间。最近，探索使用体外热交换器治疗头部重度受伤的患者。当前，广泛利用使用水循环毯的全身性表面冷却来诱使脑温降低。

为了防止热减少之后的颤抖，用全身性冷却治疗的患者通常需要服用镇静剂。全身性冷却可能导致的其他并发症在临床环境中可以迅速地处置，但是在医院或创伤中心外部，由于缺乏合格医疗人员、医疗设备或药物而可能难以治疗。另外，创伤导致的脑或脊髓损伤可以在不试图冷却全身的情况下得到较好的治疗。

需要易展开的有效降体温装备来提供病灶温度降低(仅应用到头部和/或脊髓)，供野外和临床环境中使用。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种冷却垫，其包含上腔室，所述上腔室具有内部空间和至少一个接收第一冷却介质于其中的入口；中腔室，所述中腔室安置成与上腔室相邻且热接触；以及下腔室，所述下腔室安置成与中腔室相邻且热接触。中腔室包含第二冷却介质，并且下腔室包含第三冷却介质。

在一些实施例中，冷却垫包含适合于覆盖患者头部的多个区段。在某些实施例中，冷却垫还包含至少一个经配置以覆盖患者颈部的区段。在一些实施例中，冷却垫的上腔室、中腔室以及下腔室中的每一者呈多个互连单元形式。

在一些实施例中，冷却垫的上腔室、中腔室以及下腔室被个别地密封并且彼此间可分隔。在其它实施例中，冷却垫的上腔室、中腔室以及下腔室形成一体式结构，其中上腔室和中腔室通过第一界面层隔开，中腔室和下腔室通过第二界面层隔开。

在一些实施例中，第二冷却介质的凝固点低于第三冷却介质的凝固点。在一个实施例中，第二冷却介质在大气压下的凝固点是-10℃或更低。在一些实施例中，第二冷却介质包含水与水溶性聚合物的混合物。在其它实施例中，第二冷却介质包含离子液体。离子液体可以包括1-己基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([HMIM][Tf₂N])以及三己基(十四烷基)鏻2-(三氯乙酰基)吡咯烷酮中的至少一种。在其它实施例中，第二冷却介质包含离子液体以及可溶于离子液体中的聚合物。聚合物可以是聚电解质。

在一些实施例中，第三冷却介质在大气压下的凝固点是在约-5℃与约5℃之间。在一个实施例中，第三冷却介质包含水。在另一个实施例中，第三冷却介质包含水以及超吸收性聚合物。

在一些实施例中，上腔室的入口包含压敏性双向阀。在其它实施例中，上腔室可以包含一或多个额外的压敏性双向阀以便将第一冷却介质接收到上腔室中或从上腔室排出第一冷却介质。

在一些实施例中，冷却垫包括由绝热材料制成的外表面。

在一些实施例中，冷却垫包括至少一个温度传感器。温度传感器可以定位于上腔室、中腔室或下腔室之一内，或定位于上腔室与中腔室的界面处、中腔室与下腔室之间的界面处，或定位于下腔室的下表面下方。在其它实施例中，冷却垫包括可操作地与至少一个温度传感器耦接的温度计。温度计包括用于转换通过温度传感器所收集的信号以获得温度传感器的温度的电路，以及用于向使用者指示温度的显示器。

在另一个方面中，本发明提供一种冷却垫，其中上腔室与下腔室之间未插有中腔室。冷却垫包括上腔室，所述上腔室具有至少一个接收第一冷却介质的入口；以及下腔室，所述下腔室安置成与上腔室热接触且包含第三冷却介质。在一些实施例中，第三冷却介质在大气压下的凝固点可以在约-5℃与约5℃之间。

在又另一个方面中，本发明提供一种冷却系统，其包括一或多个上文中所述的冷却垫，以及至少一个容器，所述容器经配置以储存第一冷却介质且向冷却垫的上腔室中供应第一冷却介质。在一些实施例中，容器能够耐受约1200psi到约4000psi的压力。在一个实施例中，容器中所包含的第一冷却介质包括二氧化碳。

在另一方面中，本发明提供一种向患者提供冷却疗法的方法。在所述方法中，可以使用本文所述的冷却系统以及冷却垫中的任一个。操作人员将一定量的第一冷却介质从容器装填到冷却垫的上腔室中，并且对冷却垫进行定位以覆盖患者头部的至少一部分。冷却垫的定位可以在第一冷却介质装填之前或之后进行。在一些实施例中，所述方法更包括监测下腔室温度，以及使下腔室温度维持在约-35℃与约30℃之间，或约10℃与约30℃之间，或约0℃与约4℃之间。

附图说明

本发明的上述以及其它特点和优点在考虑其某些具体实施例的以下详细描述后，特别是结合附图考虑时，将变得显而易见，其中各图中的相同元件符号用于表示相同元件，且其中：

图1A是根据本发明实施例的冷却垫的俯视图；

图1B是图1A中所描绘的冷却垫的下表面的视图；

图2A到图2C是图1A中所描绘的冷却垫定位于人员或患者的头部和颈部时的不同示意图；

图3A是根据本发明实施例的冷却垫的横截面图；

图3B是根据本发明之另一实施例的冷却垫的横截面图；

图3C是具有非平坦表面的本发明冷却垫的实施例的冷却室的横截面图；

图3D是用于储存以及供应冷却介质的容器的示意图，所述冷却介质用于根据本发明实施例的冷却垫中；

图4A是包括一或多个温度传感器的本发明冷却垫的实施例的示意性分解图；以及

图4B是用于测量如通过温度传感器所感测的温度的温度计的示意图，所述温度传感器包含于如图4A中所描绘的冷却垫中。

具体实施方式

本发明提供用于冷却患者的脑、脊柱和/或身体其他区域的冷却垫/装置和系统，其中体温降低可以是有益的。举例来说，本发明的装置以及系统可以是便携式的并且在野外或临床环境中作为第一辅助程序的一部分使用，以向创伤性脑损伤或脊髓损伤、脑缺血、窒息、癫痫或其他病状提供局部的体温降低。

参见图1A，说明冷却垫100的一个实施例的俯视图。垫100就中心轴L来说基本上是对称的，并且包括沿着轴配置的多个区段110、120、130、140以及150。所述区段中的每一个包括两个从轴延伸的对置侧向部分，并且当垫100展开于患者时，覆盖患者头部或颈部的一部分。举例来说，且如图2A中所说明，区段110可以覆盖患者的前额和颞叶区域，区段120可以覆盖患者颅骨顶部的中心区域以及延伸到患者耳朵的侧面，区段130可以覆盖患者头部的上背部，区段140可以覆盖患者头部的下背部，并且区段150可以是缠绕患者颈部(这个区段可以冷却脊髓的颈椎部分)。区段150的侧向延伸部分还包括靠近延伸部分顶端的固定元件151a以及151b以便将延伸部分紧固到人颈部。如所说明，固定元件151a和151b可以包括一对维克罗扣件(Velcro fasteners)，其中151a和151b分别包含钩和环，或反之亦然。另外，冷却垫100可以包括覆盖患者面部(未图示)、从身体后背覆盖脊柱的胸部、腰部以及下部等的区段。冷却垫100还可以配置成或适合于能够覆盖身体的其他部分，例如臂、腿等。应了解，冷却垫的这些区段的配置仅具有说明性，并且替代的排列或变型对于所属领域的技术人员是显而易见的并且因此涵盖于本发明的范围内。

图1B是图1A中所描绘的垫100的底视图；如图所示，垫100包括多个互连冷却单元，其中位于区段110、120以及130上的一些经标记(110a、110b、120a、130a、130b、130c以及130d)。所述单元中的每一个包括能够容纳冷却介质的内部空间。如下文将进一步解释，垫100(因此图1B中所说明的每个单元)可以包括彼此间堆叠的多个冷却室，其中在每一层腔室内，所述单元彼此间处于流体连通。图1B中还显示相邻单元之间的连接部分(例如单元110a与110b之间的连接部分112)缩窄，以使垫100具有较大的挠曲性，从而贴合患者头部。

还如图1A以及图2A-2C中所示，冷却垫100装备有三个入口/出口160、165a以及165b(分别定位于区段120的中心，以及区段150的侧向延伸部分的端部附近)。这些入口/出口中的每一个可以用于将冷却剂装填到垫100的上腔室中以便展开冷却垫100，以及从冷却垫100的上腔室排出冷却剂。如图1A以及图2A-2C中所描绘的这些入口/出口的定位仅具有说明性而非限制性。为了装填方便、温度分布控制或为了解决其它操作问题，冷却垫中可以包括更少或更多的入口/出口。举例来说，可供使用的替代阀避免了移动受伤头部以执行冷却机理的需要且/或通过调节个别的双向压敏阀来提供可选的气体流速。

图3A是本发明冷却垫实施例的横截面图。冷却垫100包括下腔室210、中腔室220以及上腔室230。腔室210、220以及230也统称为冷却室。冷却室210、220以及230中的每一个是全封闭密封的(即，其彼此间不处于流体连通)。在图3A所示的实施例中，冷却室形成一体式结构，其中上腔室230和中腔室220通过共同界面层或薄片225隔开；中腔室220与下腔室210通过共同界面层或薄片215隔开。界面层215以及225可以各自包含具有良好导热性、但不能被引入相应冷却室中的冷却剂渗透的织物、非编织纤维素材料(诸如压制纸片)、聚合物膜或其类似物。

图3A中所示的冷却垫100还包括接触患者皮肤(例如患者头部和/或颈部上的区域)的内表面201，以及与内表面201相对的外表面202。内表面201的材料可以类似于界面层215以及225的材料，如上文所指出。另外，就患者舒适度来说，内表面可以由可透气或吸湿排汗的织物制成。

冷却室210、220以及230夹在内表面201与外表面202之间。另外，垫100可以包括侧边外表面203，其使内表面201与外表面202连接以围封冷却室210、220以及230中的每一个。侧边外表面203可以和外表面202分开构筑或作为外表面202的一体式延伸部分构筑。外表面202可以包括不同厚度的部分。举例来说，如图3A中所示，部分202a的厚度大于部分202b的厚度。较薄部分可以更容易挠曲，从而有助于冷却垫符合颅骨形状。外表面202可以包含绝热材料或由绝热材料制成，如具有耐磨性且在低温下仍可挠曲的橡胶材料。实例材料包括丁基橡胶、聚硅氧橡胶、氯丁橡胶，或玻璃态化温度为-10℃或低于-10℃、-20℃或低于-20℃，或-30℃或低于-30℃的其它聚合材料。另外，外表面可以包括合成的可透气吸湿排汗薄材料。

图3B显示冷却室的替代排列的分解图，其包括具有底面211和顶面212的下腔室210a、具有底面221和顶面222的中腔室220a，以及具有底面231和顶面232的上腔室230a。上腔室230a还可以包括用于接收和/或排出第一冷却介质的入口/出口(未图示)。冷却室210a、220a和230a中的每一个是其中容纳相应冷却介质的独立密封结构，并且可以直接堆叠以形成多层结构。此模块化设计使得制造具有灵活性(因为腔室可以分开制造，并且然后组装)且容易更换任一个腔室。可选地，可以将界面层215a安置于腔室210a与220a之间，并且可以将界面层225a安置于腔室220a与230a之间。下腔室210a的底面211可以用作接触患者皮肤的垫100的内表面。或者，可以邻近用于接触患者皮肤的下腔室210a的底面211安置额外层205a。层205a可以由上文关于图2A所述的内表面201的材料制成。层205a可以进一步具有开口，其允许下腔室210a直接流经开口且流入患者皮肤而实现体温降低。

在替代实施例中，冷却垫100可以包括与下腔室210(图3B中的210a)直接介接的上腔室230(或图3B中的230a)，即，不包括在上腔室与下腔室之间所插入的中腔室。在这些实施例中，关于冷却系统的上腔室、下腔室和其它组件的本文描述是适用的。

虽然显示于图3A和图3B中，所述冷却室中的每一个具有大体平坦的上表面和下表面，所述冷却室中的任一个还可以具有非平坦表面。如图3C中所说明，冷却室210c可以具有非平坦下表面213和/或非平坦上表面214。非平坦表面可以包括如图所示的隆起区域和凹陷区域，其可以根据需要图案化。当两个相邻冷却室之间的接触表面不平坦时，优选的是处于匹配配置的两个表面上具有表面隆起和凹陷，以便使接触面积最大化，供两个腔室之间的热能交换。若下部冷却室具有非平坦下表面，则下表面中仅一部分直接接触患者皮肤。

返回参看图3A，在冷却垫展开用于患者之前，冷却垫100的上腔室230(或图3B中的230a)具有容纳第一冷却介质的中空内部空间，并且包括入口250a以便将一定量的第一冷却介质从外部来源装填到上腔室230中。第一冷却介质在大气压(即，1atm)下的凝固点可以是-70℃或更低、-100℃或更低、-150℃或更低，或-200℃或更低。进入上腔室230之后的第一冷却介质在一段时间内可以是气体、气体/液体混合物、气体/固体混合物，或液体。举例来说，其可以是CO₂气体、CO₂气体与干冰颗粒的混合物，和/或氮气。上腔室230还装备有用于排出第一冷却介质的出口250b。入口250a和出口250b中的每一个可以包括具有临界压力的双向阀，所述临界压力经预设或可人工调节以便控制上腔室230中的冷却介质的量。临界值可以大于大气压，例如大于大气压约10％到约1000％，或大于大气压约20％到约100％。在一些实施例中，阀也可以人工开启。使用不同的第一冷却介质可以实现(按约0.1℃到约0.5℃/小时的速率)轻度(约36℃)或中度(约33℃到约35℃)的脑温降低，其比正常脑温范围低约2.5℃到约4.5℃，正常脑温在约37.5℃到约38.0℃范围内。

配合冷却垫使用时，还提供用于储存和供应第一冷却介质的一或多个容器，例如作为冷却系统或试剂盒的一部分提供。冷却系统还可以包括头盔，如军用头盔、民用头盔(例如用于工程、建筑、运动和其它用途)，其中冷却垫可以装配或紧固，例如通过位于头盔内部的紧固机构。容器可以是便携式和/或手持式。如图3D中所说明，便携式容器300可以具有呈圆筒或罐形式的主体310。容器可以是金属(例如铝)罐，其可以耐受超过100psi、200psi、500psi、1000psi、2000psi或4000psi的内部压力。在一些实施例中，容器可以耐受约1200psi到约4000psi的内部压力。启动容器时，第一冷却介质从释放喷嘴330流出。释放喷嘴330可以设计成与冷却垫的入口以气密方式(例如直接通过螺纹连接或通过一段管道)耦接。操作人员能够通过与释放喷嘴330耦接的流量计320观察和调节流入冷却垫中的冷却剂流速。容器中所储存的第一冷却介质可以包括液体CO₂、液氮或其它低温流体。

当第一冷却介质进入冷却垫的上腔室时，由于上腔室中的压力与最初储存第一冷却介质的加压容器相比发生显著降低，因此一部分第一冷却介质可以发生相变而变成气体。在操作中，通过调节参数，如装填速率、双向阀的临界压力，第一冷却介质可以使上腔室230的温度达到-30℃、-40℃、-50℃、-60℃、-70℃或甚至更低的温度。在一些实施例中，在操作期间(当冷却垫定位于患者以冷却患者头部时)，上腔室的温度可以维持在约-30℃与约-15℃之间的范围内。利用中腔室与下腔室的热传导调节患者所感觉的冷度，可以在冰包长期储存困难或不可能的环境(例如战争地区、沙漠)中使用冷却垫和系统实现患者的期望冷却，以便治疗在紧急情况下头部受伤的患者。

冷却垫100的中腔室220(或图3B中的220a)包括第二冷却介质，第二冷却介质可以在冷却垫制造时以及在使用之前预装填到腔室中。中腔室充当储槽以使下腔室的期望温度维持延长的时间段。在一些实施例中，中腔室的构造和冷却介质应使得中腔室能够使下腔室温度在期望温度(例如约0℃)维持期望或预定量的时间，例如约2-8小时(例如约3小时、约4小时、约5小时或约6小时)。在一些实施例中，第二冷却介质在大气压下的凝固点是约-10℃或更低。在一些实施例中，第二冷却介质的凝固点是-20℃或更低，或-30℃或更低。在一些实施例中，第二冷却介质的凝固点可以是约-40℃到约0℃，或约-30℃到约-5℃，或约-20℃到-10℃。

在一些实施例中，第二冷却介质可以包括水和降低水凝固点的制剂，如聚乙二醇，或其它无毒性防结冰剂或防冷冻剂。在其它实施例中，中腔室可以装填离子液体。离子液体作为绿色溶剂由于其低蒸气压、高热稳定性和使具有广泛不同极性的化合物变成溶剂化物的能力，最近已受到广泛地研究。离子液体可以含有阳离子和阴离子，其中阳离子可以包括(但不限于)各种各样被取代的咪唑鎓盐，以及铵、吡啶鎓、异喹啉鎓、硫鎓、鏻、吡咯烷鎓以及其它络合物化合物，并且阴离子可以包括(但不限于)亚硝酸盐、硝酸盐、硫酸盐、甲苯磺酸盐、磷酸盐、乙酸盐以及各种含氟和含硼化合物，如四氟硼酸盐、四苯基硼酸盐、四-((4-三氟甲基)苯基)硼酸盐、双(2-甲基乳酸根)硼酸盐、全氟乙基酰亚胺、双((三氟甲基)磺酰基)酰亚胺、六氟磷酸盐、烷基碳二十面体等。在示例性实施例中，离子液体可以包括1-己基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([hMIM][Tf2N])和三己基(十四烷基)鏻2-(三氯乙酰基)吡咯烷酮。在其它实施例中，第二冷却介质可以包括离子液体以及可溶于离子液体中的聚合物，诸如聚电解质，例如聚丙烯酸钠。

冷却垫100的下腔室210(或图3B中的210a)可以包括第三冷却介质。第三冷却介质可以在制造冷却垫时以及在使用之前预装填到下腔室中。在一些实施例中，在大气压下，第三冷却介质的凝固点可以高于第二冷却介质的凝固点。举例来说，第三冷却介质的凝固点可以比第二冷却介质的凝固点高约5℃到约20℃。在一些实施例中，第三冷却介质在大气压下的凝固点可以是约-5℃到约5℃。在一些实施例中，第三冷却介质在大气压下的凝固点是约-2℃到约2℃。

在一些实施例中，第三冷却介质可以是水。在其它实施例中，第三冷却介质可以包括水和添加剂。举例来说，添加剂可以包括水溶性聚合物，如超吸收性聚合物(可以吸收相对于自身体重至少100倍水的聚合物)。添加剂还可以包括不溶性无机材料，如石墨、二氧化硅、粘土、玻璃纤维或其类似物，以及表面活性剂、盐、醇等。

在一些实施例中，本发明的冷却垫可以包括温度测量元件。举例来说，所述冷却室中的一个(以及任一个)或多个可以包括或包埋一或多个温度传感器。如图4A中所说明，冷却垫100可以包括下腔室210b中的温度传感器281，和/或中腔室220b中的温度传感器282，和/或上腔室230b中的温度传感器283。温度传感器281、282和283中的每一个可以分别与导线或引线281a、282a和283a耦接，以便传输传感器所感测的信号。或者或另外，冷却垫100可以包括安置于下腔室210b下方的温度传感器284，和/或安置于中腔室220b与下腔室210b之间界面处的温度传感器285，和/或安置于上腔室230b与中腔室220b之间界面处的温度传感器286。温度传感器284、285和286中的每一个可以分别与导线或引线284a、285a和286a耦接，以便传输传感器所感测的信号。导线或引线281a、282a、283a、284a、285a和286a可以从冷却垫100延伸以便与温度计连接。

图4B示意性地描绘温度计400，其可以从图4A所示的温度传感器281-286中的任一个(或全部)获得输入。温度计400包括信号输入端口(或端口)410以接收引线281a-286a中的任一个或全部，以及电路420以便转换温度传感器所感测和引线所传输的信号并且获得温度传感器的温度。电路420将温度传送到显示器以在显示器430(例如LCD显示屏)上向使用者显示。使用超过一个温度传感器时，显示器430可以同时显示冷却垫的不同部分的多个温度。在替代实施例中，温度传感器可以包括无线传输信号到温度计的模块，其装备有接收所传信号的无线接收器。在此类系统中，图4A中的引线或导线281a-286a是不需要的。

为了使用本发明的冷却垫冷却患者头部，使用者或操作人员可以首先使用含有第一冷却介质的容器向上腔室装填一定量的第一冷却介质，并且然后将冷却垫定位于患者上以覆盖患者头部的期望部分。或者，使用者可以首先将冷却垫定位于患者头部，并且然后将第一冷却介质装入上腔室中。当冷却垫用于患者时，可以主动监测冷却垫的不同部分的温度以确保冷却垫发挥适当功能。举例来说，使用者可以监测下腔室的温度，例如通过使用一或多个嵌入下腔室中的温度传感器来监测，并且使下腔室在治疗持续期间或其任一部分期间维持约-35℃与约30℃之间(例如约-10℃与约10℃之间、约-4℃与约20℃之间、约0℃与约4℃之间、约-5℃与约5℃之间，或-2℃与约2℃之间)的温度。适用于每一位患者的下腔室温度范围可以是不同的，这取决于患者状况、年龄以及头部和/或脊髓损伤的特殊性或程度。举例来说，用于新生儿时或用于治疗婴儿时，在一些实施例中，当冷却垫在使用中时，下腔室可以维持在约10℃与约30℃之间，或约15℃与约25℃之间。对于成年患者来说，在一些实施例中，下腔室可以维持在约0℃与约4℃之间。在一些实施例中，下腔室中的冷却介质维持在其凝固点或稍微低于凝固点(例如低于凝固点约5度或约2度)。或者，操作人员可以监测下腔室与患者皮肤之间界面的温度，例如通过使用定位于此类界面的温度传感器(例如图4A中所说明的传感器284)，并且使这个温度维持在期望的范围内，例如约-2℃到约2℃，或约0℃到约4℃等。再次，适用于每一位患者的这个温度范围可以是不同的，这取决于患者状况、年龄以及头部和/或脊髓损伤的特殊性或程度。为了调节温度，在一些实施例中，使用者可以将更多冷却介质装填到上腔室中(当温度高于期望值时)，或通过开启上腔室的一或多个入口/出口来释放上腔室中的一部分冷却介质(当温度低于期望值时)。另外，若温度过低，则操作人员还可以从患者头部暂时移走冷却垫。

或者或另外，使用者可以监测中腔室的温度，例如通过使用嵌入中腔室内的一或多个温度传感器来监测。在一些实施例中，中腔室温度可以维持在约-30℃与约-5℃之间。在其它实施例中，中腔室的温度可以维持在约-20℃与约-10℃之间。在其它实施例中，中腔室的温度可以维持高于第二冷却介质的冷冻温度，例如比第二冷却介质的冷冻温度高约5℃到10℃。在其它实施例中，中腔室的温度可以维持低于第二冷却介质的冷冻温度。

除温度传感器之外，本发明的冷却垫和冷却系统可以更包括其它传感器，诸如血压传感器、脑电图学(EEG)传感器或电极，以及检测和/或测量患者生理状况(如体态、运动、呼吸、心脏脉冲频率等)的其它传感器。此类传感器可以附接到冷却垫上，例如接触患者皮肤的内侧，并且适当时定位于患者头部或颈部上。来自此类传感器的信号可以通过有线或无线连接传送到适合的监测装置。

通过调节本发明冷却垫的操作参数，包括(但不限于)第一冷却介质的类型、装填到上腔室中的第一冷却介质的量、上腔室的一或多个双向阀的压力临界值，本发明的冷却垫可以使患者的脑在约24小时内冷却到约33℃与约36℃之间的平均温度并且可以使患者的脑温度在此类温度范围内维持约24小时到约96小时。

脑冷却系统中的冷却垫能以可控的速率、在特定量的时间期间将脑冷却到特定的平均温度。如在此所用，术语可控可以意谓恒定，即，不随时间变化，其中时间段可以控制为短的或与需要的一样长。总的来说，同一个患者可以使用不同的可控速率。冷却速率可以是线性或非线性的。

使脑平均温度达到约33℃所必需的时间可以在约12小时到约18小时范围内。平均温度可以使用冷却垫实现，或替代地使用冷却垫，配合医院中可利用的先进医疗设施实现。在紧接着脑受伤之后到约2小时范围内的较短时间段可能会出现其它较高脑平均温度，这取决于冷却速率。可向患者提供温度在约4℃到约5℃范围内的一定量(如0.5升、1.0升和1.5升)的静脉内生理盐水溶液以有助于冷却脑。

诱导体温降低之后的脑平均温度通常低于核心体温。诱导体温降低之后的脑平均温度的范围可以是约33℃到约36℃，约34℃到约37℃，约33.5℃到约36.5℃，约34℃到约36℃，约35℃到约36℃，约32℃到约35℃，或约32℃到约33℃。

脑平均温度可以维持延长的时间段，如约24小时到约96小时、约36小时到约72小时、约48小时到约56小时，或约48小时。可以使用冷却垫维持温度，或替代地，使用冷却垫、配合先进医疗设施维持温度。

患者所体验的灵敏性，即，所得温度变化和/或所得温度变化速率，将依赖于患者的身体状况，例如患者的体型和年龄。另外，可以进行计算以确定如何能使头部变冷(若所有冷却仅集中于头部)。头部冷却量可以使用以下假设来计算：(1)脑质量，例如1.4kg；(2)水的比热以及(3)来自身体的热转移(经大脑血流加热)是可忽略的。热负荷计算是对辐射加热/冷却系统进行尺寸确定和设计的重要部分。要考虑到的热损耗存在两种类型：传导和对流。

计算--计算ΔT，举例来说，ΔT是脑核心温度(38℃)与脑表面温度(37.5℃)之间的差值。ΔT＝0.5℃，脑重：1.4kg(75％水)，血流：1.25升/分钟，脑体积：1,400cc(cm³)。

典型的脑热负荷计算是由通过对流的表面热损耗计算和由于血流所致的热损耗(即，传导)组成。冷却垫主要通过传导调节热损耗程度。ΔT可以利用傅里叶定律(Fourierlaw)计算：

考虑到身体「屏障」，其减缓或抵抗热从脑转移(例如头部与冷却垫之间的清空空间)。脑热损耗相对于全身性血流的再温热(37℃)：脑内每分钟循环血液的质量类似于脑质量。为了使脑温度降低1℃而从脑移出的热量：

Q＝mc△T

m＝1.4kg

c＝1kcal/kg/C(考虑水的比热)。

因此，每降低1℃将耗费1400卡路里(calories)。脑血流所提供的能量：考虑1.25升/分钟、1℃的ΔT和30分钟灌注(即，在30分钟内，约37升或37kg)--每降低1℃需要37,500卡路里--或为使血液温度降低1℃而需75kcal/h的连续移出。

然后可以按约0.1℃到约0.3℃/小时、约0.1℃到约0.2℃/小时或约0.2℃到约0.3℃/小时范围内的速率温热脑。使脑再温热所必需的时间的范围可以是约24小时到约96小时、约36小时到约72小时、约48小时到约56小时，或约48小时。脑的再温热可以在临床环境中操控。

如在此所用，术语“约”当用于指温度值时，意谓偏离给定温度值±1℃内的范围，并且当用于指持续时间或其它数量时，意谓偏离给定值至多±10％。

虽然本发明的说明性实施例已揭露在此，但所属领域的技术人员可以根据本发明设计出许多变型和其它实施例。举例来说，应了解，如在此所述的冷却垫还可以用于向身体的其它部分(如后背、臂、腿、足等)提供体温降低疗法，以及用于其中体温降低可能有益的患者的其它状况。因此，应了解，希望所附权利要求书包括此类变型和实施例，所述变型和实施例属于本发明的精神和范围内。

Claims (29)

1.一种冷却垫，其包含：

上腔室，其具有内部空间和至少一个接收第一冷却介质于其中的入口，

中腔室，其安置成与所述上腔室相邻并且热接触，所述中腔室包含第二冷却介质；以及

下腔室，其安置成与所述中腔室相邻并且热接触，所述下腔室包含第三冷却介质。

2.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述冷却垫包括适合于覆盖患者头部的多个区段。

3.根据权利要求2所述的冷却垫，更包含至少一个经配置以覆盖患者颈部的区段。

4.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述上腔室、中腔室以及下腔室被个别地密封并且彼此间可分隔。

5.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述上腔室、中腔室以及下腔室形成一体式结构，且其中所述上腔室和所述中腔室通过第一界面层隔开，所述中腔室和所述下腔室通过第二界面层隔开。

6.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述上腔室、中腔室和下腔室呈多个互连单元形式。

7.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述第二冷却介质在大气压下的凝固点是-10℃或更低。

8.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述第二冷却介质包含水与水溶性聚合物的混合物。

9.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述第二冷却介质包含离子液体。

10.根据权利要求9所述的冷却垫，其中所述离子液体包含1-己基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([HMIM][Tf2N])和三己基(十四烷基)鏻2-(三氯乙酰基)吡咯烷酮中的至少一者。

11.根据权利要求9所述的冷却垫，更包含可溶于所述离子液体中的聚合物。

12.根据权利要求11所述的冷却垫，其中所述聚合物是聚电解质。

13.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述第三冷却介质在大气压下的凝固点是在约-5℃与约5℃之间。

14.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述第三冷却介质包含水。

15.根据权利要求14所述的冷却垫，其中所述第三冷却介质包含超吸收性聚合物。

16.根据权利要求1所述的冷却垫，其中所述上腔室的入口包含压敏性双向阀。

17.根据权利要求16所述的冷却垫，其中所述上腔室包含一或多个额外的压敏性双向阀以便将所述第一冷却介质接收到所述上腔室中或从所述上腔室排出所述第一冷却介质。

18.根据权利要求1所述的冷却垫，更包含由绝热材料制成的外表面。

19.根据权利要求1所述的冷却垫，更包含至少一个温度传感器。

20.根据权利要求19所述的冷却垫，其中所述至少一个温度传感器定位于所述上腔室、中腔室或下腔室之一内，或定位于所述上腔室与所述中腔室之间的界面处、所述中腔室与所述下腔室之间的界面处，或定位于所述下腔室的下表面下方。

21.根据权利要求19或权利要求20中任一权利要求所述的冷却垫，更包含可操作地与至少一个温度传感器耦接的温度计，所述温度计包含：

电路，用于转换所述温度传感器所收集的信号以获得所述温度传感器的温度；以及

显示器，用于向使用者指示所述温度。

22.一种冷却垫，其包含：

上腔室，其具有至少一个接收第一冷却介质的入口；以及

下腔室，其安置成与所述上腔室热接触，所述下腔室包含第三冷却介质。

23.根据权利要求22所述的冷却垫，其中所述第三冷却介质在大气压下的凝固点是在约-5℃与约5℃之间。

24.一种用于患者护理的冷却系统，包含：

根据权利要求1到权利要求23中任一权利要求所述的冷却垫；以及

至少一个容器，其经配置以储存所述第一冷却介质且将所述第一冷却介质供应到所述冷却垫的上腔室内。

25.根据权利要求24所述的冷却系统，其中所述第一冷却介质包含二氧化碳。

26.一种向患者提供冷却疗法的方法，所述方法包含：

提供根据权利要求24所述的冷却系统；

从所述容器向所述冷却垫的上腔室中装填一定量的所述第一冷却介质；以及

对所述冷却垫进行定位以覆盖患者头部的至少一部分。

27.根据权利要求26所述的方法，更包含：

监测所述下腔室的温度，以及

使所述下腔室的所述温度维持在约-35℃与约30℃之间。

28.根据权利要求26所述的方法，更包含：

监测所述下腔室的所述温度，以及

使所述下腔室的所述温度维持在约10℃与约30℃之间。

29.根据权利要求26所述的方法，更包含：

监测所述下腔室的所述温度，以及

使所述下腔室的所述温度维持在约0℃与约4℃之间。