JP2016529069A - 低体温療法のための温度測定およびフィードバック - Google Patents

Abstract

処置システムは、低体温を誘導するために、呼吸ガスと凍結氷または他の粒子との組み合わせを患者に送達する、送達デバイスを含む。処置システムはまた、吐出されるガスの温度を測定するための温度システムと、測定される呼気ガスの温度に基づいて患者の深部体温を制御するために、氷粒子が送達される持続時間または速度を調節し得る、コントローラとを含む。上記処置システムは、患者の深部体温を低下させるためのシステムであって、患者の呼吸器系に、呼吸ガスと、所定量の凍結粒子とを送達するように構成される少なくとも１つの導管を含み得る。

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１３年９月８日に出願された米国仮出願番号第６１／８７５，０９３号（代理人書類番号３２１３８−７０７．１０１）の利益を主張しており、この仮出願の全体の内容は本明細書中に参考として援用される。

（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、概して、患者の体温の選択的改変および制御のための、患者の気道および肺との熱交換のためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、これは、呼気温度を監視しながら、凍結粒子を患者の呼吸器系に導入することによって、患者の深部体温を制御するためのシステムおよび方法に関する。

ヒト動物の正常な機能は、およそ摂氏３７度（華氏９８．６度）の体温を要求する。身体は、皮膚内の温度センサによって制御される、生来の温度調節系の活性化を通して、温度のわずかな上昇または下降変動を自己補償することができる。体温における上昇変動に対する応答は、発汗の開始であり、これは、水分を身体組織から身体表面に移動させる。水分が表面に到達すると、これは、蒸発し、それとともに多量の熱を搬送する。体温における下降変動に対する応答は、震えであり、これは、熱を生成するための身体の試行である。震えは、大規模に発生する筋肉組織の自発的ではない伸縮および拡張である。この筋肉作用は、摩擦を通して熱を生成する。

低体温は、３５℃未満の深部体温として定義され、身体が効果的に機能を維持するために十分な熱を生成することができないときの、正常温度以下の臨床状態と考えられる。多くの変数が、低体温の発生に寄与する。年齢、健康、栄養、身体サイズ、疲労、暴露、暴露時間、風、温度、湿度、投薬、および酩酊は、熱生産を減少させるか、熱損失を増加させるか、または熱安定性に干渉し得る。伝導、対流、放射、蒸発、および呼吸を介した熱損失に対する、健常個体の補償応答は、暴露によって圧倒され得る。投薬は、温度調節に干渉し得る。急性または慢性の中枢神経系プロセスは、温度調節の有効性を低減させ得る。

最近の医学報告は、（それぞれ）心筋梗塞および虚血性脳卒中の結果として生じる、灌流減少の間の心筋および脳等の組織の酸素消費を低減するための手段として、制御された低体温の使用を説明しており、これは、損傷を低減し、梗塞領域を減少させることにつながる。医学報告はまた、処置中および処置後の心臓および脳における虚血および／または塞栓からの損傷を低減するために、心臓手術または介入心臓処置中の、制御された低体温の予防的使用も説明している。

全て、本願の譲受人に譲渡され、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第８，１００，１２３号、第８，２８１，７８６号、第８，４０２，９６８号、および米国特許出願公開第２０１３／００８５５５４号は、患者の肺または他の体腔中に、氷または他の凍結粒子を導入することによって、患者において低体温を誘導するための改良されたシステムおよび方法を説明する。凍結粒子が融解するにつれて、熱は、融解の熱（エンタルピ）によって吸収され、患者の身体は、冷却される。低体温を誘導するための従来システムは多数の利点を提供するが、氷および他の凍結粒子の呼吸導入は、制御することが困難であり得、任意の望ましい治療範囲を越えて患者を冷却する潜在性を有する。

これらの理由から、患者の過冷却のリスクが低減された低体温を誘導するための方法およびシステムを提供することが望ましいであろう。そのような方法およびシステムはさらに、望ましい深部体温の急速な達成と、最小偏差を伴う、それに続く深部体温の維持とを提供すべきである。これらの目的のうちの少なくともいくつかは、以下に説明される本発明によって達成され得る。

（２．背景技術の説明）
米国特許第８，１００，１２３号（特許文献１）、第８，２８１，７８６号（特許文献２）、第８，４０２，９６８号（特許文献３）、および米国特許出願公開第２０１３／００８５５５４号（特許文献４）が、前述されている。米国特許出願公開第２０１３／０２２６０７７号（特許文献５）は、随意に、相変化流体を腹腔に送達する、腹腔低体温システムにおいて呼気温度を監視するステップを説明している。

米国特許第８，１００，１２３号明細書 米国特許第８，２８１，７８６号明細書 米国特許第８，４０２，９６８号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００８５５５４号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２２６０７７号明細書

（発明の要旨）
第１の側面では、本発明は、患者の深部体温を低下させるための方法を提供する。この方法は、一連の吸入サイクルの間に、患者の呼吸器系に呼吸ガスを送達するステップを含む。呼吸器系は、肺と、気管と、副鼻腔と、鼻腔とを含む。呼吸ガスに加えて、凍結粒子もまた、吸入サイクルのうちのいくつかの少なくとも一部の間に、呼吸器系に送達される。粒子は、通常、氷であり、殆どまたは完全に、水または生理食塩水を含むが、また、融解または昇華のエンタルピの結果として、体熱を吸収するように融解または昇華し得る、凍結二酸化炭素または他の非毒性材料でもあり得る。吐出されるガスの温度は、少なくともいくつかの呼気サイクルの間に測定され、患者に送達される凍結粒子の量は、吐出されるガスの測定される温度に基づいて標的深部体温を達成するために、調節され得る。

呼吸ガスおよび凍結粒子は、それらの全開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第８，１００，１２３号、第８，２８１，７８６号、および第８，４０２，９６８号に教示されるような呼吸マスクの使用を含む、種々の方法で送達され得る。他の実施形態では、呼吸ガスおよび／または凍結粒子は、気管内チューブを通して送達され得る。呼吸ガスおよび凍結粒子は、同一の導管を通して、または別個の導管を通して送達され得、凍結粒子は、送達システムの外部で、および／または送達システム内の原位置（ｉｎ ｓｉｔｕ）で生成され得る。

送達されている凍結粒子の量を調節するステップ（これは、システムの冷却能力を決定する）は、個々の吸入の間の凍結粒子送達の持続時間および／または速度を調節するステップを含み得る。この方法は、典型的には、少なくとも、十分な量の凍結粒子が、深部体温を、概して、３３℃〜３５℃の標的範囲にある、標的深部体温まで急速に低下させるために送達される、初期相と、より少ない量の凍結粒子および／または他の冷却媒体が、患者の深部体温を望ましい下閾値を超えて低下させることなく、望ましい標的範囲にある標的深部体温を維持するために送達される、維持相とを含み得る。

第２の側面では、本発明は、患者の深部体温を低下させるためのシステムを提供する。このシステムは、（典型的には、呼吸ガスとともに）所定量の凍結粒子を、患者の呼吸器系に送達するように構成される、少なくとも１つの導管を備える。温度センサは、少なくとも１つの導管を通して吐出されているガスの温度を測定するように構成され、コントローラは、呼気温度を表示し、随意に、少なくとも１つの導管を通した凍結粒子の送達の量、持続時間、および／または速度を調節するように構成される。このシステムを使用して、患者の標的深部体温は、手動によって、および／または自動的に、患者の呼吸器系に送達される凍結粒子の量または速度を調節することによって、達成および維持され得る。

具体的実施形態では、このシステムは、呼吸ガスを送達するための１つの導管と、凍結粒子を送達するための別個の導管とを含み、１つの呼吸ガス導管はまた、通常、呼気経路も提供する。特定の実施形態では、導管は、呼吸マスクまたは気管内および／または鼻腔内チューブを備え得る。

コントローラは、フィードバックアルゴリズムに従って、温度センサによって測定される呼気温度に応答して、凍結粒子の送達量または速度を自動的に制御するように構成され得る。他の実施形態では、コントローラは、ユーザが、温度センサによって測定される呼気温度に応答して、凍結粒子の送達量または速度を手動で制御することを可能にするように構成され得る。

このシステムは、随意に、特に、安全な下閾値を下回る、呼気および／または深部体温の低下を含む、種々の異常状態のうちの任意の１つを検出するように構成される、可聴または視覚アラームを含み得る。便宜上、呼気温度センサは、その機能のためだけではなく、制御のためにも使用され得る。肺液を測定する他のセンサ（胸部インピーダンスセンサ等）、吐出される空気中の流体の存在を測定する、呼吸チューブ内の湿度センサ、呼気チューブ内のタンパク質（肺水腫に対する指標としてのタンパク質）の存在を測定するタンパク質検出器、呼気チューブ内の流体中の血液（肺水腫の別の指標）の存在を検出するための血液センサ、および同等物。このシステムはまた、アラーム状態が検出されるときはいつも、肺への凍結粒子送達の自動的減少または停止も提供し得る。

本発明を、例示の目的で、そして以下の添付の図解する図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシステムを使用して、患者に凍結粒子の凍結ミストを送達するための呼吸マスクを備える、システムの略図を例証する。 図２は、患者に凍結粒子の凍結ミストを送達するための気管内チューブを備える、システムの略図を例証する。 図３は、本発明のシステムおよび方法において有用である、例示的凍結粒子送達パターンを例証するグラフである。

（発明の詳細な説明）
本発明の方法およびシステムは、氷または他の非毒性の生物学的に適合性の凍結粒子を、患者の肺または呼吸器系の他の領域中に導入することによって、患者において低体温を誘導する。凍結粒子の融解または昇華は、肺および呼吸管の他の領域を急速に冷却する、高速度のエンタルピ熱吸収を提供し、したがって、肺の中の血液を冷却し、これは、順に、冷却された血液が患者を通して循環されるにつれて、心臓および脳だけではなく、身体の深部および四肢も冷却するように流れる。

本発明は、深部体温のリアルタイムのプロファイルを提供するために、患者の呼気の温度を測定することによって、特に、肺および心臓の温度を含む、患者の深部体温を監視するための方法を提供する。吐出される空気の温度は、記録および記憶される、吐出される空気の最低温度を（その呼気サイクル中に）測定するために、呼気サイクルのうちの少なくともいくつかの少なくとも一部の間に測定され、温度プロファイルは、典型的には、各呼気サイクルの全持続時間の間に測定される。吐出される空気の温度、特に、任意の呼気サイクルで吐出される空気の最低温度は、随意に、較正相（フェーズ）の後に、深部体温と、特に、呼気時における肺および心臓温度と密接に相関する。そのような正確かつリアルタイムの深部体温測定は、例えば、任意の所定の時点で患者の呼吸器に送達される凍結粒子の量を制御することによって、深部体温の制御を可能にする。

本システムは、随意に、比例制御、微分制御、比例および微分制御の組み合わせ等の従来型制御アルゴリズムだけではなく、吐出される空気の温度と深部体温との間の相関関係に関連付けられる、熱伝達および他の特性のモデル化に依拠する、フィードフォワード制御アルゴリズムを使用して測定される呼気温度に基づいて深部体温の制御を可能にする、自動コントローラまたは他のプログラム可能構成要素を含み得る。このアルゴリズムは、随意に、温度が事前決定された標的範囲を超過するか、またはそれよりも低く下がると、アラームを生成し得る。代替として、この制御は、医師または他のユーザが、標的深部温度までの急速な冷却を達成するために、患者への氷粒子の送達の量または速度を調節することができる場合、手動で行われ得る。

いったん標的深部温度に到達すると、本発明のシステムの方法はさらに、その温度の維持を可能にし得る。例えば、本システムまたは医師は、深部体温を維持するが、さらに低下させないために十分な量まで、患者に送達されている凍結粒子の量を減少させ得る。代替として、他の冷却流体が、凍結粒子に加えて、またはそれの代わりに利用され得る。さらにまた代替として、いったん標的深部体温に到達すると、冷却ジャケットおよび他の患者冷却装置の使用が、呼吸冷却システムの代わりに、またはそれに加えて使用され得る。

本システムはまた、肺水腫または肺液過剰の早期の兆候を検出するためのセンサも含み得、これは、送達されている氷量を低下させることを可能にし得る。コントローラもまた、人工呼吸器データからデータを受信するように接続され、人工呼吸器が、人工呼吸に対する肺の増加した抵抗の兆候を示す場合、自動的に、または手動で（アラームによって）、氷の量を減少するようにプログラムされ得る。

ここで図１を参照すると、患者Ｐにおける低体温を誘導するための、本発明の原理に従って構築された第１の例示的システム１０が、説明される。第１のシステム１０は、呼吸ガス、典型的には、空気または酸素と、凍結粒子、典型的には、凍結生理食塩水粒子との両方を、患者に送達するための呼吸マスク１２を使用する。患者の口Ｍおよび鼻Ｎを被覆する呼吸マスクは、呼吸マスクに対して従来様式でガスを患者Ｐに提供し得る、呼吸ガス源１４に直接接続される。加えて、凍結粒子源１６は、送達されている氷の量を変動させる制御弁、またはソレノイド等のオン／オフ弁のいずれかであり得る、弁１８を通して、呼吸マスク１２に接続され得る。氷または他の凍結粒子が呼吸マスクに送達される様式は、概して、前述の本明細書に組み込まれる先行技術の参考文献のいずれかに教示されるものであり得る。

コントローラ２２は、患者から吐出される息を搬送する、出力ラインまたはポート２６に存在する温度センサ２４に接続される。温度センサは、当然ながら、吐出されるガスの温度を可能な限り正確に測定するために、呼吸マスク内に配置され得、好ましくは、可能な限り患者の口Ｍ近くに配置され得る。コントローラ２２は、センサ２４からの温度を測定し、典型的には、ユーザに見える、出力ディスプレイを含み得る。ユーザは、したがって、凍結粒子の流れまたは流れのタイミングを調節するために、制御弁１８を手動で制御し得る。しかしながら、他の実施形態では、コントローラ２２は、自動的に弁を制御するために、オン−オフ制御だけではなく、比例制御、積分制御、比例積分制御、および他の従来型または非従来型制御アルゴリズムの両方を含む、制御信号を、ライン３０を介して弁１８に提供し得る。

このシステムは、随意に、凍結粒子送達を、呼吸の特定の相、好ましくは、吸入相もしくはサイクル、または吸入相もしくはサイクルの特定の一部と、同期させる能力を有し得る。呼吸相および段階（ステージ）は、吐出されるガスのセンサ、および／または吸入を表す胸部の拡張と、呼気の一部としての胸部体積の減少とを送り得る、患者の胸部または患者の上半身の他の部分上のセンサを使用して、追跡され得る。マスクに加えて、このシステムは、凍結粒子送達チューブと連続し、潜在的に、呼吸空気チューブでもあり得る、付加的チューブを含み得る。この延長チューブは、咽頭内のより深くに位置付けられ得るが、依然として、声帯の外に位置付けられ得る。この目的は、口の周口膜およびそれ以外に対する氷の熱暴露を低減させることである。

本発明の原理に従って構築された、第２の例示的システム４０が、図２に例証される。図２のシステムは、図１のものと類似するが、呼吸ガスおよび凍結粒子を患者Ｐの肺Ｌに直接送達する、気管内チューブおよび／または呼吸導管４２を採用する。典型的には、導管（単数または複数）または気管内チューブは、気管内チューブのための従来様式において、患者の主気管支ＭＢ内で導管または気管内チューブの遠位端を隔離するために、インフレーションチューブ５０を介して膨張され得る、カフ４４を含み得る。気管内チューブまたは導管４２は、患者の肺Ｌに呼吸ガスおよび凍結粒子を別個に送達するために、別個の遠位ポート４６および４８において終端する、少なくとも２つの管腔を有し得る。遠位ポート４６および４８は、典型的には、凍結粒子が呼吸管腔を閉塞せず、吐出されるガスの温度が粒子によって直接影響を受けないように、軸方向または別様に分離され得る。通常、呼吸ガスポートは、任意の直接的汚染を最小限にするために、主気管支ＭＢ中で上流に（口Ｍに向かって）配置され得る。また、以下で説明されるように、凍結粒子は、好ましくは、患者の吸入サイクルの間にのみ送達され、したがって、患者の呼気サイクルの間に氷が呼気管腔に入るリスクは、低減される。

患者Ｐが導管（単数または複数）または気管内チューブ４２を用いて挿管された後、呼吸空気は、呼吸源５４から従来様式で提供され得る。加えて、凍結粒子は、凍結粒子源５６から、弁５８を通して送達され得る。コントローラ６２は、温度センサ６４を通して、患者の呼気の温度を感知する。温度センサ６４は、導管または気管内チューブ４２の出口に位置する。センサは、測定されている温度が肺により近いように、導管または気管内チューブの遠位端のより近くに位置し得ることが理解され得る。第１のシステムと同様に、センサ６４によって測定される温度は、典型的には、コントローラ６２上に表示され、医師または他のユーザが、患者の深部体温を制御するために、氷粒子の送達を手動で調節することを可能にし得る。代替として、弁５８は、信号ライン７０を介して制御され、これは、第１のシステムを参照して前述されるように、自動制御信号をコントローラ６２から受信し得る。本システムは、前述されるように、増加した肺の中の流体および／または上昇した人工呼吸の圧力を示すための他のセンサを含み得、それらのセンサからのデータは、随意に、必要に応じて、送達される凍結粒子の量を自動的に減少させるために、コントローラに送達され得る。

ここで図３を参照すると、凍結粒子を患者に送達するための種々のプロトコルが、説明される。その最上部において、図３は、本発明の呼吸装置によって誘導され得る呼吸パターンを例証する。呼吸は、吸入サイクルが圧力の最小値Ｐ_ｍｉｎにおいて始まり、最大圧力Ｐ_ｍａｘにおいて終了する、略正弦波の圧力パターンを辿り得る。いったんＰ_ｍａｘに到達すると、患者は、呼気サイクルを始め、サイクルが繰り返されるときである圧力がＰ_ｍｉｎに到達する。

通常、氷は、吸入サイクルの一部の間にのみ送達され得る。例えば、図３の最上部から２番目のグラフに示されるように、凍結粒子は、通常、吸入サイクルの中盤に到来する、一連の噴出（バースト）または奔出（パフ）８２で送達され得る。噴出または奔出の回数および各個々の噴出または奔出における氷の量は、変動され得、各奔出の回数および／または体積が増加するほど、当然ながら、患者のより増進された冷却に変換され得る。

奔出の使用は、これがシステムの氷送達構成要素の閉塞を防止することに役立つため、望ましいが、必ずしも必要ではない。凍結粒子は、スパイク中の凍結粒子の量が、それぞれ、実線および破線において示されるように、スパイクの持続時間または速度のいずれかを制御することによって変動され得る、単一スパイク８６において送達され得る。同様に、噴出は、図３の最下部に示されるように、方形波の形態である必要はなく、時変プロファイルも有し得る。さらに、送達の持続時間または速度は、任意の所低のスパイクまたは放出において送達される凍結粒子の総量を決定し得る。

Claims (19)

1. 患者の深部体温を低下させるための方法であって、
   一連の吸入サイクルの間に、前記患者の呼吸器系に呼吸ガスを送達するステップと、
   前記吸入サイクルのうちのいくつかの少なくとも一部の間に、前記呼吸器系に凍結粒子を送達するステップと、
   少なくともいくつかの呼気サイクルの間に、吐出されるガスの温度を測定するステップと、
   呼気ガスの測定される温度に基づいて標的深部体温を達成するために、前記患者に送達される前記凍結粒子の量を調節するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記呼吸ガスは、呼吸マスクを通して送達される、請求項１に記載の方法。
3. 前記呼吸ガスは、気管内チューブを通して送達される、請求項１に記載の方法。
4. 前記凍結粒子は、呼吸マスクを通して送達される、請求項１に記載の方法。
5. 前記凍結粒子は、気管内チューブを通して送達される、請求項１に記載の方法。
6. 前記凍結粒子は、凍結水を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記量を調節するステップは、個々の吸入サイクルの間に送達される前記凍結粒子の持続時間を調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記量を調節するステップは、個々の吸入サイクルの間の前記凍結粒子送達の速度を調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 少なくとも、前記深部体温を前記標的深部体温まで急速に低下させるために十分な量の前記凍結粒子が送達される初期相と、より少ない量の前記凍結粒子または他の冷却媒体が、前記標的深部体温を維持するために送達される維持相とを含む、請求項１に記載の方法。
10. 患者の深部体温を低下させるためのシステムであって、
    患者の呼吸器系に、呼吸ガスと、所定量の凍結粒子とを送達するように構成される、少なくとも１つの導管と、
    前記少なくとも１つの導管を通して吐出されているガスの温度を測定するように構成される、温度センサと、
    前記少なくとも１つの導管を通した凍結粒子の送達の量または速度を調節するように構成されるコントローラであって、それによって、前記患者の標的深部体温は、前記吐出されるガスの温度における変化に応答して、前記凍結粒子の送達の量または速度を調節することによって、達成および維持され得る、コントローラと、
    を備える、システム。
11. 前記呼吸ガスを送達するための１つの導管と、前記凍結粒子を送達するための別個の導管とを備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記１つの導管はまた、呼気経路も提供する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの導管は、気管内チューブを備える、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記コントローラは、フィードバックアルゴリズムに従って、前記温度センサによって測定される呼気温度に応答して、前記凍結粒子の送達の量または速度を自動的に制御するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記コントローラは、ユーザが、前記温度センサによって測定される前記呼気温度に応答して、前記凍結粒子の送達量または速度を手動で制御することを可能にするように構成される、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記コントローラは、システムセンサがアラーム状態を検出するとき、可聴または視覚信号を提供するアラームを含む、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記アラーム状態は、下閾値レベルを下回る呼気温度と、肺水腫とから成る群から選択される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記センサは、肺液検出器と、吐出されるガスの湿度検出器と、吐出されるガスの血液検出器と、吐出されるガスのタンパク質検出器とから成る群から選択される、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記コントローラはさらに、前記アラーム状態が検出される場合、前記凍結粒子の送達を減少または停止させるための手段を含む、請求項１７に記載のシステム。

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