JP2021153649A - 生体内冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生体内に留置しやすく、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる生体内冷却装置を提供する。【解決手段】冷媒が通る流路を有する熱交換部１２と、生体面２０Ａ側と、生体面２０Ａ側とは反対側の外面２０Ｂ側を有し、熱交換部１２に接続され、生体の一部を覆う熱伝導シート２０と、熱伝導シート２０の生体面２０Ａ側に配置され、熱伝導シート２０よりも低い熱伝導率を有している低熱伝導層３０と、を有する生体内冷却装置１０。熱伝導シート２０は、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高いことが好ましい。また、熱伝導シート２０は、グラファイトシートであることが好ましい。【選択図】図２
Description
本発明は、患者の生体内の器官を直接冷却することができる医療用の冷却装置に関するものであり、特に、脳低温療法での脳の冷却に好ましく用いることができる冷却装置に関するものである。
脳梗塞や外傷により浮腫や血腫が生じた場合、脳組織圧や頭蓋内圧が上昇することがある。これが脳血流低下による脳低酸素状態を引き起こし、最終的に脳ヘルニア死に繋がるおそれがある。頭蓋内圧の減圧処置方法としては減圧開頭術が挙げられる。減圧開頭術は外傷性脳挫傷や脳卒中患者に対する治療法として知られているが、減圧開頭術の術後の重篤な後遺症の原因の一つに脳の温度上昇が挙げられる。脳の温度上昇を抑制するために、脳を局所的に冷却するための装置を用いた脳低温療法が提案されている。
そのような冷却装置の例として、特許文献１には、可撓性の材料からなる袋状体容器または熱伝導性の高い金属材料からなる薄型容器に温度検知センサが付設されてなり体内要冷却箇所に埋設される冷却部と、該冷却部に連結され冷却水を循環移送するカテーテルと前記温度検知センサへの配線とからなる連結接続部と、該連結接続部のカテーテルに連結され冷却水が滞留し冷却器が付設されたリザーバと該リザーバと前記冷却部との間で前記カテーテルを介して冷却水循環動作を行うポンプとを備えた放熱部と、前記冷却部における温度検知センサに配線を介して接続されるとともに前記放熱部におけるポンプ及び冷却器の各々と配線を介して接続され検知された温度に基づき体内要冷却箇所を所定温度に冷却するように前記冷却器及びポンプの動作制御を行う制御部とを備えた局部冷却装置が開示されている。
特許文献１に記載されている局部冷却装置ではパウチ型の袋状体の冷却容器を頭蓋内の脳表部に近接させることにより冷却を行うが、袋状体の内部全体に冷媒が行き渡らず、生体内の治療対象部位によって温度にバラツキが生じることがあるため、広範囲を効率よく冷却する観点で改善の余地があった。また、冷却容器として金属からなる薄型容器を用いることもできるが、金属製の容器は硬くて重く、患者に負担が掛かるため、生体内に一定期間留置する観点でも改善の余地があった。そこで、本発明は、生体内に留置しやすく、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる生体内冷却装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決することができた本発明の生体内冷却装置の一実施形態は、冷媒が通る流路を有する熱交換部と、生体面側と、生体面側とは反対側の外面側を有し、熱交換部に接続され、生体の一部を覆う熱伝導シートと、熱伝導シートの生体面側に配置され、熱伝導シートよりも低い熱伝導率を有している低熱伝導層と、を有する点に要旨を有する。上記生体内冷却装置は、溶媒が通る熱交換部に接続された熱伝導シートを生体内の治療対象部位に当接させることで冷却を行うものであるため、治療対象部位の形状に応じて熱伝導シートを変形させることが可能であり、生体への密着性を高めることができる。また、上記生体内冷却装置は、低熱伝導層と、低熱伝導層よりも高い熱伝導率を有している熱伝導シートとを有しているため、熱伝導シートと低熱伝導層の積層方向よりも熱伝導シートの面方向に優先的に熱を拡散することができる。このため、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
熱伝導シートは、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高いことが好ましい。
熱伝導シートの面方向の熱伝導率と厚さ方向の熱伝導率の双方が、低熱伝導層の熱伝導率よりも高いことが好ましい。
熱伝導シートは、グラファイトシートであることが好ましい。
低熱伝導層は、樹脂から構成されていることが好ましい。
熱交換部は、熱伝導シートの外面側に配置されていることが好ましい。
低熱伝導層は、熱交換部が配置されている第１領域と、熱交換部が配置されていない第２領域と、を有し、第１領域における低熱伝導層の厚さが、第２領域における低熱伝導層の厚さよりも大きいことが好ましい。
熱伝導シートは、熱交換部が配置されている第３領域と、熱交換部が配置されていない第４領域と、を有し、第３領域における熱伝導シートの厚さが、第４領域における熱伝導シートの厚さよりも小さいことが好ましい。
低熱伝導層は、熱伝導シートの重心から周縁に向かって薄く形成されていることが好ましい。
熱交換部は、熱伝導シートの重心を含む位置であって、熱伝導シートの周縁よりも内側に配置されていることが好ましい。
熱伝導シートの外面側に熱伝導シートよりも低い熱伝導率を有する材料を含む断熱層が配置されていることが好ましい。
熱交換部は、熱伝導シートの外面側に配置され、断熱層は、熱交換部の外面側に配置されていることが好ましい。
熱伝導シートは、その周縁から重心に向かって切り込みが複数設けられていることが好ましい。
熱交換部は、可撓性を有する管状体であることが好ましい。
上記生体内冷却装置は、冷媒が通る熱交換部に接続された熱伝導シートを生体内の治療対象部位に当接させることで冷却を行うものであるため、治療対象部位の形状に応じて熱伝導シートを変形させることが可能であり、生体への密着性を高めることができる。また、上記生体内冷却装置は、低熱伝導層と、低熱伝導層よりも高い熱伝導率を有している熱伝導シートとを有しているため、熱伝導シートと低熱伝導層の積層方向よりも熱伝導シートの面方向に優先的に熱を拡散することができる。このため、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、各図面において、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、明細書や他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、本発明の特徴の理解に資することを優先しているため、実際の寸法とは異なる場合がある。
生体内冷却装置は、患者の生体内に一定期間留置され、脳等の器官を局所的に冷却する装置である。生体内冷却装置は、急性期または周術期の外傷性脳損傷等の患者に対して適用される脳低温療法における脳表部の冷却に好ましく用いることができる。脳低温療法では、硬膜切開後に脳表にセンサを置き、硬膜を戻し、硬膜上に生体内冷却装置を配置する。センサでの温度等のパラメータの計測結果に応じて、生体内冷却装置の熱交換部に供給される冷媒の温度、冷媒の供給速度、冷却時間等のパラメータを制御する。脳低温療法では、冷却装置は例えば１週間留置される。ここで、本発明の生体内冷却装置には、体表、すなわち体外から冷却するものは除かれる。以下では、生体内冷却装置を単に冷却装置と称することがある。
生体内冷却装置は、冷媒が通る流路を有する熱交換部と、生体面側と、生体面側とは反対側の外面側を有し、熱交換部に接続され、生体の一部を覆う熱伝導シートと、熱伝導シートの生体面側に配置され、熱伝導シートよりも低い熱伝導率を有している低熱伝導層と、を有する。上記生体内冷却装置は、溶媒が通る熱交換部に接続された熱伝導シートを生体内の治療対象部位に当接させることで冷却を行うものであるため、治療対象部位の形状に応じて熱伝導シートを変形させることが可能であり、生体への密着性を高めることができる。また、上記生体内冷却装置は、低熱伝導層と、低熱伝導層よりも高い熱伝導率を有している熱伝導シートとを有しているため、熱伝導シートと低熱伝導層の積層方向よりも熱伝導シートの面方向に優先的に熱を拡散することができる。このため、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
図１〜図２を参照しながら、生体内冷却装置の構成例について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る生体内冷却装置の平面図を表し、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を表す。冷却装置１０は、熱交換部１２と、熱伝導シート２０と、低熱伝導層３０を有している。なお、図１では、身体の外側から冷却装置１０を見た状態を示している。図１では、熱伝導シート２０の左右方向を矢印ｘ、奥行き方向を矢印ｙで示している。図２では、熱伝導シート２０の厚さ方向を矢印ｚで示している。厚さ方向ｚにおいて、図２の下側が生体面側であり、上側が生体面と反対側の外面側を示している。
熱交換部１２は、生体の温度を下げるための冷媒が流れるものである。このため、熱交換部１２は、冷媒が通る流路１３を有している。流路１３は、熱交換部１２の内部に好ましく設けられる。熱交換部１２の外形は特に限定されず、角柱や円柱等の柱体、錐台、管状体であってもよい。また、熱交換部１２は、箱状や袋状の容器でもよい。図１に示すように、熱交換部１２は、流路１３と連通している内部空間１４を有していてもよい。
図３は、図１の変形例を示す平面図を表す。図３に示すように、熱交換部１２が充実体であり、充実体内に流路１３が形成されていてもよい。熱交換部１２が充実体である場合、充実体は、後述する低熱伝導層３０よりも熱伝導率が高い材料から構成されていることが好ましい。
流路１３には、冷媒を冷却して循環させる冷媒循環部（図示せず）が接続されることが好ましい。冷媒循環部は、例えば、冷媒が貯留される貯留槽と、貯留槽に接続され、貯留槽内の冷媒を冷却する冷却器と、貯留槽および流路に接続され、冷媒を循環させるポンプと、を備えていてもよい。なお、図１では、冷媒循環部と流路を接続するための接続管１５が示されている。
熱交換部１２は可撓性を有していることが好ましい。これにより、熱交換部１２を生体の治療対象部位に密着させやすくなるため、冷却を効率よく行うことができる。
熱交換部１２に設けられる流路１３の数は１つでも複数でもよい。流路１３の形状は特に限定されないが、流路径に対して流路長が長い形状であることが好ましい。流路１３は途中で分岐していてもよい。また、流路１３は直線状に延在している部分を有していてもよく、湾曲または屈曲している部分を有していてもよい。
冷却装置１０は、生体内に留置されるものであるため、冷却装置１０を構成する各部材（例えば、熱交換部１２、熱伝導シート２０、低熱伝導層３０）は生体適合性を有していることが好ましい。生体適合性を付与するために、各部材にコーティング層を設けてもよい。
熱交換部１２の材料は、例えば、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の合成樹脂、シリコーン系樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム等の合成ゴム、天然ゴム、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１等のステンレス鋼、Ｎｉ−Ｔｉ合金、アルミニウム等の金属等が挙げられる。
冷媒の種類は特に限定されないが、例えば、リンゲル液、生理食塩水、純水を用いることができる。
冷却装置１０を脳低温療法に使用する場合、脳表部は１５度〜２５度程度に冷却することが好ましいことから、流路１３内の冷媒の温度は、例えば、１度以上、３度以上、または５度以上に設定することができ、あるいは、２０度以下、１５度以下、または１０度以下に設定することも許容される。
図１〜図２に示すように、熱交換部１２は、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ上に配置されていることが好ましい。これにより、冷却装置１０を小型に形成しやすくなるため、生体内への冷却装置１０の留置が行いやすくなる。また、熱交換部１２と熱伝導シート２０の接触面積を増大させることができるため、冷却を効率よく行うこともできる。熱交換部１２は、熱伝導シート２０の内側、つまり熱伝導シート２０の内部に配置されていてもよい。
熱交換部１２は、図１に示すように熱伝導シート２０の周縁２２よりも内側に配置されていることが好ましい。熱交換部１２は、熱伝導シート２０の重心２１を含む位置であって、熱伝導シート２０の周縁２２よりも内側に配置されていることがより好ましい。これにより、熱交換部１２と熱伝導シート２０の接触面積を増大させることができるため、冷却を効率よく行うことができる。図示していないが、熱交換部１２は熱伝導シート２０の周縁２２よりも外に配置されていてもよい。これにより、熱交換部１２と熱伝導シート２０が積層されないため、冷却装置１０を薄型に形成しやすくなる。
図４は、図２の変形例を示す断面図を表す。図４に示すように、熱交換部１２が熱伝導シート２０の全体に配置されていてもよい。これにより、熱交換部１２と熱伝導シート２０の接触面積が増大するため、冷却を効率よく行うことができる。
図５は、図１の変形例を示す断面図を表し、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を表す。図５〜図６に示すように、熱交換部１２が管状体であることが好ましい。管状体の内腔を流路１３として使用することができるため流路１３の形成が容易となり、また、流路１３の配置や延在方向の調整も行いやすくなる。
熱交換部１２が管状体である場合、管状体の長軸方向と垂直な断面の形状は、円形、楕円形、半円形、多角形、またはこれらの組み合わせとすることができる。流路１３内の冷媒の圧力損失と熱伝導シート２０への密着性を考慮すると、管状体の長軸方向と垂直な断面の形状は、半円形（図６）または多角形（図示せず）であることが好ましい。熱交換部１２と熱伝導シート２０の接触面積の増大の観点から、管状体の熱交換部１２の長軸方向と垂直な断面の形状の外周のより長い部分が熱伝導シート２０の外側面２０Ｂに接することが好ましい。
熱交換部１２が複数の管状体であることがより好ましい。また、熱交換部１２が複数の管状体であり、複数の管状体が、図５に示すように、熱伝導シート２０の重心２１から周縁２２に向かって放射状に配置されていることがさらに好ましい。これにより、熱伝導シート２０の広範囲において熱を拡散することができるため、生体内の治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
図示していないが、熱交換部１２は、可撓性を有する管状体であることが好ましい。熱交換部１２が可撓性を有することにより、熱交換部１２を生体の治療対象部位に密着させやすくなるため、冷却を効率よく行うことができる。可撓性を有する管状体としては、熱交換用チューブを用いることができる。熱交換用チューブを構成する材料は、特に限定されないが、例えば、シリコーン類、合成ゴムなどのゴム類、ＰＦＡなどのフッ素系樹脂、ステンレスなどの金属類を用いることができる。柔軟性の観点からはシリコーン、合成ゴムが好ましい。熱伝導性の観点からは熱伝導性フィラーが添加されていることが好ましい。
熱伝導シート２０は、治療対象部位で発生した熱を熱交換部１２内の冷媒に伝えるために設けられているものである。熱伝導シート２０は、生体面２０Ａ側と、生体面２０Ａ側とは反対側の外面２０Ｂ側を有し、熱交換部１２に接続され、生体の一部を覆う。なお、図２では、熱伝導シート２０の生体面２０Ａと外面２０Ｂが、それぞれｘ−ｙ面に平行な平面である例を示している。
低熱伝導層３０は、治療対象部位で発生した熱を、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０の積層方向（換言すれば熱伝導シート２０の厚さ方向ｚ）よりも優先的にｘ−ｙ面方向に伝えるためのいわば断熱層として設けられているものである。したがって、低熱伝導層３０は、熱伝導シート２０の生体面２０Ａ側に配置され、熱伝導シート２０よりも低い熱伝導率を有している。なお、低熱伝導層３０は、生体の治療対象部位が熱伝導シート２０と直接接触しないようにするための保護層として機能してもよい。
上記生体内冷却装置１０は、溶媒が通る熱交換部１２に接続された熱伝導シート２０を生体内の治療対象部位に当接させることで冷却を行うものであるため、治療対象部位の形状に応じて熱伝導シート２０を変形させることが可能であり、生体への密着性を高めることができる。また、上記生体内冷却装置１０は、低熱伝導層３０と、低熱伝導層３０よりも高い熱伝導率を有している熱伝導シート２０とを有しているため、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０の積層方向よりも熱伝導シート２０の面方向に優先的に熱を拡散することができる。このため、治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
本明細書においてシートとは、その厚さが限定されるものではなく、膜、薄膜、フィルムを含むものである。
熱伝導シート２０は、面方向の熱伝導率が、厚さ方向の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これにより、熱伝導シート２０の厚さ方向ｚよりもむしろ面方向（ｘ−ｙ面方向）に優先的に熱を拡散することができるため、生体内の治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
熱伝導シート２０は、面方向の熱伝導率と厚さ方向の熱伝導率が同じであってもよい。このような熱伝導シート２０であっても、治療対象部位を効率よく冷却することができる。
熱伝導シート２０の面方向の熱伝導率と厚さ方向の熱伝導率の双方が、低熱伝導層３０の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これにより、低熱伝導層３０側よりも速く熱伝導シート２０の面方向に熱が拡散されるため、生体内の治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
熱伝導シート２０の熱伝導率は、５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、８００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましく、１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに好ましい。また、熱伝導シート２０の熱伝導率は、２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１９００Ｗ／ｍ・Ｋ以下、あるいは１８００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよく、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、あるいは５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることも許容される。
熱伝導シート２０の種類は特に限定されないが、例えば、シリコーンシート、アクリルシート、銅箔シート、グラファイトシートを挙げることができる。中でも、熱伝導シート２０は、グラファイトシートであることが好ましい。グラファイト結晶の基本的な構造は、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面が規則正しく積み重なった層状構造（層が積み重なった方向をｃ軸と言い、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面の広がる方向をＢａｓａｌ面（ａ−ｂ面）方向という）である。基底面内の炭素原子は共有結合で強く結ばれ、一方、積み重なった層面間の結合は弱いファンデルワールス力で結合しているため、グラファイトシートは、このような異方性を反映して、面方向（ａ−ｂ面方向）に大きい熱伝導率を有している。このため、熱伝導シート２０の面方向に優先的に熱を拡散することができるため、生体内の治療対象部位の広範囲を効率よく冷却することができる。
熱伝導シート２０の厚さは一定であってもよく、場所によって値が異なっていてもよい。
熱伝導シート２０の厚さは特に限定されないが、可撓性を確保して治療対象部位に密着させやすくするためには、１０００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましく、６００μｍ以下であることがさらに好ましく、４００μｍ以下であることが特に好ましい。また、熱伝導シート２０の破れや裂けを防ぎつつ、熱容量を確保するためには、３０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましく、２００μｍ以上であることがさらに好ましい。
熱伝導シート２０の形状は、生体内の治療対象部位を覆うことができれば特に制限されず、例えば、円形状、楕円形状、多角形状、またはこれらの組み合わせにすることができる。図１では、熱伝導シート２０が四角形状である例を示した。
熱伝導シート２０の大きさは、治療対象部位に応じて設定することができるが、例えば成人の脳の冷却にはφ１００ｍｍの円形状のシートを用いることができる。
熱伝導シート２０は可撓性を有していることが好ましい。これにより、熱伝導シート２０を生体の治療対象部位に密着させやすくなるため、効率よく冷却することができる。
図７は、図１の変形例を示す断面図である。図７に示すように、熱伝導シート２０は、その周縁２２から重心２１に向かって切り込み２３が複数設けられていることが好ましい。これにより、熱伝導シート２０を治療対象部位の形状に応じて変形させやすくなるため、熱伝導シート２０を治療対象部位に密着させやすくなり、効率よく冷却することができる。切り込み２３は、１または複数設けることができるが、複数の切り込み２３が周方向に並んで配置されていることが好ましい。
図８は、図１の他の変形例を示す断面図である。図８に示すように、熱伝導シート２０は、その周縁２２から重心２１に向かって切り込み２３が複数設けられており、熱交換部１２が、隣り合う切り込み２３の間にそれぞれ配置され、熱伝導シート２０の重心２１から周縁２２に向かって延在している管状体であることが好ましい。このような形状の熱交換部１２と熱伝導シート２０を採用することにより、熱伝導シート２０の広範囲において熱を拡散することができ、また熱伝導シート２０の生体への密着性を高めることができるため、治療対象部位の広範囲をより一層効率よく冷却することができる。
図９は、図２の変形例を示す断面図である。図９に示すように、熱交換部１２が熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側に配置されている場合、熱伝導シート２０は、熱交換部１２が配置されている第３領域２４と、熱交換部１２が配置されていない第４領域２５と、を有し、第３領域２４における熱伝導シート２０の厚さが、第４領域２５における熱伝導シート２０の厚さよりも小さいことが好ましい。これにより、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０の積層シートの温度分布を均一化しやすくなるため、治療対象部位全体を均一に冷却することができる。
第４領域２５における熱伝導シート２０の厚さは、第３領域２４における熱伝導シート２０の厚さの１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましく、また、５倍以下、４倍以下、あるいは３倍以下とすることも許容される。
図示していないが、熱伝導シート２０の周縁部の少なくとも一部に重りが配置されていることが好ましい。重りは、熱伝導シート２０よりも単位体積当たりの質量が大きい材料から構成されていることがより好ましい。熱伝導シート２０に重力が掛かることで熱伝導シート２０の周縁部の浮き上がりを防ぐことができるため、熱伝導シート２０の生体への密着性を高めることができる。
低熱伝導層３０は、熱伝導シート２０よりも低い熱伝導率を有していればよい。低熱伝導層３０の熱伝導率は、例えば、０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、または０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、あるいは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、または３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることも許容される。
低熱伝導層３０は、熱伝導シート２０の生体面２０Ａの少なくとも一部に配置されていればよく、熱伝導シート２０の生体面２０Ａ全体に配置されていてもよい。低熱伝導層３０は、熱伝導シート２０の生体面２０Ａ上に配置されていることが好ましい。
熱伝導シート２０と低熱伝導層３０は直接または間接的に接合されていることが好ましい。すなわち、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０は互いに当接していてもよく、断熱用シートや接着剤等の他部材を介して接合されていてもよい。
低熱伝導層３０は、シート状やフィルム状であってもよい。本明細書の各図面では、一の面状の低熱伝導層３０が、熱伝導シート２０全体に配置されている例を示したが、低熱伝導層３０は、面状のほか、直線状または曲線状に配置されていてもよい。また、低熱伝導層３０は、特定の配置パターンで形成されていてもよく、例えば、ストライプ状、散点状、格子状に配置されていてもよい。このように熱伝導シート２０に対して局所的に低熱伝導層３０を配置することによっても断熱効果を確保することができる。
低熱伝導層３０は、樹脂から構成されていることが好ましい。これにより、低熱伝導層３０による断熱効果を高めることができるため、熱伝導シート２０の面方向に熱を拡散しやすくなる。低熱伝導層３０を構成する樹脂は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、塩化ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂等を挙げることができる。
低熱伝導層３０の厚さは、一定であってもよく、場所によって値が異なっていてもよい。
図１０は、図１の他の変形例を示す断面図である。例えば、図１０に示すように、低熱伝導層３０は、熱伝導シート２０の重心２１から周縁２２に向かって薄く形成されていることが好ましい。これにより、面方向において、熱伝導シート２０の重心２１から離れた位置での低熱伝導層３０による断熱効果を緩和することができるため、熱伝導シート２０の重心２１から離れた位置での冷却能力を維持することができる。
低熱伝導層３０の最大厚さは、低熱伝導層３０の最小厚さの１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましく、また、５倍以下、４倍以下、あるいは３倍以下とすることも許容される。
図１１は、図１のさらに他の変形例を示す断面図である。図１１に示すように、熱交換部１２が熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側に配置されている場合、低熱伝導層３０は、熱交換部１２が配置されている第１領域３１と、熱交換部１２が配置されていない第２領域３２と、を有し、第１領域３１における低熱伝導層３０の厚さが、第２領域３２における低熱伝導層３０の厚さよりも大きいことが好ましい。これにより、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０の積層シートの温度分布を均一化しやすくなるため、治療対象部位全体を均一に冷却することができる。
低熱伝導層３０の第１領域３１における熱伝導シート２０の厚さは、第２領域３２における熱伝導シート２０の厚さの１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましく、また、５倍以下、４倍以下、あるいは３倍以下とすることも許容される。
熱伝導シート２０の最小厚さは、低熱伝導層３０の最大厚さよりも大きいことが好ましい。このように厚さを設定することによって、低熱伝導層３０による断熱効果を確保しつつ、熱伝導シート２０の面方向に熱を拡散しやすくなる。
熱伝導シート２０の最小厚さは、低熱伝導層３０の最大厚さの２倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがより好ましく、４倍以上であることがさらに好ましく、また、２０倍以下、１５倍以下、あるいは１０倍以下とすることも許容される。このように厚さを設定することにより、熱伝導シート２０の面方向への熱の拡散がより一層良好となる。
低熱伝導層３０の厚さは特に限定されないが、熱伝導シート２０の面方向への熱の拡散をしやすくするためには、５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましく、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、低熱伝導層３０の破れや裂けを防ぎつつ、適切な断熱効果を得るためには、１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。
図１２は、図２のさらに他の変形例を示す断面図を表す。図１２に示すように、上記装置１０は、さらに、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側に配置されている保護層３５を有していてもよい。これにより、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側を保護することができるため、熱交換部１２と熱伝導シート２０の当接を防ぐことができる。
熱伝導シート２０の面方向への熱の拡散効果を高めるために、保護層３５は、熱伝導シート２０よりも低い熱伝導率を有していることがより好ましい。保護層３５の具体的な熱伝導率の値は、低熱伝導層３０の説明を参照することができる。
保護層３５は、熱伝導シート２０の外面２０Ｂの少なくとも一部に配置されていることが好ましく、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ全体に配置されていてもよい。
熱伝導シート２０と保護層３５は直接または間接的に接合されていることが好ましい。すなわち、熱伝導シート２０と保護層３５は互いに当接していてもよく、接着剤を介して接合されていてもよい。
保護層３５は、低熱伝導層３０と同様の形状やパターンで配置することができる。また、保護層３５の好ましい材料は、低熱伝導層３０の好ましい材料の説明を参照することができる。
保護層３５の厚さは、一定であってもよく、場所によって値が異なっていてもよい。また、保護層３５の厚さの値は、低熱伝導層３０の説明を参照することができる。
熱伝導シート２０の最小厚さは、保護層３５の最大厚さよりも大きいことが好ましい。このように厚さを設定することによって、保護層３５による断熱効果を確保しつつ、熱伝導シート２０の面方向に熱を拡散しやすくなる。
低熱伝導層３０と保護層３５がそれぞれ一定の厚さを有している場合、保護層３５の厚さは、低熱伝導層３０の厚さと同一であることが好ましい。これにより、熱伝導シート２０の過度な反りを防ぐことができる。
低熱伝導層３０の最大厚さが、保護層３５の最大厚さよりも小さくてもよい。その場合、低熱伝導層３０の第１領域３１の最大厚さが、低熱伝導層３０の第２領域３２の最大厚さよりも大きいことが好ましい。このように低熱伝導層３０と保護層３５の厚さを設定することにより、生体の治療対象部位の形状に沿うように、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０と保護層３５の積層シートを変形しやすくなる。また、当該積層シートの温度分布を均一化しやすくなるため、治療対象部位全体を均一に冷却することができる。
図１３は、図２のさらに他の変形例を示す断面図を表す。図１３に示すように、上記装置１０は、さらに断熱層４０を有していてもよい。詳細には、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側に熱伝導シート２０よりも低い熱伝導率を有する材料を含む断熱層４０が配置されていることが好ましい。これにより、冷却装置１０の外面側が冷えすぎることを防ぐことができる。
断熱層４０としては、断熱シートや断熱フィルムが挙げられる。断熱層４０は、熱伝導シート２０の外面２０Ｂの一部にのみ配置されていてもよく、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ全体に配置されていてもよい。
図示していないが、断熱層４０は、母材と、母材内に存在し、母材よりも比熱容量が大きいまたは熱伝導率が小さい気泡またはフィラーと、を含んでいてもよい。これにより、断熱層４０内の気泡またはフィラーにより熱の反射または吸収がなされる。
断熱効果を高めるためには、気泡またはフィラーは、母材内に分散していることが好ましい。中でも、断熱層４０は、海島構造を備え、母材が海部分、気泡またはフィラーが島部分であることが好ましい。断熱層４０がこのような構造を有していることにより、冷却装置１０の外面側が冷えすぎることを防ぐことができる。
母材を構成する材料としては樹脂を用いることができ、具体的にはポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、塩化ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。
断熱層４０内に気泡が存在している場合、断熱性に優れていることから、断熱層４０は、独立気泡構造を有していることが好ましい。気泡に含まれる気体の種類は特に限定されず、例えば、空気や窒素を用いることができる。
フィラーの形状は特に限定されないが、球状等の粒子状、針状、繊維状、または板状であってもよい。フィラーは、中実形状でも中空形状でもよいが、軽量でかつ高い断熱効果を得るためには中空形状であることが好ましい。フィラーを構成する材料は特に限定されず、有機材料でも無機材料でもよく、有機−無機複合材料でもよい。有機材料としては、例えば、フェノール、エポキシ、尿素等の熱硬化性樹脂、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリメタクリレート等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、無機材料としては、シラス、パーライト、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、カーボン等が挙げられる。
図１３に示すように、熱交換部１２は、熱伝導シート２０の外面２０Ｂ側に配置され、断熱層４０は、熱交換部１２の外面側に配置されていることが好ましい。これにより、冷却装置１０の外面側のうち熱交換部１２が配置されている部分が冷えすぎることを防ぐことができる。
断熱層４０は、熱交換部１２のうち生体面２０Ａ以外の全ての面に配置されていることが好ましい。これにより、熱交換部１２の広範囲を断熱層４０で覆うことができるため、熱交換部１２が配置されている部分が冷えすぎることをより一層防ぐことができる。
断熱層４０は、低熱伝導層３０と同様の形状やパターンで配置することができる。
断熱層４０の厚さは、一定であってもよく、場所によって値が異なっていてもよい。また、断熱層４０の厚さの値は、低熱伝導層３０の説明を参照することができる。
断熱層４０の厚さは、低熱伝導層３０の厚さに対して±５０％以内の範囲の大きさであることが好ましく、±３０％以内の範囲の大きさであることがより好ましく、±１０％以内の範囲の大きさであることがさらに好ましい。
冷却装置１０を薄型に形成するためには、断熱層４０の最大厚さは、熱交換部１２の最大厚さよりも小さいことが好ましい。また、同様の趣旨から、断熱層４０の最大厚さは、熱伝導シート２０の最大厚さよりも小さいことが好ましい。
図示していないが、冷却装置１０が、上述した熱交換部１２と、熱伝導シート２０、低熱伝導層３０、保護層３５、断熱層４０と、を有していても勿論よい。
熱交換部１２と熱伝導シート２０、熱伝導シート２０と低熱伝導層３０、熱交換部１２または熱伝導シート２０と断熱層４０、熱交換部１２と保護層３５、保護層３５と熱伝導シート２０は、例えば、圧着、溶着、接着剤等による接着により互いに接合することができる。
１０：生体内冷却装置
１２：熱交換部
１３：流路
１４：内部空間
１５：接続管
２０：熱伝導シート
２０Ａ：生体面
２０Ｂ：外面
２１：重心
２２：周縁
２３：切り込み
２４：第３領域
２５：第４領域
３０：低熱伝導層
３１：第１領域
３２：第２領域
３５：保護層
４０：断熱層
１２：熱交換部
１３：流路
１４：内部空間
１５：接続管
２０：熱伝導シート
２０Ａ：生体面
２０Ｂ：外面
２１：重心
２２：周縁
２３：切り込み
２４：第３領域
２５：第４領域
３０：低熱伝導層
３１：第１領域
３２：第２領域
３５：保護層
４０：断熱層
Claims (14)
- 冷媒が通る流路を有する熱交換部と、
生体面側と、該生体面側とは反対側の外面側を有し、前記熱交換部に接続され、生体の一部を覆う熱伝導シートと、
前記熱伝導シートの生体面側に配置され、前記熱伝導シートよりも低い熱伝導率を有している低熱伝導層と、を有する生体内冷却装置。 - 前記熱伝導シートは、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い請求項１に記載の装置。
- 前記熱伝導シートの面方向の熱伝導率と厚さ方向の熱伝導率の双方が、前記低熱伝導層の熱伝導率よりも高い請求項１または２に記載の装置。
- 前記熱伝導シートは、グラファイトシートである請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記低熱伝導層は、樹脂から構成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱交換部は、前記熱伝導シートの外面側に配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
- 前記低熱伝導層は、前記熱交換部が配置されている第１領域と、前記熱交換部が配置されていない第２領域と、を有し、
前記第１領域における低熱伝導層の厚さが、前記第２領域における低熱伝導層の厚さよりも大きい請求項６に記載の装置。 - 前記熱伝導シートは、前記熱交換部が配置されている第３領域と、前記熱交換部が配置されていない第４領域と、を有し、
前記第３領域における熱伝導シートの厚さが、前記第４領域における熱伝導シートの厚さよりも小さい請求項６または７に記載の装置。 - 前記低熱伝導層は、前記熱伝導シートの重心から周縁に向かって薄く形成されている請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱交換部は、前記熱伝導シートの重心を含む位置であって、前記熱伝導シートの周縁よりも内側に配置されている請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱伝導シートの外面側に前記熱伝導シートよりも低い熱伝導率を有する材料を含む断熱層が配置されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱交換部は、前記熱伝導シートの外面側に配置され、
前記断熱層は、前記熱交換部の外面側に配置されている請求項１１に記載の装置。 - 前記熱伝導シートは、その周縁から重心に向かって切り込みが複数設けられている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱交換部は、可撓性を有する管状体である請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
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