JP4919576B2 - 熱交換カテーテルと、外部熱交換器と、熱交換流体を流すためのポンプとを含む回路内の熱交換流体の温度および流れを制御するためのシステム - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に医療用具および医療方法に関し、より詳細には、患者の身体の少なくとも一部を冷却しまたは温めるために患者の体内に挿入した熱交換カテーテル内を循環する熱交換流体の温度および流れを制御する、プログラム可能なマイクロプロセッサを用いた制御器および方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
通常の環境下において、健康な人体の体温調節機構は身体を約３７℃（９８．６°Ｆ）という一定の温度に維持するように働き、この状態はときどき正常体温と呼ばれる。正常体温を維持するために、体温調節機構は、人体から失われる熱の代わりに体内の代謝活性によって発生する同量の熱を使用するように作用する。極度の環境暴露や麻酔などの様々な理由で、人体の体温は通常よりも低くなる場合があり、この状態は、低体温として知られている。そのような偶発的な低体温は一般に危険な状態であり、例えば体温が３０℃以下まで低下するといった重症の場合には、心不整脈や正常な代謝の妨害など、重篤な予後を呈する可能性がある。低体温の期間が長いと、患者の免疫応答が損なわれたり感染率が上昇する可能性もある。
【０００３】
偶発的低体温を治療する簡単な方法は、非常に早い時期から知られている。そのような方法には、患者を毛布で包むこと、口で温かい流体を与えること、そして患者を温水浴させることが含まれる。低体温がそれほど重症ではない場合は、これらの方法が有効と考えられる。しかし、患者を毛布で包むことは、患者自身の身体がその身体を再び温める熱を発生させることができるかどうかに左右される。口で温かい流体を与えることは、患者の嚥下能力に依存するものであり、また、飲み込む液体の温度および限られた時間内に与えることができる流体の量に限度がある。温水に患者を浸すことは、しばしば実際的ではなく、特に患者が同時に手術を受けまたは何らかの医療処置を受けた場合に無理がある。
【０００４】
ごく最近では、患者の皮膚に熱を与える加温ブランケットまたは加温ランプを利用することによって、低体温を治療することができる。しかし、患者の皮膚に与えられた熱は、遅くて非効率的な伝導または放射によって、皮膚を通してその下にある毛細血管床まで伝達させなければならず、毛細血管床に流れる血流は、身体の体温調節応答によって止められる可能性があり、したがってそのような機構は、患者の身体の中心に熱を与えるのに効果がないと考えられる。
【０００５】
極限状況では、低体温の患者に熱を与えるのに現代的な技法を使用することができる。ＩＶ注射を介して熱い液体を患者に注入することができ、または、シャントを患者の内部に配置して、患者からの血液を、ヒータを含む心肺バイパス（ＣＰＢ）機械などの外部機械に通すことができる。このように、血液を患者から取り出して外部で加熱し、さらに、もとの患者へと送り返すことができる。そのような思い切った手段には、その有効性に明らかな利点があるが、健康な組織への侵襲性に関しては明らかな欠点がある。
【０００６】
低体温と同様に、偶発的高体温は、ときどき致命的にもなる重篤状態である。特に高体温は、それ自体で、または卒中などその他の健康上の問題と相俟って、神経を破壊するものであることがわかっており、その場合、正常な温度を超えた体温と卒中または外傷性脳損傷とが相俟って、劇的に悪い結果をもたらすことが示されている。
【０００７】
低体温の場合と同様に、高体温を治療する簡単な方法の対案として、冷水浴や冷却用のブランケット、アスピリンやタイレノールなどの解熱剤などがあり、より効果的であるが複雑で侵襲性の手段として、冷却呼吸ガスや冷浸剤、ＣＰＢ中での血液の冷却などもある。しかしこれらの方法は、低体温に関連して述べたように制限を受け易く複雑な問題を引き起こし易い。低体温と高体温は共に、場合によっては有害で治療の必要があり、その他の場合には、高体温、特に低体温は治療の役に立ち、または別の点で有利と考えられ、したがって意図的に誘発させる場合がある。例えば、心臓手術での心停止または心不全の期間によって、脳損傷またはその他の神経損傷が生じる可能性がある。低体温は、医学界において、公に認められた神経保護剤として認識されており、したがって患者は、開心術中にしばしば人工低体温状態に保たれる。同様に低体温は、神経外科において、神経保護剤として人工的に誘発させる。低体温には、頭部外傷や脊髄外傷、脳出血、虚血発作などの、ある特定の神経疾患または神経障害の治療に関し、またはそのような神経疾患または神経障害による治療の副作用を最小限に抑えることに関し、同様に有利な保護能力もあると考えられる。さらに、開心術や動脈瘤修復術、血管内動脈瘤修復処置、脊髄手術、あるいは脳、脊髄、または生命枢要器への血流が中断されまたは妨げられる可能性があるその他の外科手術など、ある特定の外科的または介入的な処置による副作用を促進させまたは最小限に抑えるため、全身または局所的に低体温を誘発させることが望ましいこともある。例えば低体温は、心筋梗塞（ＭＩ）後の心筋組織を保護するのに有利であることもわかっている。
【０００８】
低体温または高体温を意図的に誘発させる他、患者が正常体温に、すなわち約３７℃という正常な体温に維持されるよう、患者の体温を制御することが望ましいこともある。例えば全身麻酔をかけた患者の場合、身体の正常な体温調節中枢およびその機構が十分に機能しない可能性があり、したがって麻酔医は、熱を直接加えまたは取り除くことによって患者の体温を直接制御したいと考える場合がある。同様に患者は、例えば大手術をしている間に大量の熱を周囲に放出する可能性があり、したがって患者の身体は、助けを受けなければ、失われた熱を補うのに十分な熱を生成することができない。さらに患者は、病気にかかりまたは外傷を受ける可能性があり、あるいは、感染または炎症の場合のように、患者の身体に導入されて設定温度を上昇させ、その結果発熱を引き起こす、ある特定の物質を有する可能性がある。したがって助けを受けない身体は温度を３７℃以上に維持するように機能し、表面冷却は、身体の体温調節活性を抑制して正常体温を再度確立するのに効果がない場合がある。
【０００９】
患者の全身の温度に影響を与えることを目的とする方法には、患者の温度に影響を与える上述の方法しかない。しかし哺乳動物の身体は、一般に、正常体温で最も効率的に機能する。したがって、脳や心臓など身体の一部を低体温に維持しつつ、身体の残りの部分を正常体温に維持することによって、例えば脳神経の保護や心筋の保護のように標的組織を保護することができると共に、身体の残りの部分を正常体温で機能させることができる。そのような用途に利用できる可能性がある方法には、明らかな利点がある。
【００１０】
一部では、表面に熱を加えることが不十分であることを受けて、内的手段により患者の身体に熱を加える方法が開発された。例えば、患者から取り出した血液を、心肺バイパス（ＣＰＢ）システムを通して循環させ、加熱しまたは冷却し、再び患者の身体に導入することができる。このＣＰＢ法は、素早くかつ効果的に患者の血液に熱を加えまたは除去することができるが、複雑な装置と高度な技能を有する操作者のチームが必要な、非常に侵襲性の高い医療処置を伴うという欠点があり、一般に外科的状況でしか利用することができない。またＣＰＢ法は、血液を機械的にポンプ給送する必要があり、一般に血液組織に大きいダメージを与え易い。
【００１１】
外付けの機械ポンプで血液をポンプ給送することなく身体の中心に熱を加える手段が提案されている。例えば、患者の血流中に配置された熱交換カテーテルを用いて低体温または高体温を治療する方法が、Ｇｉｎｓｂｕｒｇの米国特許第５，４８６，２０８号に記載されており、その完全な開示を本明細書に援用する。そのようなシステムを制御する手段は、やはりＧｉｎｓｂｕｒｇの米国特許第５，８３７，００３号に開示されており、その完全な開示を本明細書に援用する。そのような制御された脈管間温度制御のためのその他のシステムがＧｉｎｓｂｕｒｇ他の公開ＷＯ００／１０４９４に開示されており、その完全な開示を本明細書に援用する。これらの特許（および刊行物）は、熱交換フィンを備えたバルーンを含む熱交換領域を有する熱交換カテーテルを患者の血流に挿入し、バルーン内に熱交換流体を循環させながら、バルーンを血液に接触させて血流に熱を加えまたは除去することによって、低体温を治療しまたは誘発させる方法を開示している。（本明細書で使用するバルーンは、加圧下で容易に膨張し真空中で潰れる構造である。）
【００１２】
カテーテル内を循環する流体の温度を使用して、隣接する組織を冷却しまたはカテーテルの温度を調節するいくつかのカテーテル・システムが、公表された技術に示されている。そのようなカテーテルの中には、熱交換流体供給用のリザーバまたは同様のタンクを利用するものがある。例えば、Ｄａｔｏの米国特許第３，４２５，４１９号、Ｉｍｒａｎ他の米国特許第５，４２３，８１１号、およびＳａａｂ他の米国特許第５，６２４，３９２号は、タンクまたはリザーバからの循環熱交換流体を有するカテーテルを開示している。しかしそのような配置構成を、血流中に配置されたカテーテルに使用する場合、一般に流体供給源を、使用するたびに滅菌する必要があり、かなりの熱量を含む大量の流体の温度を迅速に変更することが難しくなる。Ｎｅｉｌｓｏｎ他の米国特許第５，７３３，３１９号は、使い捨て可能なカセットを有する熱療法カテーテルに液体冷却剤を供給し、その液体の温度を別個の制御ユニットによって制御するシステムを開示する。Ｎｅｉｌｓｏｎの配置構成では、冷却板に対して保持された封止済みリザーバ内の曲がりくねったチャネル内を、液体冷却剤が通過する。封止済みリザーバとは別個のモジュールによって、冷却剤が通過する流体チャンバが画定され、この流体チャンバの外にある温度および圧力センサが、内部のそれぞれの冷却剤パラメータをモニタ（監視）する。モニタされた冷却剤パラメータを使用して、冷却板と、可撓性コンジットを通して冷却剤を熱療法カテーテルへと導く蠕動ポンプの動作を制御する。意図される用途に適していることに疑いの余地はないが、Ｎｅｉｌｓｏｎ他に開示されているシステムは、使い易さ、患者の体温からのフィードバック制御、および血管内温度調節カテーテルの迅速な温度調節の点で、最適ではない。
【００１３】
留置カテーテルを冷却するための別のシステムが、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ他の米国特許第６，０１９，７８３号に開示されている。冷却剤流体は、一群の中空糸を有して熱電式冷却器内に挟まれた熱交換器内を通過する。患者の、ある位置での温度をモニタし、所望の患者の温度を制御器に入力する。制御器は、これら２つの感知された温度と、経験的に求められた乗数を利用した特定の論理を使用して、患者の温度の時間当たりの所望の変化率を設定する。制御器は、熱電式冷却器およびポンプを作動させて、患者の温度を調節する。冷却剤の温度が非常に低い場合、熱電式冷却器の極性が逆転して加熱をもたらす可能性がある。その場合も、特に中空糸熱交換器に関連する圧力損失と、付随する流動容量の低下を考慮すると、このシステムは特に最適というわけではない。
【００１４】
前述の理由で、従来技術の方法の不十分な点を回避しながら、効果的かつ効率的な手法で患者の体温を制御するのに使用されるカテーテルへの流体供給に熱を加えまたは除去する迅速で効果的な手段が求められている。特に、患者の温度または患者の標的組織からのフィードバックに基づいて、使い捨て可能な流体供給源を迅速に、効率的に、かつ制御可能に調節する流体供給源が、非常に有利であると考えられる。
【００１５】
（発明の概要）
本発明の一態様では、リザーバ・セクション（貯蔵器部）が、リザーバ内の流体レベルを検出する手段を備えており、リザーバ内の比較的透明な窓または壁部の内側に隣接してリザーバ・セクション内に取り付けられた少なくとも１つのプリズムと、窓の外側に隣接して再使用可能な主制御ユニットに取り付けられた少なくとも１つの光ビーム源および少なくとも１つの光ビーム・センサを含んでいる。１つの特定の実施形態では、流体レベル検出器が、リザーバ内に取り付けたプリズムと、光ビーム源と、光ビーム・センサを含んでいる。プリズムは回折面を有し、光ビーム源は、光ビームをその面に向ける。プリズムは、回折面が空気に接触したときに光ビームを光ビーム・センサに向けて反射させ、センサが信号を生成するように、構成される。同様に回折面が流体に接触すると、光ビームはセンサに向かって反射せず、センサは信号を生成しない。
【００１６】
作動中、光ビームはリザーバ・セクションを通り、その曲がった長さに沿って特定の点でプリズムに対して向けて送られる。センサは、反射ビームの有無を検出するように位置付けられる。流体リザーバが満たされていて、流体レベルが光ビームの衝突点よりも高い所定の高さにある限り、その点でのプリズムの回折面は流体に接触する。したがって、プリズムに向かう光ビームはプリズムを通過し、回折面に到達すると、そのビームはセンサが反射ビームを観測しないように反射される。流体が所定の高さよりも下がると、ビームが衝突する点でのプリズムの回折面はもはや流体に接触せず、代わりに空気に接触するようになる。空気の屈折率は、流体の屈折率とは異なる。したがって回折面に到達すると、反射ビームはもはや同じ点へと反射せず、反射ビームを観測するセンサに衝突するように反射する。
【００１７】
（典型的な実施形態の詳細な説明）
本発明は、主に、患者の血液温度を調節するために血流中で用いることを目的とするが、当業者なら、本発明のシステムに関するその他の様々な適用例が可能であることを理解するであろう。実際に、本発明には内部体液の温度を制御すること以上の適用例があり、特許請求の範囲はそれに限定されるべきではない。好ましい適用例では、全身の温度を調節するために、または患者の身体の局所領域の温度を調節するために、本発明の熱交換カテーテルの１つまたは複数を患者の脈管構造内に位置決めして、血液との間で熱交換を行う。カテーテルは、例えば脳を冷却するために脳に向かって流れる動脈血との間で熱交換を行うのに適しており、したがって、通常なら脳卒中またはその他の障害を引き起こすおそれのある脳組織の損傷を防ぐことができ、あるいは、心筋を冷却するために心臓に向かって流れる静脈血を冷却して、通常ならＭＩ（心筋梗塞）またはその他同様の事象によって生じる組織損傷を防止するのに適している。
【００１８】
一般に、本発明は、患者の体温を制御するために用いる熱伝達カテーテル用の熱伝達流体の温度および流れを制御するための好ましい制御ユニットおよび方法を提供する。制御ユニットは、最初に自動的に熱伝達流体を熱伝達カテーテルに供給して、使用のため熱交換カテーテルを準備作動する。またこの制御ユニットは使用者からの入力を受け取り、患者の温度情報を感知するセンサから温度情報を受信し、それに基づいて熱伝達流体の温度を自動的に制御する。さらに、熱伝達流体を含有するカセット内のポンプからのフィードバックに基づいて、制御ユニットは熱伝達流体を比較的一定の圧力で供給し、カセット内の流体レベルが許容できないほど低い場合には、例えばポンプのモータを停止させ使用者に知らせることによって危険な状況にあることを使用者に警告する、いくつかの警告または警報状態を有する。
【００１９】
熱交換システムの概要
任意の適切な熱交換カテーテルは、患者または患者の身体の一領域の温度を調節するために熱交換システムで利用することができ、本明細書に開示する制御ユニットで制御することができる。本明細書に開示するカテーテルの他、一例としてかつ非限定的なものとして本発明で利用することができるカテーテルには、Ｇｉｎｓｂｕｒｇの米国特許第５，４８６，２０８号、Ｇｉｎｓｂｕｒｇの米国特許第５，８３７，００３号、Ｇｉｎｓｂｕｒｇ他のＷＯ００／１０４９４、およびＳａａｂの米国特許第５，６２４，３９２号に開示されているカテーテルがあり、それぞれの完全な開示を本明細書に援用する。そのような熱交換カテーテル・システム２０の一例を図１に示す。システム２０は、カテーテル制御ユニット２２、そして少なくとも１つの熱伝達セクション４４と共に形成された熱交換カテーテル２４を含む。１つまたは複数の熱伝達セクションは、セクション（区域）２６によって示すように、患者に挿入するカテーテル２４の一部に位置付けられる。この挿入部分はカテーテルの全長より短く、カテーテルを完全に挿入した場合、患者のすぐ内側のカテーテルの位置からカテーテルの遠位端まで延びる。カテーテル制御ユニット２２は、カテーテル２４内に熱交換流体または熱交換媒体を循環させるための流体ポンプ２８と、熱伝達システム２０内を循環する流体を加熱しかつ／または冷却するための熱交換器構成要素を含んでよい。リザーバまたは流体バッグ３０を制御ユニット２２に接続して、生理食塩水や血液代用溶液、またはその他の生体適合性流体などの熱伝達流体の供給源を設けることができる。カテーテル内の循環熱交換流チャネル（流路）をポンプ２８の吸込コンジット３２および吐出コンジット３４にそれぞれ接続し、それによってバルーン内に熱伝達流体を循環させて、選択された身体領域内の流体の流れを冷却することができる。システムの冷却構成要素を使用して、選択された複数の身体領域を同時にまたは独立に加熱するために、同様の配置構成を実装することができる。
【００２０】
制御ユニット２２はさらに、カテーテルからのフィードバックを提供する、例えば固相熱電対でよい様々なセンサと、中心温度あるいは選択された器官または身体の部分の温度を表す患者の温度情報を提供する様々なセンサから、データを受信することができる。例えばセンサは、脳または頭部領域用の温度プローブ３６、直腸温度プローブ３８、耳温度プローブ４０、食道温度プローブ（図示せず）、膀胱温度プローブ（図示せず）などを含んでよい。
【００２１】
感知された温度および状態に基づき、それに応じて制御ユニット２２をカテーテルの加熱または冷却に切り換えることができる。制御ユニット２２は、第１の感知温度で熱交換器を作動させて流体を加熱し、次いでバルーン内にその流体を循環させることができ、また、第１の感知温度よりも比較的高くまたは低い第２の感知温度、または任意のその他の所定温度で熱交換器を停止させることができる。あるいは制御ユニットは、熱交換流体を積極的に冷却して、バルーンを冷却することができる。制御ユニット２２は、複数の熱伝達ユニットを作動させて異なる選択された熱伝達セクションを独立に加熱しまたは冷却し、それによって身体領域に所望の温度または事前に選択された温度を実現することができる。同様に制御器２２は、患者の身体の特定領域の温度を制御するために、複数の熱交換器を作動させることができる。また制御器は、感知した温度に応答して、例えば外付け加熱ブランケットなどのその他の装置を作動させまたは停止させることもできる。
【００２２】
熱伝達カテーテルまたはその他の装置に対して行う調節は、単純なオン・オフ制御でよく、あるいは、加熱または冷却の程度、加熱または冷却のランプ（昇降）速度、熱交換領域または患者の温度が目標とする温度に近付くときの比例制御などの調節を含めた著しく高度な制御スキーム（計画）にすることができる。
【００２３】
カテーテル制御ユニット２２はさらに、閉ループ・カテーテル・システム内の同じまたは異なる熱伝達媒体によって加熱機能および冷却機能の両方を発揮するよう選択的に作動する、熱電式の冷却器および加熱器（および関連するフロー（流れ）・コンジット）を含むことができる。例えば、少なくとも１本の温度調節カテーテル２４の挿入部分２６に位置付けられた第１の熱伝達セクション（部分）４２は、低温の溶液を、隣接する頭部領域に循環させることができ、あるいは、頚動脈またはその他の脳に至る血管内で循環させることができる。頭部温度は、患者の比較的近接した外面に、または選択された身体領域内に位置決めした、温度センサ３６によって局所的にモニタすることができる。やはり挿入部分２６に位置付けられた、カテーテル２４の別の熱伝達セクション４４は、加熱した溶液を折畳みバルーン内に循環させることができ、または別の方法で、熱要素または本発明のその他の態様により記述したその他の機構によって、その他の身体部位を加熱することができる。熱交換カテーテル２４は、神経保護のために脳領域を局所低体温状態にすることができるが、不快感や震え、血液凝固障害、免疫不全などの副作用を回避しまたは最小限に抑えるように身体のその他の部分を比較的温かく保つことができる。一般に首よりも下の身体を温めることは、首よりも上の頭部領域が冷却されている間、電気座布団または電気毛布４６で下半身を覆いまたは包むことによって、さらに実現することができる。当然ながら、身体の中心温度に変化が生じるように全身の冷却または加温を行うため、カテーテル２４の複数の熱交換セクションに変更を加えることができることを理解されたい。
【００２４】
例示の熱交換システム
本発明は、内部に加熱器／冷却器装置を有し、コンジットを介して遠位留置熱交換カテーテルに結合した使い捨て可能な熱交換要素を受容する、再使用可能な制御器または制御コンソールの使用を意図するものである。より詳細には、制御器は、内部に熱交換要素を受容するための開口またはスロットを有する外部ハウジングを含み、その開口およびハウジングによって、熱交換要素を加熱器／冷却器装置に近接して確実に位置決めすることが望ましい。このように操作者は、システムの再使用可能および使い捨て可能な部分を結合するために、熱交換要素を制御器の開口に完全に挿入して取り付けるだけでよいので、システムの設定が容易になる。
【００２５】
例示的な実施形態で、図２は、再使用可能なカテーテル制御ユニット５０と、熱交換カテーテル５２、熱交換要素５４、生理食塩水バッグ５６、センサ５８ａ、５８ｂ、付随するワイヤ６０ａ、６０ｂ、そして熱交換要素５４から遠位方向に延びる２方向コンジット６２を含んだ複数の流体フロー・コンジットを含めた複数の使い捨て可能な構成要素とを含む、熱交換カテーテル・システムを示す。再使用可能なカテーテル制御ユニット５０は外部ハウジング６４を含み、その内部には、加熱器／冷却器６６、ポンプ駆動装置６８、および制御器プロセッサ７０が設けられている。さらに、手動入力ユニット７２によって、操作者は、例えば脳に関して事前に選択された温度など、制御器の望ましい操作パラメータを入力することが可能になる。制御ユニット５０内に設けた電子装置のそれぞれは、適切な配線によって連絡している。
【００２６】
熱交換カテーテル５２は、カテーテル・フロー・ライン７４と、例えば熱交換媒体として働く生体適合性流体の閉ループ・フローを用いて作動する熱交換バルーンでよい熱交換器７６と共に形成される。カテーテル５２は、薬物や蛍光色素などを注入するための、または患者の身体の適切な部位にカテーテルを配置するのに用いるガイドワイヤ７８を受容するための、作業ルーメン（図示せず）を含んでよい。センサ８０は、熱交換バルーンの温度をモニタするために熱交換器７６の遠位でカテーテル５２に設けることができ、その他のセンサ（図示せず）は、血液の温度をモニタするために、カテーテルの遠位先端、バルーンの近位先端、またはカテーテルに沿った任意のその他の所望の位置に望み通りに設けることができる。
【００２７】
カテーテル・フロー・ライン７４の近位端は、カテーテル５２の様々なチャネルに別々にアクセス（接触）できるように、マルチアーム・アダプタ８２に接続することができる。例えば、第１のアーム８４によってカテーテル５２の作業ルーメンにアクセスし、ガイドワイヤ７８を挿入することによって熱交換カテーテルが所望の部位に導かれるようにすることができる。熱交換器７６が熱交換媒体の閉ループ・フロー用の熱交換バルーンである場合、アダプタ８２は、流入ライン（管路）８８に接続した第２のアーム８６と、流出ライン９２に接続した第３のアーム９０を含んでよい。したがって流入ライン８８および流出ライン９２は、フロー・ライン７４および熱交換器７６に設けた流入チャネルおよび流出チャネルのそれぞれ（図示せず）と流動連絡するように配置される。この点に関し、流入ライン８８および流出ライン９２は一緒になって、熱交換要素５４に接続した単一の二重チャネル・フロー・ライン６２を形成することができる。さらに、生理食塩水バッグ５６などの外付け流体供給源を、コンジット９４ａおよびＴ接合部９４ｂを介して流出ライン９２と流体連絡するよう配置することができる。以下にさらに述べるように、閉ループ熱交換バルーン・システムを作動準備するために外付け流体供給源を使用する。あるいは、外付け流体供給源は、熱交換ユニット５４に直接接続することができる。
【００２８】
さらに図２を参照すると、熱交換ユニット５４は、熱交換プレート９６およびポンプ・ヘッド９８を含むことが望ましい。ポンプ・ヘッド９８は、熱交換プレート９６の蛇行状流体経路１００を通して、また関連するフロー・ラインおよびカテーテル５２を通して熱交換流体を送出する。上述のように、熱交換ユニット５４は、再使用可能なカテーテル制御ユニット５０に実装されるよう構成される。このため熱交換ユニット５４は、プレート形状で、制御ユニット・ハウジング６４の細長いスロット１０２にぴたりと嵌め込まれるように寸法決めされていることが望ましい。挿入すると、ポンプ・ヘッド９８はポンプ駆動装置６８の近くに配置されてそこに係合し、熱交換プレート９６は、加熱器／冷却器６６の近くに配置されてそこに熱連絡した状態になる。固相熱電加熱器／冷却器６６は、同一のユニットが、そのユニットを作動させる電流の極性を変化させるだけで熱を発生させまたは熱を除去することができるので、特に有利である。したがって加熱器／冷却器６６は、２つの別個のユニットを必要とせず、システムから熱を供給しまたは熱が除去されるように都合良く制御することができる。
【００２９】
ポンプ駆動装置６８はポンプ・ヘッド９８に係合して作動させ、それによって熱交換流体を、熱交換ユニット５４と熱交換プレート９６の蛇行状経路１００内に循環させる。したがって、熱交換器ユニット５４が制御ユニット５０に適正に実装されると、熱交換流体が蛇行状経路１００内を循環しその後に留置熱交換器７６に至るフロー・ライン内を循環するときに、加熱器／冷却器６６は、その熱交換流体を加熱しまたは冷却するように働くことができる。患者の体内に位置付けた熱交換器７６内を熱交換流体が循環するとき、その熱交換流体は、身体に熱を加えまたは身体から熱を奪うように働くことができる。このように加熱器／冷却器６６は、患者の血液温度を望み通りに調節する。
【００３０】
加熱器／冷却器６６およびポンプ駆動装置６８は、制御器プロセッサ７０に応答する。プロセッサ７０は、多数のセンサ、例えば患者の様々な部位の温度を感知するよう位置決めした体温センサ５８ａ、５８ｂとの電気接続１０４を介して、データ入力を受信する。例えば温度は、操作者が望む通りに、患者の耳、脳領域、膀胱、直腸、食道、またはその他の適切な部位で感知することができる。また上述のように、センサ８０は熱交換器７６の温度をモニタすることもでき、カテーテル５２に沿ったその他のセンサは、ワイヤ６０ｃを介するなどして制御器プロセッサ７０に入力を供給することができる。さらに、手動入力ユニット７２を用いることによって、操作者は、例えば患者の脳および／または全身に関して事前に選択した温度など、制御システムの動作パラメータを提供する。操作者が入力したパラメータは、適切な配線を介して制御器プロセッサ７０に伝達される。
【００３１】
制御器プロセッサ７０は、受信した様々なデータを調整し、いくつかの動作可能なサブシステムを選択的に作動させて、所望の結果を実現しかつ維持し、すなわち患者の体温の適正な調節を行う。例えばプロセッサ７０は、加熱器／冷却器６６を作動させて、実際の温度が指定温度よりも高い場合には除去する熱の量を増加させ、または、実際の温度が指定温度よりも低い場合には除去する熱の量を減少させることができる。あるいはプロセッサ７０は、感知した身体または局所的な温度が所望の温度に達したときに、熱交換流体のポンプ給送動作を停止させることができる。
【００３２】
さらに図２を参照すると、本発明の使い捨て可能な熱交換ユニット５４は熱交換カテーテル５２に取着されるものとして示されており、外付け流体供給源５６は、適切な再使用可能な主制御ユニット５０と協働するように位置決めされている。治療を始める前に、熱交換ユニット５４を再使用可能な主制御ユニット５０に挿入し、外付け流体供給源５６を注入口に取り付け、ポンプ９８を自動的にまたは受動的に準備作動して使い捨て可能なシステムに充填し、その後、カテーテルを、患者の脈管構造、例えば下大静脈や頚動脈に挿入できるようにする。冷却しまたは加温した生理食塩水などの生体適合性流体を閉回路カテーテル内に送出し、それによって、患者の血液との間で直接熱交換を行う。制御ユニットは、患者の温度を自動的に制御する働きをする。カテーテルによる治療が完了したら、カテーテルを患者から取り外し、カセットを再使用可能な主制御ユニットから取り外す。次いでカテーテルとカセットの両方を廃棄する。しかし再使用可能な主制御ユニットは、熱交換流体に決して直接接触するものではなく、新しいカセットおよびカテーテルと全く新しい外付け流体供給源と共に、他の患者の治療にすぐ使用できる状態になっている。
【００３３】
例示の温度制御方法
図３Ａおよび３Ｂのフローチャートは、患者の温度調節中に制御ユニット７０が編成する例示的な一連のステップ（段階）を示す。まず、ステップ１１０では、一般に使用者の入力によって標的組織（全身でよい）の目標温度を選択する。ステップ１１２ａおよび１１２ｂでは、上限変動設定点および下限変動設定点をそれぞれ決定する。これは一般に、制御器プロセッサに組み込まれまたはプログラムされた目標温度の上下に関するプリセット・バッファ・レンジ（事前設定緩衝範囲）である。これらの変動設定点は目標温度を間に挟み、制御器が動作する温度のバッファ・レンジを作成する。
【００３４】
より詳細には、感知した標的組織の温度は、体液を加熱しまたは冷却することができる熱交換器を標的組織へ流れる体液の近くに配置するステップ１１６の前または後の、ステップ１１４で得られる。ステップ１１８では、使用者の入力に基づいて、または目標温度と感知した組織温度との比較に基づいて、熱交換器を冷却モードで動作させるか、加熱モードで動作させるか、またはオフ（停止）のままにするかを決定する。すなわち目標温度と組織温度が等しい場合は、体液を最初に加熱しまたは冷却する必要がない。
【００３５】
システムが冷却、加熱、またはオフになるかに応じて、決定ステップ１１８は３つの異なるシステム・モードになる。これらの動作モードは、図３Ａおよび３Ｂの両方に表されるステップ１２０ａ、１２０ｂ、および１２０ｃに対応する。
【００３６】
システムが冷却モードの場合、フローチャートの論理はステップ１２０ａに至り、感知した組織温度と事前に選択した目標温度とを比較する。組織温度が目標温度より高い場合、システムはステップ１２２に示すように冷却を継続し、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。一方、感知した組織温度が目標温度に等しいかまたはそれよりも低い場合、ステップ１２４に示すように熱交換器はオフ・モードに切り換わり、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。
【００３７】
システムが加熱モードの場合、フローチャートの論理はステップ１２０ｂに至り、やはり感知した組織温度と事前に選択した目標温度とを比較する。組織温度が目標温度より低い場合、システムはステップ１２６に示すように加熱を継続し、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。一方、組織温度が目標温度に等しいかまたはそれよりも高い場合、ステップ１２８に示すように熱交換器はオフ・モードに切り換わり、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。
【００３８】
システムがオフ・モードの場合、フローチャートの論理はステップ１２０ｃに至り、感知した組織温度と上限変動温度設定点とを比較する。次いで感知した組織温度が上限変動設定点に等しいかまたはそれより高い場合、ステップ１３０に示すようにシステムは冷却モードに切り換わり、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。組織温度が上限変動設定点より低い場合、プロセッサは引き続きフローチャート論理のステップ１３２に移り、組織温度が下限変動設定点に等しいかまたはそれよりも低いかどうかを決定し、それによってシステムは加熱モードに切り換わり、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。最後に、組織温度が上限変動設定点と下限変動設定点との間である場合、システムはステップ１３４に示すように何もせず、プロセッサ７０は判定ステップ１１８に戻る。
【００３９】
図４は、感知した組織温度の変動を、目標温度および変動設定点に対して経時的に描いたグラフである。この例では、目標温度を摂氏３１度に設定し、それに対する上限および下限の変動設定点は共に１／２度である。最初は、熱交換カテーテルが摂氏３７度の血液に接触した状態で配置されるなど、感知した組織温度が目標温度よりも高い。システムは、感知した組織温度が１３６で示す目標温度に等しくなるまで低下するように、最初に冷却モードで配置するが、これは図３Ａのステップ１２０ａおよび１２４に対応する。ステップ１２４では熱交換器がオフ・モードに切り換わり、その結果、図３Ｂのステップ１３０に対応するように、感知した組織温度が１３８で示す上限変動設定点に到達するまで上昇し、その時点でシステムは再び冷却を始める。このサイクルは、Ａで示す領域内で繰り返される。
【００４０】
結局、患者は、Ｂで示す領域の温度プロフィル（特性）によって示すように、目標温度でさえ維持することができない。例えば、感知した組織温度が１４０で示す目標温度に到達し、熱交換器をオフにした後、感知した目標温度は１４２で示す下限変動設定点に到達するまで、より低い温度へと下がり続ける。制御器の論理は、これを図３Ｂのステップ１３２で感知し、システムを加熱モードへと切り換える。その後、感知した組織温度は１４４で示す目標温度まで上昇し、システムは再びオフになるが、これは図３Ｂのステップ１２０ｂおよび１２８に対応する。あるいは、患者および状況に応じて、感知した組織温度が目標温度に到達して熱交換器がオフになった後、患者の温度が上昇し始めて上限変動設定点の温度になる可能性があり、その時点で、ボックス（わく）１３０に示すように熱交換器が冷却を開始する。理解されるように、感知した組織温度はこのように、上限変動設定点と下限変動設定点との間を変動し続ける。
【００４１】
本発明のシステムに用いる制御スキームには、操作者が本質的に所望の温度を入力でき、その後システムが自動的に、組織温度が目標温度になるまで調節を行い、さらにその組織温度を目標温度に維持できるという利点がある。上限および下限の変動設定点によって作成したバッファ・レンジがあるので、これらの電気装置に損傷を与える可能性のある素早く絶え間ない動作で制御器が加熱器／冷却器をオンおよびオフにしないように、またはポンプ駆動装置を作動させまたは停止させることがないようにすることができる。
【００４２】
また本発明によれば、制御器プロセッサ７０は、複数のセンサに同時に応答するように、あるいはいくつかの熱交換器など様々な構成要素を作動させまたは停止させるように構成できることも理解されたい。このように、例えば制御器は、目標温度よりも低い、感知した身体の中心温度に応答して、その後身体の中心を循環する血液を加熱することができ、同時に第２の熱交換器を作動させて、目標温度よりも高い、感知した脳の温度に応答して、脳領域に向かう血液を冷却することができる。感知した体温が目標温度であり、そのため身体の中心を循環する血液に接触する熱交換器は制御器によってオフにされ、一方それと同時に制御器は、第２の熱交換器を作動し続けて脳領域に向かう血液を冷却することができる。操作者が予想することができ、制御ユニットにプログラムすることができる多くの制御器スキームのいずれかは、本発明の範囲内に含まれる。
【００４３】
本発明のシステムのその他の利点は、患者に接触するシステムの全ての部分が使い捨て可能であり、しかしそのシステムの相当高価な部分および比較的高価な部分が再使用可能なことである。このため、カテーテル、滅菌熱交換流体用流路、滅菌熱交換流体自体、およびポンプ・ヘッドは全て使い捨て可能である。熱交換バルーンの破裂によって熱交換流体チャネル、したがってポンプ・ヘッドが患者の血液に接触しても、これら全ての要素を使い捨てにできるので、患者同士の間で交差汚染は生じない。しかし、ポンプ駆動装置、電子制御機構、熱電冷却器、そして手動入力ユニットは全て、節約上および便宜上、再使用可能である。図示すように、これら再使用可能な構成要素の全ては、単一の制御ユニット５０内に収納されていることが望ましい。同様に、身体の周りおよびカテーテルに沿って分布された様々なセンサは、使い捨てにすることができるが、それらが付属する制御器プロセッサ７０は、滅菌する必要なく再使用される。
【００４４】
また、本明細書で述べるシステムは、前述の特許請求の範囲に記載する本発明の精神から逸脱することなく、多数の置換え、削除、そして代替例を使用できることも、当業者に理解されよう。例えば、熱交換プレート９６の蛇行状の経路１００はコイルまたはその他の適切な構成のものでよく、あるいはセンサは、広く様々な身体部位を感知することができ、プロセッサ７０には温度や圧力などその他のパラメータを供給することができるが、これらに限定するものではない。さらに、カテーテル５２の端部にある留置熱交換器７６は、熱交換流体の循環を必要としない熱電過熱／冷却ユニットなどの任意の適切なタイプでよい。熱交換バルーンを設ける場合、ポンプは、ネジ・ポンプ、歯車ポンプ、ダイヤフラム・ポンプ、蠕動ローラ・ポンプ、または熱交換流体をポンプ給送する任意のその他の適切な手段のものを設けることができる。当業者に明らかなこれらおよびその他の置換えは、本発明の範囲内に含まれる。
【００４５】
例示の熱交換カテーテル制御ユニット
図５Ａから５Ｆは、患者の迅速な温度調節に特に適する本発明の典型的な熱交換カテーテル制御ユニット１５０を様々な観点から見た図である。これらの図からわかるように、制御ユニット１５０は、このユニットの最上部近くに位置付けられた略水平な分割ライン１５６で分離する下部１５２および上部１５４を有する縦向きの外部ハウジングを含む。下部１５２は、容易に持ち運びできるように車輪１５８上に取り付けられ、これらの車輪は、足で作動するロックを有する旋回型のものが好ましい。点検等を容易にするため、上部および下部はその背面がヒンジ１５５により一緒に接合され、最上部を持ち上げて後方に回転させることによりユニットの内部が露出するようになっている。典型的な実施形態では、制御ユニット１５０の高さは、操作者が大きく腰を曲げることなく上部制御パネル１６０に容易にアクセスできるような高さである。例えば制御ユニット１５０は、その全高が約６１〜９１ｃｍ（２〜３フィート）の間でよく、好ましくは約８１ｃｍ（３２インチ）である。制御ユニット１５０の大部分の実質上水平な断面の幅は、約３０ｃｍから約６１ｃｍ（１フィートから２フィート）の間でよいが、下部１５２はその下端が広がって、その下部の隅に車輪１５８が取り付けられ、より安定になることが好ましい。
【００４６】
図５Ａは、組み立てた制御ユニット１５０を示し、一方図５Ｂから５Ｇは、制御ユニットの様々な分解図およびサブアセンブリ（副組立体）を示す。図５Ａは、ユニット１５０の正面および右側を示し、上部１５４の正面の、角度をなす上部パネル１６２上には制御パネル１６０が見える。角度をなす上部パネル１６２は、制御パネル１６０に隣接して、流体容器受容キャビティ１６４も画定する。さらに、制御ユニット１５０の移動を助けるため、複数の取っ手１６６を設けることができる。
【００４７】
制御ユニット１５０の正面パネル１６９には、水平分割ライン１５６の直ぐ下に、熱交換カセット受容開口１６８も設けられている。以下に述べるように、開口１６８は、図２に示す熱交換カセット受容開口１０２と同様に、本発明の熱交換カセットを受容するよう寸法決めされ成形されている。同様に制御ユニット１５０は、加熱器／冷却器、ポンプ駆動装置、制御器プロセッサ、および手動入力ユニット、すなわち制御パネル１６０を含む、図２の制御ユニット５０に関して既に述べた特徴の全てを提供する。
【００４８】
加熱および冷却能力が比較的高いので、制御ユニット・ハウジングの下部１５２は、ハウジングの内部と周囲環境とのあいだで対流熱交換が促進されるように、複数の通気孔１７０を含んでいる。制御ユニット・ハウジングは、ステンレス鋼、アルミニウム、または成形プラスチックを含めた、いくつかの適切で強力な耐食性ある材料で製造することができる。
【００４９】
例示の制御パネル
図５Ｂおよび５Ｃは、制御ユニット１５０の上部１５４、特に制御パネル１６０について、より詳細に示す。図５Ｂは、制御パネル１６０から分解した状態のファサード（前面）１７２を示し、このファサードは、その表面に様々なディスプレイおよびボタンに対応するラベルを印刷したものが、図５Ｃに示されている。（読者は、図５Ｃの制御パネル１６０が残りの図面に示すものの代替の実施形態であり、いくつかの追加した特徴を含んで、いくつかのボタンおよび／またはディスプレイがいくらか移動していることに気付くであろう）。以下に、制御パネル１６０の物理的特徴について記述し、その記述の後半で、制御パネルを使用する例示的な方法について述べる。
【００５０】
図５Ｃの典型的な制御パネル１６０は、中心線に沿って上から下まで、患者温度ディスプレイ１７４、目標温度ディスプレイ１７６、冷却／加温速度ディスプレイ１７８、およびシステム・フィードバック／ステータス・ディスプレイ１８０を含めたいくつかの表示装置が設けられている。その他の望ましい情報を、追加のディスプレイで、またはこの図に示すスクリーンの１つに表示されている情報と交互に、またはこの図に示すスクリーンの１つから使用者によって出された要求によって、表示することができる。例えば一例として、患者を加熱しまたは冷却するランプ速度を使用者が設定し、または制御マイクロプロセッサで計算する場合、あるいは目標温度に対して予測された時間を計算する場合にこれらの値を示すことができるが、これらに限定するものではない。英数字用の大型ディスプレイは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であることが好ましいが、いくつかの発光ダイオード（ＬＥＤ）状態標識も設けられる。いくつかの図形アイコンを、上部３つのＬＣＤディスプレイ１７４、１７６、および１７８の左に隣接して位置決めし、それによってそれぞれの表示機能を示す。具体的には、患者の温度のアイコン１８２ａ、目標温度ＬＥＤ１８２ｂ、および冷却／加温速度ＬＥＤ１８２ｃが設けられる。冷却／加温速度ＬＥＤ１８２ｃの直ぐ下には、動作モードＬＥＤ１８２ｄ、および関連する垂直な一連の３モード・インジケータ１８４が設けられる。システムが冷却モードか、加温モードか、または維持モードであるかによって、インジケータ１８４の１つだけが常に点灯する。モード・インジケータ１８４の代わりにディスプレイ１８０によって、操作者が制御器の機能モードを容易に識別できるように、患者の冷却、患者の加温、または維持というメッセージを伝えることができる。また、１列のライトを有するただ１つの患者温度アイコン１８２であってもよく、これらのライトはユニットが加温中の場合には上方に光が流れ、ユニットが冷却中の場合は下方に流れ、ユニットが維持の最中であれば固定位置で点滅させることができる。最後に、電源オン／オフ・インジケータＬＥＤを、制御パネル１６０の左下の隅に設ける。
【００５１】
制御パネル１６０は、制御パネルの右側に上から下まで順に、摂氏／華氏表示トグル１９０、１対の目標温度調整ボタン１９２、１対の冷却／加温速度調整ボタン１９４、多機能／入力ボタン１９６、および警報音ミュート・ボタン１９８を含めたいくつかの入力ボタンも表示する。警報音ミュート・ボタン１９８は、ＬＥＤ警報インジケータ２００内に組み込まれる。最後に、制御パネル１６０の中央下部には停止システム操作ボタン２０２があり、それによって、システムを瞬時に停止させることができる。
【００５２】
制御ユニット・ハウジング
図５Ｄから５Ｇよりわかるように、制御ユニット・ハウジングはいくつかのパネルによって画定され、そのパネルのいくつかを取り外して、制御ユニット１５０の内部構成要素を見ることができ、触れることができる。例えば図５Ｄおよび５Ｆでは、正面パネル１６９（図５Ａ）を取り外して内部キャビティ２１０を露出しているが、その大部分は、比較的大きい送風機（図示せず）を封じ込めるサブハウジング２１２で塞がれている。以下に述べるように、サブハウジング２１２内の送風機は、熱電冷却器／加熱器と相互に作用し、それと共に、円形上部開口２１４にかかる第１のフィルタ（図示せず）によって分離され、ガスケット２１６によって、その上に保持される。制御ユニット内のサブハウジング２１２の底部にある四角形の開口２２０は、第２の空気フィルタ２１８によって覆われており、その結果、円形開口２１４を通して送風される空気（上方または下方に）が二重に濾過されるようになっている。最後に、ドレーン・カップ２２２を制御ユニット１５０の底部に設けることができる。図５Ｅでは後部パネルが取り外されて、後部キャビティ２２４が露出しており、そこからいくつかの電気接続２２６にアクセス可能である。
【００５３】
図５Ｇは、制御ユニット１５０の下部１５２の正面斜視図であり、内部キャビティ２１０から上方に分解した状態の熱交換カセット受容サブアセンブリ２４０を示している。サブアセンブリ２４０を個別に図６Ａに示すが、その正面に熱交換カセット受容キャビティ２４２を画定し、サブアセンブリがキャビティ２１０内にあるときに正面パネルに１６９に同様に寸法決めされた開口１６８に対して位置合わせされる。この配置構成によれば、図２の熱交換ユニット５４や以下に述べる熱交換カセットなどの本発明の熱交換ユニットを、正面パネルの開口１６８に挿入して、サブアセンブリ２４０内のキャビティ２４２に「差し込む」ことができる。
【００５４】
図５Ｇおよび６Ａの両方からわかるように、管状スカート２４４はサブアセンブリ２４０から垂設され、そこに一連の通し穴を有する下部フランジ２４６を含んでおり、それによって、送風機サブハウジング２１２（図５Ｄ）の円形開口２１４の周りに取り付けることができる。したがってこのスカート２４４により、サブアセンブリ２４０を冷却する送風機によって上向きに吹き付けられる空気用のまっすぐの囲まれた経路が設けられる。あるいは、この空気の経路を逆向きにすることができ、その場合、送風機は、サブハウジング２１２内の下方に向けて空気を引き込む。サブアセンブリ２４０は、複数の取付けブラケット２４８をさらに含み、これらのブラケットは、制御ユニット２５０のキャビティ２１０内に設けた同様の数のサポート・ブラケット２５０にしっかりと取り付けられる。
【００５５】
熱交換カセット受容サブアセンブリ
図６Ａから６Ｃは、熱交換カセット受容サブアセンブリ２４０の様々な構成要素をいくつかの観点から見たものであり、いくつかの点を取り除きまたは分解した状態で見た図である。まず図６Ｂを参照すると、サブアセンブリ２４０は、上部から底部まで、上部圧力プレート２６０と、１対の細長いサイド・スペーサ２６２と、上部ガイド・アセンブリ２６４と、下部ガイド・アセンブリ２６６と、その下部ガイド・アセンブリに取り付けられてそこから下向きに垂設したポンプ駆動機構２６８と、後部水チャネル・アセンブリ２７０と、加熱器／冷却器サブシステム２７２と、この加熱器／冷却器サブシステムの真下に配置した空気冷却器２７４とを含む。さらに図６Ｂには、流体レベル測定センサ・モジュール２７６が分解した状態で示されており、これは図６Ａからわかるように、下部ガイド・アセンブリ２６６の下側に取り付けられるようになっている。
【００５６】
空気冷却器２７４は、中実な前部壁および後部壁を有する中空のボックス状構造と、管状スカート２４４の内部に連絡する底部壁に形成した円形開口（図示せず）と、周囲の制御ユニット・ハウジングに設けた通気孔１７０に位置合わせされる通気孔２７８を備えた１対の側壁とを含む。さらに、空気冷却器２７４は、加熱器／冷却器サブシステム２７２の下側で露出した状態になる。これは、加熱器／冷却器サブシステム２７２の一部を、図６Ｃに関して以下により詳細に述べるように、空気冷却器２７４の開口型ボックス上に固定することによって実現される。このように、管状スカート２４４内を吹き抜ける空気（上向きまたは下向きに）は、加熱器／冷却器サブシステム２７２の下側を通って流れる。空気が上向きに吹き付ける場合、空気は横向きにされて通気孔２７８および１７０を通り、外部環境に至る。空気が下向きに吹き付ける場合、空気が通気孔２７８および１７０を通って引込まれ、下向きにされて円形上部開口２１４内の第１のフィルタを通り、四角形の開口２２０を覆う第２のエア・フィルタ２１８を通って外に出され、外部環境に至る。したがって空気冷却器２７４は、加熱器／冷却器サブシステム２７２用の、非常に効率的で便利なヒート・シンクとして働く。当然ながら、その他のタイプのヒート・シンクおよびその他の対流空気冷却パターンを使用することができ、本発明は、図示する送風機２７４に限定されると考えるべきではない。
【００５７】
図６Ｃは、加熱器／冷却器サブシステム２７２を分解した状態で示しており、上部プレート２８０と下部プレート２８２とを分離しているが、その間には複数の熱電（ＴＥ）モジュール２８４が挟まれて双方のプレートと熱接触している。前述のように、下部プレート２８２は、ボックス状空気冷却器２７４の開口部を覆うように固定される。ＴＥモジュール２８４は、下部プレート２８２の表面上に分布した離散的なモジュールであることが好ましい。図示する例示的な実施形態では、１２個の四角形のＴＥモジュール２８４が、下部プレート２８２のほぼ全面にわたり縦横に分布している。ＴＥモジュール２８４は、周知のペルティエの原理に基づいて機能することが好ましく、その場合は同一のＴＥモジュールで、ユニットを流れるＤＣ電流の方向に応じて加熱しまたは冷却を行うことができる。本明細書で述べる全てのＴＥモジュールは、電流がそれぞれ同じ方向に流れるように配置される。したがって、ＴＥモジュールを流れる電流の極性を変えるだけで、加熱器／冷却器サブシステムは加熱器から冷却器に、またはその逆の状態に、瞬時に変えることができる。発生する熱または冷気の量も、ＴＥモジュールを流れる電流の量を制御することによって調整できる。したがって、たった１つの変数、すなわちＴＥモジュールに供給されるＤＣ電流を制御するだけで、非常に高いレベルの制御を行うことができる。
【００５８】
上部プレート２８０は、ＴＥモジュール２８４と、キャビティ２４２内に挿入した熱交換カセットとの間に伝導性熱伝達インターフェース（介在物）を提供し、したがってその表面には、ＴＥモジュール２８４によってもたらされる離散的な温度差が分布する傾向にある。これは、誤った温度測定を引き起こす可能性がある熱交換カセットの局所的な加熱または冷却を防止するのを助ける。さらに、上部プレート２８０は、アルマイトやその他の適切な材料など、熱伝導性が良好な適切で剛性の金属により製造される。上部プレート２８０と下部圧力プレート２６０の両方の剛性は、内部キャビティ２４２内に位置決めした熱交換カセットの流体加圧による曲げに耐えられるように、十分なものである。
【００５９】
図６Ａおよび６Ｂを再び参照すると、サブアセンブリ２４０の様々な構成要素の接続によって前述の内部キャビティ２４２が作成され、その内部には、本発明の熱交換カセットを挿入することができる。好ましい実施形態では、カセットが、以下により詳細に述べるように設けられ、比較的厚い隔壁部と比較的薄い熱外部熱交換器を含み、この外部熱交換器は、上部圧力プレート２６０と加熱器／冷却器アセンブリ２７２の上部プレート２８０の間にぴたりと嵌まるように寸法決めされている。この点に関し、下部ガイド・アセンブリ２６６は、互いに内側に向いたガイド・スロット２９２ａ、２９２ｂを有する１対の直立側壁２９０ａ、２９０ｂを含んでいる。ガイド・スロット２９２ａ、２９２ｂは、外部熱交換ユニットの側縁を受容するよう寸法決めされており、それによってユニットは、上部圧力プレート２６０と上部プレート２８０の間に画定された狭い隙間へと確実に誘導されることになる。図示しないが、一方の直立側壁２９０のスロット２９２には、熱交換カセットが内部キャビティ２４２に完全に挿入されてシステムが適正に作動するようその内部に係合したことを示す、マイクロスイッチを設けることが望ましい。同様に図示しないものの関連技術においては周知であるが、圧力ピンやボール、対合用のつめなどの位置合わせ手段を、制御ユニットおよびカセットにそれぞれ設けて、カセットと制御ユニットとの相対的な位置決めを正しく行う際の補助をすることもできる。
【００６０】
熱交換カセット受容サブアセンブリ２４０は、熱交換カセット内に設けられたポンプを駆動するためのシステムをさらに含む。より具体的には、図６Ｂに関して既に述べたように、かつ図７Ａから７Ｄにより詳細に示すように、ポンプ駆動機構２６８が下部ガイド・アセンブリ２６６の下側に取り付けられて、熱交換カセット内のポンプに動力を供給する。図７Ｃに関して以下に示すように、ポンプ駆動機構２６８は、下部ガイド・アセンブリ２６６の下側に取り付けられ且つ駆動ベルト３００に係合する出力シャフト（図示せず）を有する電気モータを含むことが好ましく、このベルトによりプーリ３０４を介してポンプ駆動シャフト３０２を回転させるが、駆動シャフトは軸支されて下部ガイド・アセンブリ２６６の垂直な通し穴内で回転する。この開示によって、ポンプ駆動モータからの回転運動を伝達するその他の代替方法が明らかに予想され、電気モータと出力シャフトの間に設けた一連の歯車、電気モータがカセット内のポンプに直接係合する直結駆動機構、またはその他同様の構成を含んでよい。
【００６１】
図７Ａおよび７Ｂに関しては、駆動シャフト３０２の上端が、下部ガイド・アセンブリ２６６の上面に形成した不定形チャネル３０６内に位置付けられている。駆動シャフト３０２の上端は、駆動歯車３０８を示している。図示しないが、本発明の典型的な熱交換カセットは、チャネル３０６に嵌合する下向きの突起を含み、駆動歯車３０８に係合する図１５Ａのポンプ・ヘッド歯車７７４を含む。ポンプ・シャフト・アイドラ・ホイールに係合し、且つポンプ・ヘッド歯車を駆動歯車３０８に係合して位置決めするように、１対のアイドラ・ハブ３１０ａ、３１０ｂも設けることができる。一連の関連するピンおよび軸受けを図面に示すが、当業者なら様々な機能および設計の代替例を理解するであろうと思われるので、さらに説明はしない。
【００６２】
図７Ａから７Ｄは、下部ガイド・アセンブリ２６６の下側に形成したキャビティ３１２も示す。キャビティ３１２と下部ガイド・アセンブリ２６６の上面との間には、一連の通し穴３１４が延在している。図７Ｂに示すように、透明な窓３１６が、対応するよう寸法決めされた凹部３１８に嵌め込まれ、穴３１４を覆っている。図６Ａおよび６Ｂに見られる流体レベル測定センサ・モジュール２７６は、キャビティ３１２内に固定され、開口３１４に位置合わせされた状態で配置されかつ熱交換カセットと相互に作用する光送信器／センサを含み、それによって、以下にさらに述べるようにユニット内の流体レベルの表示を行う。
【００６３】
本発明の電子制御回路
図８は、本発明の例示的な電子制御回路を示す。マイクロプロセッサは、設定温度とも呼ばれる目標温度を受信する。マイクロプロセッサは、システムが患者の温度を変化させる初期速度を指定するランプ速度も受信し、例えばＭＡＸは、システムが動作可能な最大速度を示す。例えば冷却の際、これは熱交換流体の温度が４℃程度に低くなる動作モードにすることができる。患者の温度がモニタされ、目標温度と実際の温度との差が計算される。システムは、この計算を頻繁に行うことができ、例えば１秒当たり１回行うことができる。この差に基づいて、マイクロプロセッサは、熱交換流体に加える冷却用電力の加熱を調整する。実際の温度が目標温度に近付くにつれ、変化率は無視することができ、実際の温度が最終的には最後の１０分の数度だけ非常にゆっくりと下がるように、出力率は徐々に低下する。ＰＩＤ定数を調整することによって、ＰＩＤ制御を望み通りに調整することができる。
【００６４】
別の言い方をすれば、制御回路は、目標体温と感知した体温とが互いに大きく離れている場合には迅速な熱交換を可能にし、感知した体温が目標温度に近付くにつれて熱交換率が低下する論理を含む。患者の温度変化の傾向は常にサンプリング（抜き取り検査）され、したがって熱交換システムは、患者を冷却するために全力で動作するが、患者の温度が目標温度に近付くにつれてその冷却はより漸進的になり、冷却段階の最後の部分においては患者の温度が徐々に冷却されて過度に冷却されることがないように、精密に制御される。
【００６５】
第１の典型的な熱交換カセット
本発明で使用する適切な熱交換カセットは、本明細書に援用する米国特許出願第６０／１８５，５６１号に記載されている。そのようなカテーテルの概要を以下に述べる。
【００６６】
図９は、制御ユニット４０４の受容開口４０２に隣接した本発明の例示的な熱交換カセット４００を概略的に示す。制御ユニット４０４は、図２に関して既に述べた要素５０と同様に、または図５から８に関する要素１５０と同様に構成することができる。その結果、制御ユニット４０４は、加熱器／冷却器機構（図９には示さず）と、ポンプ駆動機構４０６（概略的に示す）と、制御器プロセッサと、手動入力装置（やはり図９には示さず）を含む。ポンプ駆動機構４０６は、図７Ａから７Ｄに示す実施形態と同様に、駆動歯車４０８と１対のアイドラ・ホイール４１０を含む。
【００６７】
図９は、さらに以下に述べるように、熱交換カセット４００内の流体レベルを決定するのに用いる光ビーム源４１２と光ビーム・センサ４１４の典型的な配置を概略的に示す。さらに、少なくともリニア・アクチュエータ４１８とプッシュ・ロッド４２０を含む、弁作動システム４１６の典型的な配置が示されている。最後に、当業者なら、図９の制御ユニット４０４が、図２および図５から８に関して既に述べた様々な有利な特徴を有することが理解されよう。
【００６８】
図９は、図２に関して既に述べた本発明の熱交換カテーテル・システム全体の、ある特定の態様を示しており、留置カテーテル４２４の遠位端に熱交換器４２２を含むものであって、熱交換流体は、流入ライン４２６および流出ライン４２８を介してその内部を循環することができる。流体の流入ライン４２６および流出ライン４２８は、一般に、ポリ塩化ビニルなどのフレキシブルな圧縮性の材料またはその他の適切な柔軟で圧縮性のチュービング材料で作製され、熱交換カセット４００の隔壁４３０に流体連絡している。流体供給バッグ４３２は、コックまたはピンチ・クランプ４３６を使用することによって閉じることが可能な供給ライン４３４を介してシステムを準備作動するために、熱交換流体を供給する。バッグの大きさは一般には重要ではなく、その容量は約２５０ｍｌという典型的なものである。使い捨て可能な熱交換カセット４００は、熱交換カテーテル４２４と共にまたは別個に包装することができる。
【００６９】
熱交換カセット４００は前述の隔壁４３０を含み、そこには外部熱交換器４４０がカバー・プレート４４２を介して結合されている。上述のように、外部熱交換器４４０は、制御ユニット４０４内に設けた狭いスロットまたは隙間に嵌め込まれて加熱器／冷却器のプレートと圧力プレートとの間に挟まれるように、十分に平らで薄くなっている。隔壁４３０はいくらか厚く、制御ユニット４０４への挿入および取外しを容易にする取っ手４４４を備えている。さらに、隔壁４３０は、その内部のポンプ・ヘッドにポンプ駆動機構４０６が係合するように、開口４０２の外側の部分に連結される。ポンプ・ヘッドの例示的な詳細を以下に示す。（図は、隔壁の２つの異なった実施形態を示すことに留意されたい。図９に示す隔壁は、図１０Ｂ、図１３Ａから１３Ｅ、そして図１４Ａから１４Ｅに関してより詳細に記述する。）
【００７０】
ここでも、制御ユニット４０４は全システムの再使用可能な構成要素を構成し、一方、熱交換器４４０、カテーテル４２４、そして流体供給４３２は使い捨て可能な構成要素を構成することを、繰り返し述べる。実際に、好ましい実施形態では、制御ユニット４０４を除く全ての構成要素が、滅菌され事前に組み立てられたユニットとして１つにまとめて包装される。このように準備することによって、医療スタッフは、この滅菌包装を開け、熱交換カセット４００を制御ユニット４０４に「差し込み」、カテーテル４２４を患者の適切な位置に導入するだけで、システム全体を設置することができる。処置が終了した後は、制御ユニット４０４以外の全てを廃棄する。
【００７１】
図１０Ａおよび図１０Ｃ，１０Ｄを参照しながら、本発明の例示的な熱交換カセット４００ａについて記述する。上述のように、交換ユニット４００ａは、隔壁４３０ａと、外部熱交換器４４０ａと、カバー・プレート４４２ａを含む。隔壁４３０ａは、リザーバ・セクション４５０とポンプ・セクション４５２を含み、これらは図１０Ａでは分解された状態で、また図１０Ｂでは流体連絡するよう一まとめに結合した状態が示されている。
【００７２】
図１０Ｂの切取平面図は、隔壁４３０ａおよび外部熱交換器４４０ａ内の熱交換流体の流路を表すいくつかの流れの矢印を示す。図９に示す流体バッグ４３２などの外付け流体供給源４５４から始まって、入口ライン４５６がリザーバ・セクション４５０に流体を注入し、次いで流体は、Ｌ字型の出口チャネル４５８（図１０Ｃ）を介して図面の右側に送出され、ポンプ・セクション４５２の入口４５９に送り込まれる。ポンプ・セクション４５２の出口は２つのチャネルに分かれ、その一方は外部熱交換器４４０ａに至り、他方は留置カテーテルに供給を行うフロー・ライン４６０に至る。ポンプ・セクションのどの出口チャネルが流体を受け取るかについて、以下により詳細に述べる。熱交換流体は最初にカテーテルのフロー・ラインを準備作動し、次いで外部熱交換器４４０ａを準備作動すると言えば十分であろう。
【００７３】
流体は、ポンプ・セクション４５２の上側の出口４６２を通って、外部熱交換器４４０ａに流入し、さらにその内部に画定された複数の蛇行状経路へと流入する。熱交換器４４０ａ内を通過した後、流体は、リザーバ・セクション４５０の入口４６４に戻る。
【００７４】
図１０Ａおよび図１０Ｃ，１０Ｄを、特に図１０Ｃの斜視図をさらに参照すると、リザーバ・セクション４５０は下部容器４７０を含み、この下部容器４７０は、上部壁として、この容器の段付きリムに密接に受容されかつそこに生体適合性の接着性によって固定する上部カバー・プレート４７２を含んでいる。容器４７０はその内部に、２つの供給源、すなわち外付け流体供給源コンジット４５６が付属する供給用入口４７６と、外部熱交換器４４０ａの内部に接続される入口４６４からの流体を受け取る流体キャビティ４７４を画定する。Ｌ字型チャネル４５８は、ポンプ入口４５９に流体連絡するリザーバ・セクション４５０の端部に位置付けられた流体用出口を提供する。Ｌ字型チャネルと同じリザーバの端部には、このリザーバには開かれていない減衰チャンバ４７８を位置付けている。ブロック状フォームなどの圧縮性材料４８０が、突出したカラー４８２内を通って減衰チャンバ４７８の内部へと嵌め込まれる。そのような減衰チャンバ４７８の機能および利点について、以下にさらに述べる。
【００７５】
カバー・プレート４７２は、容器４７０の縁の周りを封止して流体キャビティ４７４を生成するが、キャビティ内からの空気の放出を可能にする疎水性のガス透過性ベントを有する１つまたは複数の通気孔４８４を備えている。通気孔４８４があるので、システムの準備注入動作中に流体が容器４７０の内部に導入されたとき、いかなる流体もそこから逃がすことなく空気を容器４７０の内部から移動させることが可能になる。通気孔４８４の孔径は、微生物などのいかなる汚染物質の流入も防止できるように十分小さく、したがって、患者の身体内をカテーテルを介して循環する流体の無菌状態が維持される。第１および第２のプリズム４８６ａ、４８６ｂも、流体レベル検出システムの一部として容器４７０内に位置付けられ、これについて以下にさらに述べる。この実施形態におけるプリズムの位置は、減衰チャンバ４７８の壁面に隣接しているが、図９に示す実施形態ではリザーバのもう一方の端部にあり、図１３Ｅに示すように５９０ａ、５９０ｂで取り付けられている。当業者に容易に理解されるように、プリズムの位置、そして垂直かまたは水平かという機能は、設計選択上の問題であり、それに伴って制御ユニット内の光ビーム・センサ４１２、４１４の位置を変える必要がある。
【００７６】
図１０Ｂからわかるように、ポンプ・セクション４５２は、準カージオイド形のキャビティ４９２内に画定した回転式ポンプ・ヘッド４９０を含む。ポンプ・ヘッド４９０はロータ４９４と可動翼４９６を含み、図９に見られるポンプ駆動機構４０６などの外部供給源によって駆動するシャフト（符号は付けていない）上で回転する。ポンプ・ヘッド４９０は、約２．５ｋｇ／ｃｍ²（３５ｐｓｉ）を超える圧力でシステムを通して流体を送出できることが望ましく、所定の圧力、例えば約２．８ｋｇ／ｃｍ²（４０ｐｓｉ）を迅速に実現し維持できることがより好ましい。ポンプ・ヘッド４９０の具体的な詳細について、図１５および１６を参照しながら以下に述べるが、回転式ポンプは、図示するベーン・ポンプ、インペラ・ポンプ、または歯車ポンプでよいことが理解されよう。さらに、いくらか変更を加えることによって、本発明のシステムは、ダイヤフラム・ポンプや蠕動ポンプなどのその他のタイプの流体ポンプを利用することができる。
【００７７】
ポンプ・セクション４５２は、流体結合入口手段４９８を有する貫流チャネル４９７も有し、この流体結合入口手段４９８は、カテーテルから出口４６２まで直接繋がり、さらに外部熱交換器４４０ａに至るものである。図１０Ｂおよび１０Ｄからわかるように、分岐ポンプ出口チャネル４９９は、カテーテル４６０に至る流体結合出口と流体連絡しており、圧力減衰チャンバ４７８にも繋がっている。圧力減衰チャンバは、例えば、カテーテルに流れる流体と平行な流体通路内のブロック状圧縮性材料４８０で塞ぐことができる。したがってカテーテルに流れるポンプからの流体は、減衰チャンバ４７８内の圧縮性材料４８０に曝され、流体が圧縮性材料４８０に接触するにつれて、その材料はわずかに圧縮し、次いでその元の形に戻るが、そのようにすることによって緩衝材としての働きをし、ポンプの動作によって生じる可能性がある流体の小さな圧力変動を吸収する。このように圧縮性材料には、カテーテルへの流体の流れの圧力パルスを減衰させる効果がある。
【００７８】
圧縮性材料の適切な例には、ブロック状フォーム、ポリエチレン・フィルムに包まれたポリエチレン・フォームなどのカプセル化フォーム、封止プラスチックの袋に包封したフォーム、プラスチックまたはシリコーンで被覆しまたはそれらを染み込ませたフォーム、ポリウレタン・バルーンなど柔軟な袋に包まれた気体などが含まれる。
【００７９】
例示の外部熱交換器
図９の４４０および図１０Ａの４４０ａで示す外部熱交換器は、外部熱交換器の構成全体が制御ユニット４０４ａに設けた開口にかみ合うようになった、１つまたは複数の構造部材およびコンプライアント（弾性）部材の任意の組合せにすることができる。好ましい実施形態では、図１１Ａおよび１１Ｂの断面に見られるように、構造部材が平面的なバック・プレート５００を構成し、コンプライアント部材が、柔軟で熱伝導性の層５０２を構成する。コンプライアント層５０２は、図１０Ａからわかるように、該コンプライアント層とパック・プレート５００の間に蛇行状流路５０４を形成するパターンとしてバック・プレート５００に封止される。フロー・チャネル５０４は、フロー・フィッティング５０８を備えた流体入口オリフィス５０６と、同一のフロー・フィッティング５１２を備えた流体出口オリフィス５１０を含む。フロー・フィッティング５０８および５１２を、図１２Ａおよび１２Ｂの斜視図に示す。
【００８０】
バック・プレート５００は、典型的には堅く、高密度ポリエチレンで作製され、一般に約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）の厚さである。この実施形態では、より薄いコンプライアント層が、ヒート・シールや２層を一緒に永久に接着させるその他の適切な技法などの融着によって、バック・プレートに蛇行状パターンで封止されるものとして、示されている。ヒート・シールのパターンは、連続する蛇行状流路５０４を分離する封止部５１４からなる蛇行状経路、あるいは、複数の流路からなる蛇行状経路を生成する。
【００８１】
曲がりくねった流路５０４は、制御ユニット４０４ａ内の加熱器／冷却器装置に隣接して熱伝達関係で熱交換流体を前後に流し、さらにその流体を十分に加熱しまたは冷却することができるよう十分な時間、熱加熱器／冷却器装置の近くにこの流体を確実に循環させる、経路を生成する。また本発明は、流体を外部熱交換器４４０ａに流すチャネルが生成されるように封止部が構成される限り、不連続な封止部を利用することもできる。さらに、外部熱交換器は、制御ユニット４０４内への配置を容易にする案内具として働くＶ字型の前縁５１６を有するように、構成することができる。
【００８２】
より薄いコンプライアント層５０２は、一般に約０．１０２〜０．２０３ｍｍ（０．００４〜０．００８インチ）であり、典型的な場合は、図１１Ａ（膨張していない）と図１１Ｂ（膨張している）を比べることによってわかるように、加圧された熱交換流体が蛇行状チャネル５０４の脚部に流入したときにわずかに撓むように、わずかにエラストマー性を有する、あるいはコンプライアントな低密度ポリエチレン材料である。バック・プレート５００とより薄いコンプライアント層５０２は共にポリエチレンであるので、これらを一緒に、熱溶融または超音波溶接によって効果的に溶接する。しかし隔壁４３０ａは同じ材料ではなく、したがって外部熱交換器は一般に、機械的な圧力シールなど、その他の手段によって隔壁に封止される。
【００８３】
図１０Ａからわかるように、外部熱交換器４４０ａには、隔壁３３０に封止される延長型アタッチメント５２０が設けられている。延長型アタッチメント５２０は、隔壁３３０全体にわたって分布する３つのセクション、すなわち第１のフラップ・セクション５２２ａと、切取りセクション５２２ｂと、第２のフラップ・セクション５２２ｃを有する。第１のフラップ・セクション１４２には１つまたは複数の通気孔５２４が切り込まれて、上述のように、リザーバのカバー・プレート４７２に設けた対応する数の疎水性ガス透過性ベント４８４から空気が排気される。図１０Ａの実施形態では複数の通気孔５２４を示すが、任意の適切な形状または数の孔で十分であり、例えば以下の図１３Ａの実施形態では単一の通気孔が示されている。
【００８４】
既に述べたように、蛇行状チャネル５０４に開放されているオリフィス５０６、５１０のそれぞれにはフィッティング（継手）５０８、５１２が設けられ、薄いコンプライアント層５０２とバック・プレート５００との間のスペースに流体を流入させることができる。第１のフィッティング５０８を介して熱交換流体を入口オリフィス５０６内に送出する場合、その流体は、蛇行状通路に沿って出口オリフィス５１０まで曲がりくねって進み、次いで第２のフィッティング５１２を介して隔壁内に入る。外部熱交換器４４０ａの全体は、制御ユニット４４０内の加熱器／冷却器に熱接触するよう配置され、例えば、熱電冷却器またはいくつかのＴＥ冷却器モジュールの熱交換面が熱プレートと接触するように配置される（図６Ｃに示すように）。より薄いコンプライアント層５０２は、表面温度を制御して外部熱交換器を通して流体を送出することによって熱交換流体の温度を制御することができるように、熱交換面に対して位置決めされる。
【００８５】
フィッティング５０８、５１２は、図１２Ａおよび１２Ｂに示すように、その特定の構造によって入口オリフィス５０６および出口オリフィス５１０内に固定される。各フィッティング５０６、５１０は、中心チャネル５３０と、ベース・プレート５３２と、このベース・プレートの下面に設けた複数のスペーサ突起５３４と、ベース・プレート５３２の反対方向に突出するノーズ５３６を有する。図１２Ｂの実施形態はそのような４つの突起を示すが、本発明は、４個より少ないかまたは多い突起を有することを意図している。フィッティング５０６を外部熱交換器４４０ａに配置する場合、ノーズ５３６は入口オリフィス５０６を通って突出し、ベース・プレート５３２は、コンプライアント層５０２とバック・プレート５００との間に耐密に位置決めされる。スペーサ突起５３４によって、ベース・プレート５３２は、外部熱交換器のバック・プレート５００から間隔を空けて配置される。出口オリフィス５１０では、チャネル５０４内に入っている流体がチャネル５３０を通って突起の間を通過し、次いで隔壁４３０ａに至る。同様に、熱交換カテーテルから戻ってくる流体は、フィッティング５０６の中心チャネル５３０を通って熱交換チャネル５０４に入り、突起５３４の間を通過する。コンプライアント層５０２と隔壁４３０ａとの間の各フィッティング５０６、５１０のノーズ（鼻状部）５３６の周囲には、柔軟なゴム座金など、２個のＯリングを位置決めすることができる。各フィッティング５０６、５１０のノーズ５３６は、隔壁４３０ａの、関連する出口４６２および入口４６４に挿入するよう寸法決めされる。
【００８６】
第２の典型的な熱交換カセット
図１３Ａから１３Ｅは、最初に述べた熱交換カセット４００ａといろいろな意味で同様の第２の例示的な熱交換カセット４００ｂを示すが、以下に述べるフィードブロック・セクションおよび圧力弁を含んだ隔壁アセンブリを有している。最初の実施形態と同様に、交換器４００ｂは、カバー・プレート４４２ｂによって外部熱交換器４４０ｂに結合された隔壁アセンブリ４３０ｂを含む。隔壁アセンブリ４３０ｂは、リザーバ・セクション５５０と、ポンプ・セクション５５２と、これらの間に配置されたフィードブロック・セクション５５４を含む。これら３つのセクションは、図１３Ａからわかるように、独立の、または別個のユニットを一まとめに結合したものにすることができ、あるいは、単一のユニット内に画定することができる。隔壁セクションは、機械加工し、成型し、または鋳造することができ、典型的な場合には、プラスチックやＰＬＥＸＩＧＬＡＳなど耐久力がある軽量の材料で作製される。
【００８７】
図１３Ａおよび１３Ｅの斜視図を参照すると、中空のリザーバ・セクション５５０は細長い直線的な形状であり、フィードブロック・セクション５５４に面する一方の縦方向の端部には、１対のカラー、すなわちリザーバ出口チャネル５６１を画定する流体出口カラー５６０と圧力調節器カラー５６２とが設けられている。これら２つのカラーは、近接して並べたフィードブロック・セクション５５４の端部のわずかに小さいサイズの２つのカラーとしっかり係合し、具体的には、図１４Ａに示すように、流体入口カラー（図示せず）および圧力感知チャンバ・カラー５６４に係合する。フィードブロック・セクション５５４も中空で、全体的に直線的なハウジングであり、ポンプ・セクション５５２に面する側に、入口コンジット５６８に繋がる入口カラー５６６と、第１の出口コンジット５７２から開いている第１の出口カラー５７０と、第２の出口コンジット５７６から開いている第２の出口カラー５７４を含んでいる。一連のＯリング５７８が、これらのカラー５６６、５７０、および５７４のそれぞれの周りに嵌め込まれるよう寸法決めされ、したがってこれらのカラーと、これらに近接して並べたポンプ・セクション５５２の面に形成されている関連する開口との流体耐密封止が、確実に行われる。
【００８８】
ａ．例示のリザーバ・セクション
図１３Ａから１３Ｅを、特に図１３Ｅの斜視図をさらに参照すると、リザーバ・セクション５５０は下部容器５８０を含み、この容器は、上部壁として、この容器の段付きリムに密接に受容され、また接着剤、熱溶着あるいはその他の適切な締着方法によってさらに固定することができる上部カバー・プレート５８２を含んでいる。容器５８０は、その内部に、単一の供給源、すなわち外部熱交換器４４０ｂの内部に接続した入口５８６から流体を受け取る流体キャビティ５８４を画定する。カバー・プレート５８２は、容器５８０の縁の周りで流体キャビティ５８４を封止するが、準備注入動作中にキャビティ内から空気を放出させる疎水性ガス透過性ベントを備えた１つまたは複数の通気孔５８８が設けられている。
【００８９】
容器５８０内には、流体レベル検出システムの一部として、透明な隔壁材料または窓５９１に隣接させて第１および第２のプリズム５９０ａ、５９０ｂも配置することができる。図１３Ｄからわかるように、下部容器５８０は、くぼみまたは傾斜を付けた領域５９２をベースが有するように、構成することができる。傾斜またはくぼみ付きの領域によって、プリズム５９０ａ、５９０ｂに隣接するリザーバの内部流体キャビティ５８４から流体出口５６１まで流路または流体溜めが画定される。このように、リザーバの出口チャネル５６１に至る流体開口はプリズム５９０ａ、５９０ｂとほぼ同じ高さにあり、したがって、プリズムでの流体のレベルが非常に低い場合であっても、流体はポンプまで確実に送られる。以下に論じるように、プリズムは、低い流体レベル、すなわち危険な可能性がある状態を検出するための安全システムであり、くぼみ付き領域５９２によって、ポンプへの流体が存在しないことが問題になる前に低流体レベルを検出するという追加の保証が得られる。
【００９０】
図１３Ｅからわかるように、圧力調節器シャフト５９８は、容器５８０の側壁の１つからキャビティ内に延在する取付けフランジ６００によって、流体リザーバ・キャビティ５８４内に取り付けられる。一実施形態では、圧力調節器シャフト５９８は、フランジ６００の通し穴６０２に設けためねじに一致するねじ山を含む。標準ばね６０４は、シャフト５９８とダイアフラム６０６との間に押し付けられる。ダイアフラム６０６は膜でよく、例えば、クロス強化シリコーン膜でよい。疎水性のガス透過性ベント５８８が存在するので、ダイアフラム６０６のリザーバ側にかかる圧力は、本質的に、大気圧と、標準ばね６０４によって加えられる圧力とを合わせたものである。標準ばね６０４の圧力は、ねじ穴６０２内でシャフト５９８を前進させまたは引き込むことによって調整することができ、その結果、ダイアフラムに対して加えるばねの力の量を調整することができる。ダイアフラム６０６と標準ばね６０４との間には圧力プレート６０８が挟まり、それによって、ダイアフラムのリザーバ側にかかるばねの圧力がより均等に分散する。本発明のこの例示的な圧力調節機構のさらなる詳細について、以下に述べる。
【００９１】
ｂ．カバー・プレート
初めに述べた熱交換カセット４００ａと同様に、図１３Ａの外部熱交換器４４０ｂは、カバー・プレート４４２ｂによって隔壁アセンブリ４３０ｂの上側に固定される延長型アタッチメント・フランジ６１０を含む。機械的シールは、カバー・プレート４４２ｂと隔壁アセンブリとの間に延在するいくつかの締着具（図示せず）によって、アタッチメント・フランジ６１０と隔壁アセンブリ４３０ｂとの間に形成されることが好ましい。カバー・プレート４４２ｂは、熱交換カセット４００ｂの操作を容易にするための取っ手６１２を含む。
【００９２】
カバー・プレート４４２ｂは、隔壁アセンブリ４３０ｂと、図９の例示的な制御ユニット４０４などの本発明の再使用可能な制御ユニットとも相互に作用する、複数のアパーチャ（穴）および溝をさらに含む。例えば、細長いアパーチャ６１４は、アタッチメント・フランジ６１０に設けた同様の形をしたアパーチャ６１６と整合され、これら両方のアパーチャによって、リザーバ・セクションのベント５８８から空気を通すことができる。カバー・プレート４４２ｂは、以下に述べるように、フィードブロック・セクション５５４の柔軟なダイアフラムへのアクセスを可能にする呼び水弁アパーチャ６１８をさらに有する。さらに、カバー・プレート４４２ｂは、熱交換カセットが正しい操作位置にあることを使用者に知らせる１つまたは複数のインジケータを有するように構成される。例えばカバー・プレートは、図９の例示的な制御ユニット４０４の受容開口４０２のスイッチなど、制御ユニット上のスイッチを、適正な配置であることが示されるまで押し下げるように動作するスロットを有することができる。同様に、カバー・プレート４４２ｂは、制御ユニット上の、ばね負荷のかかった軸受けなど、付勢された戻り止めを受容するくぼみ６２２に至るスロット６２０を有することができる。熱交換カセット４００ｂを制御ユニット内に位置決めすると、戻り止めがスロット６２０に沿って案内され、このユニットを完全に挿入すると、その戻り止めがくぼみ６２２に入り込み、カチッという音によって、完全に配置されたことを使用者に知らせる。当業者に理解されるように、より確実な押込みロック構成を提供することができるが、以下に述べるように、外部熱交換器４４０ｂに圧力を加えることによって、熱交換カセット４００ｂを再使用可能な制御ユニット内にしっかりと保持することができる。
【００９３】
ｃ．自動準備注入中に第２の熱交換カセット内を通る流体経路
隔壁アセンブリ４３０ｂの各セクションについて詳細に述べる前に、熱交換カセット４００ｂ内を通る流体の流れについて、概略を述べる。外付け流体供給源をフィードブロック５５４に取り付けた場合、まずこのシステムに流体を充填し、空気をパージしてから患者に挿入する。このプロセスを、プライミング（準備注入動作）と呼ぶ。プライミングは、図９に示す制御ユニットに接続したカセットによって自動的に行われる。制御ユニットは、初めにプライミング・プッシュ・ロッド４２０を作動させて、カバー・プレート上の柔軟な膜６７２を弁作動ロッド６８０上へと押し下げる。これによって、フィードブロック内の弁が「プライム」位置に位置決めされ（図１４Ｅ）、その結果、流体供給源からの流体が流体充填リザーバ６８２ａに入り、ポンプ供給ライン６４０を介してポンプへと向けられるようになる。リザーバからの供給ラインは閉じており、流体は流体バッグからポンプに入り、そこから圧力調節チャンバ、カテーテルを通って熱交換ユニットに戻り、蛇行状通路を通ってリザーバに入る。リザーバが満たされるにつれ、押し退けられる空気は親水性の弁を介して追い出される。リザーバが満たされると、流体レベル検出器は、リザーバが満たされたという信号を制御ユニットに送り、呼び水弁を停止させ、したがってプッシュ・ロッド４２０は引き上げられて、柔軟な膜６７２が弛緩し、ばね６７８によって上方位置に付勢された弁作動ロッド６８０が「実行（ｒｕｎ）」位置に戻る。この位置では、呼び水弁が実行位置に位置決めされ（図１４Ｄ）、流体はリザーバから閉回路内に送出され、ポンプを通り、圧力調節チャンバを通り、カテーテルを通り、蛇行状通路を経てＴＥ冷却器上を熱交換ユニットへと戻り、リザーバに至る。
【００９４】
図１３Ａから１３Ｃを参照する。これに関し、いくつかの流体流れの矢印を図１３Ｂに示している。外付け流体供給源６３０は、フィードブロック・セクション５５４の中心チャンバ６３６に連通している充填チャネル６３４に繋がった注入口６３２に付属する。リザーバ・セクション５５０の流体出口カラー５６０も、フィードバック・セクションの内部チャネル６３８を介して流体を中心チャンバ６３６に向ける。フィードバック・セクション５５４のその他の内部チャネル６４０は、中心チャンバ６３６からの出口を提供し、図１４Ａに見られる第１の出口カラー５７０内に画定された第１の出口コンジット５７２に至り、最終的にはポンプ・セクション５５２に至る。
【００９５】
初めにこのシステムを、次の文節で述べるように準備注入する。これによりリザーバ、カテーテル、および外部熱交換器に流体が充填され、システム内の空気を追い出す。次いでシステムを運転状態にし、後に続く経路にほぼ従って流体を閉回路内に送出する。ポンプ・セクション５５２は、流体を出口チャネル６４４内に推し進め、入口カラー５６６内の入口コンジット５６８を介してフィードブロック・セクション５５４内の圧力調節チャンバ６４６内に戻す、回転式ポンプ・ヘッド６４２を含む。圧力調節チャンバ６４６は、出口チャネル６４８と、カテーテル流入ライン６５２（図１３Ｂ）が結合される出口ポート６５０とを有する。流体は、出口チャネルから熱交換カテーテルを通して送出される。熱交換カテーテルを通過した後、流体は、入口ポート６５６（図１３Ｃ）に結合した流出ライン６５４内を戻っていく。次いで戻り熱交換流体はリレー・チャネル６５８を通過し、第２の出口カラー５７４内の第２の出口コンジット５７６を通って、フィードブロック・セクション５５４からなくなっていく。次いで流体は、図１３Ａからわかるように、ポンプ・セクション５５２内の流路６６０を通過して隔壁出口６６２に至る。
【００９６】
隔壁出口６６２は、外部熱交換器４４０ｂ内に設けた１つまたは複数の内部流路に繋がっている。既に述べた実施形態と同様に、熱交換器４４０ｂは、その構成全体が制御ユニット４０４ａに設けた開口に一致するように、１つまたは複数の構造部材またはコンプライアント部材の任意の組合せでよい。例えば熱交換器４４０ｂは、図１１Ａおよび１１Ｂの断面からわかるように、またそれらの図に関して述べたように、構成することができる。すなわち熱交換器４４０ｂは、剛性のバック・プレート５００と、このバック・プレート５００に封止した柔軟な熱伝導性材料の層５０２であって、これらの間に蛇行状の流路５０４を形成するパターンをなす層を含むことができる。蛇行状流路５０４への流入またはそこからの流出を促進するために、図１２Ａおよび１２Ｂに見られる前述のフロー・フィッティング５０８および５１２を使用することも望ましい。
【００９７】
熱交換器４４０ｂ内の流路５０４を通過した後、流体は、隔壁の入口オリフィス５８６を通ってリザーバ・キャビティ５８４内に入る。最後に流体は、リザーバ・セクション５５０から出口カラー５６０を通って、フィードブロック・セクション５５４の中心チャンバ６３６内に戻る。
【００９８】
ｄ．例示のフィードブロック・セクション
図１４Ａから１４Ｅは、本発明の熱交換カテーテル・システム用の呼び水弁および流体調節器の一実施形態を提供する、例示的なフィードブロック・セクション５５４の構成部品を示す。前述のように、中心チャンバ６３６は、外付け流体供給源６３０に流体連通する第１の入口と、リザーバ・セクション５５４に流体連通する第２の入口と、ポンプ・セクション５５２に流体連通する出口とを有する。中心チャンバ６３６内に取り付けた呼び水弁６７０は、リザーバ・セクション５５０内の流体レベルに応じて、第１の入口と第２の入口のいずれかから中心チャンバ内への流れを調節する。呼び水弁６７０は、図１４Ａの上から下まで、柔軟部材６７２と、中心オリフィス６７５を有する環状ガイド・ディスク６７４と、弁部材６７６と、弁ばね６７８と、弁棒６８０を含む。図１４Ｄおよび１４Ｅからわかるように、これらの構成要素は、一連の徐々に小さくなる３つの段階状サブチャンバ６８２ａ、６８２ｂ、６８２ｃを実際に含む中心チャンバ６３６内に配置される。
【００９９】
中実の柔軟な膜６７２が中心チャンバ６３６を覆うが、より詳細には、その膜をカウンタ・ボア６８４内に据えて、接着剤などでその内部に固定する。図９に見られる制御ユニット４０４の受容開口４０２におけるプッシュ・ロッド４０２などのプッシュ・ロッドが、カバー・プレート４４２ｂ内の呼び水弁のアパーチャ６１８を通して柔軟な膜６７２を下方に押しやるように位置決めされ、したがって図１４Ｅからわかるように、弁部材６７６を下向きに変位させる。プッシュ・ロッド４２０は、熱交換カセット４００ｂに収容されないことが望ましく、手動で作動させまたは図９の弁作動システム４１６などによって自動的に制御することができる。プッシュ・ロッド４２０は、例えばリニア・アクチュエータ４１８によって作動することができ、制御ユニット４０４の受容開口４０２に熱交換カセット４００ｂが完全に挿入されたことをきっかけとして制御ユニット４０４のプロセッサから信号があると、プッシュ・ロッドを下向きに変位させる。
【０１００】
弁部材６７６が下向きに変位すると、前述の充填チャネル６３４（図１３Ｂ）によって、流体が外付け流体供給源６３０から上方の最大サブチャンバ６８２ａへと流れる。ガイド・ディスク６７４は、上部サブチャンバ６８２ａの底面の肩６８６に嵌め込まれ、上部サブチャンバと中間サブチャンバ６８２ｂの間に移行部を画定する。中間サブチャンバ６８２ｂは、出口チャネル６４０に開いており、また、より小さいサブチャンバ６８２ｃにも繋がっている。下部サブチャンバ６８２ｃは、入口チャネル６３８を介してリザーバ・セクション５５０から流体を受け取る。剛性の弁棒６８０は、下部サブチャンバ６８２ｃの床面のキャビティ内に固定状に位置決めされ、上向きに伸びて上部サブチャンバ６８２ａに至る。弁部材６７６は、弁棒６８０の上端を受容する内部キャビティ６８８を含み、それらの間で比較的直線状の運動を可能にしている。弁ばね６７８は、弁棒６８０を取り巻き、弁部材６７６と下部サブチャンバ６８２ｃの床面との間に圧縮状態で配置される。
【０１０１】
弁部材６７６は、１対のＯリング６９２を受容して止める凹面状の肩から外側に向かって伸びた下部環状フランジ６９０を有する。弁部材６７６は、これらのＯリング６９２がガイド・ディスク６７４（図１４Ｄ）の下側と中間サブチャンバ６８２ｂ（図１４Ｅ）の床面に交互に接触するように、弁棒６８０に沿って直線状に移動する。ばね６７８は、通常、上部Ｏリング６９２がガイド・ディスク６７４の下側を封止するように、弁部材６７６を弁棒６８０に沿って上方へと付勢する。図１４Ｄに見られるこの初期設定位置では、流体が、リザーバ・セクションから入口チャネル６３８を通って下部サブチャンバ６８２ｃ、中間サブチャンバ６８２ｂに流れ、出口チャネル６４２を経てポンプ・ヘッド５５２に向かう。あるいは、このシステムの準備注入動作中、図１４Ｅに見られるようにプッシュ・ロッド４２０を下方に移動させ、下部Ｏリング６９２が中間サブチャンバ６８２ｂの床面を接触し封止するように弁部材６７６を下向きに変位させる。この動作モードでは、流体は、充填チャネル６３４から上部サブチャンバ６８２ａへと流れ、弁部材とガイド・ディスク６７４の中心オリフィス６７５との間の環状スペースを通り、中間サブチャンバ６８２ｂを通り、さらに出口チャネル６４２を通ってポンプ・ヘッド５５２へと向かう。
【０１０２】
ｅ．例示の圧力調節器
ポンプ出力圧力を調節する圧力調節器が望ましい。また、そのような圧力調節器は、ポンプによって生じる流体ラインの振動など、いかなる圧力の変動も減衰させるように働くことがわかる。図１０Ａから１０Ｄの実施形態における前述の減衰チャンバも含め、圧力を調節するいくつかの方法がある。図１４Ａの熱交換カセット４００ｂでは、フィードブロック・セクション５５４は典型的な圧力調節システムを含むことができ、このシステムは、ばね負荷がかかったダイアフラムを含むが、このダイアフラムは、閾値を超えた圧力を和らげるように曲げられて、比較的一定の圧力で熱交換カテーテルへ熱伝達流体が供給されることを確実にする。第３の実施形態では、以下に述べるように、加圧した作動流体に直接接触する圧力調節器はないが、代わりにポンプ・モータの電流をモニタして一定の値に維持する。当業者なら、これらだけが圧力調節器の種類ではなく、コストや重量、サイズなどの制約、設計上の問題点などに基づいて、利用する特定のタイプのものを選択できることを理解するであろう。
【０１０３】
図１４Ｂに示する圧力調節弁の一実施形態では、ポンプの出口が、圧力調節器チャンバ６４６の入口に流体接続している。ポンプ出力での流体の圧力は、摩耗および流体温度に応じていくらか変動する可能性があり、例えば約３．２〜３．８ｋｇ／ｃｍ²（４５〜５４ｐｓｉ）になる場合がある。図１３Ｅに関して先に述べたように、第２の実施形態の圧力調節器の一部はリザーバ・チャンバ６８４内に存在し、線形調整のためフランジ６００内に取り付けた圧力調節器シャフト５９８と、このシャフトとダイアフラム６０６との間に押し付けられた標準ばね６０４とを含む。
【０１０４】
ダイアフラム６０６の右側にはプッシュ・ロッド７００が付属し、スロットル・チャンバ７０２内を伸びている。スロットル・チャンバ７０２は、図１４Ｃに最もよく見られるように、４つのローブ７０６によって取り囲まれた中心スロットル・アパーチャ７０４の形をした、クローバ形の断面形状である。プッシュ・ロッド７００は右側に伸び、スロットル・アパーチャ７０８内を通る。カウンタ・スプリング・ブロック７１０はアパーチャ７０８の面全体に取り付けられ、カウンタ・スプリング７１２によってプッシュ・ロッド７００へと付勢される。初期設定位置では、ブロック７１０が開放アパーチャ７０８に対して付勢され、それによって、感知チャンバ７１４と調節器チャンバ６４６との間で流体耐密な封止を行う。あるいは、ばね６０４によってダイアフラム６０６に対して加えられた圧力とリザーバ・キャビティ５８４内の圧力が、感知チャンバ７１４に向けてダイアフラム６０６を変形させるのに十分である場合、プッシュ・ロッド７００は、カウンタ・スプリング・ブロック７１０をスロットル・アパーチャ７０８から引き離す。この運動によってスロットルのギャップが開き、流体はそのギャップを通して、調節器チャンバ６４６と感知チャンバ７１４との間を流れることができる。スロットル・ギャップは比較的狭いので、流体がその内部を流れるときには圧力低下が生じる。
【０１０５】
実際に、標準ばね６０４は、ダイアフラム６０６に対する圧力、したがってプッシュ・ロッド７００に対する圧力が約３．０ｋｇ／ｃｍ²（約４３ｐｓｉ）になるように調整される。調節器チャンバ６４６内の圧力が約３．０ｋｇ／ｃｍ²（約４３ｐｓｉ）よりも高い場合、カウンタ・スプリング・ブロック７１０はスロットル・アパーチャ７０８の方により接近するように押しやられ、したがってスロットル・ギャップが狭くなる。これは、スロットル・ギャップの端から端までの圧力低下が、調節器チャンバ６４６内の流体と、ダイアフラム６０６に対して標準ばね６０４により設定された圧力、一般には約３．０ｋｇ／ｃｍ²（約４３ｐｓｉ）である圧力との間の超過圧力と同じになるように、スロットル・ギャップが自動的に調整されるよう機能する。このため、感知チャンバ７１４内の流体の圧力が約３．０ｋｇ／ｃｍ²（約４３ｐｓｉ）に調節されるように作用する。流体は、出口６４８（図１３Ｃ）を通って感知チャンバから出ていき、そこからカテーテル流入ライン６５２（図１３Ｂ）へと流れる。このように、比較的一定の圧力で、流体はカテーテルに供給される。
【０１０６】
ｆ．モータ電流を使用して流体の流れを制御する間接的方法
上述のように、熱交換カテーテルを通る熱交換媒体の圧力および／または流量の制御は、送出する流体の背圧に基づいてポンプの速度を調節することによって行われる。あるいは、従来の流量計を流体フロー・ライン内に設けることができる。しかし、これら従来のシステムのそれぞれは、さらにコストがかかり、故障やエラーが生じる可能性がある。さらに、そのようなモニタ要素は、流体に接触しないように設計を行って流体が汚染される可能性を回避することが望ましい。非接触式のフローセンサおよび圧力センサは、一般に、赤外線装置または超音波装置を、測定値の解釈をする関連するハードウェアと共に含み、高価であり使用中に故障が生じる可能性がある。その結果、カセットの設計から、圧力調節弁、圧力調節器チャンバ、および感知チャンバをなくすことが望ましいと考えられる。その場合、一定の圧力を確実に得ると共に滑らかな流体の流れを提供する別の手段を、カセットの設計に組み込むことができる。
【０１０７】
本発明は、熱交換媒体の流量または圧力をモニタするための従来の手段を包含するが、好ましい手段は、ポンプ駆動モータ内を流れる電流をモニタすることである。電気モータによって生じるトルクは、その電気モータに供給する電流に正比例する。以下に述べるポンプのように、ポンプ内の摩擦が無視できるほどであって、その結果摩擦によって生じたトルクがポンプの速度に応じて大きく変動しないような場合、以下に述べるような回転式ポンプ羽根によって生じた流体の圧力は、ポンプを作動する電気モータによって供給されるトルクに正比例する。（言い換えると、ポンプによって生じた圧力はシステムによって生じた背圧である。）したがって、モータによって生じた速度（ｒｐｍ）とは無関係に一定量で電気モータに供給する電流を制御することによって、ポンプの圧力出力は比較的一定になると考えられる。この定電流に対する圧力調節は、当業者に周知の簡単な増幅フィードバックによって実現し、それについては本明細書でさらに詳細に記述しない。
【０１０８】
図５から８の実施形態に関して言えば、ポンプ駆動機構２６８は一般に、電気モータと、このモータを作動させるのに必要な電流を供給する電源を含むと言うことができる。定電流は、電源からの電圧を増幅器に送ることで得られ、そこではモータに定電流出力を供給するために、電圧入力の変動を調整し制御する。ポンプを駆動する電気モータに定電流が供給されると、モータは、一定のトルクを使い捨て可能な熱交換ユニット／カセットのポンプ・ヘッドに与え、最終的には、カテーテルへの流体に一定の圧力を与えることになる。
【０１０９】
したがって本発明の使い捨て可能なカセットの一実施形態では、カセットは、入口および出口を有する外部熱交換器と、熱交換器の入口に流体連通する第１の流体供給ラインと、熱交換器の出口に流体連通するポンプ入口を有しかつポンプ出口を有する使い捨て可能なポンプ・ヘッドと、ポンプ出口から送出した流体を受け取るためのポンプ出口に流体連通する第２の流体供給ラインと、ポンプ・ヘッドから送出する流体の圧力を調節するためのポンプ出口に流体連通する任意選択の圧力調節器とを含む。ポンプ・ヘッドは、増幅器制御器によって制御される電気モータによって作動するが、この増幅器制御器はポンプ・ヘッドに定電流を供給し、それによってポンプ・ヘッドは、比較的一定の圧力を、第２の流体供給ライン内の流体に与える。
【０１１０】
例示のポンプ
ポンプ・セクション５５２は、図１３Ａの熱交換カセットのリザーバ・セクション５５０およびフィードブロック・セクション５５４、または図１０Ａの熱交換器４００ａのリザーバ・セクション４５０との使用に容易に適合し、定圧で熱交換流体を送出するように構成される。本発明のこの実施形態では、ポンプ給送機構が、熱交換流体を血管内熱交換カテーテルに供給するために熱交換流体供給システム内で急速な流れを生成し、またこのポンプ給送機構は、準カージオイド形のキャビティと、このキャビティへの入口と、このキャビティからの出口と、中心溝を有するロータを含んだポンプ・ヘッドと、この溝に滑動可能に取り付けられてキャビティの縁に衝突する羽根とを含む。
【０１１１】
図１５Ａから１５Ｃに典型的な羽根型ポンプ・セクション５５２を示すが、ポンプ・セクション５５０は、準カージオイド形のキャビティ７２０と、ポンプ・ヘッド６４２を含む。ポンプ・ヘッド６４２は、円形でキャビティ７２０内で回転するロータ７２２を有し、またその端から端まで直径に沿って配置した中心溝７２４を有する。羽根７２６は、その溝に滑動可能に取り付けられ、キャビティ７２０の縁に衝突する。ロータ７２２がその中心を回転するにつれて、羽根７２６は溝７２４内を自由に前後に滑動し、その羽根の端部７２８ａ、７２８ｂは、キャビティ７２０の壁面に常に接触するようになる。
【０１１２】
図１５Ａおよび１５Ｃを参照すると、ロータ７２２は、ピン７３２によってシャフト７３０と共に回転するよう取り付けられる。シャフト７３０は、流体耐密な配置構成で取り付けたシャフトを回転させる技術の当業者に知られている方法で設けられた、任意選択のスペーサ７３８によって分離されたシール材７３４および軸受け７３６内で回転する。
【０１１３】
図１５Ｂを参照すると、流体入口チャネル７４２がフィードブロック・セクション５５４から導かれ、ロータ７２２の縁をちょうど越えたところでキャビティ７２０の内部に開いている。流体出口チャネル７４４は、ロータ７２２のその反対側でキャビティ７２０の内部に開いており、もとのフィードブロック・セクション５５４へと導かれている。ロータ７２２が回転するにつれて、羽根７２６は比較的流体耐密で常にキャビティの壁面７４０に接触するようになる。流体は、入口チャネル７４２からキャビティ７２０に入り、キャビティ壁面７４０と、ロータ壁面１２４と、羽根７２６の間のキャビティに収容される。ロータ７２２が回転するにつれて羽根７２６も動く。このため、流体の通路は、入口チャネル７４２からの熱交換流体が充填されるにつれてその面積が増大し、次いで羽根が出口チャネル７４４を通して熱交換流体を押しやるにつれ、その面積は減少する。ロータ７２２の外壁７４６は、弧７４８に沿ってキャビティの壁面７４０と比較的流体耐密に接触し、したがって流体は、ポンプの入口チャネル７４２から出口チャネル７４４まで直接移動することができない。ロータが回転するにつれて、流体は、入口チャネル７４２から準カージオイド形のキャビティ内に送出され、羽根によって出口チャネル７４４へと押し出される。流体通路の形状は、図１５Ｂに見られるように、「三日月」形のようにすることができる。
【０１１４】
ポンプは、２００〜１０００ｒｐｍの範囲内で回転するように、かつ最長７２時間機能するように設計される。より具体的には、ポンプは、非常に長い時間、例えば７２時間を超えて、かなり速い回転速度で、例えば約８００ｒｐｍで動作するように、かつ約０℃から４５℃の間で変動する温度でポンプ流体に作用するように設計される。材料の選択は、これらの必要性を満たすようになされるべきである。例えばポンプ・ヘッドのロータ７２２は、過度に摩耗することなく回転しながらキャビティの壁面７４０（図１５Ｂ）に対して長時間にわたる密接な接触が維持されるよう、十分に滑らかな状態の、剛性かつ耐久性ある材料で作製される。ロータ７２２は、例えばポリフッ化ビニリデンで作製することができ、羽根７２６は、高密度ポリエチレンなどの材料で作製することができる。
【０１１５】
熱交換カテーテルには、このカテーテルへの入口の圧力が比較的一定の状態で、例えば約２．８〜３．２ｋｇ／ｃｍ²（約４０〜４６ｐｓｉ）で、流体が供給されることが望ましいが、摩耗および温度の変動によってポンプ出力の圧力に影響が生じる可能性がある。圧力調節器を含む実施形態では、ポンプは、その出力の圧力が熱交換カテーテルに最適な圧力よりもわずかに高くなるように、例えば約２．９〜３．４ｋｇ／ｃｍ²（約４２〜４８ｐｓｉ）になるように設計され、その圧力は、調節されて所望の圧力約２．８〜３．２ｋｇ／ｃｍ²（４０〜４６ｐｓｉ）まで下げられる。ポンプの出力圧力が変化する場合、圧力調節器を使い捨て可能な熱交換カセットに組み込んで、熱交換カテーテルに熱伝達流体が比較的一定の圧力で確実に供給されるようにすることができる。圧力調節器は、例えば、図１４Ｂに関して述べた圧力調節弁、図１０Ｄに見られる圧力ダンパ、またはポンプ・モータの定電流調節とすることができる。
【０１１６】
羽根７２６の端部７２８ａ、７２８ｂは湾曲しているので、羽根の縁とキャビティ壁面７４０との接触点はロータ７２２の回転中に常に変化し、したがって、羽根の端部の一点のみが摩耗するのを避けられるという追加の利点がある。このため羽根７２６は、７２時間ほどの間キャビティの壁面７４０を擦るが、それでも羽根と壁面との間に比較的流体耐密な接触状態を維持することができる。好ましい実施形態では、羽根は、わずかな隙間、例えば０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の隙間がある状態で室温でキャビティ７２０にぴたりと嵌まるように設計される。この隙間は、動作中に生じる一時的かつ定常的な状態熱変化に順応する一手段であり、動作中の温度上昇による羽根の膨張を考慮したものである。このように正常動作中に生じる温度では、羽根の端部７２８ａ、７２８ｂは、ポンプ給送のためキャビティ７２０の壁面７４０との十分な接触を維持することになる。
【０１１７】
羽根がキャビティの壁面に常に接触するように、かつキャビティ内を円滑に動くことができるように、同様に熱変化に順応する非常に数多くのその他の羽根の設計がある。図１６Ａから１６Ｃは、そのような設計の例の側面図である。図１６Ａでは、羽根７５０が切込みセクション７５２ａ、７５２ｂと共に構成されており、そのため動作中に羽根の膨張または収縮が可能になる。図１６Ｂでは、羽根７５４が、動作中の端部７５８ａ、７５８ｂの膨張または収縮に順応するように圧縮性材料で作製した中心セクション７５６を画定する。図１６Ｃでは、羽根７６０が中心ばね７６２を含んでおり、動作中に端部７６４ａ、７６４ｂを外側に付勢して、羽根の温度に関係なくキャビティの壁面に接触するようになされている。
【０１１８】
本発明の１つの重要な態様は、図１５Ｄに見られる準カージオイド形のキャビティ７２０の幾何形状に関する。図１５Ｂを思い出すと、キャビティの壁面７４０は、そのキャビティへの入口７４２および出口７４４を含んでおり、使い捨て可能な熱交換カセット４００ｂのポンピング機構の一部である。ポンプ給送機構のポンプ・ヘッド６４２は、直径が「Ｄ」のロータ７２２と、前述の直径に沿った溝７２４（図１５Ａ）と、長さが「Ｌ」でありキャビティ７４０の縁に衝突するようその溝に滑動可能に取り付けた羽根７２６を含む。
【０１１９】
図１５Ｄに示すように、キャビティ７４０の周辺は、４つの弧７７０ａ、７７０ｂ、７７０ｃ、７７０ｄに分割することができ、各弧の半径「Ｒ」はその中心をロータ７２２の中心に有し、キャビティの壁面７４０まで測定される。向きを定める目的で、弧７７０ａ、７７０ｂ、７７０ｃ、７７０ｄはロータ７２２の中心に対して画定され、０°の基線は、キャビティの入口と出口の間の中間点で定められ、すなわちロータ７２２の中心から、入口チャネル７４２と出口チャネル７４４（図１５Ｂ参照）との中間のキャビティ壁面上の点まで投影した線である。０〜３６０°の角度は、この基線から時計回りに測定する。
【０１２０】
したがって、４つの弧は、以下のように画定される：（ａ）第１の弧７７０ａは３３０°から３０°であり半径はＲ１、（ｂ）第２の弧７７０ｂは１５０°から２１０°であり半径はＲ２、（ｂ）第３の弧７７０ｃは３０°から１５０°であり半径はＲ３、そして（ｄ）第４の弧７７０ｄは２１０°から３３０°であり半径はＲ４。４つの半径は、以下のように定義される。
Ｒ１＝Ｄ／２
Ｒ２＝Ｌ−（Ｄ／２）
Ｒ３＝（Ｄ／２）＋｛［（Ｌ−Ｄ）／２］・［ｃｏｓ（１．５ｑ＋１３５）］｝
Ｒ４＝（Ｄ／２）＋｛［（Ｌ−Ｄ）／２］・［ｃｏｓ（１．５ｑ−１３５）］｝
【０１２１】
したがって、弧７７０ａは円形であり、そのため一定の半径Ｒ１を有し、弧７７０ｂは、回転角度が３０°から１５０°に増大するにつれて半径Ｒ３が変化するので円形ではなく、弧７７０ｃはやはり円形で、そのため一定の半径Ｒ２を有し、弧７７０ｄは、回転角度が２１０°から３３０°に減少するにつれて半径Ｒ４が変化するので円形ではない。これらの計算は、羽根が厚みを持ち、羽根の端部も半径を有し（すなわち湾曲し）、羽根とキャビティ壁面との正確な接触点がロータの回転と共にわずかに変化するので、やや概略的なものである。羽根の両端は同じ曲率半径なので、この不正確さは各面で等しく、カージオイド・キャビティの正確な形状を調整して、羽根とキャビティ壁面との全ての点における接触を補償しさらに維持することができる。
【０１２２】
次に図１５Ｃを参照すると、シャフト７３０がロータ７２２の下に突出して３つのホイール７７２、７７４、および７７６が装着され、これらが再使用可能な主制御ユニット４０４（図９）内に収容したポンプ駆動機構と協働し、それによってシャフトに、したがってロータに回転運動が伝えられる。最上部のホイール７７２は平滑アライメント・ホイールであり、中間のホイール７７４は歯付き従動ホイールであり、最も下にあるホイール７７６は、もう１つの平滑アライメント・ホイールである。従動ホイール７７４は、例えばナイロンやポリウレタンなどのプラスチック材料で構成することができる。アライメント・ホイール７７２および７７６は、例えばポリカーボネート材料で構成することができる。これら３つのホイールは、再使用可能な主制御ユニット４０４上の複数のホイールと協働し、そのうちの２つをガイド・ホイール４１０として図９に示す。歯付き駆動ホイール４０８はポンプ駆動機構４０６によって駆動され、これを図１７Ａおよび１７Ｂに示すが、これらの図は、制御ユニット４０４内のポンプ・ホイール７７２、７７４、および７７６の配置を示している。図１７Ａは、熱交換カセット４００ｂが所定位置に位置決めされたときに制御ユニット４０４（図９）の受容開口４０２を覆う、歯車シールド７７８の配置も示す。
【０１２３】
熱交換カセット４４０ｂを再使用可能な主制御ユニット４０４に挿入すると、歯付き従動ホイール７７４は、モータ・ホイール７０８の歯が付いた部分に係合する。従動ホイール７７４およびモータ・ホイール４０８は、ガイド・ホイール４１０とアライメント・ホイール７７２、７７６との接触によって、係合した状態で保持される。図１７Ｂからわかるように、ガイド・ホイール４１０は、より大きい直径の上部セクション７８２ａおよび底部セクション７８２ｂと、小さい直径の中間セクション７８４を有する。このため、上部セクション７８２ａはアライメント・ホイール７７２にぴたりと係合し、底部セクション７８２ｂはアライメント・ホイール７７６にぴたりと係合するが、それと同時に中間セクション７８４は歯付き駆動ホイール７７４に接触しない。ガイド・ホイールは、単一のスプール形状のユニットとして機械加工することができ、あるいは、上部セクション、中間セクション、および底部セクションが永久に一緒に添着される別個の部品にすることができる。歯付きモータ・ホイールは、アライメント・ホイール７７２にぴたりと係合するわずかに大きい上部セクション７８６ａ、および／またはアライメント・ホイール７７６にぴたりと係合するわずかに大きい底部セクション７８６ｂを有するように設計することもできる。モータ・ホイールは、平滑アライメント・ホイールの少なくとも１つに接触することが好ましい。
【０１２４】
アライメント・ホイールおよびガイド・ホイールをこのように位置決めすることによって、モータ・ホイール４０８および従動ホイール７７４の歯は、これらの歯が一緒にきつく押し合わないように、適切な距離でかみ合う。平滑アライメント・ホイール７７２、７７６の直径は、ほぼ従動ホイール７７４のピッチ円直径になり、駆動歯を適正に位置決めすることができる。同様に、モータ・ホイール４０８の上部セクション７８６ａおよび底部セクション７８６ｂの直径は、ほぼ、モータ・ホイール４０８の歯付き部分７８０のピッチ円直径になる。これは、駆動シャフトに横力を与えることなく、または歯が押し込まれることによってそれらの歯の間に摩擦を引き起こすことなく、平滑な回転運動を伝達するのに有利である。
【０１２５】
従動ホイール７７４とモータ・ホイール４０８の直径ピッチは同じであり、しかしそれらの直径は一般に異なることになる。例えば、適切な直径ピッチは４８（直径１インチあたり、歯が４８個）であり、このため動作中に、最小限のノイズで十分な強度が得られることがわかった。典型的な従動ホイール７７４のピッチ円直径は２．５４ｃｍ（１インチ）になり、一方、対応するモータ・ホイール７８０のピッチ円直径は、約９．５３ｍｍ（０．３７５インチ）になる。
【０１２６】
熱交換カテーテル・システムのプライミング方法
図１８Ａおよび１８Ｂを参照すると、熱交換流体を血管内熱交換カテーテルに供給するいくつかの方法が、流体流動経路によって示されており、各経路は、本発明の熱交換カセットの異なる実施形態を示すものである。これらの実施形態で、流体は、ポンプから熱交換カテーテルに流れ、カテーテルから戻って、外部熱交換器を通過し、次いで流体リザーバに入る。このリザーバから流体はポンプへと移動し、このサイクルを所望の期間、繰り返す。ポンプからカテーテルまでの流体通路には、任意選択の圧力調節器を位置決めすることができる。流体は、外付け流体供給源から供給され、図１８Ａの実施形態では呼び水弁に入り、図１８および１８Ｃの実施形態では、直接ポンプ・ヘッドに入る（当然ながら、図１０Ｂに示すように、流体の外付け供給源はリザーバに接続することができる）。
【０１２７】
これらの方法およびそれぞれの流体経路の例は、図１０Ａおよび図１３Ａを参照することによってさらに理解されよう。一般にその方法は、
（ａ）ポンプ・ヘッドを作動させるために電力を供給するステップと、
（ｂ）外付け流体供給源からチャンバに流体を移送するステップと、
（ｃ）チャンバからポンプ・キャビティ内に流体を送出するステップと、
（ｄ）ポンプ・キャビティからカテーテルに流体を送出するステップと、
（ｅ）カテーテルから、加熱器／冷却器との間で熱が伝達されるよう位置決めされた外部熱交換器へと流体を送出するステップと、
（ｆ）外部熱交換器から熱交換流体リザーバまで流体を送出するステップと、
（ｇ）熱交換流体リザーバからポンプ・キャビティ内に流体を送出するステップと、
（ｈ）カテーテルの操作期間中、ステップ（ｄ）から（ｇ）までを繰り返すステップとを含む。
【０１２８】
本発明の熱交換カセットでは最初に準備注入操作を行う、すなわち、外付け供給源から熱交換流体を充填し、過剰な空気を除去する。本発明のシステムのこの準備注入操作は、非常に数多くの方法で実現することができる。本発明の一実施形態は「バルブプライミング」機構を利用し、これは図１３Ａから図１４Ｅの実施形態によって示される。このバルブプライミング機構は、外付け流体供給源からの流体入力を一時的に制御する弁などを有するプライミング・シーケンスを含み、このシステムが準備注入されると、弁によって、外付け供給源からのさらなる流体の入力が防止され、流体はその後、熱交換カセット４００ｂおよび取り付けた留置カテーテルを含む閉回路内を循環する。図１３Ａから図１４Ｅの実施形態では、バルブプライミング機構６７０が別個のユニット、すなわちフィードブロック・セクション５５４内に収容される。しかし、バルブプライミング機構は、隔壁４３０ｂの別の部分、例えばポンプ・セクション５５２またはリザーバ・セクション５５０の一部として位置付けでき、なお同じ役割を果たすことが理解される。
【０１２９】
また本発明は、上述の手段を使用して、熱交換流体を外付け流体供給源から血管内熱交換カテーテルに供給するために、熱交換流体供給システムのプライミングを自動的に開始しかつ停止するための方法も包含する。この方法は、
（ａ）ポンプを作動させるために最初に電力を供給するステップであって、リザーバがまだその容量いっぱいには充填されておらず、弁がその第１の位置にあり、ポンプが流体を下記のように送出するよう作動するステップ、すなわち流体が、
ａ．外付け流体供給源から流体供給ラインを通してチャンバの注入口に入り、流体出口から出てポンプ・キャビティに入り、
ｂ．ポンプ・キャビティから流体戻りラインに入ってさらにカテーテルに至り、
ｃ．カテーテルから流体供給ラインを通して外部熱交換器入口オリフィスに至り、
ｄ．外部熱交換器出口オリフィスから熱交換流体リザーバに至り、
ｅ．熱交換流体リザーバに入ってリザーバを充填するように作動するステップと、
（ｂ）次いでリザーバをその容量いっぱいに充填するステップと、その時点で、
（ｃ）弁がその第２の位置に動くように光流体レベル検出器が作動し、流体が熱交換流体リザーバからチャンバの流体入口に送出されさらに流体出口から出てポンプ・キャビティに入るようにポンプが作動するステップとを含む。
【０１３０】
本発明の使い捨て可能な熱交換カセット４００ｂが初めに動作を開始すると、まずユニットには、充填チャネル６３４に至る注入口６３２に取り付けた生理食塩水のＩＶバッグなどの外付け流体供給源から、熱交換流体が充填される。さらに、弁作動システム４１６のリニア・アクチュエータ４１８が作動して、呼び水弁６７０をその第１の位置に配置し（図１４Ｅ）、このとき弁部材６７６が十分に押し下げられる状態となって、流体が、ＩＶバッグから弁チャンバ６３６の内部へと流れる。より具体的には、プライミング動作中、図９に見られる制御ユニット４０４の受容開口４０２内のプッシュ・ロッド４２０は、カバー・プレート４４２ｂ（図１３Ａ）の呼び水弁アパーチャ６１８を通過し、柔軟部材６７２を下向きに変位させ、それによって、図１４Ｅに見られるように、弁部材６７６を下向きに変位させる。したがって弁部材６７６上の下部Ｏリング６９２は、中間サブチャンバ６８２ｂの床面に接触して封止を行い、流体を、充填チャネル６３４から上部サブチャンバ６８２ａに流し、中間サブチャンバ６８２ｂを通し、さらに出口チャネル６４２を通してポンプ・ヘッド５５２に向かうことになる。このように、外付け流体供給源６３０（図１３Ｂ）からの熱交換流体は、フィードブロック・セクション５５４に入り、次いでポンプ・セクション５５２に流入する。ポンプ・セクション５５２から、流体は、圧力調節チャンバ６４６、出口チャネル６４８、および出口ポート６５０を通して送出され、さらにカテーテル流入ライン６５２に入って熱交換カテーテルに至る。流体は、その後、カテーテル内を循環し、フィードブロック・セクション５５４の入口ポート６５６に結合したカテーテル流入ライン６５４を通って戻り、ポンプ・セクション５５２内の貫流チャネル６６０を通って隔壁出口６６２に至る。流体は、外部熱交換器４４０ｂに入ってその内部を通過し、リザーバ・セクション５５０に戻る。流体がリザーバ・セクション５５０内に送出されるにつれ、流体によって押し退けられた空気は疎水性弁５８８を通して逃げていく。これは一般に、システムが熱交換流体で満たされるまで、かつ過剰な空気がシステムから排気されるまで続く。プロセスのこの時点で、弁６７０は外付け流体供給源６３０に対して閉じ（例えばプッシュ・ロッド４２０の自動解放によって）、カテーテルと熱交換カセット４００ｂの間の流体供給回路が閉じる。
【０１３１】
リザーバ・セクションは、以下に述べるように、流体リザーバが充填されたときを検出する手段を備え、その手段によれば、リザーバ内の熱交換流体レベルを表す信号が再使用可能な主制御ユニットに供給される。このデータを使用することにより、再使用可能な主制御ユニットは、弁６７０の位置を変化させて流体の流路が変わるように、リニア・アクチュエータ４１６を調整する。したがって、リザーバ・セクション５５０内の流体レベルが十分なレベルにまで上昇すると、信号が再使用可能な主制御ユニットに送られて、リニア・アクチュエータ４１６を停止して解放位置まで移動するようにし、したがってプッシュ・ロッド４２０が引き込まれ、その結果、弁部材６７６がそのもとの第２の位置（図１４Ｄ）に付勢される。この第２の位置では、現在満たされているリザーバからの流体が、フィードブロック・セクション５５４を通ってポンプ・セクション５５２へと向けられ、一方、外付け流体供給源からの流体の流れは減少し、または完全に停止する。
【０１３２】
好ましい実施形態では、システムが満たされてカテーテルまたは外部熱交換器または隔壁内のいかなる気泡もリザーバ・セクション５５０に確実に放出されそこから大気中に排気されたことをレベル・センサが示した後、ポンプは、ある期間作動し続ける。流体は、リザーバ出口チャネル５６１（図１３Ｅ）を通ってリザーバの底部から引き出され、空気は、疎水性弁５８８が位置付けられているリザーバの上部に向かって上昇するので、これがシステムから空気をパージするように働く。したがって呼び水弁６７０も、上述の第１の位置と第２の位置との中間位置である第３の位置を有してよいことに気付くことが重要である。このように、熱交換流体は、呼び水弁６７０がこの中間位置に対して開いた場合、リザーバまたは外付け流体供給源から、あるいはこれら双方から同時に中心チャンバ６３６へと入ることができる。したがって、例えば第１、中間、次いで第２の位置でポンプを利用する意図の実施形態では、流体は、外付け流体供給源（第１の位置、図１４Ｅ）のみからポンプに入ると考えられ、次いで流体は、一部が外付け流体供給源からポンプに入り、一部がリザーバ・セクション５５０（中間位置）からポンプに入ると考えられ、最後に流体は、リザーバ・セクション５５０（第２の位置、図１４Ｄ）のみからポンプに入ると考えられる。
【０１３３】
システムのプライミングは、患者に熱交換カテーテルを挿入する前に、熱交換バルーンが身体の外部にある状態で行われることに留意されたい。実際に、熱交換バルーンは管状シース内に押し込められていることが望まく、または別の方法で半径方向に抑制されて、プライミング中に膨張するのを防止する。プライミングが終了したら、カテーテルおよびシースを患者の所望の位置、典型的には脈管構造内に挿入し、次いでシースを除去することができる。したがってシースは、血管内に挿入する間、半径方向に圧縮されたカテーテルのプロフィルを維持するのを助け、それによって外傷が防止され挿入が容易になって、処置が迅速に行われるようになる。
【０１３４】
図１３から図１５の実施形態および図１８Ａの流れ図を参照すると、熱交換流体を血管内熱交換カテーテルに供給するための方法は、
（ａ）流体を外付け流体供給源６３０から流体リザーバ５５０に移送するステップと、
（ｂ）ポンプ・ヘッド６４２が作動するように電力を供給するステップと、
（ｃ）外付け流体供給源からの流体によって空気が押し退けられるにつれて、流体リザーバ・セクション５５０から空気を排出するステップと、
（ｄ）加熱器／冷却器との間で熱伝達が行われるように位置決めされ外部熱交換器４４０ｂを介して、流体を、流体リザーバ・セクション５５０からポンプ・キャビティ７２０を通して熱交換カテーテルに送出し、その流体と、外部熱交換器４４０ｂから流体リザーバ５５０に至る循環流体によって押し退けられた空気とを送出するステップと、
（ｅ）流体リザーバ・セクション５５０からの循環熱交換流体によって押し退けられた空気を排出するステップと、
（ｆ）カテーテルの操作期間中、ステップ（ａ）から（ｅ）までを繰り返すステップとを含む。
【０１３５】
熱交換流体リザーバの流体レベルを測定するためのステップは、リザーバが満たされたままであることを確実にするために行うことが好ましい。そのようなステップは、流体レベルを決定するために光流体レベル検出器を使用することも含むことができ、ステップ（ｈ）は、リザーバがその容量いっぱいに満たされたときに始まり、ステップ（ｂ）は、ステップ（ｈ）が始まったときに停止する。図１０Ａの実施形態に関するカテーテルに熱交換流体を供給するための方法は、受動プライミング機構を使用し、一方、図１３Ａの実施形態に関する方法は、既に詳細に述べた独自のバルブプライミング機構を使用する。図１０Ａに示すプライミング機構では、流体レベル測定ステップが、流体レベルを決定するために光流体レベル検出器を使用することを含むこともでき、ステップ（ｇ）は、リザーバがその容量いっぱいに満たされたときに始まり、ステップ（ｂ）は、ステップ（ｇ）が始まったときに停止する。
【０１３６】
より具体的には、図１０Ａから１０Ｄの実施形態は、外付け供給源４５４からの熱交換流体によって受動的にシステムのプライミングを行う機構を提供する。外付け流体供給源４５４は、一般にリザーバ４５０の上方に吊るされまたは配置され、流体供給ライン４５６によってリザーバに接続されている。リザーバ４５０は、流体供給ライン４５６に接続した注入口４７６を有し、したがって流体は、ポンプ・セクション４５２に連通するリザーバ４５０に流入し、このためポンプ・ヘッド４９０のプライミングが行われる。初めに、患者の身体の外部にカテーテルを置き、シースで覆った状態で、ポンプを作動させ、それによって外付け流体供給源から熱伝達流体を引き出して、システム内で循環させる。このシステム内の空気は、疎水性通気孔を通して排気する。システム内の圧力が外付け流体供給源からの上部圧力に等しい場合（これは、ポンプ圧力、およびリザーバ上方の外付け流体供給源の高さに応じたレベルで生じることになる）、システムは本質的に平衡状態になり、外付け供給源から流体を引き出すのを中止する。この時点で、カテーテルおよび熱交換カセット・システムは準備注入されたと考えられる。熱交換カテーテルは、一般にその後患者に挿入され、システムが作動するにつれて、上述の圧力平衡を維持するためにシステムに加えられる必要がある全ての流体は、流体供給ラインを介してリザーバに流体連通している外付け供給源から引き出されることになる。同様に、例えばシステムの加熱や膨張に起因するシステム内の圧力のいかなる上昇も、もとの外付け流体供給源４５４内に流れる流体によって緩和されることになる。このシステムは、流体供給の軽微な膨張および収縮に反応できるので、流体の高レベルをモニタする必要はなく、低レベルの冗重センサのみ熱交換カセットに組み込む必要がある。これには、センサなどを必要とせずに、比較的均一な流体レベルが自動的に維持されるという利点がある。
【０１３７】
安全システム
リザーバ・セクションは、システム内にある熱交換流体の量をモニタする手段を備えることができ、より具体的には、流体リザーバ内に入っている流体のレベルを検出するための光学手段を備えることができる。熱交換流体は生体適合性流体であり、外付け供給源の体積はわずかに約２５０ｍｌであるので、患者への流体の漏れは問題にならないと考えられる。しかし、流体レベルが非常に低く下がると空気が患者に送出されるので、非常に望ましくない。したがって本発明の熱交換流体供給システムは、システムが許容できないほど低下した場合に警告またはその他の手段を設定することができるように、システム内の流体レベルを検出するよう設計される。好ましい実施形態では、隔壁リザーバ内に設けた２個のプリズムを利用し、そのそれぞれは、対応するビーム源およびビームを持っている。各プリズムは、そのプリズムに隣接した位置で再使用可能な主制御ユニットに取り付けた、対応するビーム源およびセンサを有することになる。
【０１３８】
例えば図９は、図１３Ａから１３Ｅの隔壁計設内の第１のプリズム５９０ａに関する光ビーム源４１２および光ビーム・センサの配置を示す。図１３Ｅからわかるように、リザーバ容器５８０の端部に構成した透明な窓５９１により、リザーバ・キャビティ５８４内の流体レベルの光学的観察が可能になる。第２のプリズム５９０ｂが存在する場合は、それに関しても隣接するビーム源およびセンサを設けることができる。
【０１３９】
図１０Ａの隔壁のデザインでは、ビーム源およびセンサを、第１および第２のプリズム４８６ａ、４８６ｂの下の位置の、制御ユニット４０４上に位置決めすることができる。例えば、図６Ｂの下部ガイド・アセンブリ２６６の下側に取り付けた流体レベル測定センサ・モジュール２７６は、熱交換カセットと相互に作用するようにかつユニット内の流体レベルを表示するように、透明な窓３１６に位置合わせして配置した光送信器／センサを含んでよい。プリズムは回折面を有し、ポリカーボネートなどの材料を使用して個別に機械加工してリザーバ・セクション内に添着することができ、またはそのセクションの一部として機械加工することができる。この場合も、流体レベル検出方法を機能させるのに１個のプリズムしか必要としないが、以下に述べる第２の冗長プリズムを含むことが望ましいと考えられる。
【０１４０】
第２のプリズム／ソース／センサは冗長であり、第１のプリズムと同じ流体レベルをモニタするが、たとえ第１のプリズム／ソース／センサが適正に機能できないとしても、安全機構として作動するよう機能する。あるいはプリズムの１つは、リザーバ内の流体がある高レベルに達したときに、制御ユニットに信号を送るのに使用することが可能な、「高レベル」感知システムを有することもできる。これは、例えばバルブプライミング・システムを使用し、いつ弁を作動させていつプライミング・シーケンスを停止させるかを決定するのに高レベルまたはフル・レベルの検出が必要である場合に、有用である。望むなら、高レベル・センサと低レベル・センサの両方を各プリズムに関して使用することができる。これらのセンサは、光ビームのレベルに流体が存在し、またはそのレベルに流体が存在しないことを示す信号を、発生することになる。光ビーム源およびセンサが位置決めされ、すなわち光ビームがタンク上部付近へ向けられると、流体がそのレベルに達したという表示によって、制御システムから、例えば充填シーケンスを停止させるという適切な応答が引き出される。一方、タンク底部の流体レベルを感知するようにセンサを位置決めしまたは光ビームを向ける場合、流体レベル検出器は、低い流体レベルを検出するよう構成され、そのような低レベルを表す信号を発生することができる。熱交換カセットは、リザーバ内の流体が低レベルであることを示す信号に応答するよう構成することができる。例えばポンプ・ヘッドは、この信号に応答して低流体レベルが検出されたときにポンプ・ヘッドがポンプ給送を停止するように設計することができ、したがって空気は熱交換カテーテル内に送出されない。さらに、警告音を発生することができ、図５Ｃのディスプレイ２００などのように警告表示を作動させて、低流体レベルの状態であることを操作者に警告することができる。
【０１４１】
本発明の好ましい実施形態では、リザーバ・セクションは、流体リザーバが非常に低いことを検出する手段を備えている。操作中、光ビーム源をオンにして光ビームを生成し、その光をプリズム底部に向けて、もとの光ビーム・センサへと反射させる。一般にこの光源は、リザーバに流体が充填され始めた後に動作を開始する。そのため流体はリザーバ内にあり、したがってセンサは、反射光ビームを観測しない。これが事実である限り、ポンプは動作し続け、流体を熱交換カセットおよびカテーテル内に移動させる。しかし、流体レベルが光ビームのレベルよりも下がると、センサは反射光ビームを観測し、これがきっかけとなってポンプの動作を止め、システムを停止させる。
【０１４２】
バルブプライミング・シーケンスを含む本発明の実施形態では、光ビーム源をオンにして光ビームを生成し、これをプリズムの上部に向けてもとの光ビーム・センサへと反射させる。センサが反射光ビームを観測する限り、熱交換カセットの充填またはプライミング操作は行われ続ける。流体レベルが上昇するにつれ、いくつかの点では、光ビームが偏向してもはやもとのセンサには反射されないようなレベルに到達する。センサがもはや反射光ビームを観測しない場合には、熱交換カセットのプライミング操作が停止する。その後、流体レベル検出器は、低流体レベルおよび高流体レベルを検出するよう構成され、検出器は、低レベルであることを表す第１の信号と、高レベルであることを表す第２の信号を発生する。初めに弁はその第１の位置にあり、第１の信号に応答してこの第１の位置に維持され、それによって流体は、高レベルに達するまでリザーバに入ることができ、そのレベルに達した時点で検出器は第２の信号を発生し、弁を作動させてその第２の位置に動かす。図１４Ａおよび図１４Ｄから１４Ｅを具体的に参照すると、呼び水弁６７０の弁部材６７６は「第２」の位置（図１４Ｄ）に付勢され、フィードブロック・セクション５５４を介してリザーバ・セクション５５０とポンプ・セクション５５２の間に流体を流すことが可能になる。したがってカテーテルと熱交換カセットの循環システムは閉じる。弁部材６７６が「第１」の位置（図１４Ｅ）にある場合、外付け供給源からの流体が、通常は閉じている流体循環システムに流入してそれを補うことができる。
【０１４３】
本発明が意図する追加の安全システムは、流体システム内に送出される可能性があるどのような気泡も検出するために、フロー・ライン上の様々な位置に気泡検出器を含み、かつシステムの一部または流体が許容できないほど高いまたは低い温度である場合に信号を送ることができる温度モニタを含む。流体センサ光ビーム源が動作可能であるかどうかを示す検出器は、例えば、システムがオンになったがリザーバ内の流体が不十分でありそれによってビームがもとの検出器へと回折するときに初めに光ビームを検出するように位置する検出器を配置することによって、提供することができる。図１、２、および５に示す制御ユニットは、複数の患者温度センサを備える。２つの異なるセンサからの温度信号が著しく異なって、これらのセンサの１つ、おそらくはシステムの制御を行う１つのセンサが誤って配置され、機能せず、または落下したなどの状況が示される場合には、警告音を発することができ、システムを停止させることができる。その他同様の安全および警告システムが、本発明のシステムの範囲内で考えられる。
【０１４４】
この出願には、本発明のシステムおよび方法を使用した患者の治療に関する５ページのプロトコル（実験計画）を添付している。具体的には、一般的記述（ページＡ１）、科学的記述（ページＡ２〜Ａ３）、そして具体的なプロトコル記述（ページＡ４〜Ａ５）がある。これらの記述を本出願に特別に援用する。
【０１４５】
例示する目的で本発明の特定の実施形態について述べてきたが、添付の特許請求の範囲に定義した本発明から逸脱することなく上述の実施形態に数多くの変更を加えることができることが、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシステムを使用した治療を受ける患者の斜視図である。
【図２】 熱交換カテーテルおよび外付け流体供給源に取り付けられ、本発明の再使用可能な主制御ユニットの適切な開口に挿入されるよう位置決めされた、使い捨て可能な熱交換カセットの概略図である。
【図３Ａ】 図３Ｂと共に、本発明の熱交換システムの制御スキームのフローチャートを示す。
【図３Ｂ】 図３Ａと共に、本発明の熱交換システムの制御スキームのフローチャートを示す。
【図４】 図３Ａおよび３Ｂの制御スキームの影響下の、感知された、時間に対する標的組織または体液の温度のグラフである。
【図５Ａ】 本発明の典型的な、再使用可能な制御ユニットの斜視図である。
【図５Ｂ】 図５Ａの制御ユニットの上部の斜視図である。
【図５Ｃ】 図５Ａの制御ユニット用の典型的な制御パネルの平面図である。
【図５Ｄ】 内部構成要素が露出するように外部パネルを取り外した、図５Ａの制御ユニットの下部の斜視図である。
【図５Ｅ】 内部構成要素が露出するように外部パネルを取り外した、図５Ａの制御ユニットの下部の斜視図である。
【図５Ｆ】 内部構成要素が露出するように外部パネルを取り外した、図５Ａの制御ユニットの下部の斜視図である。
【図５Ｇ】 制御ユニット下部の斜視図であり、内部キャビティの上方を分解した、熱交換カセットを受容するサブアセンブリを示している。
【図６Ａ】 図５Ｇに示す熱交換カセット受容サブアセンブリの斜視図である。
【図６Ｂ】 図５Ｇに示す熱交換カセット受容サブアセンブリの斜視図である。
【図６Ｃ】 図５Ｇに示す熱交換カセット受容サブアセンブリの斜視図である。
【図７Ａ】 図６Ａの熱交換カセット受容サブアセンブリの、下部ガイド・アセンブリおよびポンプ駆動機構の斜視図である。
【図７Ｂ】 図６Ａの熱交換カセット受容サブアセンブリの、下部ガイド・アセンブリおよびポンプ駆動機構の斜視図である。
【図７Ｃ】 図６Ａの熱交換カセット受容サブアセンブリの、下部ガイド・アセンブリおよびポンプ駆動機構の斜視図である。
【図７Ｄ】 図６Ａの熱交換カセット受容サブアセンブリの、下部ガイド・アセンブリおよびポンプ駆動機構の斜視図である。
【図８】 本発明の典型的な制御回路の概略図である。
【図９】 熱交換カテーテルおよび外付け流体供給源に取り付けられ、本発明の再使用可能な主制御ユニットの適切な開口に挿入されるよう位置決めされた、使い捨て可能な熱交換カセットの斜視図である。
【図１０Ａ】 本発明に用いる第１の使い捨て可能な熱交換カセットの分解図である。
【図１０Ｂ】 図１０Ａの熱交換カセットの一端の平面図であり、隔壁および取り付けた外付け熱交換器を通る流体の流れを示している。
【図１０Ｃ】 図１０Ｂの隔壁のリザーバ・セクションの分解斜視図である。
【図１０Ｄ】 図１０Ｂの隔壁の流体圧力ダンパの概略平面図である。
【図１１Ａ】 図１０Ａの外付け熱交換器の線１１−１１に沿った断面図であり、膨張していない状態の熱交換器を示している。
【図１１Ｂ】 図１０Ａの外付け熱交換器の線１１−１１に沿った断面図であり、膨張した状態の熱交換器を示している。
【図１２Ａ】 図１０Ａの外付け熱交換器と共に用いる典型的な流体取付部品の斜視図である。
【図１２Ｂ】 図１０Ａの外付け熱交換器と共に用いる典型的な流体取付部品の、上下逆にした斜視図である。
【図１３Ａ】 本発明に用いる第２の使い捨て可能な熱交換カセットの分解図である。
【図１３Ｂ】 図１３Ａの熱交換カセットの一端の平面図であり、隔壁アセンブリおよび取り付けた外付け熱交換器を通る流体の流れを示している。
【図１３Ｃ】 図１３Ｂの隔壁アセンブリの平面図である。
【図１３Ｄ】 図１３Ｂの隔壁アセンブリの断面図である。
【図１３Ｅ】 図１３Ｂの隔壁アセンブリのリザーバ・セクションの分解斜視図である。
【図１４Ａ】 図１３Ｂの隔壁アセンブリのフィードブロック・セクションの分解斜視図である。
【図１４Ｂ】 図１４Ａのフィードブロック・セクションの平面図であり、内部にある流体圧力調節機構を隠れ線で示している。
【図１４Ｃ】 図１４Ａのフィードブロック・セクションの断面図であり、内部にある流体圧力調節機構を隠れ線で示している。
【図１４Ｄ】 図１４Ａのフィードブロック・セクションの呼び水弁機構を通る垂直断面図である。
【図１４Ｅ】 図１４Ａのフィードブロック・セクションの呼び水弁機構を通る垂直断面図である。
【図１５Ａ】 図１３Ｂの隔壁アセンブリのポンプ・セクションの斜視分解図である。
【図１５Ｂ】 図１５Ａのポンプ・セクションの平面図である。
【図１５Ｃ】 図１５Ｂの線１５Ｃ−１５Ｃに沿ったポンプ・セクションを通る断面図である。
【図１５Ｄ】 図１５Ａのポンプ・セクション内のポンプ・ヘッドの幾何学的な概略平面図である。
【図１６Ａ】 図１５Ａのポンプ・セクションに用いるポンプ羽根の代替実施形態の立面図である。
【図１６Ｂ】 図１５Ａのポンプ・セクションに用いるポンプ羽根の代替実施形態の立面図である。
【図１６Ｃ】 図１５Ａのポンプ・セクションに用いるポンプ羽根の代替実施形態の立面図である。
【図１７Ａ】 再使用可能な制御ユニットの駆動機構に係合するポンプ・ヘッド被動歯車の平面図である。
【図１７Ｂ】 再使用可能な制御ユニットの駆動機構に係合するポンプ・ヘッド被動歯車の立面図である。
【図１８Ａ】 本発明の使い捨て可能な熱交換カセットの実施形態を使用する、流体の流れの概略図である。
【図１８Ｂ】 本発明の使い捨て可能な熱交換カセットの実施形態を使用する、流体の流れの概略図である。
【図１８Ｃ】 本発明の使い捨て可能な熱交換カセットの実施形態を使用する、流体の流れの概略図である。

Claims (16)

1. 熱交換カテーテルと、外部熱交換器と、熱交換流体を流すためのポンプとを含む回路内の熱交換流体の温度および流れを制御するためのシステムであって、
   患者に挿入可能な熱交換カテーテルであって、前記カテーテルが患者内に挿入されるときに前記カテーテルの外側を通過して流れる血液を加熱、又は冷却するように構成されるカテーテルと、
   外部熱交換器と、
   制御器であって、
   前記熱交換流体が入っている前記外部熱交換器に熱接触している熱および／または冷気発生要素と、
   患者の生物物理学的な状態を表す患者センサから信号を受信し、該信号に応答して前記発生要素を制御するマイクロプロセッサと、
   前記熱交換流体を送出するために前記回路に含まれるポンプを作動させる機械式駆動ユニットと、
   前記回路内の空気を表す流体パラメータを検出するように構成され、前記流体パラメータの存在、又は不存在を表す安全信号を発生する安全センサであって、前記安全信号は、前記マイクロプロセッサに送信され、前記マイクロプロセッサは前記安全信号に応答してポンプの動作を制御する、安全センサと、
   を含む制御器と、
   を含むシステム。
2. 前記発生要素がＴＥ冷却器である請求項１に記載のシステム。
3. 患者の生物物理学的状態を感知するための複数の患者センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサが前記複数の患者センサのそれぞれからの信号を比較してこれら信号が一致しない場合には警告状態を生成するよう構成される請求項１に記載のシステム。
4. 前記駆動ユニットが電気モータによって駆動されるポンプであり、さらに、前記モータ用の電流が、該モータに定電流を供給するフィードバック・ループを通して供給される請求項１に記載のシステム。
5. 前記マイクロプロセッサが目標温度入力をさらに受信し、前記患者センサが患者の温度を表し、前記信号が感知された温度を表し、目標温度が感知された温度よりも高い場合には前記マイクロプロセッサが前記流体に熱を加えるように働き、目標温度が前記感知された温度よりも低い場合には前記マイクロプロセッサが前記流体から熱を奪うように働き、感知された患者の温度が目標温度に近付くにつれて流体に熱を加えまたは流体から熱を奪う速度を低下させるように前記マイクロプロセッサが前記患者センサからの信号に応答する請求項１に記載のシステム。
6. 前記安全センサは、前記回路内の気泡を検出し、該回路内の気泡の検出に応答して気泡安全信号を発生するための気泡検出器である、請求項１に記載のシステム。
7. 熱交換流体の外付け供給源をさらに有し、前記外付け供給源が前記回路に流体接続しており、該回路がベントを含み、該ベントによって気体の通過が可能になるが前記回路からの液体は通過することができないシステムであって、
   前記マイクロプロセッサが、２つの動作モード、プライミング・モードおよび実行モードを有し、前記プライミング・モードと前記実行モードとを切換え可能であり、前記プライミング・モードの場合に、前記回路に対し、該回路が前記流体で満たされかつ該回路内の全ての気体が前記ベントを通して放出されるまで前記外付け供給源からの流体を受容して熱交換流体を送出するよう指示し、次いで前記実行モードに切り換え、該実行モードの場合に、制御器に対し、前記外付け供給源から流体を受け取ることなく前記回路内に前記流体を循環させるよう指示する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記回路が、該回路が前記熱交換流体で満たされているかどうかを感知しそれに応答して充満状態を示す信号を発生するためのセンサをさらに含み、前記マイクロプロセッサが、この充満状態を示す信号を受信して、該充満状態を示す信号に応答して前記プライミング・モードから前記実行モードに切り換える請求項７に記載のシステム。
9. 前記マイクロプロセッサが、前記プライミング動作モードから前記実行動作モードに手動で切換え可能である請求項７に記載の制御器。
10. 前記回路の外部に接触する温度センサであって、その内部の熱交換流体の温度を感知し、温度信号を発生し、前記信号に応答して制御ユニットに指示する前記マイクロプロセッサに温度信号を送るようになった温度センサをさらに含む請求項７に記載のシステム。
11. 前記発生要素に接触する温度センサであって、前記要素の温度を感知し、温度信号を発生し、前記信号に応答して制御ユニットに指示する前記マイクロプロセッサに該温度信号を送るようになった温度センサをさらに含む請求項７に記載のシステム。
12. 前記安全センサが、前記回路内の流体レベルを検出するセンサを更に有する、請求項１に記載のシステム。
13. 前記回路内の前記流体レベルを検出する前記センサは、前記回路内の前記流体レベルを光学的に感知するように配置される光学流体レベル検出器である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記光学流体レベル検出器は、その流体レベルを感知する前記回路に隣接して配置される光学ビーム源、及び光学センサを含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記安全センサは、前記患者のある部位の温度を検出するセンサを更に含む、請求項１に記載のシステム。
16. 前記安全センサは前記回路内の問題を検出する安全システムの一部分であり、前記安全システムは、該システム、及び／又は患者のそれぞれのパラメータを示す信号を発生する複数のセンサを含み、前記信号は、前記発生要素、及び前記ポンプの動作を制御することにより応答する前記マイクロプロセッサーに送信される、請求項１に記載のシステム。

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