JPH08131473A

JPH08131473A - 頭部冷却装置

Info

Publication number: JPH08131473A
Application number: JP27006094A
Authority: JP
Inventors: Akira Naito; 明内藤; Hiroyuki Kitahara; 博幸北原; Yoichi Miyashita; 洋一宮下
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】個人差に拘らず、頭部の冷却効率を高める。【構成】外ケース１の内側に保冷層２と、複数の袋体
３ａからなる押圧体３をこの順に設け、押圧体３を膨脹
させることにより、この内側に取外し可能に設けられた
熱交換部４を頭部、頸部に押圧し、頭部のみならず頸部
をも冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は頭部冷却装置に関し、
さらに詳細にいえば、頭部の表面近傍に冷熱媒体を供給
して頭部を冷却するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から頭部外傷、脳虚血などの後遺症
を抑えるために、頭部を冷却する装置が開発され、臨床
に応用されている。ここで、虚血が発生すると、細胞と
血液との間での物質交換、ガス交換ができなくなり、細
胞への酸素および栄養物の供給、細胞からの老廃物の排
出が止まってしまう。そして、このような時間が長くな
ると、細胞が酸素欠乏状態になり、細胞内に有害な老廃
物、代謝産物が蓄積し、最終的に細胞機能が破壊されて
しまう。例えば、ブドウ糖が嫌気性代謝により乳酸に分
解され、細胞内に乳酸が蓄積されることに関連して上記
の不都合が発生する。また、虚血で問題になるのは臓器
障害であり、虚血に弱い順に臓器を並べると、脳、肝
臓、心臓、腎臓、骨格筋になる。しかし、生体温度を低
くしておけば、代謝速度が遅くなり、老廃物、代謝産物
の蓄積を抑制することができ、この結果、細胞機能が破
壊されるまでの所要時間を長くすることができる。

【０００３】上記頭部を冷却する装置としては、例え
ば、冷却部位である頭部に適合する形状の部材（帽子状
部材）の内側所定位置に冷熱媒体流路を設け、冷熱媒体
流路との間で冷熱媒体を循環させる冷熱媒体循環部を設
け、冷熱媒体循環部の所定位置に、冷熱媒体流路から還
流してきた冷熱媒体を所定の生体冷却用温度にまで冷却
する冷却部を設けてなるものが採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の装置を用
いて頭部を冷却する場合には、頭部の冷却を行うことが
できるが、頸部は全く冷却されないので、頸動脈を通し
て頭部に流入する血液の影響を受けて頭部の冷却効率が
大幅に低下してしまう。また、頭部の大きさ、形状には
個人差があり、しかも大きさ、形状のばらつきはかなり
大きいのであるから、少なくとも数種類の帽子状部材を
予め準備しておくことが必要であるとともに、患者毎に
最適の大きさ、形状の帽子状部材を用いるわけではない
から（患者の同部の大きさ、形状に最も近似する形状の
帽子状部材を採用することになるのであるから）、頭部
表面に対する冷熱媒体流路の密着性が悪く、この面から
も頭部の冷却効率が大幅に低下してしまう。

【０００５】そして、頭部の冷却効率が悪ければ、頭部
を十分に冷却できるまでの所要時間が長くなってしま
い、所要時間が長くなることに起因して老廃物、代謝産
物の蓄積が増加してしまう。

【０００６】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、頭部の冷却効率を高めることができ、し
かも頭部の大きさ、形状の個人差に拘らず頭部の冷却効
率を高くできる頭部冷却装置を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の頭部冷却装置
は、頭部および頸部を包囲する外殻体と、頭部および頸
部に接触し、かつ内部に冷熱媒体流路を有する熱交換部
と、外殻体の内面に装着され、かつ圧力流体が供給され
ることにより膨脹して熱交換部を頭部および頸部に押圧
する押圧体とを有している。

【０００８】請求項２の頭部冷却装置は、上記押圧体と
して、圧力流体流路を介して互いに接続された複数の袋
体からなるものを採用し、各袋体に対応する所定位置に
圧力センサを有するものを採用している。

【０００９】

【作用】請求項１の頭部冷却装置であれば、頭部および
頸部を包囲する外殻体と、頭部および頸部に接触し、か
つ内部に冷熱媒体流路を有する熱交換部と、外殻体の内
面に装着され、かつ圧力流体が供給されることにより膨
脹して熱交換部を頭部および頸部に押圧する押圧体とを
有しているので、頭部のみならず頸部をも冷却すること
ができ、この結果、頸動脈を通して頭部に流入する血液
を冷却できるので、頭部の冷却効率を高めることができ
る。また、外殻体が患者の頭部の大きさ、形状に適合し
ていなくても、冷熱媒体流路を確実に頭部および頸部に
押圧できるので、頭部の大きさ、形状の個人差に拘らず
頭部の冷却効率を高くできる。

【００１０】請求項２の頭部冷却装置であれば、上記押
圧体として、圧力流体流路を介して互いに接続された複
数の袋体からなるものを採用し、各袋体に対応する所定
位置に圧力センサを有するものを採用しているので、頭
部、頸部の凹凸形状などに適合して各袋体を膨脹させる
ことにより冷熱媒体流路を頭部および頸部に押圧するこ
とができ、しかも、圧力センサにより圧力を検出するの
で、冷熱媒体流路が過大な押圧力で頭部、頸部に押圧さ
れることを防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によってこの発
明を詳細に説明する。図１はこの発明の頭部冷却装置の
一実施例を示す側面図、図２は背面図、図３は頭部冷却
装置および加圧力制御部を概略的に示すブロック図、図
４は頭部冷却装置の頭頂部の縦断面図、図５は圧力セン
サ装着部の縦断面図、図６は押圧体と熱交換部との関係
を示す縦断面図、図７は押圧体の側面図、図８は押圧体
の背面図、図９は押圧体の平面図、図１０は熱交換部の
側面図、図１１は熱交換部の背面図、図１２は熱交換部
の正面図、図１３は熱交換部の展開図である。

【００１２】この頭部冷却装置は図１および図２に示す
外形を有し、図３に示すように、ＦＲＰ材などの硬質プ
ラスチックからなる外ケース１と、外ケース１の内側に
一体的に設けられ、かつ硬質発砲ウレタン材などからな
る保冷層（断熱層）２と、保冷層２の内側に一体的に設
けられ、かつ複数の空気袋３ａからなる押圧体３と、押
圧体３の内側に設けられる熱交換部４と、各空気袋３ａ
に対応して設けられた圧力センサ５とを有している。な
お、上記外ケース１と保冷層２とで外殻体を構成してい
る。また、冷熱媒体としては、例えば、頭部冷却用の所
定温度に冷却された水が例示できる。

【００１３】上記押圧体３は、図７、図８および図９に
示すように、複数の空気袋３ａが空気流路（圧力流体流
路に相当する）３ｃを介して互いに接続されてなるもの
であり、しかも、頭頂部に対応する空気袋３ａの所定位
置に空気注入部および空気圧用カプラ３ｄが設けられて
いる。また、頭頂部に対応する空気袋３ａの所定位置に
冷熱媒体用のカプラ４ｃを挿通するための穴３ｅが形成
されている。さらに、各空気袋３ａは、図６に示すよう
に、膨脹、収縮を容易にするための蛇腹部３ｆを有して
いる。なお、図７から図９中、黒丸が圧力センサ５の位
置を示している。上記熱交換部４は、例えば、塩化ビニ
ルなどからなる２枚の布を高周波ウェルダなどで接着
し、冷熱媒体流路４ａを形成してなるものであり、隣合
う冷熱媒体流路４ａどうしの間を伸縮自在な連結部材４
ｂで連結してある。さらに詳細に説明すると、上記冷熱
媒体流路４ａは図１３に示すように折り返し状に形成さ
れた冷熱媒体流路４ａが互いに直列接続状に一体形成さ
れてなるものであり、この冷熱媒体流路４ａを頭部およ
び頸部にほぼ適合するように該当箇所を湾曲させること
により、図１０から図１２に示す形状の熱交換部４を得
ることができる。この状態において、冷熱媒体流路４の
うち、単位折り返し部（折り返し状に形成された冷熱媒
体流路どうしが一体化され、相対距離が変化しない部
分）どうしは、患者の頭部、頸部に押圧されることによ
り相対位置が変化するのであるから、この相対位置の変
化を許容するために、上記連結部材４ｂが設けられてい
る。

【００１４】上記冷熱媒体用のカプラ４ｃは、図４に示
すように、熱交換部４の冷熱媒体流路４ａと連通され、
かつ空気袋３ａの穴３ｅを通り、保冷層２および外ケー
ス１を貫通するチューブ４ｄに対してねじ込みなどによ
り取外し可能に連結されるものであり、合成樹脂などで
形成されている。また、上記チューブ４ｄとしては、硬
質塩化ビニルなどからなるものを採用している。

【００１５】さらに、上記熱交換部４は、押圧体３に対
して固定されているのではなく、取り外し可能に押圧体
３の内側に収容されているだけである。上記圧力センサ
５は、図５に示すように、保冷層２を貫通し、かつ一端
が外ケース１に連結された支持部材５ａの先端部に装着
されたものであり、常時空気袋３ａに接触されている。

【００１６】また、加圧力制御部は、図３に示すよう
に、圧力センサ５からの出力信号を入力として圧力検出
信号を出力する圧力計６と、圧力計６から出力される圧
力検出信号を入力として加圧指令を出力する制御部７
と、加圧指令を入力として、押圧体３に圧力流体（例え
ば空気）を供給する加圧部８とを有している。上記圧力
計６は、例えば、全ての圧力センサ５からの出力信号を
入力として平均値を算出し、この平均値を圧力検出信号
として出力するものである。上記制御部７は、例えば、
圧力検出信号と所定の基準圧力信号との差を算出し、こ
の差を加圧指令として出力するものである。上記加圧部
８は、例えば、加圧指令に対応する流量で圧力流体を押
圧体３に供給するものである。

【００１７】上記加圧力制御部においては、空気袋３ａ
が保冷層２に加える圧力を、頭部に加える圧力として、
圧力センサ５で測定し、この圧力が所定の圧力範囲内に
なるように押圧体３に供給する圧力流体を制御する。こ
こで、所定の圧力範囲は次のようにして設定される。例
えば、頭部の重量を体重の１／１０としたとき、体重６
０ｋｇの人の頭部の重量は６ｋｇになる。そして、枕に
頭をのせたときに枕にかかる重量および枕に接している
頭部の面積（ここでは、半径１０ｃｍの縁と仮定する）
から枕に接している頭部にかかる圧力を計算し、さらに
大気圧分を加えたものを空気袋３ａの加圧（内圧）とす
れば、次のとおりになる。１０３３ｇｆ／ｃｍ²＋６０００ｇｆ／（１０ｃｍ×１
０ｃｍ×３．１４）＝１０５２ｇｆ／ｃｍ² そして、熱交換部４を頭部に押し当てるために、大気圧
に頭部にかかる圧力の１〜２倍の圧力を加えた圧力の範
囲を上記所定の圧力範囲とする（図１４参照）。ただ
し、図１４において実線が１倍を、破線が１．５倍を、
一点鎖線が２倍をそれぞれ示している。

【００１８】また、圧力範囲の設定には、空気袋３ａの
材質、引張り強さ、厚みなどの使用に合せる必要があ
る。例えば、空気袋３ａの外表面積をＡ１、空気袋３ａ
の内表面積をＡ２、大気圧と空気袋３ａの内圧との差を
ΔＰ、空気袋３ａの引張り強さをＦとすれば、加圧範囲
を規定する定数Ｋは数１のとおりになる。

【００１９】

【数１】

【００２０】そして、この定数Ｋの値が０．９〜１．０
の範囲内になるように加圧調節を行う。なお、図１５は
定数Ｋが１の場合（実線参照）と０．９の場合（破線参
照）における差圧ΔＰと引張り強さＦとの関係を示す図
である。図１６は冷熱媒体循環経路と冷熱媒体温度制御
部とを示すブロック図であり、水などからなる冷熱媒体
の循環部と、冷熱媒体の温度を制御する温度制御部とか
ら構成されている。

【００２１】上記循環部は、十分な量の冷熱媒体を収容
しておくための冷熱媒体タンク１７と、頭部表面、頸部
表面に近接して配置される熱交換部（冷熱媒体流路に相
当する）４と、冷熱媒体タンク１７内の冷熱媒体を熱交
換部４に供給するための冷熱媒体循環ポンプ１８と、こ
れらの間を連通する管路１９とで構成されている。ま
た、上記冷熱媒体タンク１７には撹拌機（図示せず）が
設けられていることが好ましい。

【００２２】上記温度制御部は、生体内部の温度を測定
するための第１測温センサ１３と、冷熱媒体タンク１７
内の冷熱媒体の温度を測定するための第２測温センサ１
４と、第１測温センサ１３からの出力信号、または第２
測温センサ１４からの出力信号を入力として、生体内部
の温度を示す信号、または冷熱媒体の温度を示す信号を
出力する温度測定器１２と、冷熱媒体を冷却するため
の、コンプレッサ式の冷却器、電子冷却器などからなる
冷却器１５と、冷熱媒体を昇温させるための、ヒータな
どからなる加熱器１６と、温度測定器１２からの出力信
号を入力として冷却器１５および加熱器１６を制御する
温度制御器１１とで構成されている。

【００２３】上記第１測温センサ１３としては、例え
ば、カテーテルの先端にサーミスタを装着してなるも
の、従来公知の深部体温計などが例示できる。上記第２
測温センサ１４としては、従来公知の種々のセンサを用
いることができる。上記温度測定器１２は、第１測温セ
ンサ１３からの出力信号、第２測温センサ１４からの出
力信号を交互に取り込んで、Ａ／Ｄ変換処理などを施し
て、生体内部の温度を示す信号、冷熱媒体の温度を示す
信号を交互に出力する。上記温度制御器１１は、冷却器
１５を所定の冷却能力（例えば、最大冷却能力）で動作
させ続けるとともに、予め設定されている冷却目標温度
と生体内部の温度との差に対応する熱量を発生させるべ
く加熱器１６を動作させるものである。温度制御器１１
はまた、冷熱媒体の温度が第１の所定の温度を越える場
合に発生熱量を０にすべく加熱器１６を動作させ、ま
た、冷熱媒体の温度が第２の所定温度を下まわる場合に
発生熱量を最大にすべく加熱器１６を動作させる。ここ
で、第２の所定温度は第１の所定温度よりも低い温度に
設定されている。

【００２４】上記の構成の頭部冷却装置の作用は次のと
おりである。先ず、患者の頭部および頸部を覆うように
熱交換部４を装着し、次いで、保冷層２および押圧体３
がこの順に装着された外ケース１を装着する。そして、
空気注入部および空気圧用カプラ３ｄを加圧部８と連通
し、全ての圧力センサ５と圧力計６とを接続し、冷熱媒
体用のカプラ４ｃを管路１９と連通する。この状態にお
いて、圧力センサ５および圧力計６により圧力を検出
し、制御部７により加圧指令を出力し、加圧部８により
空気袋３ａに圧力空気を供給して空気袋３ａを膨脹さ
せ、図６中Ｂに示すように熱交換部４を頭部、頸部（図
６中、最下部の実線参照）に対して適正圧力で押圧する
ことができる。

【００２５】その後は、冷熱媒体循環ポンプ１８により
冷熱媒体タンク１７から管路１９を通して熱交換部４に
冷熱媒体を供給し、生体表面との間で熱交換を行って昇
温した冷熱媒体を管路１９を通して再び冷熱媒体タンク
１７に戻すことにより頭部および頸部を冷却することが
できる。特に、この装置は頭部を冷却するためのもので
あるにも拘らず、頸部をも冷却するようにしているので
あるから、頸動脈を通して頭部に流入する血液の温度を
低下させることができ、頭部の冷却効率を著しく高める
ことができる。

【００２６】また、頭部の大きさ、形状は患者によって
かなりばらつきがあるが、この頭部冷却装置は、押圧体
３を構成する複数の空気袋３ａを膨脹させることにより
熱交換部４を頭部、頸部に押圧するようにしているの
で、上記ばらつきに拘らず熱交換部４を頭部、頸部に良
好に押圧することができ、伝熱面積を可能な限り大きく
して頭部冷却効率を高めることができる。また、熱交換
部４と頭部、頸部との間隙を小さくして頭部冷却装置を
患者にベストフィットさせることができる。

【００２７】なお、この発明は上記の実施例に限定され
るものではなく、例えば、圧力計６による圧力表示を見
ながら手動操作で圧力流体を供給することが可能である
ほか、圧力センサを用いることなく、加圧機を用いて圧
力空気を供給することが可能であり、また、頭部に対す
る加圧と頸部に対する加圧の系統を独立させ、頸部に対
する加圧を周期的に変動させ（例えば、１０分間に３０
秒の割合で加圧力を低下させ）ることにより、皮膚呼吸
の阻害、凍傷などの不都合の発生を未然に防止すること
が可能であるほか、この発明の要旨を変更しない範囲内
において種々の設計変更を施すことが可能である。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明は、頭部のみならず頸部
をも冷却し、頸動脈を通して頭部に流入する血液を冷却
できるので、頭部の冷却効率を高めることができ、ま
た、外殻体が患者の頭部の大きさ、形状に適合していな
くても、冷熱媒体流路を確実に頭部および頸部に押圧で
きるので、頭部の大きさ、形状の個人差に拘らず頭部の
冷却効率を高くできるという特有の効果を奏する。

【００２９】請求項２の発明も、頭部、頸部の凹凸形状
などに適合して各袋体を膨脹させることにより冷熱媒体
流路を頭部および頸部に押圧することができ、しかも、
圧力センサにより圧力を検出するので、冷熱媒体流路が
過大な押圧力で頭部、頸部に押圧されることを防止する
ことができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の頭部冷却装置の一実施例を示す側面
図である。

【図２】同上背面図である。

【図３】頭部冷却装置および加圧力制御部を概略的に示
すブロック図である。

【図４】頭部冷却装置の頭頂部の縦断面図である。

【図５】圧力センサ装着部の縦断面図である。

【図６】押圧体と熱交換部との関係を示す縦断面図であ
る。

【図７】押圧体の側面図である。

【図８】押圧体の背面図である。

【図９】押圧体の平面図である。

【図１０】熱交換部の側面図である。

【図１１】熱交換部の背面図である。

【図１２】熱交換部の正面図である。

【図１３】熱交換部の展開図である。

【図１４】体重と所定の圧力範囲との関係を示す図であ
る。

【図１５】定数Ｋが１の場合と０．９の場合における差
圧ΔＰと引張り強さＦとの関係を示す図である。

【図１６】冷熱媒体循環経路と冷熱媒体温度制御部とを
示すブロック図である。

【符号の説明】

１外ケース２保冷層３押圧体３ａ空気袋３ｃ空気流路４熱交換部５圧力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】頭部および頸部を包囲する外殻体（１）
（２）と、頭部および頸部に接触し、かつ内部に冷熱媒
体流路を有する熱交換部（４）と、外殻体（１）（２）
の内面に装着され、かつ圧力流体が供給されることによ
り膨脹して熱交換部（４）を頭部および頸部に押圧する
押圧体（３）とを有することを特徴とする頭部冷却装
置。
【請求項２】上記押圧体（３）が、圧力流体流路（３
ｃ）を介して互いに接続された複数の袋体（３ａ）から
なり、各袋体（３ａ）に対応する所定位置に圧力センサ
（５）を有している請求項１に記載の頭部冷却装置。