WO2007091424A1 - 頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置 - Google Patents

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WO2007091424A1
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cooling
heat
brain
skull
cerebral
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Takashi Saito
Joji Uchiyama
Michiyasu Suzuki
Masami Fujii
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Yamaguchi University
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    • A61F7/10—Cooling bags, e.g. ice-bags

Definitions

  • Intracranial implantable cerebral cooling device Intracranial implantable cerebral cooling device
  • the present invention relates to a cerebral cooling device for sedating abnormal brain wave abnormalities and abnormal fever of the brain.
  • Epilepsy is a central nervous system disease. This may cause abnormal excitation (abnormal discharge) of cerebral neurons for some reason, blocking normal functions, resulting in various seizure symptoms such as decreased consciousness, generalized seizures, decreased muscle tone, and abnormal sensations. It is a chronic brain disease. Most patients with epilepsy can control seizures with antiepileptic drugs. However, there are patients with intractable epilepsy who are difficult to control seizures with antiepileptic drugs. For these patients, surgical treatment is performed to remove the part that causes abnormal excitement as one of the treatment methods.
  • thermoelectric element requires a large amount of power, and it is not easy to embed a power source for supplying the power in a living body. Therefore, an apparatus capable of cooling from outside the body is desirable. In addition, because the part that causes abnormal excitement varies depending on the patient, a cooling device that can handle various parts is required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-129964 Disclosure of the invention
  • the present invention is an intracranial embedded cerebral cooling device for suppressing abnormal brain waves by cooling a lesion in a brain functional disease that causes abnormal brain waves such as epilepsy, and includes a thermoelectric element.
  • the purpose of the present invention is to provide a device that does not require parts that require electricity in the body, and that is more compact and less restricts the behavior of the patient, compared with the case where the device is implanted in a living body.
  • the present invention comprises the following aspects. That is,
  • the first aspect of the present invention comprises a cooling part, a heat pipe and a heat releasing part for insertion into the cranium, one end of the heat pipe being the cooling part and the other end being the heat radiating part. It is an intracranial implantable cerebral cooling device that is connected for heat transfer.
  • a second aspect of the present invention is the intracranial implantable cerebral cooling device according to the first aspect, wherein the heat pipe is a wick type or a self-excited vibration type. is there.
  • a third aspect of the present invention is the intracranial cerebral cooling device according to the first aspect, wherein the cooling part is a metal plate or a metal filament. is there.
  • a fourth aspect of the present invention is characterized in that the cooling section is made of a member selected from gold, silver, platinum, nickel, stainless steel, titanium, and an alloy strength containing at least one of them.
  • any one of cooling means including cooling by a thermoelectric element, cooling by a liquid having a low temperature, natural air cooling, and forced air cooling by a fan is provided.
  • the intracranial implantable cerebral cooling device according to the item of the first aspect, wherein the cerebral cooling device is cooled using a means.
  • the present invention is a device for cooling an abnormal part (hereinafter referred to as an affected part) as a means for suppressing and sedating a partial brain wave abnormality or fever caused by abnormal excitement of cerebral nerve cells such as epilepsy.
  • an affected part an abnormal part
  • By using a heat pipe It is a device that does not require moving parts, is compact and does not substantially restrict patient behavior.
  • the shape of the cooling part it can be applied to various parts from the cerebral surface to the deep part. Therefore, for patients with functional brain diseases other than epilepsy, such as involuntary movement diseases such as Parkinson's disease, refractory central pain, etc. and requiring treatment that reduces symptoms by suppressing nerve function by electrical stimulation.
  • this device can be expected to have a therapeutic effect.
  • this device may be a safer treatment because it does not stimulate nerves directly like electrical stimulation treatment.
  • systemic hypothermia is being used for severe brain damage, but the number of complications is a problem.
  • Local brain cooling by the cerebral cooling device of the present invention minimizes complications and enables brain protection. In this way, this device can be applied to various diseases and trauma.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an intracranial implantable cerebral cooling device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a device that constitutes a heat radiating section.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram when the intracranial implantable cerebral cooling device of the present invention is installed in the cranium.
  • FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a cooling device, an electroencephalogram electrode installation location, and a kainic acid injection location when a rat is opened.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an apparatus in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cooling state of the brain and the time when the present invention is operated.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between changes in brain waves during the experiment and time.
  • FIG. 8 is a diagram showing the state of the electroencephalogram before and after cooling.
  • the intracranial cerebral cooling device of the present invention includes a cooling unit, a heat pipe unit, and a heat radiating unit.
  • the cooling part is placed in contact with or close to the abnormal part in order to directly cool the part of the cerebrum that emits abnormal brain waves or generates heat, that is, the affected part.
  • Affected area of the brain When it is near the surface, a flat cooling plate may be installed on the surface of the brain so as to cover the affected area in the subdural space. If the affected area is deep in the brain, a striated cooling body may be inserted into the brain.
  • the cooling member used for these must have a high thermal conductivity and can be processed into a thin sheet or filament, and the force should not be harmful when placed in the human body.
  • a metal is generally used. Among them, gold, silver, platinum, nickel, titanium, stainless steel and the like are preferable, and gold, silver and titanium are particularly preferable.
  • a thickness of about 0.1 to Lmm is sufficient.
  • the cross-sectional area 0. 2 mm 2 to 20 mm 2 preferably about preferably set to 0. 8mm 2 ⁇ 7mm 2 degree.
  • the filament is not limited to a cylindrical shape.
  • cooling units are connected to one end (evaporating unit) of the heat pipe so as not to impair the thermal conductivity.
  • the connecting means generally includes soldering, soldering, screwing, pressure welding, fitting, etc., and soldering is generally preferred.
  • the heat pipe it is preferable to use a normal wick type, in particular, a flat plate type heat pipe. Furthermore, a self-excited vibration type heat pipe is preferable because of its large amount of heat transport.
  • One end of the heat pipe (evaporation part side) is connected to a cooling part placed in the skull, while the other end (condensation part side) penetrates the skull and is connected subcutaneously to the heat dissipation part.
  • the heat dissipating part may be the outer surface of the heat pipe on the condensing side, but it is preferably connected to a heat dissipating part member described later.
  • the connecting means to be used the same means as the cooling part should not be used.
  • the heat pipe is connected to a heat release portion that is placed under the head of the skull and penetrates the skull, dura, skull, etc.
  • a diameter of 3 to 3 is preferable. If it is about 5 mm or flat, it should be about 2 to 3 mm thick and about 3 to 5 mm wide.
  • liquids that operate between 20 and 40 ° C, such as chloropropyl chloride, black mouth form, carbon tetrachloride, hexa, methanol, etc. are used as the heat medium. It is done. In general, a thin wick such as an extra fine wire wick is used.
  • the length of the heat pipe is enough to transport the heat through the skull to the internal cooling area and to the external heat dissipation area.
  • the length is necessary, and it is usually about 50mm to 300mm, generally about 100mm to 200mm because of the relationship of penetrating the skull at the top of the head and providing a heat radiating part around the ear.
  • the middle part of the heat pipe is made of a material that can be bent or flexibly matched to the shape of the human head.
  • Heat pipes suitably used in the present invention are commercially available, for example, from Fujikura Co., Ltd.
  • the heat dissipating part may be provided with an effective heat dissipating area by enlarging the condensing part of the heat pipe, but a separate heat dissipating plate is transmitted to the condensing part as a heat dissipating part. It is also preferable to connect the heat to ensure sufficient heat dissipation area.
  • a material having a high thermal conductivity and a material such as a metal that does not adversely affect the human body is used as the heat radiating plate. That is, like the cooling part, gold, silver, platinum, stainless steel, titanium and the like are preferably used.
  • the cooling unit promotes heat radiation of the cooling unit by installing a cooling device at an opposing position via the scalp.
  • the cooling device is not particularly limited in its form and cooling method as long as it absorbs or dissipates the heat of the cooling unit located at the opposite position via the scalp.
  • a method of absorbing and removing the heat of the cooling part using the Peltier effect using a thermoelectric element a method of using a cooling plate that circulates a refrigerant such as water, a method of using a cooling plate with fins attached to increase the heat radiation area, or a fan
  • the cooling means such as an air cooling method in which air is blown by the air, and the means for radiating heat from the condensed part of the heat pipe are used without any limitation.
  • thermoelectric element for example, one commercially available as a miniature thermomodule from Ferrotec Corporation can be suitably used.
  • the scalp and the muscle layer are peeled off, and the skull is excised with a drill or the like in accordance with a site causing an abnormality in the electroencephalogram.
  • an incision is made in the cerebral dura under the skull, the cerebrum is exposed in the subdural space, a cooling part is placed on the surface of the cerebrum so as to cover the affected part, and a cerebral dura is placed on the cerebral dura.
  • the membrane is pierced and sutured, and the skull is similarly covered, fixed with metal, and then the scalp is sewn.
  • the condensing part of the intermediate part of the heat pipe is located outside the skull and under the scalp.
  • the installed cerebral cooling device can cool the affected cerebrum via the heat pipe by releasing heat from the heat radiating part through the scalp.
  • a cooling device at a position facing the heat dissipation part through the scalp, when abnormal brain waves such as epilepsy are generated, the thermoelectric element is energized, the fan is driven, or cold water is circulated.
  • the affected area can be cooled rapidly.
  • the abnormal brain waves are directed toward calmness.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an intracranial cerebral cooling device according to the present invention.
  • 1 is a cooling part, generally a metal plate or a filament. This part is the part embedded in the skull.
  • Reference numeral 2 denotes a heat pipe. The heat pipe that transports heat from a cooling plate embedded in the skull to the outside is composed of a heat nose that is appropriately bent to guide it from the position of the cooling plate to the outside of the skull.
  • Reference numeral 3 denotes a heat radiating portion, which is generally a metal flat plate (a shape that fits the skull) in order to secure a sufficient heat radiating area.
  • a cooling device such as a thermoelectric element as shown in 3-1 or a fan as shown in 3-2 is employed at a position facing the heat radiating portion.
  • a power supply device is naturally required, and a small battery or the like is not provided or not shown.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a cooling device opposed to the heat radiating section.
  • A is a thermoelectric element. 4 is cooled by the Peltier effect due to energization, while the 41 side is cooled, while the 42 side is raised in temperature. Therefore, a serpentine tube as shown in 43 is attached and the cooling water flows.
  • B is a mode in which the high temperature side 42 of the thermoelectric element 4 is cooled by the fan 44.
  • C is a mode in which fins 4-5 are attached to the high temperature side 4-2 of the thermoelectric element 4 via a heat sink.
  • D is a diagram showing a mode in which a heat is removed by using a serpentine tube as a heat radiating portion and circulating a liquid refrigerant (usually water).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram when the intracranial implantable cerebral cooling device of the present invention is installed in the cranium.
  • the cooling part 1 is embedded in the skull of the patient, and the heat pipe 2 Pass through the skull, pass between the skull and the scalp, and connect to the heat-dissipating part 3 at an appropriate location, such as after the ear.
  • a cooling part is provided in contact with the affected part of the cerebrum.
  • Rats Five male SD (Sprague-Dawley) rats weighing 480 to 550 g were used in the experiment. Rats were placed under anesthesia (70% 02, 30% N20, 4% halothane) and allowed to sleep well, then endotracheal intubation was performed and placed under artificial respiration control. Next, the rat was fixed to a rat head 3-point fixator manufactured by NARISIGE. Rats were placed on a warming mat and body temperature was controlled at 37 ° C. Blood pressure, arterial blood gas analysis, and rectal temperature were used to monitor the general condition of rats. Based on this result, respiratory conditions, halothane concentration, etc. were adjusted, and blood pressure was controlled to 80-: LOOmm Hg.
  • Immobilization was performed by intravenously administering a muscle relaxant (panchrome bromide). After injecting a suitable amount of local anesthetic (lid power in 1%) subcutaneously, incising the skin of the temporal region from the top of the head to 20 mm X 20 mm, sufficiently peeling the temporal muscle, and then using a dental drill, 10 mm x 9mm craniotomy was performed. The range of craniotomy is 2mm forward and 8mm backward from the Coronal suture. (Fig. 4) Care was taken not to damage the dura mater during craniotomy, and cold physiological saline was used to prevent thermal damage of the brain as appropriate.
  • a muscle relaxant panchrome bromide
  • Kainic acid (C10H15NO4) was used as an epilepsy-inducing substance. Kainic acid acts on nerve cells, resulting in strong nerve cell excitement. This was dissolved in 0. OlmolZl phosphate buffered saline PBS pH 7.2 and adjusted to 3 mg / ml. This solution: 1 was injected 2 mm deep from the brain surface with a microdialysis probe. As shown in Fig. 4, the kainic acid injection point is the part to be cooled. The injection was performed using a micro syringe pump over 10 minutes.
  • the probe was not removed but left in place.
  • concentration of kainic acid as a result of various changes in concentration, it was confirmed that this concentration was the most stable.
  • the abnormal excitability S was the minimum concentration.
  • Other devices were placed outside the rat
  • a digital electroencephalograph manufactured by Unique Medical Co., Ltd. was used as the electroencephalograph, and a needle-type electroencephalogram electrode was used.
  • the electroencephalogram electrode was placed 2 mm deep from the brain surface, and the reference electrode was placed subcutaneously in the scalp.
  • the electroencephalogram was measured continuously from 30 minutes before kainic acid injection. Abnormal waveforms after kainic acid injection are mainly low-amplitude, and high-amplitude abnormal waves appear occasionally. It was confirmed in advance that this will occur continuously. Therefore, the time when a similar waveform appeared was defined as the start of abnormal excitement, and the cooling experiment was started 20 minutes after the appearance.
  • the brain waves were measured using a low-pass filter with a cut-off frequency of 60 Hz.
  • the experimental equipment consists of a cooling device (thermoelement, heat pipe), thermocouple temperature sensor, pump, thermostat, stabilized power supply, and data recording personal computer.
  • a cooling device thermoelement, heat pipe
  • thermocouple temperature sensor thermocouple temperature sensor
  • pump thermocouple temperature sensor
  • thermostat thermostat
  • stabilized power supply and data recording personal computer.
  • thermoelectric element was cooled by applying 1.OA to the thermoelectric element, and the temperature change of the brain surface (Fig. 6)) and the electroencephalogram (Fig. 7) were measured.
  • the brain surface can be cooled to about 10 ° C and has sufficient cooling ability to suppress epilepsy discharge.
  • Fig. 8 shows an enlarged time axis of the pre-cooling electroencephalogram (5 to 10 seconds) and the cooling electroencephalogram (350 to 355). After cooling, epileptic abnormal discharge is suppressed. Therefore, the epilepsy abnormal discharge can be suppressed with this device.
  • the cerebral cooling device of the present invention is used for treatment for reducing symptoms caused by functional brain diseases such as involuntary movement diseases such as Parkinson's disease and refractory central pain in addition to suppressing seizures. Used.

Abstract

　本発明は、てんかん等の大脳神経細胞の異常興奮による部分的な脳波異常（発熱）を沈静化するための装置であって、コンパクトな装置を頭蓋内に埋め込み、脳を局部的に冷却するものである。 　頭蓋内に挿入するための金属板又は線状の冷却部、ヒートパイプ及び放熱部よりなり、該ヒートパイプの一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱可能に接続された頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。

Description

明 細 書
頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置
技術分野
[0001] 本発明は、脳の極部的な脳波異常、異常発熱を鎮静ィヒするための大脳冷却装置 に関する。
背景技術
[0002] 中枢神経系疾患として、てんかんがある。これは、何らかの原因で大脳神経細胞が 異常興奮 (異常放電)を起こし、通常の機能が遮断され、意識の低下、全身性のけい れん、筋緊張の低下、異常感覚など多彩な発作症状をもたらす慢性脳疾患である。 大半のてんかん患者は抗てんかん薬により発作の抑制が可能である。しかし、抗てん 力ん薬で発作抑制の困難な難治性てんかん患者も存在する。こうした患者に対し、 治療手段の 1つとして異常興奮を起こす部位を切除する外科治療が行われている。 しかし、脳の一部を切除すると、何らかの障害を伴うことが多ぐ更に、病変部が言語 領野ゃ運動領野と ヽつた脳の重要な働きをして ヽる部分に存在する場合、切除によ る治療は困難であるから、切除範囲に制限があり全ての症例が適応とはならない。近 年てんかん患者にぉ 、て、大脳神経細胞が異常興奮を起こす部位を約 20〜25°C 以下に冷却するとその異常な興奮が抑えられることが報告されて 、る。この現象を利 用し、脳を冷却することで発作の抑制を行うことができれば、脳を切除するという侵襲 的な治療に代わり、より侵襲の低い治療を提供できる。外科治療が適応できない難 治性てんかん患者に対し、脳冷却を行うことによって、 QOLの向上が期待される。そ こで、本発明者らは、熱電素子により直接脳表面を冷却する装置の開発を行い、装 置の有効性を検討し、特許出願を行っている (特許文献 1)。
[0003] しかし、熱電素子は大きな電力を必要とし、その電力を供給する電源を生体内に埋 め込むことは容易ではない。そこで、体外より冷却が行える装置が望ましい。また、異 常興奮を起こす部位は患者によって異なるため、さまざまな部位に対応できる冷却装 置が必要である。
特許文献 1：特開 2004— 129964号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本発明は、てんかん等の異常脳波を生じる脳機能的疾患における病変部を冷却す ることにより、この異常脳波を抑制するための頭蓋内埋め込み型の大脳冷却装置で あって、熱電素子を生体内に埋め込む場合に比べて、体内で電気を必要とする部品 を必要とせず、しかも一段とコンパクトで、患者の行動を束縛することの少ない装置を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明は、上記目的を達成するため、次の態様よりなる。すなわち、
(1)本発明の第 1の態様は、頭蓋内に挿着するための冷却部、ヒートパイプ及び放 熱部よりなり、該ヒートパイプの一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱 可能に接続された頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
[0006] (2)本発明の第 2の態様は、ヒートパイプがウィック型又は自励振動型であることを 特徴とする前記第 1の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
[0007] (3)本発明における第 3の態様は、冷却部が金属板又は金属線条であることを特 徴とする前記第 1の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
[0008] (4)本発明の第 4の態様は、冷却部が、金、銀、白金、ニッケル、ステンレススチー ル、チタン及びそれらの少なくとも 1種を含む合金力 選ばれる部材よりなることを特 徴とする前記第 3の態様の項に記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
[0009] (5)更に、本発明における第 5の態様は、放熱部において、熱電素子による冷却、 温度の低い液体による冷却、自然空冷及びファンによる強制空冷よりなる冷却手段 のうち、いずれかの手段を用いて冷却されることを特徴とする前記第 1の態様の項に 記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置である。
発明の効果
[0010] 本発明は、てんかん等、大脳神経細胞の異常興奮による部分的な脳波異常、発熱 を抑制し、鎮静化させる手段として、該異常部（以下、患部という）を冷却するための 装置として、ヒートパイプを用いることにより生体内に存在させる部分に電気による駆 動部分を必要とせず、しかもコンパクトで患者の行動を実質的に束縛しない装置であ る。本発明においては、冷却部の形状を適宜選定することにより、大脳表面から深奥 部に至る種々の部位に適用することが可能となる。そのため、てんかん以外、例えば パーキンソン病などの不随意運動疾患、難治性中枢性疼痛など、機能的脳疾患であ つて、電気刺激による神経機能抑制効果により症状を軽減させる治療法を要する患 者に対しても、本装置は治療効果を期待することができるのである。し力も、本装置は 電気刺激治療の様に、神経を直接的に刺激しないため、より安全な治療法となり得る と思われる。その他、重症脳損傷に対し、全身の低体温療法が行われているが、合 併症の多さが問題となっている。本発明の大脳冷却装置による局所脳冷却は合併症 を最小限にし、脳保護可能となる。このように本装置は様々な疾患、外傷に応用でき るのである。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置の概念図である。
[図 2]図 2は、放熱部を構成する装置の例を示す概念図である。
[図 3]図 3は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置を頭蓋内に設置したときの 概念図である。
[図 4]図 4は、ラットを開頭し、冷却装置、脳波電極の設置場所及びカイニン酸注入場 所の関係を示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の実施例における装置の概念図である。
[図 6]図 6は、本発明を作動させたときの脳の冷却状況と時間の関係を示す図である
[図 7]図 7は、実験時の脳波の変化と、時間との関係を示す図である。
[図 8]図 8は、冷却前，後の脳波の状態を表す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置は、冷却部、ヒートパイプ部及び放熱部 よりなる。
[0013] 冷却部は、現に異常脳波を出し、或いは発熱している大脳の部位、すなわち患部 を直接冷却するため、該異常部位に接して、又は近接して設置される。患部が脳の 表面近傍にあるときは、脳硬膜下腔に患部を覆うように脳表面に平板状の冷却板を 設置すればよい。また患部が脳の深奥部にある場合には、線条の冷却体を脳中に 差し込めばよい。
[0014] これらに用いられる冷却部材は、熱伝導率が大きぐ且つ薄いシート状又は線条に 加工可能で、し力も人体内に置いた場合有害とならないものでなければならない。か 力る目的に適する部材としては、一般に金属が用いられるが、中でも、金、銀、白金、 ニッケル、チタン、ステンレススチール等が好適であり、特に金、銀、チタンが好ましい 。一般に板状の場合には 0. 1〜： Lmm程度の厚さで十分である。また線条とする場合 には、熱の移動量を考慮し、断面積 0. 2mm2〜20mm2程度、好ましくは、 0. 8mm2 〜7mm2程とするのがよい。勿論、線条は円柱状には限定されない。例えば、幅 10 mm、厚さ 0. 5mmの如き短冊形の場合もあり得る。
[0015] これらの冷却部は、ヒートパイプの一端 (蒸発部）に熱伝導性を損ねないように接続 されている。接続手段は、一般に半田ゃ銀蝌等にょる蝌付、ネジ止め、圧接、嵌合な どがあり、一般に蠟付が好ましい。
[0016] ヒートパイプは、通常のウィック型、特に平板型ヒートパイプを用いるのが好ましぐ 更には自励振動型のヒートパイプが、熱輸送量が大きく好ましい。
[0017] ヒートパイプの一端 (蒸発部側）は頭蓋内に置く冷却部に接続するが、他端 (凝縮 部側）は頭蓋骨を貫通させ、頭皮下で放熱部に接続する。放熱部は場合によっては ヒートパイプの凝縮側外表面自体でもよ ヽが、後述する放熱部部材に接続させるの が好ましい。力かる接続手段は、冷却部側と同様に熱伝導性を損なわない手段を採 用すべきである。
[0018] ヒートパイプは頭蓋内及び頭蓋硬膜、頭蓋骨等を貫通して頭皮下に設置される放 熱部に接続するものであるため、可及的に小径のものが好ましぐ直径 3〜5mm程 度又は平板状のものにあっては、厚さ 2〜3mm、幅 3〜5mm程度のものが用いられ る。また体内の熱を対象とするものであり、 20〜40°Cの間で作動する液体、例えば、 塩ィ匕プロピル、クロ口ホルム、四塩化炭素、へキサ、メタノールなどが熱媒体として用 いられる。またウィックは一般に極細線ウィックなど細いものが用いられる。ヒートパイ プの長さは、頭蓋骨を通して内部の冷却部力 外部の放熱部に熱を輸送するにたる 長さが必要であり、通常頭頂部で頭骨を貫通し、耳のあたりに放熱部を設ける関係か ら、 50mm〜300mm、一般に 100mm〜 200mm程度である。またヒートパイプの中 間部分は、人間の頭の形状に合わせて屈曲させてある力、又はフレキンビリティのあ る材料で構成される。
[0019] 本発明に好適に使用されるヒートパイプは、例えば株式会社フジクラなどカゝら市販 されている。
[0020] 次に放熱部は、場合によっては、ヒートパイプの凝縮部を拡大して、有効な放熱面 積を持たせることも可能であるが、該凝縮部に放熱部として別途放熱板を伝熱可能 に接続して放熱面積を十分に確保する態様も好まし ヽ。この場合の放熱板としては 熱伝導度の大き 、物質例えば金属であって、人体に悪影響をあたえな 、ものが用い られる。すなわち、冷却部と同様、金、銀、白金、ステンレススチール、チタンなどが好 適に用いられる。
[0021] 更に該冷却部は、頭皮を介して、対向する位置に冷却装置を設置して、冷却部の 放熱を助長することが好まし 、。
[0022] 冷却装置としては、頭皮を介して対向する位置にある冷却部の熱を吸収又は発散 させるものであれば、その形態や冷却方式は特に限定されない。例えば、熱電素子 を用いペルチェ効果を利用し、冷却部の熱を吸収除去する方法、水等の冷媒を循環 する冷却板による方法、フィンを取り付け放熱面積を大きくした冷却板を用いる方法 、或いはファンにより風を吹き付ける空冷方法など冷却部、延いてはヒートパイプの凝 縮部から放熱する手段が何ら制限されることなく用いられる。患者の行動を制約しな いためには熱電素子を用いるとか、頭皮を介する自然放熱による空冷手段を用いる のが好ましい。
[0023] 熱電素子としては、例えば株式会社フェローテック社からミニチュアサーモモジユー ルとして市販されているものなどが好適に採用し得る。
[0024] 本発明の大脳冷却装置を頭蓋内に設置する方法は、先ず頭皮及び筋層を剥離し 、頭蓋骨を脳波の異常を来たす部位に合わせてドリル等で切除して開頭する。次に 頭蓋骨の下の脳硬膜を切開し、脳硬膜下腔に大脳を露出させ、患部を覆うように大 脳表面に冷却部を設置し、その上に脳硬膜を被せ、ヒートパイプの中間部分で脳硬 膜を貫通させて縫合し、更に頭蓋骨を同様に覆い、金属等で固定した後、頭皮を縫 合する。力べして、ヒートパイプの中間部分力も凝縮部は頭蓋骨外で頭皮下に位置さ せる。
[0025] このようにして、設置した大脳冷却装置は、放熱部から頭皮を通して熱を放出する ことにより、ヒートパイプを介して大脳患部を冷却することができる。特に放熱部に頭 皮を介して対向する位置に冷却装置を設けることにより、てんかん等の異常脳波を発 したとき、熱電素子に通電したり、ファンを駆動したり、或いは冷水を循環するなどし て、患部を急速に冷却することができる。力べして、患部を 20〜30°C程度に冷却する ことにより異常脳波が沈静ィ匕に向力うのである。
[0026] 以下、図面を用いて説明する。
[0027] 図 1は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置の概念図である。図中 1は冷却 部であり、一般に金属板又は線条である。この部分は頭蓋内に埋め込まれる部分で ある。 2はヒートパイプであり、頭蓋内に埋め込まれた冷却板からの熱を外部に輸送 するヒートパイプは、冷却板の位置から、頭蓋骨外に導くため適宜屈曲させたヒート ノイブよりなる。 3は放熱部であり、放熱面積を十分に確保するため、一般に金属の 平板である (頭蓋骨に添う形状)。好ましくは、放熱部に対向する位置に 3— 1に示す 如き熱電素子や 3— 2に示すファン等の冷却装置が採用される。これらの電気駆動 装置を用いる場合には、当然電源装置が必要となり、小型のバッテリー等を併設する か図示しない。
[0028] 図 2は放熱部に対抗させる冷却装置の例を示す概念図である。 Aは熱電素子。 4は 通電によりペルチェ効果で 4 1側は冷却されるが、 4 2側は反対に温度が上昇す る。そこで 4 3の如き蛇管を付設し、冷却水を流す態様である。 Bは熱電素子 4の高 温側 4 2をファン 4 4で冷却する態様である。 Cは、同様に熱電素子 4の高温側 4 —2にヒートシンクを介してフィン 4— 5を付設する態様である。更に Dは放熱部として 蛇管を用い液体冷媒 (通常水)を流通させ熱を除去する態様を示す図である。
[0029] 図 3は、本発明の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置を頭蓋内に設置したときの概念 図である。
[0030] 患者の頭蓋内に冷却部 1を埋め込み、ヒートパイプ 2は、 5の位置で、硬膜、及び頭 蓋骨を貫通して頭蓋骨と頭皮との間を通り、耳の後など適当な部位で放熱部 3に接 続する。頭蓋内では B— 1 (冷却板の場合）、 B— 2 (線条の場合）に示すように冷却部 が大脳の患部に接して設けられている。
[0031] 力べして、異常脳波が生じた場合等は、極めて効率よく極部を冷却することができる のである。
[0032] 以下に実施例を示す。
実施例 1
[0033] 本冷却手法の有効性を検討するために動物実験を行った。
[0034] 実験には体重 480〜550gの SD (Sprague- Dawley)ラットの雄 5匹を用いた。ラッ トを麻酔下（70% 02, 30% N20, 4% halothane)に置き、十分に眠らせた後 、気管内挿管を行い、人工呼吸管理下に置いた。次にラットを NARISIGE社製ラット 頭部 3点固定器に固定した。保温マット上にラットを置き、体温を 37°Cにコントロール した。ラットの全身状態のモニターとして、血圧、動脈血液ガス分析、直腸温を用いた 。この結果により、呼吸条件、 halothaneの濃度などを調節し、血圧を 80〜： LOOmm Hgにコントロールした。筋弛緩薬 (臭化パンクロ-ゥム)を lml静脈内投与し、非動化 を行った。局所麻酔薬 (リド力イン 1%)を皮下に適量注射後、頭頂から側頭部の皮膚 を 20mm X 20mm切開し、側頭筋を十分に剥離した後、歯科用ドリルを用いて 10m m X 9mmの開頭を行った。開頭範囲は Coronal sutureから前 2mm、後 8mmであ る。（図 4)開頭操作中は硬膜を損傷しないよう十分注意し、また適宜、冷たい生理食 塩水を用いて脳の熱損傷を防いだ。ラットの頭蓋骨は非常に薄ぐヒートパイプの埋 め込みは困難であるので硬膜上にヒートパイプ及び、熱電対温度センサを設置した。 てんかん誘発物質としてカイニン酸 (C10H15NO4)を用いた。カイ-ン酸は神経細 胞に作用し、強力な神経細胞興奮をもたらす。これを 0. OlmolZlリン酸緩衝食塩水 PBS pH7. 2に溶解し、 3mg/mlに調整した。この溶液: 1をマイクロダイアリシス プローブにて脳表より 2mm深部に注入した。図 4に示すようにカイニン酸注入点は、 冷却される部分である。注入にはマイクロシリンジポンプを用い、 10分かけて行った。 注入液の流出を防ぐため、プローブは除去せず、留置したままとした。カイニン酸の 濃度に関しては、あら力じめ色々と濃度を変えて確かめた結果、この濃度が最も安定 して異常興奮力 Sもたらされる最小濃度であった。その他の装置はラット外に設置した
[0035] 脳波計はユニークメディカル社製デジタル脳波計を用い、脳波電極は針型のもの を用いた。脳波電極は脳表より 2mm深部に、基準電極は頭皮下に留置した。脳波 計測はカイニン酸注入 30分前より持続的に行った。カイニン酸注入後の異常波形は 低振幅が主体であり、時折高振幅の異常波が出現するタイプである。これが持続的 に出現することを事前に確認した。したがって、同様の波形が出現した時点を異常興 奮の開始と定義し、出現 20分後より冷却実験を開始した。尚、脳波測定はカットオフ 周波数 60Hzのローパスフィルタをかけた。
[0036] 実験装置の概略図を図 5に示す。実験装置は冷却装置 (熱電素子、ヒートパイプ)、 熱電対温度センサ、ポンプ、恒温槽、安定化電源、データ収録用パソコンより構成さ れる。
[0037] 熱電素子に電流 1. OAを与え冷却を行い、脳表の温度変化（図 6) )と脳波（図 7)を 計測した。
[0038] 図中 60秒より冷却を開始し、 5分間冷却を行った。 240秒以降、脳波の振幅が減少 していることが分かる。
[0039] また、脳表面は 10°C程度まで冷却出来ており、てんかん放電抑制を行う冷却能力 を十分有して ヽることが分かる。
[0040] また、冷却前脳波（5〜10秒）と冷却中脳波（350〜355)の時間軸を拡大したもの を図 8に示す。冷却後にはてんかん性の異常放電が抑制されている。よって本装置 にて、てんかん異常放電の抑制が可能である。
産業上の利用可能性
[0041] 本発明の大脳冷却装置は、てんかんの発作を抑制するため以外にパーキンソン病 などの不随意運動疾患、難治性中枢性疼痛などの機能的脳疾患による症状を軽減 させるための治療などに用いられる。

Claims

請求の範囲
[1] 頭蓋内に挿着するための冷却部、ヒートパイプ及び放熱部よりなり、該ヒートパイプ の一端は冷却部に、また他端は放熱部にそれぞれ伝熱可能に接続された頭蓋内埋 め込み型大脳冷却装置。
[2] ヒートパイプがウィック型又は自励振動型であることを特徴とする請求項 1記載の頭 蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
[3] 冷却部が金属板又は金属線条であることを特徴とする請求項 1記載の頭蓋内埋め 込み型大脳冷却装置。
[4] 冷却部が、金、銀、白金、ニッケル、ステンレススチール、チタン及びそれらの少なく とも 1種を含む合金力 選ばれる部材よりなることを特徴とする請求項 1記載の頭蓋内 埋め込み型大脳冷却装置。
[5] 放熱部において、熱電素子による冷却、温度の低い液体による冷却、自然空冷及 びファンによる強制空冷よりなる冷却手段のうち、いずれかの手段を用いて冷却され ることを特徴とする請求項 1記載の頭蓋内埋め込み型大脳冷却装置。
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