特許 7611929 近赤外線放射線及び局所熱伝達を使用した中核体温の体温調節のための方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-26

(45)【発行日】2025-01-10

(54)【発明の名称】近赤外線放射線及び局所熱伝達を使用した中核体温の体温調節のための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   A61F 7/00 20060101AFI20241227BHJP

   A61N 5/06 20060101ALI20241227BHJP

【ＦＩ】

A61F7/00 310F

A61N5/06 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022553051

(86)(22)【出願日】2021-02-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-20

(86)【国際出願番号】 US2021019187

(87)【国際公開番号】W WO2021178160

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2024-02-01

(31)【優先権主張番号】16/807,579

(32)【優先日】2020-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】522349993

【氏名又は名称】ジェーガー， エリック， マシュー

【氏名又は名称原語表記】ＪＡＥＧＥＲ， Ｅｒｉｃ， Ｍａｔｔｈｅｗ

【住所又は居所原語表記】１４０８ Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ， Ｓｏｕｔｈｌａｋｅ， ＴＸ ７６０９２， ＵＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100167689

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 征二

(72)【発明者】

【氏名】ジェーガー， エリック， マシュー

【審査官】小野田 達志

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３６７８３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００５／０７７４５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５０５０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５０１６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９６５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８７５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１５１６３５６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２７１４１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１５２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９９２９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００６０６６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｆ ７／００

Ａ６１Ｎ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

哺乳動物の中核温度を変更するための装置であって、
５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する第１の単色赤外線放射を放出することができる第１の赤外線エネルギー源と、
熱伝達のための第１の半透明の流体ブラダと、
前記第１の半透明の流体ブラダと接触する第１の表面と、中核温度を有する哺乳動物の動静脈吻合血管を含む第１の開放皮膚領域と接触するように構成された第２の表面とを有する第１の半透明基材と、
前記第１の半透明の流体ブラダを通って第１の流体を循環させることができる第１の流体灌流ユニットであって、前記第１の流体は、前記哺乳動物の前記中核温度よりも高い温度又は低い温度に設定される、第１の流体灌流ユニットと、を備え、
前記第１の赤外線エネルギー源からの前記第１の単色赤外線放射は、前記第１の半透明の流体ブラダ及び前記第１の半透明基材を通って導かれることができる、装置。

【請求項2】

前記第１の半透明基材は、前記流体ブラダと一体である、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する第２の単色赤外線放射を放出することができる第２の赤外線エネルギー源と、
熱伝達のための第２の半透明の流体ブラダと、
前記第２の半透明熱流体ブラダと接触する第３の表面と、前記中核温度を有する前記哺乳動物の動静脈吻合血管を含む第２の開放皮膚領域と接触するように構成された第４の表面とを有する第２の半透明基材と、
前記第２の半透明の流体ブラダを通って第２の流体を循環させることができる第２の流体灌流ユニットであって、前記第２の流体は、前記哺乳動物の前記中核温度よりも高い温度又は低い温度に設定される、第２の流体灌流ユニットと、を更に備え、
前記第２の赤外線エネルギー源からの前記第２の単色赤外線放射は、前記第２の半透明の流体ブラダ及び前記第２の半透明基材を通って導かれることができる、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記第１の単色赤外線放射及び前記第２の単色赤外線放射は、複数の発光ダイオードによって供給される、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記第１の単色赤外線放射及び前記第２の単色赤外線放射は各々、６７０ｎｍの中心波長を有する、請求項３に記載の装置。

【請求項6】

前記第１の単色赤外線放射及び前記第２の単色赤外線放射は、レーザによって供給される、請求項３に記載の装置。

【請求項7】

前記第１の半透明基材は剛性であり、非可撓性である、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記第１の半透明基材は可撓性であり、前記哺乳動物の前記第１の開放皮膚領域に適合するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

熱エネルギーの付加又は除去を通じて哺乳動物（ただし、ヒトを除く。）の中核体温を調節するための方法であって、前記方法は、
前記哺乳動物の前記中核体温を監視することと、
前記哺乳動物の動静脈吻合血管を含む開放皮膚領域を第１の半透明基材の第１の表面と接触させることと、
５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する単色赤外線放射エネルギーを放出する第１の赤外線エネルギー源を、前記第１の半透明基材の第２の表面と接触している第１の半透明熱伝達流体ブラダを通して、前記哺乳動物の前記開放皮膚領域内に導くことと、
前記哺乳動物の前記中核温度を上昇又は低下させるために、前記哺乳動物の前記監視された中核体温よりも高い又は低い温度に設定された第１の流体を第１の流体灌流ユニットを通して循環させることと、
を含む、方法。

【請求項10】

前記開放皮膚領域は、動静脈吻合血管が皮膚の表面の下にある部位に位置する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

熱エネルギーの付加又は除去を通じて哺乳動物（ただし、ヒトを除く。）の中核体温を調節するための方法であって、前記方法は、
前記哺乳動物の中核体温を監視することと、
前記哺乳動物の動静脈吻合血管を含む開放皮膚領域を第１の半透明基材の第１の表面と接触させることと、
５５０ｎｍ～９５０ｎｍの中心波長を有する単色赤外線放射エネルギーを放出する第１の赤外線エネルギー源を、前記第１の半透明基材の第２の表面を通して、前記哺乳動物の前記開放皮膚領域に導くことと、
前記哺乳動物の前記中核温度を上昇又は低下させるために、前記第１の半透明基材の第２の表面と接触して配置されたヒートポンプの温度を、前記哺乳動物の前記監視された中核体温より上又は下の温度に設定することと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、生体の体温調節のための方法及び装置に関し、より具体的には、熱伝達機構との直接皮膚接触に関する。本発明の方法及び装置は、ヒト及び動物の両方に適用され得る。

【背景技術】

【0002】

人体は、その中核体温、すなわち心臓、肺、肝臓及び腎臓などの重要な器官の温度を調節するための複雑な機構を有する。このプロセスは体温調節として知られている。体温調節は、ヒト及び他の哺乳動物の健康及び生存にとって不可欠である。一般的に知られているヒト体温調節機構には、低体温中の震え及び高体温中の発汗が含まれる。

【0003】

正常な中核体温を上回る状態として定義される高体温は、多くの異なる治療法によって治療されてきた。冷却ベスト、冷却ブランケット、冷水バス、アイスパック及びミストシステムは、皮膚表面での典型的な導電性熱伝達によって身体を冷却することを意図した多くの装置のうちのいくつかである。これらの装置は、冷たい実体との皮膚接触に対する典型的なヒトの体温調節反応を無効にしたり操作したりしようとするものではない。それらのいくつかは、望ましい効果と反対を引き起こす可能性があり、冷たい表面との皮膚接触は、局所的に皮膚血流を減少させ、熱交換速度を低下させ、冷却機構を悪化させる可能性がある。他のモダリティは、皮膚温度を効果的に低下させるが、かさばり、携帯不可能であり、高いエネルギー入力を必要とし、身体の中核温度を冷却するためにかなりの時間を必要とする。全身冷水浸漬のみが、身体の中核温度を急速に冷却することが示されている。

【0004】

低体温は、標準以下の中核体温として定義され、加熱ブランケット、加熱衣類及び熱交換ブランケットなどの同様の皮膚伝導熱伝達を利用する装置を用いて治療されてきた。これらの装置は、かさばり、重く、高いエネルギー入力を必要とする可能性がある。低体温に対する典型的な生理学的反応は、皮膚血流の減少であり、身体の中核への熱伝達率を低下させる。

【0005】

ヒトの熱恒常性は、３５．０℃～３７．５℃の範囲の中核体温として定義することができる。この範囲の中核温度は、正常温度であると呼ばれる。

【0006】

例えば、熱恒常性を維持するために、中核体温を改変するように設計された侵襲的治療は、生理食塩水などの冷たい又は温かい流体の静脈内注射、外部血液熱交換器、及び静脈内薬理学的体温調節阻害剤の注射を含み得る。Ｄａｅらの米国特許第６，５７２，６３８（Ｂ）号を参照されたい。これらの治療は、一般に、中核体温の急速な冷却又は加温に有効であり、人の中核体温をその正常体温域に戻すために首尾よく使用されている。それらはまた、冠動脈バイパス、脳動脈瘤修復、脳損傷外傷及び心停止後などの外科的処置中に神経保護のための低体温を誘導するために利用することができる。しかしながら、侵襲的治療は、高度な機器及び専門知識を必要とし、病院の場所を必要とし、高い費用をもたらし、患者を感染及び出血などの深刻な医学的リスクにさらす。

【0007】

ヒトの主な非侵襲的体温調節機構は、皮膚への血流の増加又は減少であり、これは脈管構造と外部環境との間の熱交換を直接調節する。皮膚血流は、中核体温が正常体温の範囲内にあるとき、約２５０ｍｌ／分である。皮膚血流は、極端な高体温中に８，０００ｍｌ／分に増加する可能性があり、低体温又は寒冷環境若しくは低温表面への曝露中に２５ｍｌ／分に減少する可能性がある。

【0008】

同時の加熱又は冷却と組み合わせて、手又は足への負圧を利用して局所的な血管拡張を誘導する方法及び装置が記載され、特許を受けている。Ｄｅｎｎｉｓ Ａ Ｇｒａｈｎの米国特許第５，６８３，４３８号、Ｇｒａｈｎらの米国特許第８，１７７，８２６号、Ｇｒａｈｎらの米国特許第６，６５６，２０８号、Ｈａｍｉｌｔｏｎらの米国特許第８，０６６，７５２号を参照されたい。公開された結果は、これらが中核体温を冷却又は加温するのに有効であり、おそらく身体の体温調節機構を無効にして、毛細血管を迂回して細動脈から細静脈へ直接高流量を可能にする低抵抗血管である動静脈吻合（「ＡＶＡ」）を開くことが示されている。しかしながら、これらの装置は、四肢上で真空を引き込み、包囲体内の熱交換装置との密接な接触を維持しながら、人の四肢の周りに気密シールを形成しなければならない面倒でかさばる包囲体を必要とする。これらのシステムは本質的にかさばり、熱交換システムに加えて高価な真空ポンプシステム及びシールシステムを必要とし、動けない又は意識のない個人に対しては十分に機能せず、携帯性は制限されることがある。

【0009】

熱交換は任意の皮膚表面で実施され得るが、無毛の皮膚領域は、熱交換が大幅に最大化される身体の特定の領域である。ヒトでは、これらの領域には、手の手のひら及び足の裏が含まれるが、これらに限定されない。ＡＶＡは、無毛の皮膚部位の真下に位置する。ＡＶＡは、身体の体温調節機構に応じて開閉することができ、皮膚血流の実質的な変化を引き起こす。環境との熱交換が中核体温に最も大きな影響を及ぼすのはこれらの領域である。

【0010】

当業者であれば、これらの無毛の皮膚部位での熱エネルギーの付加又は除去によって中核体温を操作及び制御できることを認識するであろう。しかしながら、これらの努力中の哺乳動物の生来の体温調節応答は、多くの場合、ＡＶＡの閉鎖をもたらし、熱交換の実施を低減又は阻止する。例えば、高体温を経験している人の典型的な治療法は、冷たい物体を皮膚の表面に適用することである。しかしながら、皮膚に対して配置された冷たい物体に対する生来の体温調節応答は、局所的な血管収縮、局所的な血管の狭窄及び／又は閉塞をもたらし、局所的な皮膚血流を著しく減少させる。これは、循環系から熱を除去する能力を大幅に低下させ、ひいては、中核体温を低下させる能力を低下させる。

【0011】

更に、特定の疾患状態及び薬理学的副作用は、適切な体温調節制御の喪失をもたらす。したがって、局所的な体温調節機構を操作及び／又は無効にして、ＡＶＡを強制的に開いたままにする方法及び装置を開発する必要がある。強制的に開くと、これらの操作された皮膚位置のＡＶＡで高速の熱交換が起こり、中核体温を急速に加熱、冷却、又は維持することができる。

【発明の概要】

【0012】

開示される本発明は、個人の中核体温を制御及び改変するための非侵襲的方法及び装置を提示する。

【0013】

本発明は、皮膚表面を介して、循環脈管構造に熱を伝達するか、又は循環脈管構造から熱を除去することを提供する。本発明はまた、皮膚を横断する熱伝達の減少をもたらす外部熱要素に対する生来のヒト及び哺乳動物の体温調節応答を無効にすることを提供する。

【0014】

開示される本発明は、例示的な実施形態では循環流体又は熱電ヒートポンプ（ペルチェ素子）などの熱伝達機構との直接皮膚接触を介して循環脈管構造に熱エネルギーを伝達するか、又は循環脈管構造から熱を除去することを提供する。熱は、皮膚接触位置の真下の血管系に伝達されるか、又は血管系から除去される。実施形態では、ヒートポンプの表面は１℃～５０℃の範囲内であり、循環流体は同様に１℃～５０℃の範囲であり得る。次いで、ヒトの循環系は、熱エネルギーの増加又は減少を身体の中核器官に運ぶ。皮膚接触の位置は、赤色及び近赤外周波数で動作する放射線発光装置を使用して、５５０ｎｍ～９５０ｎｍの範囲内の電磁放射線に浸される。

【0015】

従来、赤外線電磁放射線装置は、植物の成長を向上させ、創傷治癒の改善、疼痛の軽減、慢性及び急性の損傷の回復の分野でヒトを治療するために開発され、商品化されてきた。これらの装置は、レーザ及び発光ダイオードエネルギー源を利用して、多色及び単色装置として開発されてきた。陽極システム（Anodyne Systems）及び量子装置（Quantum Devices）によって供給される装置などの、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイエネルギー源を利用する単色赤外線エネルギー（ＭＩＲＥ）装置で商業的成功が見出されている。

【0016】

本発明によれば、複雑な光生化学応答により、この電磁放射線に皮膚を曝露すると、皮膚接触領域の下の領域で持続的な血管拡張及び血流の増加が生じ、皮膚接触部位の温度に対する身体の体温調節応答が、熱、寒さ又は湿度などの外部環境要因にかかわらず無効になることが発見された。本明細書に記載の生理学的試験は、動静脈吻合（ＡＶＡ）脈管構造の真上に位置する手のひらを５５０ｎｍ～９５０ｎｍの範囲内の単色電磁放射線に曝露すると、それ自体が血管収縮を引き起こす、手を取り囲む氷及び手のひらの皮膚上を循環する冷水の存在にもかかわらず、ＡＶＡ脈管構造に血管拡張及び血流の増加をもたらすことを示した。試験はまた、印加された単色電磁放射線の存在下で身体から熱が除去され、単色電磁放射線が印加されていない場合には熱が除去されないことを実証した。以下は、電磁放射線への曝露によって開始され、血流の局所的増加をもたらす光生化学応答機構の説明である。

【0017】

１．実質的に局所的な脈管構造を有する皮膚組織は、近赤外から赤外スペクトルで、好ましくは５５０ｎｍ～９５０ｎｍの波長範囲内でＭＩＲＥから放射される電磁放射線に曝露される。実施形態において、ピーク波長は、好ましくは６７０ｎｍ～８９０ｎｍの範囲内で選択される。放射線は、レーザ又はＬＥＤを介して送達することができる。典型的な方法は、ＬＥＤアレイを介して放射されるＭＩＲＥを含む。
２．皮膚、組織及び水は、上記範囲のＭＩＲＥの吸収が最小限である。したがって、ＭＩＲＥは、皮膚を横断して体内に容易に浸透する。皮膚の下の血管内の赤血球内に位置するヘモグロビンタンパク質は、体内に浸透したＭＩＲＥを最大限に吸収する。
３．ヘモグロビンタンパク質は、かなりの量の一酸化窒素を貯蔵することが知られている。
４．ＭＩＲＥに曝露されると、ヘモグロビンタンパク質は一酸化窒素を血流に放出する。
５．一酸化窒素は、周囲の脈管構造の平滑筋細胞に拡散し、そこで酵素グアニリルシクラーゼに結合してそれを活性化する。
６．グアニリルシクラーゼは、周囲の脈管構造の平滑筋細胞内でＧＴＰ（グアノシン三リン酸）のｃＧＭＰ（環状グアノシン一リン酸）への変換を触媒する。
７．ｃＧＭＰは、複数の機構を介して、特に平滑筋細胞内に位置する収縮タンパク質の弛緩を介して平滑筋弛緩を誘導する。
８．脈管構造内の平滑筋弛緩は、局所血管の血管拡張をもたらす。
９．局所血管の血管拡張は、この場合には皮膚の表面付近で局所血流の増加を直接引き起こす。

【0018】

一酸化窒素は強力な血管拡張剤であることが実証されており、血流の有意な増加を引き起こすのに必要な量はわずかである。皮膚血流のレベルの上昇が、皮膚表面を横断する高い熱伝達率を維持するために不可欠であることは、当業者に周知である。研究は、正常と比較して、皮膚血流速度のわずか８％の増加が、皮膚を横断する熱伝達速度の最大２倍をもたらし得ることを示している。

【0019】

無毛の皮膚の位置に方法が実施されるか又は装置が適用される実施形態では、熱エネルギー伝達の速度が有意に増加し、選択的赤外線放射が局所的な体温調節応答を無効にし、ＡＶＡ脈管構造を開いたままにし、その結果、中核体温の急速な加熱若しくは冷却、又は有害な環境要因若しくは極端な活動への曝露中の正常体温の維持がもたらされる。しかしながら、実施形態では、本発明は、任意の適切な開放皮膚領域で実施することができることが理解される。

【0020】

本発明の例示的な実施形態によれば、哺乳動物の中核温度を変更するための装置であって、５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する第１の単色赤外線放射を放出することができる第１の赤外線エネルギー源と、熱伝達のための第１の半透明な流体ブラダと、第１の半透明の流体ブラダと接触する第１の表面と、中核温度を有する哺乳動物の第１の開放皮膚領域と接触するように構成された第２の表面とを有する第１の半透明基材と、第１の半透明の流体ブラダを通って第１の流体を循環させることができる第１の流体灌流ユニットと、哺乳動物の中核温度よりも高い温度又は低い温度に設定される第１の流体と、を備える装置が提供される。この例示的な実施形態では、第１の赤外線エネルギー源からの第１の単色赤外線放射は、第１の半透明の流体ブラダ及び第１の半透明基材を通って導かれることができる。実施形態では、第１の半透明基材は、第１の半透明の流体ブラダと一体である。実施形態では、装置は、ヒトの手に適合し、ヒトの手のひら、又はヒトの手のひら及び手の指表面のいずれかを覆うように構成される。

【0021】

別の例示的な実施形態では、装置は、両手の手のひらなどの２つの皮膚外面にわたる熱伝達を介して哺乳動物の中核温度を変更するように構成される。この例示的な実施形態では、装置は、５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する第２の単色赤外線放射を放出することができる第２の赤外線エネルギー源と、熱伝達のための第２の半透明の流体ブラダと、第２の半透明熱流体ブラダと接触する第３の表面と、中核温度を有する哺乳動物の第２の開放皮膚領域と接触するように構成された第４の表面とを有する第２の半透明基材と、第２の半透明の流体ブラダを通って第２の流体を循環させることができる第２の流体灌流ユニットと、哺乳動物の中核温度よりも高い又は低い温度に設定された第２の流体とを更に含む。この例示的な実施形態では、第２の赤外線エネルギー源からの第２の単色赤外線放射は、第２の半透明の流体ブラダ及び第２の半透明基材を通って導かれることができる。

【0022】

本発明に従って実施される例示的な方法によれば、熱エネルギーの付加又は除去によって哺乳動物の中核体温を調節するための方法は、哺乳動物の中核体温を監視することと、哺乳動物の開放皮膚領域を第１の半透明基材の第１の表面と接触させることと、５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する単色赤外線放射エネルギーを放出する第１の赤外線エネルギー源を、第１の半透明基材の第２の表面と接触している第１の半透明熱伝達流体ブラダを通して、哺乳動物の開放皮膚領域内に導くことと、哺乳動物の中核温度を上昇又は低下させるために、哺乳動物の監視された中核体温よりも高い又は低い温度に設定された第１の流体を第１の流体灌流ユニットを通して循環させることと、を含む。当業者であれば、「監視」は、第１の応答者、又は生理学的徴候に基づいて上昇又は下降した中核温度に留意する人として解釈することができ、何らかの種類の温度計を必要とする「測定」とは異なることを理解するであろう。好ましい実施形態では、監視は、温度計の有無にかかわらず実行される。一実施形態では、第１の半透明基材の第１の表面と接触する開放皮膚領域は、ＡＶＡ血管が皮膚の表面の下にある部位である。

【0023】

本発明に従って実施される例示的な方法によれば、熱エネルギーの付加又は除去によって哺乳動物の中核体温を調節するための方法は、哺乳動物の中核体温を監視することと、哺乳動物の開放皮膚領域を第１の半透明基材の第１の表面と接触させることと、５５０～９５０ｎｍの中心波長を有する単色赤外線放射エネルギーを放出する第１の赤外線エネルギー源を、第１の半透明基材の第２の表面を通して、哺乳動物の開放皮膚領域内に導くことと、哺乳動物の中核温度を上昇又は低下させるために、第１の半透明基材の第２の表面と接触して配置されたヒートポンプの温度を、哺乳動物の監視された中核体温より上又は下の温度に設定することと、を含む。

【0024】

熱エネルギーが哺乳動物の体内に排他的に伝達されて中核温度を上昇させる実施形態では、熱エネルギー伝達は、抵抗性電気素子又は電磁放射線放出を介して供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して説明される。

【図1】皮膚血流の局所的な増加のための光生化学機構を示す。

【図2】特許請求される発明の好ましい実施形態を示す。

【図3】特許請求される発明の好ましい実施形態の分解図である。

【図4】特許請求される発明の例示的な実施形態の概略断面図を示す。

【図5】ヒトの手のひらと接触している図４に開示された本発明の実施形態を示す。

【図6】本発明による、半透明の熱伝達流体ブラダを通り、皮膚の表面を通る、被験者の動静脈吻合脈管構造内への赤外線放射の放出方法を示す。

【図7】本発明に従って作製された半透明の熱伝達流体ブラダ内の流体経路を示す。

【図8】本発明において呼ばれる単色赤外線エネルギーを送達するために使用される複数の発光ダイオードの例示的なアレイを示す。

【図9】本発明に従って作製された半透明の熱伝達流体ブラダの代替実施形態内の流体経路を示す。

【図10】本発明の代替実施形態に従って作製された円形の半透明の熱伝達流体ブラダを示す。

【図11】本発明の代替実施形態に従って作製された単色赤外線エネルギーを送達するために使用される複数の発光ダイオードの円形アレイを示す。

【図12】本発明の第２の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図13】図１２に示される代替実施形態の垂直軸に沿った概略図を示す。

【図14a】本発明の第３の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図14b】図１４ａに示される代替実施形態の垂直軸に沿った概略図を示す。

【図15】本発明の第４の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図16】本発明の第５の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図17】本発明の第６の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図18】本発明の第７の代替実施形態の概略断面図を示す。

【図19】開示された方法の例示的な実施形態のブロック図を示す。

【図20】特許請求される方法の実現可能性を調査するために使用される試験方法中の下部腕及び手の位置付けを示す。

【図21】図２０に記載の試験方法中の右手位置決めの拡大図を示す。

【図22】特許請求される方法の実現可能性を調査するために使用される第２の試験方法の制御試験中の下部腕及び手の位置付けを示す。

【図23】図２２に記載の試験方法の制御試験中の右手位置決めの拡大図を示す。

【図24】特許請求される方法の実現可能性を調査するために使用される第２の試験方法の処置試験中の下部腕及び手の位置付けを示す。

【図25】図２４に記載の第２の試験方法の処置試験中の右手位置決めの拡大図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

最初に図１を参照して、本発明の使用による皮膚血流の局所的増加のための正確な光生化学機構を説明する。図１は、放出された赤外線放射１４２で始まり、動静脈吻合血管の内膜内に位置する平滑筋細胞１５０の細胞弛緩１５５をもたらす原因反応の概略図を示す。血管内の血液１４４の流れは、血管の内面に沿って並ぶ内皮細胞１４８に対して方向的に接線方向である。具体的には、ＭＩＲＥ光源１４１は、皮膚（図示せず）の表面を横断して、ヒト組織（図示せず）を通って、動静脈吻合血管を通って流れる血流の中に浸透する赤外線放射１４２を放出する。そのような赤外線放射１４２は、典型的には赤血球（図示せず）内に位置するヘモグロビンタンパク質１４３によって容易に吸収される。

【0027】

この赤外線放射１４２の吸収により、一酸化窒素分子１４６がヘモグロビンタンパク質１４３から動静脈吻合血管内の血液の流れの中に放出１４７される。一酸化窒素分子は、血管内膜の内皮細胞１４８層を通過し、平滑筋細胞１５０に拡散１４９し、そこでグアニリルシクラーゼ酵素１５１に結合してこれを活性化する。次いで、活性化グアニリルシクラーゼ酵素１５１は、平滑筋細胞１５０内でグアノシン三リン酸１５３の環状グアノシン一リン酸１５４への変換１５２を触媒する。環状グアノシン一リン酸１５４は、複数の機構を介して、特に平滑筋細胞１５０内に位置する収縮タンパク質１５６の弛緩１５５を介して平滑筋弛緩を誘導する。複数の平滑筋弛緩事象は、動静脈吻合血管の血管拡張を引き起こし、局所血流の持続的増加をもたらす。血流の持続的な増加は、対象装置とヒト心血管系との間の迅速な熱交換を可能にし、対象装置と接触している人の中核温度の調節を可能にする。

【0028】

図３は近赤外熱交換モジュール２１９の分解図を示し、図２はその組立図を示す。

【0029】

実施形態（図示せず）では、近赤外熱交換モジュール２１９は、流体灌流ユニット及び熱制御ユニットを含む。そのようなユニットは、高温、低温、又はその両方の水などの媒体の流れをモジュール２１９に供給するように適合させることができる。当業者には明らかであるように、任意の種類の流体灌流及び熱調節ユニットの組み合わせをモジュール２１９と共に使用することができる。そのようなシステムは、中核体温を上昇させることが望まれる場合には高温を提供し、中核体温を冷却することが望まれる場合には低温を提供し、又は恒常性が望まれる場合には約３７℃の設定温度を提供する。

【0030】

図３に示すように、モジュール２１９は、モジュール２１９の最下部３２を構成する半透明の熱伝達流体ブラダ３３を含む。流体ブラダ３３は、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、又は近赤外光の適切な透過率を提供し、上面３４と底部の皮膚接触面３５との間の周囲に沿って水密シール３９を含むように適合させることができる任意の化合物で作ることができる。流体ブラダ３３はまた、流体灌流ユニット（図示せず）に接続された流体流入部３６と、同じく流体灌流ユニットに接続された流体流出部３７とを含む。流入部３６を通って入る流体は、流体経路３８をたどって、流体流出部３７を通ってブラダ３３を出る前に、長いシール部３９ｂによって画定された長い流体チャネル３１０に入る。

【0031】

近赤外熱交換モジュール２１９の中央部３１１は、必要な電気回路（図示せず）を含む取付パネル３１４に固定された複数の近赤外光源装置３１２を含む。好ましい実施形態では、光源装置３１２は近赤外発光ダイオードからなるが、他の方法を使用してもよい。電子回路は、当業者には明らかであろう任意の構成からなることができる。

【0032】

モジュール２１９の最上部３１５は、好ましくはプラスチック又は金属製の外側ケーシング３１６と、赤外線光源装置３１２を制御してそれに電力を供給するために必要な追加の電子回路（図示せず）を含むことができるハウジングモジュール３１７と、光源装置３１２に適した電力調節の有無にかかわらず共通の交流又はバッテリ供給された直流からなることができる外部電源（図示せず）に接続された導電電気ケーブル３１８とからなり、これは当業者には明らかであろう。

【0033】

図４は、図２に示す近赤外熱交換モジュール２１９の例示的な実施形態の概略断面図４２０を示す。この例示的な実施形態では、近赤外熱交換モジュールは、モジュールの外側底面４２２に湾曲面４２１を有する。底面４２２は、半透明の熱伝達流体ブラダ４２３の底面であるモジュールの皮膚接触面を表す。複数の近赤外発光ダイオード４２４は、ハウジングモジュール４１７に取り付けられ、導電電気ケーブル４１８を介して外部電源（図示せず）に接続される。流体ブラダ４２３は、流体灌流ユニット（図示せず）に接続された流体流入部４６と、同じく流体灌流ユニットに接続された流体流出部４７とを含む。

【0034】

図５は、図４に開示された本発明の実施形態をヒトの手のひらに載せた状態を示す図である。指５２７及び親指５２８を含むヒトの手５２６の代表的な図である。当業者は、ヒトの手が図５に示されているが、本発明が、任意の哺乳動物の任意の開放皮膚領域と組み合わせて、より好ましくはＡＶＡ血管を有する皮膚部位で使用される場合に機能することを認識するであろう。参照を容易にするために、本開示全体を通して、哺乳動物はヒトとして記載され、参照される開放皮膚領域はヒトの手のものである。

【0035】

本発明の一実施形態による使用中、熱伝達の位置は、皮膚５３０の表面とモジュール４２０の表面５３１との間の界面で生じる。動静脈吻合５２９は、皮膚５３０の外面の下に位置する。

【0036】

図６を参照すると、手のひらに位置するようなヒトの解剖学的構造及び脈管構造６３４の代表的な図が示されている。図は、以下の解剖学的特徴を含み、内部皮膚層６３５、皮下組織６３６、動脈血供給部６３７、静脈血供給部６３８、及び動静脈吻合血管６３９である。赤外光が半透明の流体ブラダを通ってモジュール４２０を出て、動静脈吻合血管６３９を覆うときの赤外光６３３の経路の代表的な図が示されている。高体温治療のために治療する場合、血液は、身体の所望の恒常性値より高い温度で動脈供給から出て、動静脈吻合血管６３９に入る。血液と、ユーザの現在の中核温度よりも著しく低い温度になるように調整される図２及び図３に示す熱伝達ブラダ３３内の流体との間の温度差に起因して、図５に示す皮膚－モジュール表面界面５３１で熱交換が起こる。

【0037】

一実施形態（図示せず）では、半透明基材が半透明の流体ブラダと皮膚表面との間に配置される。実施形態では、半透明基材は剛性であり、非可撓性である。実施形態では、半透明基材は可撓性であり、ヒト又は他の哺乳動物の手のひら又は他の開放皮膚領域に適合するように構成される。

【0038】

血液が動静脈吻合血管６３９を通過するとき、血液は熱エネルギーを失い、それによって冷却され、動脈血供給６３８から出たときよりも低い温度で静脈血供給６３７に入る。赤外光６３３は、動静脈吻合血管６３９を最大限に血管拡張し、そうでなければ動静脈吻合の閉鎖をもたらす身体の局所的な体温調節機構を無効にし、したがって身体からの熱伝達を最大限にする。このシステムを通る血液の連続的な流れは、経時的に、熱恒常性の状態に戻るまで、ヒトのユーザの中核温度を低下させる。

【0039】

図７は、図２及び図３に示す熱交換モジュール２１９の半透明の熱伝達流体ブラダ３３部分の皮膚接触面７５を示す、本発明の好ましい実施形態の垂直軸に沿った概略図である。高体温治療中などに身体の中核温度を低下させるために使用される場合、熱伝達流体７２、好ましくは精製水は、ユーザの現在の中核温度よりも実質的に低い温度でブラダの流体流入部７６を通って入る。流体は、流体ブラダの上面と底面との間にシールされた外側部分７９によって境界を定められた流体経路７８を通り、流体ブラダの上面と底面との間にシールされた長い部分７３によって画定された長い流体チャネル７１０に入る。流体が長い流体チャネル７１０を横断する間に、前述のように、図６に示す動静脈吻合血管６３９を通って流れる血液との熱相互作用を介して、身体と熱交換が起こる。流体は、流体が流体流入部７６を通ってブラダに入ったときよりも高い温度で流体流出部７７を通ってブラダを出て、ユーザの身体から熱を吸収する。前述のように、流体温度は、流体流出部と流体流入部との間の流体ループ内に存在する図示しない熱調節ユニットを介して、より低い温度に調整される。

【0040】

図８は、図３に示すように、熱交換モジュール２１９の中央部３１１の好ましい実施形態の垂直軸に沿った概略図である。複数の近赤外発光ダイオード８１３は、必要な電気回路（図示せず）を含む取付パネル８１４に固定されている。ダイオード８１３は近赤外光を放出し、これは実質的に図２及び図３に示す半透明の熱伝達流体ブラダ３３を通って進み、熱交換モジュール２１９を出る。近赤外光６３３（図６に代表的に示されている）は、動静脈吻合血管６３９を覆う。

【0041】

図９は、図２に示す近赤外熱交換モジュール２１９の半透明の熱伝達流体ブラダ９６０部分の代替実施形態の皮膚接触面の垂直軸に沿った概略図である。構成要素は、流体ブラダの上面と底面との間のシールされた外側部分９６１と、流体流入部９６２を流体流出部９６３から分離し、長い流体経路９６４を画定するシールされた内側部９６１ｂと、流体ブラダ９６０の上面と底面との間のシールされたポスト部９６８とを含む。使用中、熱伝達流体９６５、好ましくは精製水は、流体流入部９６２を通って入り、長い流体経路９６４を通り、流体ブラダの主チャンバ９６７への入口点９６６に遭遇し、主チャンバ出口点９６９に到達して流体流出部９６３を通ってブラダを出るまで、ポスト部９６８の閉塞に起因して、ここでは表示のみによって示されているランダム化撹拌経路９５９をたどる。前述のように、熱伝達流体９６５は、流体流出部と流体流入部との間の流体ループ内に存在する熱調節ユニット（図示せず）によって調節される。前述のように、流体９６５が撹拌経路９５９に沿ってチャンバ９６７を横断して移動している間に、身体との熱交換が起こる。撹拌経路は、図７に記載された長い流体チャネル７１０と比較して、代替的な流体流れ機構を提供する。

【0042】

図１０は、実質的に円形でもある近赤外熱交換モジュール（図示せず）の円形の半透明の熱伝達流体ブラダ１０７０部分の代替的な実施形態の皮膚接触面の垂直軸に沿った概略図である。図９に示す実施形態と同様に、構成要素は、流体ブラダの上面と底面との間のシールされた外側部分１０２１と、流体流入部１０２２を流体流出部１０２３から分離し、湾曲した長い流体経路１０２４を画定するシールされた内側部１０２１ｂと、流体ブラダ１０７０の上面と底面との間のシールされたポスト部１０２８とを含む。使用中、熱伝達流体１０２５、好ましくは精製水は、流体流入部１０２２を通って入り、湾曲した長い流体経路１０２４を通り、流体ブラダの主チャンバ１０２７への入口点１０２６に遭遇し、主チャンバ出口点１０２９に到達して流体流出部分１０２３を通ってブラダを出るまで、ポスト部１０２８の閉塞に起因して、ここでは表示のみによって示されているランダム化撹拌経路１０１９を通る。熱調節及び熱交換は、実質的に図９について前述したように行われる。

【0043】

図１１は、実質的に円形でもある近赤外熱交換モジュール（図示せず）の円形の中央部分１１２１の代替的な実施形態の垂直軸に沿った概略図である。図８に示す実施形態と同様に、複数の近赤外発光ダイオード１１１３は、図示されていない必要な電気回路を含む取付パネル１１１４に固定される。ダイオードは近赤外光を放出し、近赤外光は、図１０に示すような円形の半透明の熱伝達流体ブラダ１０７０を実質的に通過し、円形の熱交換モジュールを出る。近赤外光６３３（図６に代表的に示されている）は、動静脈吻合血管６３９を覆う。

【0044】

図１２は、近赤外熱交換モジュール１２７２の代替の実施形態の概略断面図であり、モジュール１２７２とユーザとの間の熱伝達機構は、先の実施形態で説明した熱伝達流体ブラダとは対照的に、主に熱電ヒートポンプ１２７４によって提供される。この実施形態では、熱電ヒートポンプ１２７４は、熱交換モジュール１２７２の外側ケーシング１２７３内に収容される。ヒートポンプは、図示されていないユーザの中核温度とは実質的に異なる温度を維持する下面１２７６を有する。下面１２７６の温度は、モジュールの皮膚接触面１２７５に配置された構成要素の温度の適用可能な調整を通じて、モジュールとユーザとの間の熱伝達を駆動する。図示されていない適用可能な制御電子機器、及び図示されていない電源は、両方とも当業者には明らかであるが、外側ケーシング１２７３内に収容されてもよい。あるいは、制御電子機器及び電源は、図示されていない十分な電子ケーブルを介して接続された外側ケーシング１２７３の外部に収容されてもよく、これは当業者には明らかであろう。この代替構成では、複数の近赤外発光ダイオード１２１３が、図示されていない必要な電気回路を含む取付パネル１２１４に固定される。ダイオード及び取付パネルは、熱交換モジュール１２７２の皮膚接触面１２７５に配置される。ダイオードは近赤外光を放出し、前述のように、動静脈吻合血管内の血流を増加させる。熱交換は、熱交換モジュールの血液と皮膚接触面との間の温度差に起因して、皮膚－モジュール表面界面（図示せず）で生じる。

【0045】

図１３は、図１２に示す近赤外熱交換モジュールの代替的な実施形態１２７２の垂直軸に沿った概略図である。外側ケーシング１３７３は、図示されていない熱電ヒートポンプを収容する。複数の近赤外発光ダイオード１３１３は、図示されていない必要な電気回路を含む取付パネル１３１４に固定されている。ダイオード及び取付パネルは、熱交換モジュール１２７２の皮膚接触面１３７５に配置される。モジュールの外形はほぼ長方形であるように示されているが、モジュールの外形は円形、六角形、正方形などの様々な形状をとることができることは当業者には明らかであろう。

【0046】

モジュールとユーザとの間の熱伝達機構が主に熱電ヒートポンプによって提供される近赤外熱交換モジュール１４７７の代替実施形態が図１４ａ及び図１４ｂに示されている。図１４ａは、近赤外熱交換モジュールの概略断面図である。図１４ｂは、モジュールの垂直軸に沿った概略図であり、皮膚接触面１４８３の図を提示する。モジュールは、ほぼ円形の形状であり、複数の近赤外発光ダイオード１４１３の内側円形位置１４７９と、複数のダイオード１４１３の外側リング状位置１４７８とを含む。ダイオードは、ガラス、プラスチック、石英、又は近赤外光の透過を可能にする当業者に利用可能な任意の材料で作ることができるほぼ半透明のケース１４８４内に収容される。この構成では、環状形状の熱電ヒートポンプ１４８１は、熱伝達界面１４８２において、ユーザとの皮膚接触面１４８３（図示せず）に沿って、ユーザとの間で熱の伝達を生成する。モジュール１４７７は外側ケーシング１４８０内に収容されており、これはまた、電子機器、システム、及び電源を含み、これらはまとめて図示されておらず、当業者には明らかであろう。

【0047】

図４に記載の近赤外熱交換モジュールの代替実施形態では、図１５に示す近赤外熱交換モジュール１５２０の概略断面図に示すように、近赤外光源は皮膚接触面に配置され、熱伝達ブラダは近赤外光源の背後に配置される。この実施形態では、モジュールの皮膚接触面１５８６は、電子機器ハウジングモジュール１５１７によって画定される好ましい湾曲面１５２１を含み、その上に複数の近赤外発光ダイオード１５２４が取り付けられる。ダイオードは、導電電気ケーブル１５１８を介して外部電源（図示せず）に接続されている。この概略図では、半透明である必要はない熱伝達流体ブラダ１５２３は、ハウジングモジュール１５１７の上に配置されている。この代替的な実施形態では、流体ブラダ１５２３とハウジングモジュール１５１７との間、及び皮膚接触面１５８６において、ハウジングモジュール１５１７とユーザの皮膚（図示せず）との間で熱交換が生じる。したがって、ハウジングモジュール１５１７は、流体ブラダ１５２３とユーザの皮膚との間の熱伝達導管として機能する。

【0048】

図１６は、モジュール式電源１６９０及び熱調節流体チャンバ１６９３の両方が熱交換モジュール１６８７のハウジング１６９２内に封入されている近赤外熱交換モジュール１６８７の代替実施形態の概略断面図である。この実施形態では、複数の近赤外発光ダイオード１６２４が電気部品ハウジングモジュール１６９１に取り付けられ、電気接続部１６８９を介して電源１６９０に接続され、電源及び電気接続部の両方が電気部品ハウジングモジュール１６９１内に含まれる。半透明の熱伝達流体ブラダ１６２３は、流体チャンバ流入接続部１６９４を介して熱調節流体チャンバ１６９３に流体（図示せず）を伝達する。流体は、流体ブラダ１６２３に戻る前に、概略的な形態で示される流体流ポンプ機構１６９６からの力を介して引き込まれる流体チャンバ流出接続１６９５を介して熱調節後に流体チャンバ１６９３を出る。流体ブラダ１６２３は、好ましい湾曲面１６２１に沿って外部皮膚接触面１６８８を有する。

【0049】

図１７の概略断面図に示す代替的な実施形態では、近赤外熱交換モジュール１７９７は、２つの皮膚接触面１７９８ａ及び１７９８ｂを含む。そのような実施形態では、ユーザとモジュール１７９７との間の熱交換は、２つの表面、例えば左手の手のひら及び右手の手のひらで同時に行うことができ、単一の皮膚接触面を有する近赤外熱交換モジュールと比較して、ユーザが経験する熱交換の速度はほぼ倍増する。この代替的な実施形態では、複数の近赤外発光ダイオード１７２４ａが、モジュール１７９７上に内側に配置された電子ハウジング要素１７９９に取り付けられている。ダイオード１７２４ａは、導電電気ケーブル１７０１ａを介して外部電源（図示せず）に接続されている。同様に、複数の近赤外発光ダイオード１７２４ｂの２次群が電子ハウジング要素１７９９に取り付けられる。ダイオードは、導電電気ケーブル１７０１ｂを介して外部電源（図示せず）に接続され、それらの放出光が対向して取り付けられた発光ダイオード１７２４ａからの放出光と方向的に反対になるように配向される。更に、半透明の熱伝達流体ブラダ１７０２ａは、流体流入部１７０３ａ及び流体流出部１７０４ａを介して外部流体調節ユニット（図示せず）に接続されている。流体ブラダ１７０２ａは、好ましい湾曲面１７９８ａに沿って、皮膚接触面１７２１ａと一致する外部皮膚接触面を有する。同様に、２次半透明の熱伝達流体ブラダ１７０２ｂは、流体流入部１７０３ｂ及び流体流出部１７０４ｂを介して外部流体調節ユニット（図示せず）に接続されている。２次流体ブラダ１７０２ｂは、２次好ましい湾曲面１７２１ｂに沿って、皮膚接触面１７９８ｂと一致する外部皮膚接触面を有する。一実施形態では、流体ブラダ１７０２ａ及び流体ブラダ１７０２ｂには、同じ流体調節ユニットによって流体が供給される。

【0050】

図１８は、２つの皮膚接触面１８０６ａ及び１８０６ｂを有する近赤外熱交換モジュール１８０５の代替実施形態を示す。この例示的な実施形態では、概略断面図１８１０に示す熱伝達流体ブラダは、上部１８１１ａ及び下部１８１１ｂの熱伝達流体チャネルを含む。流体ブラダ１８１０は、流体流入部１８１２及び流体流出部１８１３を介して外部流体調節ユニット（図示せず）に接続されている。更に、複数の近赤外発光ダイオード１８２４ａが、ハウジング要素１８０７に取り付けられている。ダイオード１８２４ａは、導電電気ケーブル１８０９ａを介して外部電源（図示せず）に接続されている。同様に、複数の近赤外発光ダイオード１８２４ｂが、ハウジング要素１８０７に取り付けられている。ダイオード１８２４ｂは、導電電気ケーブル１８０９ｂを介して外部電源（図示せず）に接続され、それらの放出光が対向して取り付けられた発光ダイオード１８２４ａからの放出光と方向的に反対になるように配向される。この実施形態では、熱伝達流体ブラダ１８１０はハウジング要素１８０７内に収容され、流体ブラダ１８１０とハウジング要素１８０７との間、及び皮膚接触面１８０６ａ及び１８０６ｂにおいて、ハウジング要素１８０７とユーザの皮膚（図示せず）との間で熱交換が生じる。したがって、ハウジング要素１８０７は、流体ブラダ１８１０とユーザの皮膚との間の熱伝達導管として機能する。この実施形態の利点は、２つの皮膚接触面と、複雑さを低減することができる１つの熱伝達流体ブラダのみを必要とすることとを含む。

【0051】

本発明に従って行われる方法の例示的な実施形態では、図１９に示される略図の形態で示されるように、熱エネルギーがヒト循環脈管構造から、具体的には動静脈吻合（ＡＶＡ）１９０１の位置で除去される。これは、手のひらの皮膚層１９０２と、薄い半透明のブラダ１９０３内に封入された循環流体１９０８からなる熱伝達機構との間の直接接触を利用して達成され、流体は、外部流体冷却装置１９０５によって冷却された３７℃（９８．６°Ｆ）よりも著しく低い設定温度で流体１９０４で外部から絶えず補充される。この例示的な実施形態では、流体冷却装置の温度設定点は５℃である。

【0052】

ヒトの循環系は、到着したときよりもＡＶＡ構造を離れるときの方が低い温度である血液１９０７を利用することによって、身体の中核内臓１９０６に熱エネルギーの減少を伝え、したがって急速に中核体温を低下させる。手のひらは、この実施形態では６７０ｎｍの中心波長を有するＭＩＲＥ発光ダイオードアレイ１９１０によって提供される電磁放射線１９０９に覆われ、これは手のひらの表面の下で半透明の流体ブラダ１９０３を貫通して手のＡＶＡ脈管構造１９０１に入る。この赤外線エネルギー曝露は、局所的な体温調節応答を無効にし、ＡＶＡ弁１９１１を強制的に開いた状態のままにし、ＡＶＡ脈管構造、特に動脈１９１２及び静脈１９１３において持続的な血管拡張及び血流の増加を生じさせ、熱伝達機構の温められた流体１９１４を介して、中核器官から離れて人体から出る熱の伝達を増幅及び持続させ、次いで外部流体冷却装置１９０５で冷却された後、熱伝達機構に戻り、サイクルを再び開始する。

【0053】

本発明に従って実施される方法の代替実施形態（図示せず）では、手のひらが単色赤外線エネルギー光源にさらされている間に、手全体又は手の一部が冷水浴、氷浴、又は冷水ジャケット装置に浸漬されて、ＡＶＡ脈管構造から熱エネルギーを除去する。

【0054】

試験結果の要約
本発明の方法を実行する際の物理的運動後の中核温度の低下を示すために、ヒト被験者に対して２つの生理学的試験を行った。

【0055】

１つの被験者に対して実行される最初の試験は、制御試験及び処置試験からなり、約２４時間間を置いた。各試験は、運動及び回復の２つの段階からなった。運動段階及び回復段階の間、被験者を、直腸で測定された中核温度について監視した。

【0056】

制御試験の運動段階は、身体運動の上昇から構成され、その間に、被験者は、熱的に上昇した包囲体内で２０分間、静止サイクルエルゴメータに乗った。約３８．０℃（１００．４°Ｆ）の持続的な中核温度が達成された。制御試験の回復段階は、治療を施さずに、約２３℃（７３．４°Ｆ）及び相対湿度５０％の環境制御室で２０分間座位で安静にすることから構成された。

【0057】

処置試験の運動段階は、同じレベルの身体運動の上昇からなり、その間、被験者は、熱上昇した包囲体内で２０分間静止サイクルエルゴメータに乗り、約３８．０℃（１００．４°Ｆ）の持続的な中核温度が達成された。処置試験の回復段階は、約２３℃（７３．４°Ｆ）及び相対湿度５０％の環境制御室で２０分間座位で安静にすることから構成された。回復段階の間、図２０に示すように、被験者の左手２００２ａ及び右手２００２ｂはそれぞれ、砕いた氷で満たされたポリエチレン袋２００１ａ及び２００１ｂの上に載置し、手の甲及び側面は氷の袋に直接接触していた。装置２００３ａ及び２００３ｂを各手のひらに置いた。各装置は、６２０ｎｍ～７２０ｎｍの幅及び６７０ｎｍのピーク中心波長、５０ｍｗ／ｃｍ^２の光強度、及び７．５ｃｍ^２の放射面積（ＷＡＲＰ １０Ａ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｂａｒｎｅｖｅｌｄ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ州から供給）を有する単色赤外線エネルギーを提供する発光ダイオードアレイを含んでいた。図２１に示すように、右手２００２ｂの手のひら２１０１のほぼ中央に放射赤外線エネルギーを向けた。この方法論を利用して、図１に示すように、単色赤外線エネルギーが手のひらを貫通し、血液ヘモグロビン及び動静脈吻合脈管構造と相互作用した。赤外線曝露は、処置試験の回復段階の２０分間を通して一定であった。

【0058】

第１の試験の結果は、以下の表１に見られるように、制御試験と処置試験の両方の間の回復段階の開始時に中核温度の急速な上昇を示した。これは、一般的な運動後の現象である。処置試験中、制御試験と比較して、被験者は－０．２～－０．３℃（－０．４～－０．５°Ｆ）の中核温度の相対差を経験した。この相対差は、処置試験の最初の４分以内に達成され、回復段階の残りの期間にわたって維持された。

【0059】

【表1】

【0060】

３人の被験者に対して行われた第２の生理学的試験中、図２及び図３に示す装置の構成要素を利用して、処置試験の回復段階間中に中核体温を冷却した。第２の試験では、制御試験と処置試験の両方の回復段階に、手の甲及び手のひらを低温に曝露することによって手を低温に曝露した。回復段階中に皮膚表面温度測定も行った。

【0061】

第２の試験は、制御試験と処置試験との間の唯一の違いが赤外線エネルギーへの手のひらの曝露であるように設計された。

【0062】

第２の試験は、約４時間間を置いた制御試験及び処置試験から構成された。各試験は、運動及び回復の２つの段階からなった。運動段階及び回復段階の間、被験者を、直腸で測定された中核温度について監視した。

【0063】

制御試験の運動段階は高められた身体運動から構成され、各被験者は、０．５℃（０．９°Ｆ）の中核温度の上昇を経験するのにちょうど十分な長さ、約３～５分の間、熱上昇した包囲体内で静止サイクルエルゴメータに乗っていた。

【0064】

制御試験の回復段階の開始時に、図２２に示すように、１つの温度センサ２２０１が、左手２２０２ａの手のひら側に配置され、ほぼ母指球２２０３に位置した。第２の度センサ２２０４は、左手首２２０５のほぼ中央、手のひら側に設置した。これらの位置における皮膚温度を、制御試験の回復段階の間に監視した。

【0065】

制御試験の回復段階は、約２３℃（７３．４°Ｆ）及び相対湿度５０％の環境制御室で１８分間座位で安静にすることから構成された。回復段階の間、各手の甲を、砕氷で満たされたポリエチレン袋２２０６ａ及び２２０６ｂの上に置いた。更に、左手２２０２ａ及び右手２２０２ｂの手のひらを各々、ほぼ２℃（３５．６°Ｆ）の水が連続的に循環される半透明の流体ブラダ２２０７ａ及び２２０７ｂとの直接接触によって冷却し、図示されていない流体灌流及び熱制御装置（Ｔｈｅｒｍａ－Ｚｏｎｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、クリーブランド、オハイオ州）に接続された流体移送チューブセット２２０８ａ及び２２０８ｂを介して送達した。発光ダイオードアレイを各々有する装置２２０９ａ及び２２０９ｂを、左手２２０２ａ及び右手２２０２ｂの手のひらに位置する半透明の流体ブラダ２２０７ａ及び２２０７ｂに直接接触させて配置した。装置２２０９ａ及び２２０９ｂの発光ダイオードアレイは各々、６７０ｎｍの中心波長、５０ｍｗ／ｃｍ^２の光強度、及び７．５ｃｍ^２の放射面積（ＷＡＲＰ １０Ａ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｂａｒｎｅｖｅｌｄ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ州から供給）を有する単色赤外線エネルギーを提供した。制御試験中、図２３にも示すように、放射赤外線エネルギーを手から離し、金属キャップ２２１０ａ及び２２１０ｂを介して装置から出るのを阻止した。したがって、制御試験中に手に赤外線エネルギーは入らなかった。

【0066】

処置試験の運動段階は高められた身体運動から構成され、各被験者は、０．５℃（０．９°Ｆ）の中核温度の上昇を経験するのにちょうど十分な長さ、約３～５分の間、熱上昇した包囲体内で静止サイクルエルゴメータに乗っていた。

【0067】

処置試験の回復段階の開始時に、図２４に示すように、１つの温度センサ２４０１が、左手２４０２ａの手のひら側に配置され、ほぼ母指球２４０３に位置した。第２の温度センサ２４０４は、左手首２４０５のほぼ中央、手のひら側に設置した。これらの位置での皮膚温度を処置試験の回復段階中に監視した。

【0068】

約２３℃（７３．４°Ｆ）及び相対湿度５０％の環境制御室で１８分間座位で安静にすることから構成される処置試験の回復段階は、特許請求された方法を利用して、２人の被験者の中核体温を冷却することに成功した。回復段階の間、各手の甲を、砕氷で満たされたポリエチレン袋２４０６ａ及び２４０６ｂの上に置いた。更に、左手２４０２ａ及び右手２４０２ｂの手のひらを各々、ほぼ２℃（３５．６°Ｆ）の水が連続的に循環される半透明の流体ブラダ２４０７ａ及び２４０７ｂとの直接接触によって冷却し、図示されていない流体灌流及び熱制御装置（Ｔｈｅｒｍａ－Ｚｏｎｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、クリーブランド、オハイオ州）に接続された流体移送チューブセット２４０８ａ及び２４０８ｂを介して送達した。発光ダイオードアレイを各々有する装置２４０９ａ及び２４０９ｂを、左手２４０２ａ及び右手２４０２ｂの手のひらに位置する半透明の流体ブラダ２４０７ａ及び２４０７ｂに直接接触させて配置した。装置２４０９ａ及び２４０９ｂの発光ダイオードアレイは、６７０ｎｍの中心波長、５０ｍｗ／ｃｍ^２の光強度、及び７．５ｃｍ^２の放射面積（ＷＡＲＰ １０Ａ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｂａｒｎｅｖｅｌｄ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ州から供給）を有する単色赤外線エネルギーを提供した。処置試験中、放射赤外線エネルギーは、図２５にも示すように、半透明の流体ブラダを通って各手の手のひらに向けられた。

【0069】

したがって、６７０ｎｍの中心波長を有する赤外線放射エネルギーは、処置試験の回復段階の間は各手の手のひらを覆ったが、制御試験の回復段階の間はそうではなかった。低温への手全体の曝露を含む他のすべての変数は、制御試験と処置試験との間で一定に保たれた。

【0070】

３人の被験者のうち２人が特許請求の範囲に記載の冷却方法に応答し、制御試験の回復段階と処置試験の回復段階との間の中核温度の有意差を記録した。以下のデータは、特許請求された冷却方法に応答した２人の被験者を代表するものである。

【0071】

各被験者の手首及び手のひらで記録された平均皮膚温度は、それぞれ表２及び表３に示されるように、制御試験の回復段階と比較して、処置試験の回復段階の間、より高かった。このデータは、制御試験の回復段階と比較して、処置試験の回復段階中に動静脈吻合脈管構造血管拡張の増加があったことを示唆している。

【0072】

【表2】

【0073】

【表3】

【0074】

以下の表４に見られるように、平均中核温度データは、制御試験と処置試験の両方の間に回復段階の開始時に中核温度の急速な上昇を示した。処置試験中、本発明の冷却方法を利用して、回復段階の終わりまでに、被験者は制御試験と比較して－０．２℃（－０．４°Ｆ）の中核温度の相対差を経験した。

【0075】

【表4】

【0076】

開示された装置及び方法が様々な用途で効果的に使用され得ることが予想され、本発明の範囲内である。開示された装置は、固定システム、ポータブルシステム、又はウェアラブルシステムとして構成することができる。これは、熱を身体に伝達するか、身体から熱を除去するか、又はその両方を行うように構成することができる。それは、医療、外来又は家庭の健康環境において低体温及び高体温を治療するために使用することができる。

【0077】

本発明の範囲内で、身体からの熱除去のために構成される場合、開示された発明は、以下の目的のために使用することができることが予想され、それは、身体運動中又は直後の内部熱蓄積を除去することができる。したがって、それは運動選手の身体能力を高めるために使用することができる。これを運動器具に組み込んで、トレーニングの長さ、質及び能力を高めることができる。これは、高温にさらされる兵士又は労働者のスタミナを増加させるために使用することができる。これは、身体運動の有無にかかわらず、高温にさらされた人に対する熱ストレスの影響を防止又は低減するために利用することができる。

【0078】

医療又は家庭の健康環境では、本発明は、発熱、糖尿病、高血圧又はパーキンソン病などの体温調節系に影響を及ぼす疾患の治療のための単独療法又は補助療法として使用することができる。新生児及び早産の子供は、多くの場合、体温調節系が損なわれている。これらの場合、本発明は、必要に応じて本体から熱エネルギーを追加又は除去することによって、正常温度の中核温度を維持するために使用することができる。中核温度測定及びフィードバック制御機構を組み込んで、子供又は大人の正常体温の中核温度を維持する閉ループシステムを形成することができる。当業者は、これが他の哺乳動物にも適用され得ることを認識するであろう。

【0079】

病院環境に配置され、体内に熱を伝達するように構成された本発明は、すべての手術の６０％及びすべての心胸郭手術の９０％で発生する術後低体温に対抗するために使用することができる。これは、患者が冷却された手術室にいるときに体内に熱を導入することによって、手術中に正常中核温度を維持するために使用することができる。これにより、生命を脅かす感染症の発生を減少させることが証明されている冷たい手術環境が可能になる。手術中の正常体温の中核体温も麻酔剤の有効性を高め、手術中に投与する必要がある用量をより少なくすることを可能にする。更に、手術中の正常体温の中核温度は、術後の回復時間を有意に減少させるであろう術後低体温症を排除することができる。あるいは、身体からの熱除去のために構成された本発明は、特定の高リスク外科処置中の神経保護を強化するために不可欠な外科低体温を誘導するために使用することができる。

【0080】

熱を体内に伝達するように構成されているため、本発明は、寒冷環境への人間の曝露を拡大するために使用することができ、例えば、要素に曝露される作業者、又はスキー、ハイキング、ハンチング、釣り、キャンプ、登山、スノーモービル、オーシャンスイミングなどの活動に従事するスポーツを好む人のために使用することができる。本発明は、著しい身体の損傷及び生命の喪失を引き起こす可能性がある重度の低体温を有する人々の中核温度を急速に加熱するために使用することができる。これは、身体活動の前のウォームアップ準備を支援するために使用することができる。それは、長時間の低温療法組織治療中に筋肉及び器官を保温するために理学療法に使用することができる。

【0081】

本発明は、循環脈管構造からの熱の持続的な持続的除去をもたらすことによって、体重減少の補助として使用することができることが予想され、本発明の範囲内である。これは、身体に一定の副熱負荷をかける中核器官からの持続的で適度な熱の除去が、代謝活性の増強、したがってカロリーの燃焼によって打ち消されなければならないことが研究によって示されているからである。

【0082】

本発明の実施形態を詳細に示し説明してきたため、当業者には様々な修正及び改良が容易に明らかになるであろう。したがって、上記の本発明の例示的な実施形態は、限定ではなく例示を意図している。本発明の精神及び範囲は広く解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14a】

【図14b】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】