体内組織の冷却
血液を冷却するためのカテーテル（１０）は、部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有する管状の軸部（１２）を含む。その管腔は、血液が、体管から管腔中にそれを通って入り、また管腔から出る入口ポート（１８）及び出口ポート（２０）を有する。膨張可能なバルーン（１４）が、管腔の入口ポートと出口ポートとの間に配置され、それは、膨張したとき体管を閉塞して正常な血流を阻止する。血液が管腔を通って流れるとき、冷却要素が血液を冷却する。冷却要素は、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより血液を冷却する室を含むことができる。冷却要素はまた、熱電冷却装置を含むこともできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内の標的組織部位を冷却することに関する。
【背景技術】
【０００２】
重症の場合には急性心筋梗塞症（ＡＭＩ）となる心筋虚血は、冠状動脈疾患に起因して、心筋層への血液循環が不十分である場合に生ずる可能性がある。血流への障害物を除去した後の心臓への血液の早期の再灌流によって心筋層に対する損傷を劇的に低減することを証拠が示唆している。しかし、心臓への血流を回復させると再灌流障害を生ずるおそれがある。再灌流障害は、血流が不十分な期間に心筋層に対して老廃物が堆積されること、また正常な血流が回復したとき、これらの老廃物と血液中の酸素が反応することによるものと考えられる。再灌流に先立って、心筋組織を冷却することにより心筋層への再灌流障害を低減することが可能である。摂氏２８度と３６度との間の温度による心筋組織への軽度の冷却は、化学反応速度を低減し、また組織活性とそれに関連する代謝性要求を低減する可能性が高く、保護作用を提供する。
【０００３】
心筋組織を冷却するための一方法は、患者の心臓の上に氷パックを置くことである。他の方法は、心腔を穿刺し、標的の心筋組織の近くの心腔空間中に挿入した容器に冷却された流体を供給することを含む。心筋組織の冷却はまた、冷却された溶液を標的組織に灌流させることによっても達成することができる。カテーテルの遠位先端に配置された熱伝達要素を有するカテーテルを、心臓に流入しまた心臓を通って流れる血液を冷却するために血管中に挿入することもできる。患者の冠状静脈洞中に配置したカテーテルを通して心臓に冷却血液を供給することにより、心筋組織を冷却することもまた可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、体内の標的組織部位を冷却する装置及び方法を特徴とする。一態様では、本発明は、部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有する細長い部材を含むカテーテルを特徴とする。管腔は、血液が体管から管腔中にそれを通って入る入口ポートと、血液が管腔からそれを通って出る出口ポートとを有する。膨張可能なバルーンが管腔の入口ポートと出口ポートとの間に配置されており、それが体管内に配置されて膨張したとき、バルーンは体管を閉塞して正常な血流を阻止する。冷却要素が、管腔内を血液が流れるときそれを冷却する。
【０００５】
諸実施形態では、カテーテルが冠状動脈などの体管中にあるとき、入口及び出口ポートが共に体管内にあるように、管腔の入口及び出口ポートを配置することができる。膨張可能なバルーンの膨張した外径は、約５ミリメートル以下とすることができる。管腔はまた、正常な血圧で、管腔を通って毎分２０ミリリットルの血流を供給するように構成することができ、また２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４５未満の直径を有することができる。
【０００６】
他の諸実施形態では、冷却要素は、カテーテルの遠位部分に配置することができる。冷却要素は、ジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより血液を冷却する室を含むことができる。膨張可能なバルーンはまた、膨張室を含むことができ、バルーンの膨張室はまた、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて血液を冷却する室として働くことができる。他の諸実施形態では、冷却要素は熱電冷却装置を含み、それは、複数の熱電半導体を含むことができる。
【０００７】
他の態様では、本発明は、体内の標的組織部位に冷却された血液を供給するためのカテーテルを特徴とする。そのカテーテルは、部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有する細長い部材を含む。管腔は、血液が体管から管腔中にそれを通って入る入口ポートと、血液が管腔からそれを通って出る出口ポートとを有する。室は、管腔の入口ポートと出口ポートとの間でカテーテルの遠位部分に配置されており、したがって、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより、血液が管腔を通って流れるとき、室はその血液を冷却することができる。
【０００８】
諸実施形態では、冠状動脈などの体管中にカテーテルがあるとき、入口及び出口ポートが共に体管内にあるように、管腔の入口及び出口ポートを配置することができる。いくつかの実施形態では、室はまた膨張して体管を閉塞し、標的組織部位への正常な血流を阻止することができる。室は、約５ミリメートル以下の膨張した外径に拡張することができる。
【０００９】
他の態様では、本発明は、体内の標的組織部位に冷却された血液を供給する方法を特徴とする。膨張可能なバルーンをカテーテルの遠位端の近くに有するカテーテルが体管中に導入される。バルーンは、膨張して体管を通る標的組織部位への正常な血流を制限する。血液は、バルーンに対して近位の入口ポートから、バルーンに対して遠位の出口ポートへとバルーンカテーテル中の管腔を通って流れることができ、血液は管腔を通って流れるとき冷却される。
【００１０】
諸実施形態では、カテーテルは、管腔の入口及び出口ポートもまた体管内にあるように、体管中に、例えば、冠状動脈中に配置することができる。本方法はまた、経皮経管冠動脈形成術中で実施することもできる。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施形態の細部は、添付の図面及び以下の説明で述べる。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、その説明及び図面から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。
【００１２】
様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、カテーテル１０は、細長い管状の軸部１２と、カテーテルの遠位部分１６に膨張可能なバルーン１４とを含む。カテーテル１０は、組織部位への酸素と結合（酸素化）された血液の流れを低減し、または完全に妨害した冠状動脈など、体管中の障害を修復するために使用することができる。カテーテル１０はまた、酸素が欠乏した、または虚血性の組織部位に、冷却した血液を供給するために使用することもできる。灌流管腔（図１に示さず）が、カテーテルの遠位端１６で、軸部１２を通り長手方向に延びる。血流を閉塞するために、バルーン１４を体管中で膨張させると、血液は、矢印Ａで示すように、バルーン１４に対して近位のカテーテル軸部１２の入口ポート１８を介して灌流管腔に強制的に入る。カテーテルの遠位部分１６中に配置される冷却要素（図１に示さず）は、血液が灌流管腔を通って流れるときそれを冷却し、冷却された血液が、矢印Ｂで示すように、出口ポート２０を介してバルーン１４に対して遠位の管腔から出る。
【００１４】
虚血性組織部位に冷却した血液を送達することは、組織部位が酸素を欠乏している時間を延長することなく、その部位への血液の再灌流に関連する障害を低減する。冷却過程中、組織部位に供給される血液は、酸素と結合されているので、所望する時間の間、冷却を行うことができる。さらに、カテーテル１０により供給される酸素と結合された血液は体内で冷却されており、血球を損傷する可能性のある体外に移され冷却されることはない。さらに、組織部位に血液を供給することは、手技中にカテーテル１０の位置を損なう可能性のある、血管中に流体を注入するためのカテーテルの案内ワイヤ（図１に示さず）の除去を必要としない。
【００１５】
アダプタ２２が、カテーテルの近位端２４で、軸部１２に取り付けられる。アダプタは、軸部１２の内側の管腔（図１に示さず）へのアクセスを提供する近位端２４における長手方向開口部３２を含む。この内部の管腔は、軸部１２の長さ全体を通り、カテーテルの遠位端３４における他方の長手方向開口部へと延びる。案内ワイヤ（図示せず）を、この内部管腔を通って挿入することができ、医師が、カテーテルを体管を通して標的組織部位の近くで操作することができる。カテーテル１０が配置された後、案内ワイヤを取り外すことができ、標的組織部位に流体を供給するために管腔をまた使用することができる。
【００１６】
アダプタ２２はまた、ポート２６、２８、及び３０を含む。ポート２６、２８、及び３０は、カテーテル軸部１２を通りカテーテルの遠位部分１６まで長手方向に延びる管腔、または温度センサなど内部装置を接続するためのワイヤへのアクセスを提供することができる。アダプタ中のポート数、及びポートの使用法は、灌流管腔を通って流れる血液を冷却するために使用される冷却要素のタイプに依存しており、それを後に詳細に説明する。
【００１７】
図１の例では、カテーテル１０は、摂氏２５度から３６度の範囲の灌流管腔を通って流れる血液を冷却することができる。冷却量は、灌流管腔を通る血液の体積流量、灌流管腔の長さ及び内径、及び冷却要素の冷却能力など、いくつかの因子に依存する。例えば、灌流管腔の長さが約２０ミリメートルであり、灌流管腔の内径が約２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４０である実装形態では、灌流管腔を通る血液の体積流量は、約２４ｍｌ／分である。この例でさらに、冷却要素の温度が摂氏約マイナス１０度であり、灌流管腔を通って流れる血液は、摂氏約３７度の正常な体温から摂氏約２９度に冷却することができる。血液の冷却は、１つまたは複数のこれらの変数を変えることにより変化させることができる。例えば、灌流管腔を通る血液の体積流量を１２ｍｌ／分に低減することにより、他のすべてのものを一定に保った場合、血液を２５度に冷却することができる。
【００１８】
灌流管腔を通る血液の体積流量は、灌流管腔のサイズ、入口ポート１８及び出口ポート２０のサイズと形状、及び、当然であるが、入口ポート１８における血圧により決定される。図１における実装形態では、入口ポート１８は、約４．５と１．５ミリメートルの軸を有する実質的に楕円形状を有する。他の実装形態では、入口ポート１８は他の形状で構成することができ、またポート１８の表面積を増減することができる。さらに、さらなる血流を灌流管腔中に流入させることができるように、追加の入口ポートをカテーテル１０に加えることができる。図１のカテーテルは、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１００分の５、及び１００分の２の軸を有する２つの楕円形状の出口ポート２０を有する。入口ポート１８と同様に、出口ポート２０は他の形状で構成することも可能であり、また出口ポート２０の組み合わせた表面積を所望に応じて増減することができる。さらに、カテーテル軸部１２に対して、追加の出口ポートを加えることができ、または、代替的に、軸部１２が１つの出口ポートを有するだけとすることもできる。血液の冷却を高めるために灌流管腔を通る血液流量を低減させる例では、バルーンに対して遠位の組織を酸素と結合するために、バルーン１４の膨張／収縮を繰り返すことが必要となり得る。しかし、再灌流障害を阻止するために、組織部位がまず冷却されるまでは、バルーン１４を収縮させて酸素と結合された体温の血液を組織部位に送るべきではない。
【００１９】
カテーテル１０は、灌流管腔の長さ、所望の冷却量、所望のカテーテル遠位部分１６のサイズ、及び特有の用途に必要なカテーテルの遠位部分１６の可撓性などの因子に応じて、様々な異なる冷却要素もしくは機構を用いて、灌流管腔を通して流れる血液を冷却することができる。冷却要素は、例えば、灌流管腔に隣接して配置され、またカテーテル中の１つまたは複数の管腔によりアクセス可能な室とすることができる。この例では、冷却流体を室に供給し、次に、それが灌流管腔を通って流れる血液を冷却することができる。
【００２０】
他の実施形態では、灌流管腔を通って流れる血液をジュール−トムソン効果（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれる物理過程を用いて冷却するために、室を使用することができる。この過程を使用するために、高圧の流体が室中に導かれて、管腔の遠位端に位置するオリフィスを横断して液体から気体へと相変化させることができる。流体が相変化すると、熱の形のエネルギが周囲領域から奪われて、室と、灌流管腔を通って流れる血液とを冷却する。血液を冷却するためにジュール−トムソン効果を用いるカテーテルの一例を図２及び図３に示す。
【００２１】
他の実装形態では、冷却要素を熱電冷却装置（ＴＥＣ）（図４に示す）とすることができ、それは、ペルチエ効果と呼ばれる過程を用いて灌流管腔を通って流れる血液を冷却する。この例では、ＴＥＣは、入口ポート１８と出口ポート２０との間に、灌流管腔を通って流れる血液と熱接触して配置されており、それを後で論ずるものとする。現在利用可能なＴＥＣは、同様なサイズ及び冷却表面積のジュール−トムソン冷却要素の冷却能力を有していない。その結果、現在のＴＥＣは、灌流管腔の長さが２０ミリメートルで、内径が２．５４ｃｍ（１インチ）の１０００分の４０であり、かつその灌流管腔を通って流れる血液の体積流量が２４ｍｌ／分である場合の前の例におけるように、血液を摂氏２９度まで冷却することができない可能性がある。したがって、同じ冷却量を達成するために、ＴＥＣは、血液の体積流量を低減させる、または灌流管腔の長さを増加させる用途においてのみ現在使用することができる。ＴＥＣの冷却能力は増加し続けているので、将来、より多くの用途に適するようになる可能性がある。
【００２２】
図２は、カテーテルの灌流管腔１３６を通って血液が流れるとき、血液を冷却するためにジュール−トムソン効果を用いるカテーテルの遠位部分１１６の、長手方向平面における側面断面図である。カテーテルの遠位部分１１６は、灌流管腔１３６の入口ポート１１８と出口ポート１２０との間で軸部１１２の上に、また軸部の円周全体周りに配置された膨張可能なバルーン１１４を含む。溶接（図示せず）により、軸部１１２に対してバルーン１１４の長手方向端部１４２を固定かつ密封し、それにより、軸部１１２とバルーン１１４との間で密封された室１４０が形成される。注入管腔１４４は、アダプタのポート（例えば、図１のポート２６）から、軸部１１２を通り、密封された室１４０へと延びる。ＣＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2、またはＨｅなどの高圧の流体が、密封された室１４０中に導かれ、ジュール−トムソン・オリフィス１４６を横断して気体へと膨張する。
【００２３】
相変化は、図２のカテーテルで２つの機能を実施する。室１４０の温度を低下させることに加えて、気体への相変化はまた、バルーン１１４を膨張させ、それにより、必要な場合、体管中の障害を修復することができ、また体管を通る正常な血液を妨害し、強制的に血液を灌流管腔１３６中を通るようにする。密封された室１４０からアダプタポート（例えば、図１に示すポート２８）へと長手方向に延びる排出管腔（図３に示す）は、室１４０中の所望の圧力を維持するように、またバルーン１１４を所望のレベルに膨張させるように、密封された室１４０から過剰な気体を取り除く。
【００２４】
図２の例では、温度センサ１５０が、室１４０の内側に配置され、室１４０の温度を監視する。この例では、温度センサ１５０は、熱電対である。熱電対は、互いに絶縁された異種材料の２本の導電性ワイヤ１５４からなる。ワイヤ１５４は、アダプタのポート、例えば、図１に示すアダプタ２２のポート３０から、カテーテル軸部１１２を通り室１４０中へと長手方向に延びる。導電性ワイヤ１５４は共に結合されて接合部１５２を形成し、それが室１４０の内側で気体と熱接触する。２つの異種導体がこのように結合されると、接合部１５２の両端で起電力（ｅｍｆ）が誘起されるが、その大きさは、接合部の温度に応じて変化する。誘起されたｅｍｆは、導電性ワイヤ１５４の近位端で測定することができ、したがって、室１４０の温度を測定することができる。他の実装形態では、温度センサ１５０は、サーミスタまたは他の適切な温度検出機構とすることができる。温度センサ１５０はまた、室の温度を測定するために、軸部１１２中の様々な位置に配置することができる。他の実装形態では、例えば、出口ポート１２０を出る血液の温度を測定するために、追加の温度センサをカテーテルに加えることができる。
【００２５】
管腔１４８は、カテーテルの近位端における開口部（例えば、図１に示す長手方向開口部３２）から、カテーテルを通りカテーテルの遠位端１３４における開口部へと長手方向に延びる。案内ワイヤ（図示せず）をこの管腔１４８を通り長手方向に延ばすことができ、医師が、カテーテルの遠位部分１１６を、体管を通して標的組織部位まで案内することができる。カテーテルが体内に配置された後、管腔１４８はまた、所望の場合、標的組織部位に流体を供給するために使用することもできる。例えば、冷却血液または代用血液を、標的組織部位に供給することも可能である。抗酸化剤または酸化窒素、リドカイン、ニトログリセリン、インスリンなど他の血管作用物質を含む冷却塩類液または食塩水もまた、管腔１４８を介して供給することができる。
【００２６】
図２の例では、バルーン１１４の壁は、約０．００１８ｃｍ（０．０００７インチ）のバルーンカテーテル用の典型的な膨張バルーンより厚く、例えば、０．００３８ｃｍ（０．００１５インチ）の厚さを有する。バルーン壁の増加させた厚さにより、バルーン１１４の外側表面と接触する体液及び体組織が隔離される。その隔離により、カテーテルの組織的な冷却効果を制限し、灌流管腔１３６を通って流れる血液の目標とする冷却効率を改善することができる。他の実装形態では、バルーンの厚さを必要に応じて増減することができる。代替的には、追加の外側層をバルーン１１４に加えることもできる。追加の外側層は、例えば、ポリエステルなどのポリマーで構成することができる。いくつかの実装形態では、流体またはポリマー材料を、さらなる隔離を提供するためにバルーン１１４と追加の外側層との間に配置することができる。
【００２７】
図３は、バルーン１１４から近位的に見た、図２の線３−３におけるカテーテルの遠位部分１１６の横断面を示す。図３の横断面は、灌流管腔１３６の相対的なサイズと位置、案内ワイヤと標的組織部位への流体注入用の管腔１４８、注入管腔１４４と排出管腔１５６、及び導電性ワイヤ１５４を示す。バルーンの長手方向端部分１４２は、軸部の外側表面１５８に取り付けた状態で示されている。
【００２８】
灌流管腔１３６は、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の３９から４２の直径を有することができ、またその用途に応じて変えることができる。灌流管腔１３６の直径は、管腔を通る血液の流量を増加させるために大きくすることができ、あるいは、血液の流量を低減するために直径を減少させることもできる。管腔１４８は、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の１５から２０の直径を有することができ、用途に応じて、また医師が手技を実施するために使用することを望む案内ワイヤのタイプに応じて増減することができる。
【００２９】
図３の例における注入管腔１４４及び排出管腔１５６は、横断面で集合的に半円を形成しており、注入管腔１４４及び排出管腔１５６がそれぞれ、面積の約半分を構成している。他の実装形態では、注入管腔１４４及び排出管腔１５６は、円形断面を有し、あるいは他の適切な形状を構成することができる。
【００３０】
図４は、ペルチエ効果として知られる熱エネルギ過程を用いて標的組織部位に送達するために、灌流管腔を通って血液が流れるとき、冷却血液に対して使用できるＴＥＣ２００の斜視図である。ＴＥＣ２００は、第１及び第２のモジュール２０２、２０４を含み、一緒に配置したとき、血液がそれを通って流れることのできる管腔２０６を有する円筒を形成する。ＴＥＣ２００は、灌流管腔の外壁に配置することができ、したがって、血液はＴＥＣ２００の管腔２０６を通って流れ、灌流管腔を介して流れるときそれは冷却される。
【００３１】
円筒形状の構造を形成するために、第１と第２のモジュール２０２、２０４は共に、半円筒の形状をしており、その円筒は、長手方向に、２つの等しいサイズのセクションに分割されている。第１と第２のモジュール２０２、２０４の長手方向の縁部は、小さな間隙２０８ａ及び２０８ｂで分離されている。
【００３２】
ＴＥＣ２００の第１のモジュール２０２は、第１のモジュールの近位端２１４で、ワイヤ２１０及び２１２に接続され、また第１のモジュールの遠位端２２０で、ワイヤ２１６及び２１８に接続されている。この実装形態では、ワイヤ２１０及び２１２が、カテーテルの軸部を通りカテーテルの近位端の方向に長手方向に延びており、したがって、後に説明するように、ＴＥＣの温度を制御することができる。カテーテルが追加のＴＥＣ２００を含む場合、ワイヤ２１０及び２１２は、他のＴＥＣの第１のモジュールに接続することができる。ＴＥＣ２００が、カテーテル軸部中で最も近位のＴＥＣである場合、ワイヤ２１０及び２１２は、アダプタ中のポート、例えば、図１に示すポート３０を介して患者の外側にアクセスするために、軸部を通りカテーテルの近位端へと長手方向に延びる。ワイヤ２１６及び２１８は、カテーテル軸部を通りカテーテルの遠位端の方向へ長手方向に延びており、またＴＥＣ２００に対して遠位に位置する他のＴＥＣの第１のモジュールに接続することができる。
【００３３】
第２のモジュール２０４は、同様に、第２のモジュールの近位端２１４でワイヤ２２２及び２２４に接続され、また第２のモジュールの遠位端２２０でワイヤ２２６及び２２８に接続される。ワイヤ２２２、２２４、２２６、及び２２８は、軸部を通り長手方向に延びており、また第１のモジュール２０２に関して述べたのと同様に、カテーテル中の様々なＴＥＣの第２のモジュールに接続される。
【００３４】
第１及び第２のモジュール２０２及び２０４は、例えば、一連の熱電冷却要素を含むことができる。要素は、例えば、電気的な絶縁体内にパッケージされ、直列に接続されたｎ型半導体及びｐ型半導体を含むことができる。他の実装形態では、半導体を他の適切な材料と置き換えることができる。半導体は、熱電冷却要素の２つの側部のセラミック基板に取り付けられたヒートシンクから導体を電気的に絶縁するセラミック基板の間に通常配置される。熱電冷却要素は、一方のヒートシンクが、モジュール２０２及び２０４の内部表面（すなわち、管腔２０６を形成する表面）に隣接するように配置される。もう一方のヒートシンクは、モジュール２０２及び２０４の外部表面２３０に隣接して配置される。
【００３５】
ＴＥＣ２００の冷却効果を利用するために、ワイヤ２１０、２１２、２２２、及び２２４を介してＤＣ電圧を要素に印加することができ、それにより、半導体対に電流を流すことができる。電流は、管腔２０６を形成する表面上のヒートシンクから、モジュールの外部表面２３０の近くのヒートシンクへと熱を導く。この過程を通して、管腔２０６を形成する内部表面が冷却され、また同時に、外部表面２３０が加熱される。管腔２０６を形成する内部表面を冷却することにより、カテーテルの灌流管腔を通って流れる血液もまた冷却することができる。
【００３６】
ＴＥＣ２００が冷却のために使用される実装形態では、図２及び図３に示す注入及び排出管腔を共に用いることが不要になる可能性がある。カテーテルの遠位端でバルーンを膨張及び収縮させるためには、単一の管腔で十分であり得る。図２の注入管腔のように、バルーンの膨張管腔は、バルーンによって形成される密封された室からカテーテルのアダプタにおけるポートへと長手方向に延びることができる。
【００３７】
図５は、横断面で示した、冠状動脈中に配置された図１の灌流カテーテルの遠位部分１６の側面図であり、また心臓中の標的組織部位３０２を冷却する方法を示す。図５の例では、灌流カテーテル１０の遠位部分１６が、損傷または障害物を含み、かつ経皮経管冠動脈形成術で治療されている心臓の冠状動脈３００中に大動脈３０４を介して配置されている。カテーテルの遠位部分１６が動脈３００中に配置された後、バルーン１４が膨張して、標的組織部位３０２への正常な血流を阻止し、またいくつかの実装形態では、動脈３００の閉塞を開放する。矢印Ａで示すように、入口ポート１８を介して灌流管腔に入る血液は、カテーテルの遠位部分１６における冷却要素により冷却される。次いで、血液は、矢印Ｂで示すように、出口ポート２０を介して灌流管腔を出て、灌流障害を低減するために組織部位３０２に供給される。
【００３８】
図１のカテーテルはまた、体の他の領域における組織部位を冷却するために使用することができる。本カテーテルは、例えば、脳、腎臓、及び脚で使用することができる。
図６は、前に述べたカテーテル（その一部分だけが図６に示されている）、及びそのカテーテルに取り付けられる様々な外部機器を含むシステムを示す。この例では、カテーテルは、制御装置４０４、流体ポンプ４０６、排出バルブ４０８、及び温度監視装置４１０を含む制御システム４０２に取り付けられる。制御装置４０４は、温度監視装置４１０から情報を受け取り、その情報を用いて、流体ポンプ４０６の動作を制御し、また標的組織部位に送達される血液の温度を制御する。制御装置４０４はまた、バルーンの膨張／収縮を規定するカテーテルのバルーン（図６に図示せず）中の圧力を監視し、さらに、冷却のために、バルーンの室中へと連続的に気体を膨張させることができる。
【００３９】
カテーテルの近位端４００は、ポート４１６、４１８、及び４２０を有するアダプタ４１４を有する。ポート４１６は、カテーテルを通りカテーテルの遠位部分におけるバルーンの室へと長手方向に延びる注入管腔へのアクセスを提供する。流体ポンプ４０６は、ポート４１６を介して注入管腔に接続される。制御装置４０４は、流体ポンプ４０６の動作を制御し、したがって、バルーンの室に供給される過冷却された流体の量及び速度を制御する。密封された室に供給される過冷却された流体４１２は、ＣＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2、Ｈｅ、または他の適切な流体とすることができる。
【００４０】
ポート４１８は、バルーンの室からカテーテルを通り長手方向に延びる排出管腔へのアクセスを提供する。排出バルブ４０８は、ポート４１８を介して排出管腔に接続されている。制御装置４０４は、排出バルブ４０８によるバルーンの室からの気体の除去を制御し、監視する。ポート４２０は、密封された室の温度を検出する温度センサへのアクセスを提供する。例えば、温度センサが（図２に示す）熱電対である場合の実装形態では、ポート４２０は、カテーテルの遠位部分における熱電対の接合部から延びる導電性ワイヤへのアクセスを提供する。
【００４１】
他の実装形態では、追加の外部装置を制御システム４０２に加えることができ、また、代替的には、いくつかの装置を除外することもできる。さらに、制御システム４０２は、灌流管腔を通って流れる血液を冷却するためにＴＥＣを使用するカテーテルの冷却を制御するように変更することができる。このような実装形態では、流体ポンプ４０６は、膨張媒体を導入しまた除去するために使用でき、したがって、カテーテルのバルーンを膨張／収縮させることができる。排出バルブは、ＴＥＣの冷却量を制御するＤＣ電圧源と置き換えることができる。温度監視装置は、カテーテルの灌流管腔を出る流体の温度を測定する温度センサを監視するために使用することができる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。しかし、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な変更を行えることが理解されよう。したがって、他の諸実施形態も添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるカテーテルの斜視図である。
【図２】図１に示すタイプのカテーテルの一実施形態の遠位部分の長手方向平面における側面断面図である。
【図３】図２に示す線３−３に沿ったカテーテルの横断面図である。
【図４】本発明によるカテーテルで使用することのできる熱電冷却装置の斜視図である。
【図５】横断面で示した、冠状動脈中に配置された図１のカテーテルの遠位部分の側面図であり、心臓中の標的組織部位を冷却する方法を示す図である。
【図６】標的組織部位を冷却するために使用されるカテーテルの近位端の側面図と、ブロック図で示された、カテーテルの近位端に接続される制御システムの図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内の標的組織部位を冷却することに関する。
【背景技術】
【０００２】
重症の場合には急性心筋梗塞症（ＡＭＩ）となる心筋虚血は、冠状動脈疾患に起因して、心筋層への血液循環が不十分である場合に生ずる可能性がある。血流への障害物を除去した後の心臓への血液の早期の再灌流によって心筋層に対する損傷を劇的に低減することを証拠が示唆している。しかし、心臓への血流を回復させると再灌流障害を生ずるおそれがある。再灌流障害は、血流が不十分な期間に心筋層に対して老廃物が堆積されること、また正常な血流が回復したとき、これらの老廃物と血液中の酸素が反応することによるものと考えられる。再灌流に先立って、心筋組織を冷却することにより心筋層への再灌流障害を低減することが可能である。摂氏２８度と３６度との間の温度による心筋組織への軽度の冷却は、化学反応速度を低減し、また組織活性とそれに関連する代謝性要求を低減する可能性が高く、保護作用を提供する。
【０００３】
心筋組織を冷却するための一方法は、患者の心臓の上に氷パックを置くことである。他の方法は、心腔を穿刺し、標的の心筋組織の近くの心腔空間中に挿入した容器に冷却された流体を供給することを含む。心筋組織の冷却はまた、冷却された溶液を標的組織に灌流させることによっても達成することができる。カテーテルの遠位先端に配置された熱伝達要素を有するカテーテルを、心臓に流入しまた心臓を通って流れる血液を冷却するために血管中に挿入することもできる。患者の冠状静脈洞中に配置したカテーテルを通して心臓に冷却血液を供給することにより、心筋組織を冷却することもまた可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、体内の標的組織部位を冷却する装置及び方法を特徴とする。一態様では、本発明は、部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有する細長い部材を含むカテーテルを特徴とする。管腔は、血液が体管から管腔中にそれを通って入る入口ポートと、血液が管腔からそれを通って出る出口ポートとを有する。膨張可能なバルーンが管腔の入口ポートと出口ポートとの間に配置されており、それが体管内に配置されて膨張したとき、バルーンは体管を閉塞して正常な血流を阻止する。冷却要素が、管腔内を血液が流れるときそれを冷却する。
【０００５】
諸実施形態では、カテーテルが冠状動脈などの体管中にあるとき、入口及び出口ポートが共に体管内にあるように、管腔の入口及び出口ポートを配置することができる。膨張可能なバルーンの膨張した外径は、約５ミリメートル以下とすることができる。管腔はまた、正常な血圧で、管腔を通って毎分２０ミリリットルの血流を供給するように構成することができ、また２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４５未満の直径を有することができる。
【０００６】
他の諸実施形態では、冷却要素は、カテーテルの遠位部分に配置することができる。冷却要素は、ジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより血液を冷却する室を含むことができる。膨張可能なバルーンはまた、膨張室を含むことができ、バルーンの膨張室はまた、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて血液を冷却する室として働くことができる。他の諸実施形態では、冷却要素は熱電冷却装置を含み、それは、複数の熱電半導体を含むことができる。
【０００７】
他の態様では、本発明は、体内の標的組織部位に冷却された血液を供給するためのカテーテルを特徴とする。そのカテーテルは、部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有する細長い部材を含む。管腔は、血液が体管から管腔中にそれを通って入る入口ポートと、血液が管腔からそれを通って出る出口ポートとを有する。室は、管腔の入口ポートと出口ポートとの間でカテーテルの遠位部分に配置されており、したがって、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより、血液が管腔を通って流れるとき、室はその血液を冷却することができる。
【０００８】
諸実施形態では、冠状動脈などの体管中にカテーテルがあるとき、入口及び出口ポートが共に体管内にあるように、管腔の入口及び出口ポートを配置することができる。いくつかの実施形態では、室はまた膨張して体管を閉塞し、標的組織部位への正常な血流を阻止することができる。室は、約５ミリメートル以下の膨張した外径に拡張することができる。
【０００９】
他の態様では、本発明は、体内の標的組織部位に冷却された血液を供給する方法を特徴とする。膨張可能なバルーンをカテーテルの遠位端の近くに有するカテーテルが体管中に導入される。バルーンは、膨張して体管を通る標的組織部位への正常な血流を制限する。血液は、バルーンに対して近位の入口ポートから、バルーンに対して遠位の出口ポートへとバルーンカテーテル中の管腔を通って流れることができ、血液は管腔を通って流れるとき冷却される。
【００１０】
諸実施形態では、カテーテルは、管腔の入口及び出口ポートもまた体管内にあるように、体管中に、例えば、冠状動脈中に配置することができる。本方法はまた、経皮経管冠動脈形成術中で実施することもできる。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施形態の細部は、添付の図面及び以下の説明で述べる。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、その説明及び図面から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。
【００１２】
様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、カテーテル１０は、細長い管状の軸部１２と、カテーテルの遠位部分１６に膨張可能なバルーン１４とを含む。カテーテル１０は、組織部位への酸素と結合（酸素化）された血液の流れを低減し、または完全に妨害した冠状動脈など、体管中の障害を修復するために使用することができる。カテーテル１０はまた、酸素が欠乏した、または虚血性の組織部位に、冷却した血液を供給するために使用することもできる。灌流管腔（図１に示さず）が、カテーテルの遠位端１６で、軸部１２を通り長手方向に延びる。血流を閉塞するために、バルーン１４を体管中で膨張させると、血液は、矢印Ａで示すように、バルーン１４に対して近位のカテーテル軸部１２の入口ポート１８を介して灌流管腔に強制的に入る。カテーテルの遠位部分１６中に配置される冷却要素（図１に示さず）は、血液が灌流管腔を通って流れるときそれを冷却し、冷却された血液が、矢印Ｂで示すように、出口ポート２０を介してバルーン１４に対して遠位の管腔から出る。
【００１４】
虚血性組織部位に冷却した血液を送達することは、組織部位が酸素を欠乏している時間を延長することなく、その部位への血液の再灌流に関連する障害を低減する。冷却過程中、組織部位に供給される血液は、酸素と結合されているので、所望する時間の間、冷却を行うことができる。さらに、カテーテル１０により供給される酸素と結合された血液は体内で冷却されており、血球を損傷する可能性のある体外に移され冷却されることはない。さらに、組織部位に血液を供給することは、手技中にカテーテル１０の位置を損なう可能性のある、血管中に流体を注入するためのカテーテルの案内ワイヤ（図１に示さず）の除去を必要としない。
【００１５】
アダプタ２２が、カテーテルの近位端２４で、軸部１２に取り付けられる。アダプタは、軸部１２の内側の管腔（図１に示さず）へのアクセスを提供する近位端２４における長手方向開口部３２を含む。この内部の管腔は、軸部１２の長さ全体を通り、カテーテルの遠位端３４における他方の長手方向開口部へと延びる。案内ワイヤ（図示せず）を、この内部管腔を通って挿入することができ、医師が、カテーテルを体管を通して標的組織部位の近くで操作することができる。カテーテル１０が配置された後、案内ワイヤを取り外すことができ、標的組織部位に流体を供給するために管腔をまた使用することができる。
【００１６】
アダプタ２２はまた、ポート２６、２８、及び３０を含む。ポート２６、２８、及び３０は、カテーテル軸部１２を通りカテーテルの遠位部分１６まで長手方向に延びる管腔、または温度センサなど内部装置を接続するためのワイヤへのアクセスを提供することができる。アダプタ中のポート数、及びポートの使用法は、灌流管腔を通って流れる血液を冷却するために使用される冷却要素のタイプに依存しており、それを後に詳細に説明する。
【００１７】
図１の例では、カテーテル１０は、摂氏２５度から３６度の範囲の灌流管腔を通って流れる血液を冷却することができる。冷却量は、灌流管腔を通る血液の体積流量、灌流管腔の長さ及び内径、及び冷却要素の冷却能力など、いくつかの因子に依存する。例えば、灌流管腔の長さが約２０ミリメートルであり、灌流管腔の内径が約２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４０である実装形態では、灌流管腔を通る血液の体積流量は、約２４ｍｌ／分である。この例でさらに、冷却要素の温度が摂氏約マイナス１０度であり、灌流管腔を通って流れる血液は、摂氏約３７度の正常な体温から摂氏約２９度に冷却することができる。血液の冷却は、１つまたは複数のこれらの変数を変えることにより変化させることができる。例えば、灌流管腔を通る血液の体積流量を１２ｍｌ／分に低減することにより、他のすべてのものを一定に保った場合、血液を２５度に冷却することができる。
【００１８】
灌流管腔を通る血液の体積流量は、灌流管腔のサイズ、入口ポート１８及び出口ポート２０のサイズと形状、及び、当然であるが、入口ポート１８における血圧により決定される。図１における実装形態では、入口ポート１８は、約４．５と１．５ミリメートルの軸を有する実質的に楕円形状を有する。他の実装形態では、入口ポート１８は他の形状で構成することができ、またポート１８の表面積を増減することができる。さらに、さらなる血流を灌流管腔中に流入させることができるように、追加の入口ポートをカテーテル１０に加えることができる。図１のカテーテルは、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１００分の５、及び１００分の２の軸を有する２つの楕円形状の出口ポート２０を有する。入口ポート１８と同様に、出口ポート２０は他の形状で構成することも可能であり、また出口ポート２０の組み合わせた表面積を所望に応じて増減することができる。さらに、カテーテル軸部１２に対して、追加の出口ポートを加えることができ、または、代替的に、軸部１２が１つの出口ポートを有するだけとすることもできる。血液の冷却を高めるために灌流管腔を通る血液流量を低減させる例では、バルーンに対して遠位の組織を酸素と結合するために、バルーン１４の膨張／収縮を繰り返すことが必要となり得る。しかし、再灌流障害を阻止するために、組織部位がまず冷却されるまでは、バルーン１４を収縮させて酸素と結合された体温の血液を組織部位に送るべきではない。
【００１９】
カテーテル１０は、灌流管腔の長さ、所望の冷却量、所望のカテーテル遠位部分１６のサイズ、及び特有の用途に必要なカテーテルの遠位部分１６の可撓性などの因子に応じて、様々な異なる冷却要素もしくは機構を用いて、灌流管腔を通して流れる血液を冷却することができる。冷却要素は、例えば、灌流管腔に隣接して配置され、またカテーテル中の１つまたは複数の管腔によりアクセス可能な室とすることができる。この例では、冷却流体を室に供給し、次に、それが灌流管腔を通って流れる血液を冷却することができる。
【００２０】
他の実施形態では、灌流管腔を通って流れる血液をジュール−トムソン効果（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれる物理過程を用いて冷却するために、室を使用することができる。この過程を使用するために、高圧の流体が室中に導かれて、管腔の遠位端に位置するオリフィスを横断して液体から気体へと相変化させることができる。流体が相変化すると、熱の形のエネルギが周囲領域から奪われて、室と、灌流管腔を通って流れる血液とを冷却する。血液を冷却するためにジュール−トムソン効果を用いるカテーテルの一例を図２及び図３に示す。
【００２１】
他の実装形態では、冷却要素を熱電冷却装置（ＴＥＣ）（図４に示す）とすることができ、それは、ペルチエ効果と呼ばれる過程を用いて灌流管腔を通って流れる血液を冷却する。この例では、ＴＥＣは、入口ポート１８と出口ポート２０との間に、灌流管腔を通って流れる血液と熱接触して配置されており、それを後で論ずるものとする。現在利用可能なＴＥＣは、同様なサイズ及び冷却表面積のジュール−トムソン冷却要素の冷却能力を有していない。その結果、現在のＴＥＣは、灌流管腔の長さが２０ミリメートルで、内径が２．５４ｃｍ（１インチ）の１０００分の４０であり、かつその灌流管腔を通って流れる血液の体積流量が２４ｍｌ／分である場合の前の例におけるように、血液を摂氏２９度まで冷却することができない可能性がある。したがって、同じ冷却量を達成するために、ＴＥＣは、血液の体積流量を低減させる、または灌流管腔の長さを増加させる用途においてのみ現在使用することができる。ＴＥＣの冷却能力は増加し続けているので、将来、より多くの用途に適するようになる可能性がある。
【００２２】
図２は、カテーテルの灌流管腔１３６を通って血液が流れるとき、血液を冷却するためにジュール−トムソン効果を用いるカテーテルの遠位部分１１６の、長手方向平面における側面断面図である。カテーテルの遠位部分１１６は、灌流管腔１３６の入口ポート１１８と出口ポート１２０との間で軸部１１２の上に、また軸部の円周全体周りに配置された膨張可能なバルーン１１４を含む。溶接（図示せず）により、軸部１１２に対してバルーン１１４の長手方向端部１４２を固定かつ密封し、それにより、軸部１１２とバルーン１１４との間で密封された室１４０が形成される。注入管腔１４４は、アダプタのポート（例えば、図１のポート２６）から、軸部１１２を通り、密封された室１４０へと延びる。ＣＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2、またはＨｅなどの高圧の流体が、密封された室１４０中に導かれ、ジュール−トムソン・オリフィス１４６を横断して気体へと膨張する。
【００２３】
相変化は、図２のカテーテルで２つの機能を実施する。室１４０の温度を低下させることに加えて、気体への相変化はまた、バルーン１１４を膨張させ、それにより、必要な場合、体管中の障害を修復することができ、また体管を通る正常な血液を妨害し、強制的に血液を灌流管腔１３６中を通るようにする。密封された室１４０からアダプタポート（例えば、図１に示すポート２８）へと長手方向に延びる排出管腔（図３に示す）は、室１４０中の所望の圧力を維持するように、またバルーン１１４を所望のレベルに膨張させるように、密封された室１４０から過剰な気体を取り除く。
【００２４】
図２の例では、温度センサ１５０が、室１４０の内側に配置され、室１４０の温度を監視する。この例では、温度センサ１５０は、熱電対である。熱電対は、互いに絶縁された異種材料の２本の導電性ワイヤ１５４からなる。ワイヤ１５４は、アダプタのポート、例えば、図１に示すアダプタ２２のポート３０から、カテーテル軸部１１２を通り室１４０中へと長手方向に延びる。導電性ワイヤ１５４は共に結合されて接合部１５２を形成し、それが室１４０の内側で気体と熱接触する。２つの異種導体がこのように結合されると、接合部１５２の両端で起電力（ｅｍｆ）が誘起されるが、その大きさは、接合部の温度に応じて変化する。誘起されたｅｍｆは、導電性ワイヤ１５４の近位端で測定することができ、したがって、室１４０の温度を測定することができる。他の実装形態では、温度センサ１５０は、サーミスタまたは他の適切な温度検出機構とすることができる。温度センサ１５０はまた、室の温度を測定するために、軸部１１２中の様々な位置に配置することができる。他の実装形態では、例えば、出口ポート１２０を出る血液の温度を測定するために、追加の温度センサをカテーテルに加えることができる。
【００２５】
管腔１４８は、カテーテルの近位端における開口部（例えば、図１に示す長手方向開口部３２）から、カテーテルを通りカテーテルの遠位端１３４における開口部へと長手方向に延びる。案内ワイヤ（図示せず）をこの管腔１４８を通り長手方向に延ばすことができ、医師が、カテーテルの遠位部分１１６を、体管を通して標的組織部位まで案内することができる。カテーテルが体内に配置された後、管腔１４８はまた、所望の場合、標的組織部位に流体を供給するために使用することもできる。例えば、冷却血液または代用血液を、標的組織部位に供給することも可能である。抗酸化剤または酸化窒素、リドカイン、ニトログリセリン、インスリンなど他の血管作用物質を含む冷却塩類液または食塩水もまた、管腔１４８を介して供給することができる。
【００２６】
図２の例では、バルーン１１４の壁は、約０．００１８ｃｍ（０．０００７インチ）のバルーンカテーテル用の典型的な膨張バルーンより厚く、例えば、０．００３８ｃｍ（０．００１５インチ）の厚さを有する。バルーン壁の増加させた厚さにより、バルーン１１４の外側表面と接触する体液及び体組織が隔離される。その隔離により、カテーテルの組織的な冷却効果を制限し、灌流管腔１３６を通って流れる血液の目標とする冷却効率を改善することができる。他の実装形態では、バルーンの厚さを必要に応じて増減することができる。代替的には、追加の外側層をバルーン１１４に加えることもできる。追加の外側層は、例えば、ポリエステルなどのポリマーで構成することができる。いくつかの実装形態では、流体またはポリマー材料を、さらなる隔離を提供するためにバルーン１１４と追加の外側層との間に配置することができる。
【００２７】
図３は、バルーン１１４から近位的に見た、図２の線３−３におけるカテーテルの遠位部分１１６の横断面を示す。図３の横断面は、灌流管腔１３６の相対的なサイズと位置、案内ワイヤと標的組織部位への流体注入用の管腔１４８、注入管腔１４４と排出管腔１５６、及び導電性ワイヤ１５４を示す。バルーンの長手方向端部分１４２は、軸部の外側表面１５８に取り付けた状態で示されている。
【００２８】
灌流管腔１３６は、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の３９から４２の直径を有することができ、またその用途に応じて変えることができる。灌流管腔１３６の直径は、管腔を通る血液の流量を増加させるために大きくすることができ、あるいは、血液の流量を低減するために直径を減少させることもできる。管腔１４８は、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の１５から２０の直径を有することができ、用途に応じて、また医師が手技を実施するために使用することを望む案内ワイヤのタイプに応じて増減することができる。
【００２９】
図３の例における注入管腔１４４及び排出管腔１５６は、横断面で集合的に半円を形成しており、注入管腔１４４及び排出管腔１５６がそれぞれ、面積の約半分を構成している。他の実装形態では、注入管腔１４４及び排出管腔１５６は、円形断面を有し、あるいは他の適切な形状を構成することができる。
【００３０】
図４は、ペルチエ効果として知られる熱エネルギ過程を用いて標的組織部位に送達するために、灌流管腔を通って血液が流れるとき、冷却血液に対して使用できるＴＥＣ２００の斜視図である。ＴＥＣ２００は、第１及び第２のモジュール２０２、２０４を含み、一緒に配置したとき、血液がそれを通って流れることのできる管腔２０６を有する円筒を形成する。ＴＥＣ２００は、灌流管腔の外壁に配置することができ、したがって、血液はＴＥＣ２００の管腔２０６を通って流れ、灌流管腔を介して流れるときそれは冷却される。
【００３１】
円筒形状の構造を形成するために、第１と第２のモジュール２０２、２０４は共に、半円筒の形状をしており、その円筒は、長手方向に、２つの等しいサイズのセクションに分割されている。第１と第２のモジュール２０２、２０４の長手方向の縁部は、小さな間隙２０８ａ及び２０８ｂで分離されている。
【００３２】
ＴＥＣ２００の第１のモジュール２０２は、第１のモジュールの近位端２１４で、ワイヤ２１０及び２１２に接続され、また第１のモジュールの遠位端２２０で、ワイヤ２１６及び２１８に接続されている。この実装形態では、ワイヤ２１０及び２１２が、カテーテルの軸部を通りカテーテルの近位端の方向に長手方向に延びており、したがって、後に説明するように、ＴＥＣの温度を制御することができる。カテーテルが追加のＴＥＣ２００を含む場合、ワイヤ２１０及び２１２は、他のＴＥＣの第１のモジュールに接続することができる。ＴＥＣ２００が、カテーテル軸部中で最も近位のＴＥＣである場合、ワイヤ２１０及び２１２は、アダプタ中のポート、例えば、図１に示すポート３０を介して患者の外側にアクセスするために、軸部を通りカテーテルの近位端へと長手方向に延びる。ワイヤ２１６及び２１８は、カテーテル軸部を通りカテーテルの遠位端の方向へ長手方向に延びており、またＴＥＣ２００に対して遠位に位置する他のＴＥＣの第１のモジュールに接続することができる。
【００３３】
第２のモジュール２０４は、同様に、第２のモジュールの近位端２１４でワイヤ２２２及び２２４に接続され、また第２のモジュールの遠位端２２０でワイヤ２２６及び２２８に接続される。ワイヤ２２２、２２４、２２６、及び２２８は、軸部を通り長手方向に延びており、また第１のモジュール２０２に関して述べたのと同様に、カテーテル中の様々なＴＥＣの第２のモジュールに接続される。
【００３４】
第１及び第２のモジュール２０２及び２０４は、例えば、一連の熱電冷却要素を含むことができる。要素は、例えば、電気的な絶縁体内にパッケージされ、直列に接続されたｎ型半導体及びｐ型半導体を含むことができる。他の実装形態では、半導体を他の適切な材料と置き換えることができる。半導体は、熱電冷却要素の２つの側部のセラミック基板に取り付けられたヒートシンクから導体を電気的に絶縁するセラミック基板の間に通常配置される。熱電冷却要素は、一方のヒートシンクが、モジュール２０２及び２０４の内部表面（すなわち、管腔２０６を形成する表面）に隣接するように配置される。もう一方のヒートシンクは、モジュール２０２及び２０４の外部表面２３０に隣接して配置される。
【００３５】
ＴＥＣ２００の冷却効果を利用するために、ワイヤ２１０、２１２、２２２、及び２２４を介してＤＣ電圧を要素に印加することができ、それにより、半導体対に電流を流すことができる。電流は、管腔２０６を形成する表面上のヒートシンクから、モジュールの外部表面２３０の近くのヒートシンクへと熱を導く。この過程を通して、管腔２０６を形成する内部表面が冷却され、また同時に、外部表面２３０が加熱される。管腔２０６を形成する内部表面を冷却することにより、カテーテルの灌流管腔を通って流れる血液もまた冷却することができる。
【００３６】
ＴＥＣ２００が冷却のために使用される実装形態では、図２及び図３に示す注入及び排出管腔を共に用いることが不要になる可能性がある。カテーテルの遠位端でバルーンを膨張及び収縮させるためには、単一の管腔で十分であり得る。図２の注入管腔のように、バルーンの膨張管腔は、バルーンによって形成される密封された室からカテーテルのアダプタにおけるポートへと長手方向に延びることができる。
【００３７】
図５は、横断面で示した、冠状動脈中に配置された図１の灌流カテーテルの遠位部分１６の側面図であり、また心臓中の標的組織部位３０２を冷却する方法を示す。図５の例では、灌流カテーテル１０の遠位部分１６が、損傷または障害物を含み、かつ経皮経管冠動脈形成術で治療されている心臓の冠状動脈３００中に大動脈３０４を介して配置されている。カテーテルの遠位部分１６が動脈３００中に配置された後、バルーン１４が膨張して、標的組織部位３０２への正常な血流を阻止し、またいくつかの実装形態では、動脈３００の閉塞を開放する。矢印Ａで示すように、入口ポート１８を介して灌流管腔に入る血液は、カテーテルの遠位部分１６における冷却要素により冷却される。次いで、血液は、矢印Ｂで示すように、出口ポート２０を介して灌流管腔を出て、灌流障害を低減するために組織部位３０２に供給される。
【００３８】
図１のカテーテルはまた、体の他の領域における組織部位を冷却するために使用することができる。本カテーテルは、例えば、脳、腎臓、及び脚で使用することができる。
図６は、前に述べたカテーテル（その一部分だけが図６に示されている）、及びそのカテーテルに取り付けられる様々な外部機器を含むシステムを示す。この例では、カテーテルは、制御装置４０４、流体ポンプ４０６、排出バルブ４０８、及び温度監視装置４１０を含む制御システム４０２に取り付けられる。制御装置４０４は、温度監視装置４１０から情報を受け取り、その情報を用いて、流体ポンプ４０６の動作を制御し、また標的組織部位に送達される血液の温度を制御する。制御装置４０４はまた、バルーンの膨張／収縮を規定するカテーテルのバルーン（図６に図示せず）中の圧力を監視し、さらに、冷却のために、バルーンの室中へと連続的に気体を膨張させることができる。
【００３９】
カテーテルの近位端４００は、ポート４１６、４１８、及び４２０を有するアダプタ４１４を有する。ポート４１６は、カテーテルを通りカテーテルの遠位部分におけるバルーンの室へと長手方向に延びる注入管腔へのアクセスを提供する。流体ポンプ４０６は、ポート４１６を介して注入管腔に接続される。制御装置４０４は、流体ポンプ４０６の動作を制御し、したがって、バルーンの室に供給される過冷却された流体の量及び速度を制御する。密封された室に供給される過冷却された流体４１２は、ＣＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2、Ｈｅ、または他の適切な流体とすることができる。
【００４０】
ポート４１８は、バルーンの室からカテーテルを通り長手方向に延びる排出管腔へのアクセスを提供する。排出バルブ４０８は、ポート４１８を介して排出管腔に接続されている。制御装置４０４は、排出バルブ４０８によるバルーンの室からの気体の除去を制御し、監視する。ポート４２０は、密封された室の温度を検出する温度センサへのアクセスを提供する。例えば、温度センサが（図２に示す）熱電対である場合の実装形態では、ポート４２０は、カテーテルの遠位部分における熱電対の接合部から延びる導電性ワイヤへのアクセスを提供する。
【００４１】
他の実装形態では、追加の外部装置を制御システム４０２に加えることができ、また、代替的には、いくつかの装置を除外することもできる。さらに、制御システム４０２は、灌流管腔を通って流れる血液を冷却するためにＴＥＣを使用するカテーテルの冷却を制御するように変更することができる。このような実装形態では、流体ポンプ４０６は、膨張媒体を導入しまた除去するために使用でき、したがって、カテーテルのバルーンを膨張／収縮させることができる。排出バルブは、ＴＥＣの冷却量を制御するＤＣ電圧源と置き換えることができる。温度監視装置は、カテーテルの灌流管腔を出る流体の温度を測定する温度センサを監視するために使用することができる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。しかし、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な変更を行えることが理解されよう。したがって、他の諸実施形態も添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるカテーテルの斜視図である。
【図２】図１に示すタイプのカテーテルの一実施形態の遠位部分の長手方向平面における側面断面図である。
【図３】図２に示す線３−３に沿ったカテーテルの横断面図である。
【図４】本発明によるカテーテルで使用することのできる熱電冷却装置の斜視図である。
【図５】横断面で示した、冠状動脈中に配置された図１のカテーテルの遠位部分の側面図であり、心臓中の標的組織部位を冷却する方法を示す図である。
【図６】標的組織部位を冷却するために使用されるカテーテルの近位端の側面図と、ブロック図で示された、カテーテルの近位端に接続される制御システムの図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い部材であって、当該部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有し、当該管腔は、入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートを通って血液が体管から前記管腔中に入り、また前記出口ポートを通って血液が前記管腔から出る、細長い部材と、
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートの間に配置される膨張可能なバルーンと、
前記管腔を通って血液が流れるときに、血液を冷却する冷却要素とを備える、カテーテル。
【請求項２】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートが、前記カテーテルが前記体管中にあるときに、共に前記体管内にあるように配置される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
前記体管が冠状動脈である、請求項２に記載のカテーテル。
【請求項４】
前記膨張可能なバルーンが、膨張したときに約５ミリメートル以下の外径を有する、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項５】
前記管腔が、正常な血圧で、前記管腔を通って毎分２０ミリリットルの血流を供給するように構成される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項６】
前記管腔が、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４５未満の直径を有する、請求項５に記載のカテーテル。
【請求項７】
前記冷却要素が、前記カテーテルの遠位部分に配置される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項８】
前記冷却要素がさらに、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより血液を冷却する室を備える、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項９】
前記膨張可能なバルーンが、膨張室を備えており、また前記バルーンの膨張室が、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて血液を冷却する室として働く、請求項８に記載のカテーテル。
【請求項１０】
前記冷却要素が熱電冷却装置を備える、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項１１】
前記熱電冷却装置が複数の熱電半導体を備える、請求項１０に記載のカテーテル。
【請求項１２】
体内の標的組織部位に冷却された血液を供給する方法において、
カテーテルを体管中に導入する工程であって、前記カテーテルは、膨張可能なバルーンを前記カテーテルの遠位端の近くに有する、カテーテルを体管中に導入する工程と、
前記体管を通る標的組織部位に対する正常な血流を制限するために、前記バルーンを膨張させる工程と、
前記バルーンに近位の入口ポートから、前記バルーンに遠位の出口ポートへと、前記バルーンのカテーテル中で、管腔を通して血液の流れを可能にする工程と、
前記管腔を通って血液が流れるときに、血液を冷却する工程とを含む、方法。
【請求項１３】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートもまた前記体管内にあるように、前記カテーテルが前記体管中に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記体管が冠状動脈である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、経皮経管冠動脈形成術中で実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
体内の標的組織部位に冷却された血液を供給するためのカテーテルにおいて、
細長い部材であって、当該部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有し、前記管腔は、入口ポート及び出口ポートを有し、前記管腔中に前記入口ポートを通って体管からの血液が入り、前記出口ポートを通って血液が前記管腔から出る、細長い部材と、
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートの間で、前記カテーテルの遠位部分に配置される室であって、当該室は、液体を気体に相変化させるべくジュール−トムソン・オリフィスを用いて、血液が前記管腔を通って流れるときに、血液を冷却することができる、室とを備える、カテーテル。
【請求項１７】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートが、前記カテーテルが前記体管中にあるときに、共に前記体管内にあるように配置される、請求項１６に記載のカテーテル。
【請求項１８】
前記体管が冠状動脈である、請求項１７に記載のカテーテル。
【請求項１９】
前記室が膨張して体管を閉塞し、前記標的組織部位への正常な血流を阻止する、請求項１６に記載のカテーテル。
【請求項２０】
前記室の前記膨張した外径が約５ミリメートル以下である、請求項１９に記載のカテーテル。
【請求項１】
細長い部材であって、当該部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有し、当該管腔は、入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートを通って血液が体管から前記管腔中に入り、また前記出口ポートを通って血液が前記管腔から出る、細長い部材と、
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートの間に配置される膨張可能なバルーンと、
前記管腔を通って血液が流れるときに、血液を冷却する冷却要素とを備える、カテーテル。
【請求項２】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートが、前記カテーテルが前記体管中にあるときに、共に前記体管内にあるように配置される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
前記体管が冠状動脈である、請求項２に記載のカテーテル。
【請求項４】
前記膨張可能なバルーンが、膨張したときに約５ミリメートル以下の外径を有する、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項５】
前記管腔が、正常な血圧で、前記管腔を通って毎分２０ミリリットルの血流を供給するように構成される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項６】
前記管腔が、２．５４ｃｍ（１インチ）の約１０００分の４５未満の直径を有する、請求項５に記載のカテーテル。
【請求項７】
前記冷却要素が、前記カテーテルの遠位部分に配置される、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項８】
前記冷却要素がさらに、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて液体を気体に相変化させることにより血液を冷却する室を備える、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項９】
前記膨張可能なバルーンが、膨張室を備えており、また前記バルーンの膨張室が、ジュール−トムソン・オリフィスを用いて血液を冷却する室として働く、請求項８に記載のカテーテル。
【請求項１０】
前記冷却要素が熱電冷却装置を備える、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項１１】
前記熱電冷却装置が複数の熱電半導体を備える、請求項１０に記載のカテーテル。
【請求項１２】
体内の標的組織部位に冷却された血液を供給する方法において、
カテーテルを体管中に導入する工程であって、前記カテーテルは、膨張可能なバルーンを前記カテーテルの遠位端の近くに有する、カテーテルを体管中に導入する工程と、
前記体管を通る標的組織部位に対する正常な血流を制限するために、前記バルーンを膨張させる工程と、
前記バルーンに近位の入口ポートから、前記バルーンに遠位の出口ポートへと、前記バルーンのカテーテル中で、管腔を通して血液の流れを可能にする工程と、
前記管腔を通って血液が流れるときに、血液を冷却する工程とを含む、方法。
【請求項１３】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートもまた前記体管内にあるように、前記カテーテルが前記体管中に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記体管が冠状動脈である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、経皮経管冠動脈形成術中で実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
体内の標的組織部位に冷却された血液を供給するためのカテーテルにおいて、
細長い部材であって、当該部材の一部分を通り長手方向に延びる管腔を有し、前記管腔は、入口ポート及び出口ポートを有し、前記管腔中に前記入口ポートを通って体管からの血液が入り、前記出口ポートを通って血液が前記管腔から出る、細長い部材と、
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートの間で、前記カテーテルの遠位部分に配置される室であって、当該室は、液体を気体に相変化させるべくジュール−トムソン・オリフィスを用いて、血液が前記管腔を通って流れるときに、血液を冷却することができる、室とを備える、カテーテル。
【請求項１７】
前記管腔の前記入口ポート及び前記出口ポートが、前記カテーテルが前記体管中にあるときに、共に前記体管内にあるように配置される、請求項１６に記載のカテーテル。
【請求項１８】
前記体管が冠状動脈である、請求項１７に記載のカテーテル。
【請求項１９】
前記室が膨張して体管を閉塞し、前記標的組織部位への正常な血流を阻止する、請求項１６に記載のカテーテル。
【請求項２０】
前記室の前記膨張した外径が約５ミリメートル以下である、請求項１９に記載のカテーテル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５０８０７２（Ｐ２００８−５０８０７２Ａ）
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２４８３０（Ｐ２００７−５２４８３０）
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２５７７４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０３２７
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５００２３８４４６）ボストン サイエンティフィック リミテッド (53)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２５７７４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０３２７
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５００２３８４４６）ボストン サイエンティフィック リミテッド (53)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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