改变哺乳动物身体的温度

IPC分类号 : A61F7/00,A61N2/00,A61N5/06,A61N7/00,F24J1/00

申请号

CN201080046664.1

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专利摘要

本申请涉及用于改变哺乳动物身体内的温度的系统和方法。任选地，所述系统和方法可用于降低或升高哺乳动物受试者的核心体温。任选地，所述系统和方法可用于降低或升高哺乳动物受试者的无毛皮肤的温度。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月16日提交的美国临时专利申请No.61/276,764和2009年9月16日提交的美国临时专利申请No.61/276,787的利益，这两个申请都通过引用以其整体并入本文。

技术领域

背景

恒温动物的体温调节系统具有将核心体温保持在设定点的小变化内的内在能力。在设定点之上或之下的偏移可能引起损坏的身体功能、伤害，且甚至死亡可能出现。

体温调节系统的操作基于反馈控制信号和响应的复杂非线性网络，以调节在身体核心和环境之间的热阻并调整内部能量生成的速率和分布。该系统的操作在各种生理状态和环境条件上是显著有效的。

然而在某些情况下，体温调节系统不能将核心温度维持在设定的操作范围内，或可能存在治疗或预防性的原因使该系统无效以引起超过正常范围的核心温度的变化。也有改变身体的部分而不是身体的核心的温度可能是合乎需要的情况。例如，改变受试者的无毛皮肤的温度可能是合乎需要的。

概述

例如，提供了用于增加或维持受试者的无毛组织的温度的方法。还提供了用于冷却受试者的核心体温的方法。还提供了用于使受试者的核心体温升温的方法。

所述方法包括将热施加到受试者的外围体温调节控制组织。所施加的热增加或维持无毛组织中的血液的灌注。通过增加或维持灌注，无毛组织的温度可以任选地被增加。在一些方面，冷却刺激可施加到具有增加或维持的灌注的无毛组织。在其它方面，加温刺激可施加到具有增加或维持的灌注的无毛组织。当使用冷却刺激时，可减小受试者的核心温度。当使用加温刺激时，可增加受试者的核心温度。

任选地，外围体温调节控制组织位于受试者的颈椎区域内或腰椎区域内。负压力也可施加到无毛组织。负压力可用于增加或维持无毛组织中的血液的灌注。

对于核心冷却方法，受试者可能遭受心肺骤停、缺血性中风、蛛网膜下腔出血、肝性脑病、外伤、脑外科手术、围产期窒息、幼儿脑炎、体温过高引起的事件或急性脑损伤。由于这些条件，所述方法可用于冷却核心体温并在受试者中建立体温过低。对于加温方法，受试者可能遭受体温过低引起的事件。

还提供了用于冷却受试者的核心体温的系统。所述系统包括配置成将热施加到受试者的外围体温调节控制组织的加热设备。所施加的热增加或维持无毛组织中的血液的灌注。所述系统还包括配置成将冷却刺激施加到无毛组织的冷却设备，并可以任选地包括适合于将负压力施加到无毛组织的设备。

加热设备可适合于将热传送到受试者的颈椎区域和/或腰椎区域。任选地，加热设备配置成加热覆盖在受试者的外围体温调节控制组织上面的皮肤。任选地，加热设备配置成加热覆盖在受试者的外围体温调节控制组织上面的皮肤之下的组织。加热设备可以任选地选自电阻加热设备、基于电磁的加热设备、基于光的加热设备、基于超声波的加热设备和基于放热化学反应的加热设备所组成的组。冷却设备可适合于将冷却刺激提供到受试者的手掌和/或脚底区域和/或脸上的无毛皮肤的区域。任选地，冷却设备包括被冷却到低于无毛组织的温度的液体。

还提供了用于使受试者的核心体温升温的系统。所述系统包括配置成将热施加到受试者的外围体温调节控制组织的加热设备。所施加的热增加或维持无毛组织中的血液的灌注。所述系统还包括配置成将加温刺激施加到无毛组织的加温设备，并可以任选地包括适合于将负压力施加到无毛组织的设备。

加热设备可适合于将热传送到受试者的颈椎区域和/或腰椎区域。任选地，加热设备配置成加热覆盖在受试者的外围体温调节控制组织上面的皮肤。任选地，加热设备配置成加热覆盖在受试者的外围体温调节控制组织上面的皮肤之下的组织。加热设备可以任选地选自电阻加热设备、基于电磁的加热设备、基于光的加热设备、基于超声波的加热设备和基于放热化学反应的加热设备所组成的组。加温设备可适合于将加温刺激提供到受试者的手掌和/或脚底区域和/或脸上的无毛皮肤的区域。任选地，加温设备可以任选地选自电阻加温设备、基于电磁的加温设备、基于光的加温设备、基于超声波的加温设备和基于放热化学反应的加温设备所组成的组。

当考虑描述本发明的优选和可选实施方案的下面的详细描述和附图时，本发明的这些和其它特征和优点将对本领域技术人员变得容易明显。

附图简述

图1是用于改变哺乳动物身体内的温度的示例性系统的示意图。

图2A是用于改变哺乳动物身体内的温度的示例性系统的示意图。

图2B是越过线2B-2B截取的图2A的冷却设备301的示意性横截面图。

图3A是热施加到受试者的颈椎体温调节组织的示意图。

图3B是用于将热施加到受试者的颈椎体温调节组织的设备的示意图。

图4是示出用于冷却或加热哺乳动物受试者的核心温度的示例性系统的方面的示意图。

图5是示出用于改变哺乳动物受试者的温度的示例性方法的流程图。

图6A和6B是示出图4的示例性系统的方面的示意图。

图7是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图8是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图9是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图10是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图11是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图12是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图13是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图14是用于改变哺乳动物身体内的温度的系统的方面的示意图。

图15是示出负压力施加在手中的血液灌注上的效应的曲线图。

图16是手的温度随时间变化的曲线图。

图17是示出作为所施加的负压力的函数的手中的血液灌注中的增加的曲线图。

图18是示出热通量、压力和温度随时间变化的曲线图。

图19示出说明通过颈加热的到手掌动静脉吻合(AVA)的血流和受试者的颈部的温度的增加的曲线图。

图20示出说明通过颈加热的到脚底动静脉吻合(AVA)的血流和受试者的颈部的温度的增加的曲线图。

图21是示出脊骨皮肤的温度和手的温度随时间变化的曲线图。

图22是示出脊骨皮肤的温度和脚底温度随时间变化的曲线图。

图23示出说明无毛皮肤经由经过手的无毛组织的增加的血流的加温和无毛皮肤的血液灌注随时间变化的曲线图。

图24示出说明结合手掌和脚底冷却经由颈加热的核心冷却、随时间变化的颈部的温度和随时间变化的手掌的温度的曲线图。

在不同图中相似的参考数字和标号指示相似的元件。

详细描述

现在在下文中将参考本发明的特定实施方案来更详细地描述本发明。实际上，本发明可体现在很多不同的形式中，且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案；更确切地，这些实施方案被提供，以便本公开将满足可适用的法律要求。

哺乳动物体温由内部自动调节系统紧密地调节，内部自动调节系统包括中央处理器和血液循环系统加上用于调节内部能量生成的速率和位置的机构。循环系统覆盖整个身体并将热从身体核心传送到外围区域，或在较不频繁的情况下，将热从外围传送到核心。

经过皮肤的血流的改变在温度调节中起重要的作用。例如，在非无毛皮肤中，血管舒张(细动脉和小动脉的舒张)和血管收缩(细动脉和小动脉的收缩)增加或减少了血流以与体温调节需要相匹配。血管收缩和血管舒张的过程都响应于局部的、全身的、中央的输入而由有源装置调节。

在正常情况下，当身体和/或环境温度高时，血管舒张有利于到涉及热交换的表面区域的高血流，因而增加了对环境的热损失并减小了深身体核心区域温度。当环境和/或体温下降时，血管收缩减小了到皮肤表面的血流并最小化对环境的热损失。

体温调节系统的一个重要的效应子由到在无毛发皮肤表面(也称为无毛皮肤)处的身体的专门皮肤区域的血流控制，并包括在手的手掌、脚的脚底和耳、颊、前额和鼻区域或皮肤的包含特殊血管结构的任何区域处的皮肤，该特殊血管在实现循环的血液和身体表面之间的传热中是有效的。在这些区域中在皮肤底部的是称为静脉丛的血管解剖结构。这些结构用于在血管舒张的条件下输送与皮肤表面相邻的大量血液。通过血液的这个输送，相当多的传热可出现，用于将内部器官维持在可操作的温度范围内。

允许血液通过动静脉吻合(AVA)穿过静脉丛结构，动静脉吻合是直接使动脉血分流到静脉而不穿过毛细血管的血管。当血管舒张时，AVA具有在毛细血管的数量级或大于毛细血管的直径，从而为从心脏循环的血液提供低流动阻力路径。在完全的静脉舒张时，AVA呈现整个循环系统的最低流动阻力，导致总心输出量的相当大的一部分流经它们。皮肤AVA与身体表面的相对接近度和用于携带大速率的血流的潜力使AVA在体温调节装置中成为非常有效的热交换媒介物。AVA是身体的传热系统的内部部分，提供重要的体温调节控制。AVA流动直径的调节在与非无毛皮肤中的皮肤微循环比较时是唯一的。在穿过AVA的流动阻力中的调节由血管收缩的启动和松弛控制。

外围体温调节控制组织的热刺激可能引起AVA流量的平均值的增加，其中血管舒缩波动以较高的平均流量叠加。外围体温调节控制组织的热刺激的移除可导致平均AVA流量的降低，因为对AVA血管收缩活动的松弛输入减小了。在外围体温调节控制组织的热刺激和AVA灌注速率之间的这种直接耦合提供强大的机会来操纵涉及无毛皮肤的对流传热过程，包括在身体表面和核心之间的能量通过来往AVA的血液的循环的对流运动，而不涉及来自下丘脑的体温调节控制组织的输入。

这个系统的操作在各种生理状态和环境条件上是明显有效的。然而在某些情况下，体温调节系统不能将核心温度维持在设定的操作范围内，或可能存在治疗或预防性的原因使系统无效以引起超过正常范围的核心温度的变化。在这些情况下，设备和方法被介入地应用，以帮助或推翻体温调节系统。

在脑由于医疗事件例如心脏骤停、中风或创伤性脑损伤而变得极度缺乏氧的情况下，在调节身体核心温度中的不同挑战出现。实验室和临床数据指示，如果身体核心特别是脑的温度可在突发事件的约90分钟内降低少至2℃，则明显的治疗益处被实现以限制死亡率和发病率。不幸的是，体温调节系统的功能经由皮肤血管收缩以增加皮肤和核心之间的热阻并通过颤抖来增加内部新陈代谢热生成的速率来阻止从正常体温降低核心温度。

一个例子是低温治疗的使用，以治疗遭受可能由中风、心脏骤停、创伤性脑损伤或另一疾病引起的脑缺血的发作的受试者。这样的受试者可以在AVA血管收缩的初始状态中。此时，当低温治疗在短的功效时间窗内被应用时，根据本公开的方法，AVA血管舒张的状态在要求时引起。例如，使用所述的方法、系统和设备，低温治疗可被引入受试者体内约90分钟或更少，出现对将受益于低温治疗的受试者的损害的必然结果。例如，在对脑、心脏或其它组织的损害之后，低温治疗可从损害起被引入约90分钟或更少。

在皮肤的大区域上的表面冷却是无效的，因为它引入血管收缩，从而消除了在皮肤和核心之间的血液的直接循环，其是比通过身体结构的寄生传导有效得多的传热机制。可选地，开发了用于直接通过将大量冷冻的盐水溶液注入循环中来冷却核心的方法。与这种技术相关的附加缺点包括在消毒条件下计算循环系统和将增加量的流体引入血液中的必要性，将流体引入血液中可能导致升高的血压。因为这种技术一般在医疗设施中被实践，所以在突发事件之后到医疗设施的输送和治疗的开始期间失去在治疗时机窗(约90分钟)期间的宝贵时间。本文所述的系统和方法可用于在脑缺血产生事件之后在90分钟内在要求时产生低温治疗的状态。

另一体温调节挑战出现在人体温过低时，在缺乏将在皮肤循环中导致血管舒张的状态的条件例如麻醉时有再次升温到正常体温的必要性。最有效的传热机制是通过皮肤和核心之间的血液的循环来使身体核心升温。然而，体温过低引起的皮肤血管收缩阻挡了这种机制。本文所述的系统和方法绕过这种状态，以获得与身体热核心的对流接触机会用于加温。

当人在足以引起AVA的血管收缩一段时间内——特别是在手和脚中——受到冷环境时，另一需要出现。虽然这个标准体温调节响应是身体核心能量的守恒且对于长期生存是重要的，在短期内它产生不舒适的状况，有冷的手和脚的强烈感觉。典型响应是：采用试图使手和脚升温的行为；提供在手和脚周围的增加的绝缘；和/或应用各种设备以积极地使手和脚升温。然而，这些措施通常在短期内不是有效的，因为它们不处理冷感觉的源，该源是AVA的血管收缩。

所述的方法和设备可用于在缺乏可能使所有其它控制信号无效的极端局部条件的情况下在要求时触发血管收缩的AVA的打开，以产生经过无毛皮肤的高水平的血液灌注。血管收缩的AVA的血管舒张，或更机械地，AVA的血管收缩的松弛实现所有前述热生理挑战的解决。

参考图1，示出了示例性系统200。系统200可用于加热或冷却哺乳动物的核心温度。系统还可用于加热或冷却哺乳动物的无毛组织。

系统200包括也称为加热设备的加热元件202。加热元件202可包括可用于加热哺乳动物身体的皮肤和/或下层组织的任何设备。例如，加热元件可包括电阻加热元件，因此在被提供了电流时充当传统加热垫。在这方面，加热元件202可从电源232接收电流。然而，加热元件202不限于电阻加热设备，例如加热垫。

加热元件202可以是可升高哺乳动物的皮肤和/或哺乳动物身体的皮肤下面的组织的温度的任何设备。本领域技术人员因此将认识到，可使用很多可选的加热元件。一些其它非限制例子包括放热化学反应、将电磁能、光、超声波或其它能量施加到皮肤/下层组织。因此，可应用用于加热外围体温调节控制组织以将其温度升高到一个程度的很多不同的设备和过程，在这个程度，刺激的水平达到必要的阈值以引起在无毛皮肤中的AVA上的血管收缩效应的松弛。示例性加热设备使用热到皮肤的表面传送。其它示例性加热设备使用深组织热传送。

由加热元件引起的温度的增加可由温度检测设备216测量和/或监控。温度检测设备216可位于加热元件202附近，使得它可以任选地确定温度信息，包括例如如果皮肤或下层组织的温度增加，这样的增加的程度和在接近加热元件的皮肤或组织中的温度的任何时间波动。任选地，温度信息可被传递到计算机224的温度检测模块244。温度信息可例如使用处理器226来处理，且这样经处理的信息可用于调节由加热元件产生的热的强度和热的持续时间。例如，电源模块232也可与处理器226有效地通信，且温度信息可用于增加或减小对加热元件202的电供应。

来自加热元件202的热可用于在要求时触发无毛皮肤中的AVA的血管收缩的松弛。有增加的AVA灌注的很多益处，例如接近皮肤血流用于与放置在皮肤的表面上的加热和冷却源的血液的对流传热，以经由血液的循环提供在身体核心和身体外表面之间的能量的有效传输。从血管收缩的状态增加的AVA灌注的另一益处是从自身体核心循环的温暖血液到皮肤的增加的传热，从而减小或消除在手和脚的血管收缩的无毛皮肤中经受的冷的感觉(这可能被感觉为不舒适的)。

用于使AVA血管舒张的方法是将热源应用于在视前下丘脑外围的体温调节控制的部位处的组织。因此，外围体温调节控制组织通过多个可选的装置经由加热的热刺激包括但不限于(a)应用于皮肤的表面的热源，(b)经由红外源的深度加热，(c)经由电磁源例如在透热疗法中的深度加热，以及(d)经由超声波源的深度加热。外围体温调节组织包括当被加热时对AVA施加控制且不包括脑和下丘脑的组织。

图3A和3B示出，在可为了这个目的而被加热的外围区域当中的是脊髓的组织和最接近脊髓的组织，包括富有副交感神经系统的神经支配的颈和腰部区域。图3A示出在加热期间脊骨和上面的组织的横截面视图，以刺激穿过动静脉吻合的血流，加热源202通过动静脉吻合施加到皮肤表面，或通过穿透机制到达穿过皮肤的更深的组织并到脊骨以在这些组织中产生升高的温度。热渗透由波示出，该波从源例如穿过颈椎和相关组织的截面的加热垫发出。

当被加热的外围区域是颈椎区域时，加热元件或加热源202可合并到可将热有效地施加到颈椎区域的可穿戴的设备中。例如，加热源202可合并到可穿戴的枕头中。任选地，加热源和枕头的部分的轮廓可与受试者的颈解剖结构的部分相符，以提供加热源和受试者的皮肤之间的良好热接触。枕头也任选地提供在加热部位处的下层热绝缘。

因此，控制AVA的有效策略是将局部化加热施加于在脑和无毛皮肤外围的区域中，该无毛皮肤包含具有控制AVA血管收缩的副交感神经系统的热神经支配的AVA。加热的区域可能很小，以便限制对身体的总传热，避免引起身体的总能量的明显增加和核心温度的伴随升高。除了颈锥和腰椎以外的区域也可被加热，导致AVA的血管舒张。穿过AVA的增加的血流可容易使用例如多普勒超声波技术来测量。因此，在视前下丘脑外围的区域在被加热时使穿过AVA的增加的血流可容易被确定。

在皮肤表面上的热刺激的时期用于允许足够的时间来使热向内扩散以到达热感受器位于脊骨内部或附近的深度。引起AVA血管舒张的刺激信号也可依赖于从皮肤的表面向内的空间温度梯度的幅度和/或取决于引起温度的升高的热梯度。刺激信号可以是在刺激部位处的温度和温度梯度的组合。

加热过程以目标组织的温度被足够地增加以引起血管收缩的AVA的松弛的方式进行。加热的量和方法可足以使目标组织升高到至少39℃。在其它实施方案中，达到至少40℃。在其它实施方案中，达到至少41℃。在其它实施方案中，达到至少42℃。在其它实施方案中，达到至少43℃。在所有实施方案中，目标组织的温度不超过安全阈值，在该阈值之上，热引起的损伤出现。对于大多数组织，该阈值温度是43℃。

因此，热刺激的水平可在用于引起AVA血管舒张的阈值之上和用于引起热损伤的阈值之下。刺激的水平在1分钟或更长时间内可以在39℃到43℃的温度范围内以引起血管舒张，取决于身体的初始热状态。例如，刺激的水平在5分钟或更长时间内可以在39℃到43℃的温度范围内以引起血管舒张，取决于身体的初始热状态以及加热的方法和强度。

对于涉及加热皮肤表面的方法，热刺激的最小时期可能需要允许足够的时间来使热向内扩散以到达热感受器所位于的深度处，热感受器提供控制到AVA的血流的输入。引起AVA血管舒张的刺激信号也可取决于从皮肤的表面向内的温度梯度的幅度和温度改变的时间速率。

加热过程具有足够的持续时间来使AVA的血管舒张中的初始增加允许较大的血流。任选地，加热过程被维持，直到AVA血管舒张达到最大值，其可以由例如多普勒速度计来测量。

任选地，将在穿过AVA的增加的血流被期望的整个时期内维持加热过程。加热过程可以用在时间方面摆动的方式启动，在该方式中，加热的幅度可选地增加和降低。增加和降低加热的周期性可具有从小于1秒到多于10分钟变化的循环。任选地，在加热的周期性被应用的场合，单个循环的周期可以多于1秒且少于10分钟。

对于可选地增加和降低加热的模式被应用的场合，较多和较少加热或没有加热的相对周期可以是相等或不相等的。较多的加热的时期或较少或没有加热的周期可以更大，如果它们不是相等的。对于所有实施方案，加热的幅度可至少增加和减少一次，且在一些实施方案中，多于一次。对于所有实施方案，加热的增加的速率和加热的减少的速率可以或可以不是相等的，且都可以或可以不是线性的。对于加热对其持续时间不是恒定的实施方案，增加和降低加热幅度的速率和在时间方面的模式可以被设计和调节成最大化调节血管收缩的AVA的松弛的外围体温调节控制中央组织中的目标组织的刺激。任何期望的加热协议可使用计算机224来实现。加热协议可由来自用户的输入234编程和/或修改。

所述系统和方法可使AVA在其基本状态下变成血管舒张的，使得穿过无毛皮肤的血流可用作对流传热机制。如果AVA在具有保存身体核心的能量的目标的模式中是血管收缩的，那么与来自核心的身体排斥能一致的信号可用于使AVA血管舒张。对AVA的主要血管控制信号起源于下丘脑，并基于该组织的温度。对于目标是为了医疗目的而冷却脑的应用，例如在低温治疗中，将下丘脑加温使AVA血管舒张产生相反效果。

现在参考图5，示出了作用的组合的生理和热力学机制。例如，如在602中示出的，血管舒张可通过加热体温调节控制的外围输入部位604来触发。加热可松弛无毛AVA的有效血管收缩606。血管收缩的松弛606导致无毛皮肤中的增加的血液灌注608。增加的血液灌注导致在缺乏表面冷却时增加的皮肤温度610。因此，图1所示的系统200可以任选地用于增加无毛皮肤温度。在本实例中，无毛皮肤的额外的加热或冷却是任选的。

因此提供了用于加热哺乳动物受试者的无毛皮肤的方法，其包括将热施加到引起位于无毛组织中的AVA的血管舒张的受试者的区域。当增加无毛皮肤的温度是合乎需要的时，例如当受试者的手、脚或脸是冷的时，该方法可能是合乎需要的。为了实现该方法，可使用包括加热元件的系统，加热元件应用到引起位于无毛组织中的AVA的血管舒张的的受试者的区域。例如，这样的系统可包括配置成加热颈椎或腰椎区域的皮肤或组织的加热元件。

在其它例子中，所述系统可用于加热或冷却受试者的核心温度。再次参考图1，系统200可包括无毛皮肤冷却器或加热器设备204。对于冷却操作，设备204可通过导管208接收冷冻或冷却的流体或气体。泵210可有效地将冷却的流体或气体泵送到设备204或通过设备204泵送。冷却流体或气体穿过设备的运动使设备冷却。致冷设备206例如热电冰箱可用于冷却通过设备204和导管208循环的流体或气体。泵210和致冷设备都可与计算机224有效地通信，使得设备的温度和设备的冷却协议可由计算机并通过用户输入来控制。如果无毛皮肤的加热是期望的，则设备204可提供加热作为对冷却的可选方案。设备可使用上面关于加热元件202所述的机构中的任一个将热施加到无毛皮肤和下层组织。

此外，系统可包括温度传感器220，其定位成探测设备204的温度或探测在设备204附近的无毛皮肤的温度。该温度信息可传递到计算机224，在其中它可被处理以确定在无毛皮肤上的设备204的期望冷却或加热特征。

任选地，系统200还包括真空装置214。真空装置214通过真空管线212与设备204有效地通信。真空装置可用于对无毛皮肤施加负压力，设备204在无毛皮肤上冷却或加热。负压力可用于增强受试者的无毛皮肤中的AVA的舒张。如在系统200中所示的，真空装置且因此施加在无毛皮肤上的负压力可由计算机224控制。具体地，真空装置通过真空模块242与计算机224有效地通信。此外，设备204可配备有通过压力传感模块240与计算机224有效地通信的压力传感器222。以这种方式，计算机224可处理压力信息和温度信息，且该信息可用于调节影响设备204的操作的因素，例如通过设备204循环的冷却流体或气体的温度或时间特征或其负压力或时间特征。

系统200当与冷却或加热设备204一起使用时可用于改变受试者的身体的核心温度。在这方面，温度传感器218可以任选地定位成获取或监控受试者的中央温度。温度传感器218可用适当的方式定位成从受试者获得一个或多个中央温度读数。例如，温度传感器可以任选地放置在受试者的耳道、口腔或直肠中。温度传感器也可以任选地放置在受试者的前额或辅助区域上。

在没有将任何特定的实施方案限制到任何特定的作用机制的情况下，通过使用加热元件202加热来使AVA血管舒张和/或扩大使心输出量的一大部分转移到皮肤。皮肤介导促成流经AVA的血液和环境之间的热交换，可接着经由血液到身体热核心的循环(用于加热)或从身体热核心的循环(用于冷却)来进行对流传热。

穿过血管收缩的AVA的增加的血流因此提供了通过将加热或冷却施加到无毛皮肤表面来引起在身体表面和身体核心之间的增加的能量流的机会，从而加热或冷却穿过AVA灌注的血液，该血液将接着在引起核心组织的加热或冷却的温度处循环回核心。

再次参考图5，受试者的核心温度可以任选地被冷却612。冷却受试者的核心温度的步骤包括冷却无毛皮肤614。可使用设备204如上所述实现这样的冷却。无毛皮肤的冷却614引起热从深皮肤结构到表面的扩散616。此外，该方法可包括增加无毛皮肤中的血液的灌注，如步骤602-608所示的。

在无毛皮肤中的血液的增加的灌注608和热从深皮肤结构到表面的扩散616的组合导致流经无毛皮肤中的AVA的血液的对流冷却618。冷却的血液以最小的热交换从外围AVA循环到身体核心620。这导致身体核心中的血液的对流升温以降低核心温度622。可能需要在经过血管舒张开始的初始时间后维持外围热刺激，一直到冷却可被施加到具有血管舒张的AVA的无毛皮肤的整个时期，以产生逐渐增加的低温治疗状态。任选地，表面冷却被提供到无毛皮肤的区域，且同时的加温被提供到富有控制AVA血流的热副交感神经系统的神经支配的皮肤的小区域。

在所述系统和方法中，可通过应用依尺寸制造成产生身体热核心温度的期望下降的、具有质量和初始温度的一个或多个预冷冻的凝胶包来产生冷却，或可选地可通过应用产生身体热核心温度的期望升高的一个或多个预加温的凝胶包来产生加温。预冷冻和预加温的凝胶包可以是可再次使用的或在使用之后可丢弃的。

可以任选地通过包含在柔性包内的、在被混合时经历吸热过程的化学元素的混合、由此降低混合物的温度来产生冷却。混合成分可被预先包装在具有内部隔离物的单个包中，内部隔离物分离化学成分，直到冷却被产生的时间，于是隔离物可能破裂以使用吸热效应实现成分的混合。

还参考图5，受试者的核心温度可以任选地被加热624。加热受试者的核心温度的步骤包括加热无毛皮肤626。可使用设备204如上所述来实现这样的加热。无毛皮肤的加热626引起热远离皮肤表面并到深皮肤结构的扩散628。此外，该方法可包括增加无毛皮肤中的血液的灌注，如步骤602-608所示的。在无毛皮肤中的血液的增加的灌注608和热到深皮肤结构的扩散的组合导致流经无毛皮肤中的AVA的血液的对流加温630。加温的血液以最小的热交换从周围AVA循环到身体核心632。这导致身体核心中的血液的对流冷却以升高核心温度634。任选地，表面加温被提供到无毛皮肤的区域，且同时的加温被提供到富有控制AVA血流的热副交感神经系统的神经支配的皮肤的小区域。

可通过混合经历放热过程的化学元素来产生加温，使混合物的温度升高。在一些实施方案中，可通过割裂不可渗透的密封罩将化学物质的密封包暴露于氧或空气来产生加温，导致包的温度的持续的增加。通过割裂膜或隔离物或罩来操作的化学混合包在一次使用之后可丢弃。

预冷冻和预加温的凝胶包以及吸热和放热化学混合包可以都是柔性的，允许包与无毛皮肤表面的形状符合，从而确保比在冷却或加温基底是刚性的情况更好的热接触。

在一些实施方案中，冷冻或加温的包可位于无毛皮肤的外围，其中它们冷却或加温在泵的作用下循环到定位成与无毛皮肤接触的柔性软袋的液体。

在一些实施方案中，应用于无毛皮肤的加温或冷却包可配备有一个或多个连接带，以帮助维持包和无毛皮肤之间的有效热接触。这些实施方案可能在受试者不能积极地参与的条件下特别有用，确保传热的最佳水平出现在包和皮肤之间，例如当受试者不知道治疗过程或失去知觉时。

现在参考图2A和2B，示出了用于冷却核心体温的示例性系统300。如关于图1所述的，示例性系统包括计算机224和加热元件202。加热元件可用于加热受试者组织以导致在受试者的无毛皮肤中的AVA的舒张。也在上面描述的温度传感器216可探测极接近加热元件202的皮肤和/或组织的温度。因为温度传感器216与计算机224有效地通信，所以来自温度传感器的读数可用于提供来自加热元件202的加热的期望水平。

系统300还包括与包括冷却流体或气体的导管208连通的热交换器。热交换器可包括压缩机306和致冷剂302的源，例如R12。热交换器还可包括温度传感器308以检测在导管208之前的致冷剂的温度，而第二温度传感器310检测在导管之后的致冷剂的温度。致冷剂可通过管304循环以冷却导管208中的流体。

导管208可保存冷却的流体或气体，其可被抽吸到冷却套筒301中并穿过冷却套筒301。冷却套筒301可以任选地放置在手、脚或脸的无毛皮肤上。图2B示出穿过线2B-2B的套筒的横截面。两个额外的温度传感器可定位成监控导管中的流体或气体的温度。第一温度传感器314可探测/监控进入套筒的流体或气体的温度。第二温度传感器312可探测/监控离开套筒的流体或气体的温度。

每个温度传感器308、310、312和314可通过温度传感器模块244与计算机有效地通信。此外，压缩机306和泵308也通过分别通过压缩机316和泵240模块与计算机224有效地通信。从温度传感器收集的信息和穿过热交换器的通量可用于冷却导管208中的流体或气体，因此将套筒301冷却到期望的温度。

如在系统200和300中所示的，本文所述的方法可经由以计算机224的形式的通用计算设备实现。计算机224的部件可包括但不限于一个或多个处理器或处理单元226、系统存储器228和系统总线，系统总线将各种系统部件(包括处理器226)耦合到系统存储器228。

系统总线可代表几种可能类型的总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或存储控制器、外围总线、加速的图形端口和使用各种总线架构中的任一个的处理器或局部总线。作为例子，这样的结构可包括工业标准架构(ISA)总线、微通道架构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线、以及也称为Mezzanine总线的外围部件互连(PCI)总线。该总线和在本说明书中规定的所有总线也可通过有线或无线网络连接来实现，且子系统(包括处理器226、大容量存储设备230、操作系统、应用软件、数据、网络适配器、系统存储器、输入/输出接口、显示器适配器、显示设备和人机接口)中的每个可包含在一个或多个通过这种形式的总线连接的在物理上分离的位置处的远程计算设备内，有效地实现完全分布式的系统。

计算机224一般包括各种计算机可读介质。这样的介质可以是可由计算机224访问的任何可用介质，并包括易失性和非易失性介质、可移动或不可移动的介质。系统存储器228包括以易失性存储器例如随机存取存储器(RAM)、和/或非易失性存储器例如只读存储器(ROM)的形式的计算机可读介质。系统存储器228一般包含数据，例如数据和/或程序模块，例如处理单元226可立即访问和/或目前由计算单元226操作的操作系统和应用软件。计算机226还可包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机存储介质。大容量存储设备230可以是硬盘、可移动磁盘、可移动光盘、磁带或其它磁性存储设备、闪存卡、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其它光学存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。

任何数量的程序模块可存储在大容量存储设备230上，作为例子包括操作系统和应用软件。操作系统和应用软件(或其某种组合)中的每个可包括编程和应用软件的元件。数据也可存储在大容量存储设备上。数据可存储在本领域中已知的一个或多个数据库的任一个上。这样的数据库的例子可包括 Access、 SQLServer、 mySQL、PostgreSQL等。数据库可以是集中式的或分布在多个系统中。

用户可经由输入设备将命令和信息输入计算机224中。这样的输入设备的例子包括但不限于键盘、指示设备(例如，“鼠标”)、麦克风、操纵杆、串行端口、扫描仪等。这些和其它输入设备可经由耦合到系统总线的人机接口连接到处理单元226，但可以由其它接口和总线结构例如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB)连接。

计算机224可使用到一个或多个远程计算设备的逻辑连接在联网环境中操作。作为例子，远程计算设备可以是个人计算机、便携式计算机、服务器、路由器、网络计算机、对等设备或其它公共网络节点等。在计算机223和远程计算设备之间的逻辑连接可经由局域网(LAN)和一般广域网(WAN)产生。这样的网络连接可以通过网络适配器。网络适配器可以在有线和无线环境中实现。这样的联网环境在办公室、企业范围的计算机网络、内联网和互联网中是普通的。

应用软件的实现可存储在某种形式的计算机可读介质上或在某种形式的计算机存储介质中传输。计算机可读介质可以是可由计算机处理的任何可用的介质。作为例子而不是限制，计算机可读介质可包括“计算机存储介质”和“通信介质”。“计算机存储介质”包括在任何方法或技术中实现的易失性和非易失性、移动和不可移动介质，用于存储信息例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。

计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其它光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储设备、或可用于存储期望信息并可由计算机访问的任何其它介质。所公开的方法的实现可存储在某种形式的计算机可读介质上或在某种形式的计算机存储介质中传输。

所公开的方法的处理可由软件部件执行。可在由一个或多个计算机或其它设备执行的计算机可执行指令例如程序模块的一般背景下描述所公开的方法。通常，程序模块包括执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型的计算机代码，例程、程序、对象、部件、数据结构等。所公开的方法也可在基于栅格的和分布式的计算环境中实践，在这些环境中，任务由通过通信网络连接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程计算机存储介质中，包括记忆存储设备。

虽然上面关于系统200和300描述的实施方案可用于根据本发明的方面冷却或加热核心温度，但是应注意，这些系统(包括计算机224)的特征是任选的。例如，用于冷却核心体温的系统可包括用于加热受试者的皮肤或组织的加热元件，这导致无毛皮肤中的AVA的舒张。系统还可包括向受试者的无毛皮肤提供冷却刺激的冷却设备。这样的冷却设备任选地是流体的冷却容器、冷却凝胶包、冰立方或气体的冷却源。类似地，用于加热核心温度的设备可包括用于加热受试者的皮肤或组织的加热元件，这导致无毛皮肤中的AVA的舒张。用于加热的系统还可包括用于向受试者的无毛皮肤提供加热刺激的加热设备。

现在参考图4，示出了示例性系统，其中控制器被应用来根据核心(Tc)、脊骨(Ts)和手掌(Th)和脚底(Tf)皮肤表面来协调脊骨加热(Ts)和手掌(Th)加热或冷却以及脚底(Tf)加热或冷却。控制器算法提供对用户的安全性和应用的最佳热性能，其中用户的核心温度被操纵。

图6A和B示出用于分别冷却或加热手掌或脚底无毛皮肤的示例性设备404和406。这样的示例性设备可以任选地用在系统200和300中，作为系统元件204。任选地，404和406用于冷却，且导管208通过设备引导冷却的流体或气体，以向手掌或脚底无毛皮肤提供冷却刺激。

图6A示出用于加热或冷却包含动静脉吻合血管结构的手的无毛手掌皮肤的表面和手指的下侧面的方法和设备可包括在特定的温度建立与柔性热或冷源软袋的接触区域，受控温度的流体通过该软袋经由入口和出口流动，从而根据本公开的特定实施方案提供将能量添加到无毛皮肤或从无毛皮肤移除能量的热机制。

图6B示出用于加热或冷却包含动静脉吻合血管结构的脚的无毛脚底皮肤的表面和脚指的下侧面的方法和设备可包括在特定的温度建立与柔性热或冷源软袋的接触区域，受控温度的流体通过该软袋经由入口和出口流动，从而根据本公开的特定示例性实施方案提供将能量添加到无毛皮肤或从无毛皮肤移除能量的热机制。

如关于系统200和300描述的，根据一些实施方案，所公开的系统和方法可包括将负压力施加到受试者的皮肤的至少一部分。例如，负压力可被施加到手、脚和/或脸上的无毛皮肤。在一些实施方案中，可将表面真空系统维持在预定的负压力处，直到实现加温或冷却，即，直到受试者的身体核心达到期望的温度。

任选地，冷冻或加温的包可位于真空室和无毛皮肤外围，其中它们冷却或加温在泵的作用下循环到位于与无毛皮肤接触的真空室的内部中的柔性软袋的液体。

负压力可以任选地高达约25mm Hg、高达约50mm Hg、高达约75mm Hg、和/或高达约100mm Hg。在一些实施方案中，本公开的设备可通过包括用于手动排空的装置的便携式表面真空系统，例如通过手动球泵送设备或手动线性泵送设备或手动旋转泵送设备或手动铰接泵送设备或风箱泵送设备或自含式电池操作的真空泵来产生负压力。

可以通过施加手、两只手、脚、两只脚、手和脚的组合的运动或通过施加其它身体器官的相对运动来操作手动真空生成系统。单人或多人的协作可操作手动真空生成系统。

便携式表面真空系统包括真空泵，其可以可操作地连接到设计成只覆盖被冷却或加热的无毛皮肤表面的不可渗透的盖。不可渗透的盖可包括连接到真空泵的吸入口和可操作来将真空泵所产生的真空中密封到哺乳动物的身体的无毛皮肤表面上的外围密封物。表面真空系统还可包括用于将热或冷传送到无毛皮肤的加热或冷却装置。

任选地，便携式表面真空系统用于施加负压力，而不将身体附肢插入非便携式和/或刚性的真空室中。在这些实施方案中，真空封闭容积(即，真空室或负压室)的外表面可使用不可渗透的柔性材料制成。冷却或加温包可在被覆盖有这样的不可渗透的柔性材料之前靠着治疗部位处的无毛皮肤放置。不可渗透的柔性材料可以靠着其外围周围的无毛皮肤被密封。放置在不可渗透的柔性材料中的口提供到真空生成设备的连接，使得在密封周边内部的容积可被排空到期望水平的负压力。当产生真空时，其中在不可渗透的柔性材料的外表面上的大气压力的作用将机械力转移到靠着内部上的无毛皮肤放置的加热包或冷却包上，增加了在皮肤上的包的压力，从而减小了包和皮肤之间的热阻并在包和皮肤之间产生更有效的传热。

在其它实施方案中，本公开的便携式表面真空系统允许通过将身体附肢插到便携性刚性真空室中来施加负压力。当真空在内部产生时，刚性室实质上不改变其形状。刚性室合并在身体附肢插入室中的位置处的密封元件，使得密封物在附肢的周边周围产生，以支持并维持在室的内部上的负压力。

在一些实施方案中，本公开的便携式真空设备的刚性室可具有第二开口，第二密封盖具有足以允许冷却包或加温包的插入并使操作员将所述包放置成与治疗受试者的身体附肢接触的尺寸。

密封盖可以被容易和快速地打开和关闭，且在关闭位置上，它支持在刚性室的内部中的负压力的产生。可以通过在铰链上枢轴转动或通过旋转螺纹或通过松开或紧固闩锁来打开和关闭密封盖。密封介质放置在盖和刚性室的配合表面之间，以当负压力在刚性室的内部产生时阻挡空气的流动。刚性室可具有安装成使操作员能够监控真空的状态的机械真空计。

在一些实施方案中，表面真空系统可覆盖无毛皮肤的约50mm²或更小。其它实施方案可覆盖无毛皮肤的高达约500mm²。在一些应用中，无毛皮肤的多个区域可以被同时治疗，使得总治疗区域是单独的区域的添加。实际治疗区域可根据对过程、部位的数量和受试者的总尺寸选择的具有无毛皮肤的身体的区域来广泛地改变。

现在参考图7-14，提供了用在所述系统和方法上的示例性设备。图7示出包括与无毛皮肤4的表面接触的加温或冷却包5的便携式负压设备的横截面视图。柔性的不可渗透的盖1位于在周边周围有密封物2的应用区域上。在盖内部的负压力3形成并施加到无毛皮肤。计量器7可用于监控负压力的水平，且具有到不可渗透的盖的内部的连接6的泵送(真空)源8用于在其中产生负压力。图7所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图8示出包括具有刚性容器20的便携式表面真空设备的负压设备，身体的附肢23可插入刚性容器20中，压力密封物24环绕地在插入点处的皮肤上。加温包或冷却包21定位成在容器内部上的负压力的条件下与无毛皮肤的表面接触。提供用于在容器20内产生负压力27并连接26到容器内部的源，且计量器25用于监控负压力的程度。图8所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图9示出包括刚性容器/室31的便携式负压设备，身体的附肢可插入刚性容器20中，压力密封物环绕地在插入点处的皮肤上。加温包或冷却包可穿过而插入的第二开口33可在容器内部上的负压力的条件下与无毛皮肤的表面接触。可以通过旋转具有阳螺纹34的可移除的元件32来打开和闭合第二开口，阳螺纹34匹配在刚性容器中的开口上的阴螺纹35。密封物质例如特氟纶胶带36任选地贴到螺纹上以在第二元件被连接时提供在第二可移除的元件和刚性容器之间的密封，以便包含在刚性容器内部的负压力。可移除的元件具有附件37，其可被抓紧以旋转元件，用于从便携式表面真空室的刚性容器安装或移除元件。图9所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图10示出包括具有刚性容器41的便携式表面真空设备的负压设备，身体的附肢可插入刚性容器41中，压力密封物环绕地在插入点处的皮肤上。设备还包括第二开口44，加温包或冷却包可穿过其而插入以在容器内部上的负压力的条件下与无毛皮肤的表面接触。可以通过枢轴旋转由一个或多个铰链43连接到刚性容器中的开口的周边的一部分的第二元件42来打开和闭合第二开口。安装在枢轴49上的一个或多个闩锁46以及匹配销47或其它锁定设备用于靠着刚性容器中的第二开口将第二元件固定在密封位置上。密封物质例如特氟纶胶带任选地贴到刚性容器和/或第二元件的配合表面45上以在第二元件靠着刚性容器旋转到第二闭合位置时提供在第二铰接元件和刚性容器之间的密封，以便包含在刚性容器内部的负压力。手柄48设置成打开和关闭第二元件。图10所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图11示出包括具有刚性容器61的便携式表面真空设备的负压设备，身体的附肢可插入刚性容器61中，压力密封物环绕地在插入点处的皮肤上。设备包括第二开口63，加温包或冷却包可穿过其而插入以在容器内部上的负压力的条件下与无毛皮肤的表面接触。可通过移除被成形为匹配刚性容器中的开口的第二元件62来打开和闭合第二开口。在枢轴66上安装一个或多个闩锁65以及匹配销67或其它锁定设备用于靠着刚性容器中的第二开口将第二元件固定在密封位置上。密封物质例如特氟纶胶带任选地贴到刚性容器和/或第二元件的配合表面64上以在第二元件靠着刚性容器旋转到闭合位置时提供在第二元件和刚性容器之间的密封，以便包含在刚性容器内部的负压力。图11所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图12示出负压设备真空生成设备。该设备包括可操作地连接到86真空生成设备87以在不可渗透的盖的内部88上产生负压力的不可渗透的盖91。不可渗透的盖可操作来覆盖无毛皮肤表面81。不可渗透的盖具有密封装置83以密封无毛皮肤的周围区域。不可渗透的盖在其内部包括柔性冷却包或加温包84，并靠着无毛皮肤放置，使得它可与皮肤交换热。不可渗透的盖任选地是柔性的，以便较高的外部压力89和较低的内部压力85的组合作用当被施加到不可渗透的盖的表面区域82上时导致施加到柔性冷却包或加热包上的机械力90以迫使它靠着无毛皮肤，提供在界面处的减小的热接触阻力和在包和皮肤之间提高的传热。图12所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图13示出负压容积封闭设备100，其可被应用来密封无毛皮肤的限定区域，并在其内可放置冷却包或加温包103以从皮肤传送热或将热传送到皮肤。外围密封物102在包含无毛皮肤的身体附肢101周围形成。压力监控设备104用于连续地测量在负压设备内的压力。设备还包括到真空生成源106的连接105，真空生成源106在没有外部功率源的情况下是有效的。操作可通过手动装置例如封闭容积的手动压缩(风箱或真空管或其它柔性压缩设备110)、线性泵送运动108、旋转泵送运算109、或通过用动力推动的装置，其中便携式自包含式能量源107例如电池驱动真空泵。图13所示的设备可例如用作系统200和300的无毛皮肤冷却设备204。

图14示出柔性冷却包或加温包120，其可插入如在以前的附图中所示的负压容积的内部中，以接触并符合哺乳动物的无毛皮肤的拓扑学。同时将热传送到皮肤并从皮肤传送热。根据本公开的特定实例，可通过预冷却或预加热、通过混合以前由隔离物(其可在治疗时破裂以允许吸热或放热混合过程)分离的所包含的化学成分、或通过将所包含的化学成分暴露于空气以在包从最初密封的容器移除之后引起放热反应，来使包达到期望治疗温度。

如自始至终描述的，穿过皮肤的动静脉吻合的血流的控制对体温调节功能是关键的。操纵穿过AVA的血流(特别是从血管收缩的初始状态起)的能力对涉及核心体温的调节和用于减轻个人热不舒适的问题的医疗应用保持重要的结果。

本文描述了用于在要求时实现穿过AVA的血液的流动的增加从而实现升高或降低身体核心温度的能力的方法、过程、系统和设备。在一些实施方案中，动静脉吻合(AVA)可被舒张或扩张。在不将任何特定的实施方案限制到任何特定的作用机制的情况下，使AVA舒张和/或扩张可使心输出量的一大部分转移到皮肤。皮肤可介导促成与环境的热交换，环境可接着借对流将热传到身体热核心。在一些实施方案中，在没有AVA血管舒张和/或扩张增加的情况下，核心温度变化的速率可比使用现有的常规方法和设备可能的快10倍。

所述系统和方法可用于冷却和/或加热可以或可以不最初血管收缩的哺乳动物的核心温度。结合体温调节控制的外围部位的热刺激来产生对无毛皮肤的较大的血液灌注，无毛皮肤的表面可被加热或冷却，以分别从自身体核心循环的血液添加或移除热。所公开的方法和设备能够在要求时经由血液的循环来增加在皮肤表面和身体核心之间的热的对流流动。所述方法和系统可被应用来从体温正常状态降低身体核心温度以产生体温过低状态，并从体温过高到体温正常状态，以及从体温过高状态到体温正常状态，并将身体核心温度从体温过高状态增加到体温正常状态，以及从体温正常状态到体温过高状态。后一过程的示例性应用可以是期望产生人工发热状态以增强癌症治疗的实例。

对于AVA最初在血管收缩的至少部分状态的一些实施方案中，通过加热在脑外围的体温调节控制中心中的热感受器的方法来至少部分地松弛或减小AVA的血管收缩动作，以便刺激必要的输入信号来减小AVA中的血管收缩。增加的AVA血管舒张的结果极大地降低了AVA的流动阻力，使得存在心输出量的较大一部分到AVA的转移。

作为穿过AVA的增加的血流的结果，无毛皮肤将通过较大的对流传热来加温，血液从较暖的身体核心流动。所述系统和方法可实现用于加热到热刺激外围体温调节控制组织的各种特定的设备和过程，其引起经由与温暖的核心血液的增加的对流热交换来使无毛皮肤升温的过程。

作为穿过AVA的增加的血流的进一步的结果，无毛皮肤可用作在应用于其表面和流经AVA的血液之间的加热源或冷却源之间的传热介质。该过程创建调节心输出量的一部分的温度的机会，心输出量循环回身体核心，在中间较大的直径和较高速度的容器中有最小的热交换，直到它与总的血液容积和身体核心的组织热平衡，从而提供直接输送链路来在外部调节身体核心温度。

所述系统和方法可用于为了治疗和其它使用而快速增加或降低哺乳动物的核心体温。例如，体温过低的引入提供了对脑的保护而免受在可能遭受损伤例如心肺骤停、缺血性中风、蛛网膜下出血、肝性脑病、围产期窒息、小儿病毒性脑炎或急性创伤性脑损伤的受试者中的缺血性事件。

所述系统和方法可用于响应于体温过高引起的活动或事件来冷却用户的身体。体温过高引起的活动的一些非限制性例子包括耐久性限制的活动例如运动性能、和/或在高热的环境中工作(采矿工业、建筑工业、森林工业、金属处理工业)、和/或暴露于高热应力的环境、和/或军事行动。所述系统和方法也可用于改善或消除将体温加温到比正常操作范围高的致命地危险的温度的效应。

所述系统和方法可用于响应于体温过低引起的活动或事件而使人类用户的身体升温。体温过低引起的活动的一些非限制性例子包括在极端冷的环境中工作，和/或长时间暴露于非常冷的环境，特别是在缺乏相当大的水平的物理活动时，和/或长时间暴露于水，和/或在冷/基于水的环境中的长时间运动活动，和/或在冷状况下坐在车中。所述系统和方法可用于改善或消除可导致伤害和/或死亡的身体核心温度的过度冷却的效应。

所述系统和方法可通过调节身体核心的温度来安全地扩展前述类型的活动中的任一个的性能运转和/或安全地扩展暴露于极端温度的时期。在一些实施方案中，用户可继续参加活动或继续暴露于极端温度，因为用户的移动性未被阻碍。

所述系统和方法可用于引起高达2℃的轻微体温过低的状态，而没有侵袭皮肤表面和/或需要消毒条件和/或需要得到中央电力的任何技术。在一些实施方案中，本公开的设备或方法可由具有与EMS医疗人员相当的训练水平的人员和在不能得到中央电力的旷野状况下被实践。

所述系统和方法可用于对处于缺血性损伤的危险中的受试者引入低温治疗。例如，局部化加热可应用于体温调节控制的外围部位以引起动静脉吻合血管收缩的松弛来产生无毛皮肤的较大血液灌注，无毛皮肤接着被局部地冷却以增强皮肤中的对流传热来产生身体热核心到低温治疗的状态的快速冷却。这可用于为医学案例例如心肺骤停、中风、外伤性脑损伤、脉管系统手术、新生儿脑损伤及其组合提供治疗或神经保护。

任选地，可在没有外部AC电源的情况下操作或执行系统、设备和方法。对于设备位于这样的电源的物理接近范围内的应用，将系统或所述系统的一部分连接到操作电力驱动的真空泵的固定电源可能是可能的。

任选地，所述系统和设备是便携式的。在一些实施方案中，本公开的设备可以是重量轻的。便携性和/或在没有外部AC电源的情况下操作的能力和/或轻重量可在一些应用中提供操作功能。例如，便携性和/或轻重量提供在EMS车中、在医疗直升机中、在商业班机中、在军事操作车中、在工业工地、运动场和远程活动场地使用的优点。便携性和轻重量可使设备理想地携带在宇宙飞船或航行器上以向遭受缺血性事件的受试者提供立即救生治疗。任选地，系统和设备可足够紧凑以被放置和携带在急救箱中。

在一些实施方案中，使用表面真空系统来将负压力施加到无毛皮肤表面的一部分移除了将包括无毛皮肤的附肢插入刚性真空容器中的必要性。

本公开的系统和设备可以完全是便携式的，且不需要外部AC电源，使它们在关键医疗服务情况例如在伤害或道路事故的地点变得可用，或同时被携带在救护车或直升机上以提供为心肺骤停、中风、外伤性脑损伤、新生儿脑损伤或损伤的受害人提供重要的快速冷却治疗，以提供保护而免于可能的缺血性损伤。本公开在一些实施方案中涉及便携式加热或冷却设备、在AVA最初不是活动的时将血流引入AVA的方法、以及调节和/或调整和/或修改身体核心温度同时允许用户的移动性例如完全的移动性的方法。

任选地，无毛皮肤的表面可被加热或冷却，以便调节身体核心温度而没有不利地影响增强的AVA血流，且用于在调节身体核心温度的医疗益处可能被期望的各种场所和情况中实现。已知后面的场所和情况可包括在缺血性产生的事件之后不久在远离医疗服务设施的场所产生轻微的体温过低。

对于设备位于这样的电源的物理接近范围内的应用，系统或设备可以任选地连接到操作电力驱动的传热流体泵和致冷系统的固定电源。在一些实施方案中，本公开的设备可以便携式的。

本公开提供了可经由对外周体温调节控制的关键部位的聚焦热刺激将血液灌注引出到无毛皮肤中的AVA的方法和设备。对具有副交感神经系统的神经支配的外围体温调节控制的部位的热刺激将使血管收缩松弛的信号发送到无毛皮肤中的AVA，产生到无毛皮肤的增加的血流。这个刺激的一个结果是，在没有局部加热或冷却时，无毛皮肤将从以前血管收缩状态升温。这个结果可用于在手和/或脚的加温将引起热舒适状态的增加的场合中受益。

这个过程的一个应用是将热刺激合并到车的上座椅靠背中，由此颈椎可被加热，以便当环境温度足够低而引起不舒适时增强乘客的舒适度。额外的应用包括对于人在延长的一段时间内暴露于冷环境且只有低水平的身体活动的情况例如观看运动比赛、在打猎埋伏处等待、记录天空的观测以及无数其它情况维持手掌和脚底的温暖。可对手和脚变得不舒服地冷的任何状况和在白天和夜晚的任何时间期间在住宅背景中使用本发明。医疗应用可包括不舒服地冷的患者的加温。它可结合无毛皮肤表面的加温来将热加到通过AVA循环的血液，以便将热循环到身体核心来从体温过低的状态加热它，如可能需要的。

热刺激可由各种方式引起，包括皮肤与加热的表面的直接接触、将温暖的空气流引导到刺激部位、和/或涂敷表面、和/或渗透在被控制的波长和强度处的电磁能。热刺激的不同方式可改变处理时间以减小AVA的血管收缩，以便与实现舒适或医疗益处的需要相配。热刺激的强度可经由反馈控制回路调节，以便确保安全而防止在刺激期间引起热伤害并提供AVA血管舒张的最佳控制。

评估了生理机制，其经由穿过AVA的对流血流管理无毛皮肤和身体核心之间的传热，对流血流通过施加脊骨加热以松弛AVA的血管收缩和通过将负压力施加到无毛皮肤以使AVA扩张来增强。

实施例1

负压力对无毛皮肤的施加用于引起穿过AVA血管结构和相关的静脉网的血液的流动的显著增加。激光多普勒血流探头用于根据所施加的负压力的幅值来测量无毛皮肤中的血流的改变。

人手放置在密封的刚性真空室中，在该真空室上安装电子负压计。光学激光多普勒血流探头安装到中指的最远肉垫的皮肤上，以连续监控血流。手指暴露于周围温度的空气，而没有有效的冷却或加温施加到皮肤。进行控制测量，而没有在初始气候适应期之后施加的负压力。负压力增加到预定的水平并保持15分钟，然后返回到零。

图15中示出了在约40mm Hg的负压力下来自样本协议的数据。图15描绘血流曲线，并示出当腔直径随时间变化而改变时象征AVA血管活动的瞬时变化，从而改变流动阻抗和速度。关于该生理现象的机械基础的几个特征反映在数据中。例如，首先在负压力的作用下，平均血液灌注速率增加了约30％，这对负压技术功能是重要的。其次，结合所施加的负压力的大变化，存在AVA的明显的瞬时血管收缩，而不管压力的变化是正的还是负的。这个交感神经驱动的行为是对到身体的突然环境输入的典型响应。第三，在负压力被移除之后，灌注速率返回到约在施加负压力之前的水平。这个行为指向直接原因并影响灌注中的增加和所施加的负压力之间的关系。第四，在从AVA血管收缩的初始固有状态起的初始气候适应期期间，存在灌注中的大约三倍的大增加。

激光多普勒探头还用于测量在灌注测量的部位处的皮肤表面温度。图16示出在这个实验期间的温度历史。在实验开始时，皮肤的初始温度是24℃，其表示血管收缩状态，如由AVA灌注的相应地低的值确认的。图15示出在没有对血管舒张状态的负压力时在前11分钟内血流中的稳定转变。图16证明皮肤温度相应地上升了约8℃到新的平衡值，因为温暖的血液从身体核心穿过AVA的增加的流动造成转换到皮肤表面的逐渐加温的内部对流源。这个数据表明在AVA灌注水平和皮肤传热以及温度之间的耦合。

图15进一步示出在11分钟时负压力的施加，在AVA灌注中有相称的增加。较高的灌注速率转换成在温暖的血液和皮肤组织之间的较大的对流效应，导致表面温度的进一步增加。图16证明表面温度进一步增加了2℃，作为负压力的施加的结果。皮肤的表面温度的净增加是10℃，作为AVA灌注中的增加的结果。温度增加的这两个步骤相应于在灌注增加中的两个步骤，展示这两个现象的机械耦合。血液灌注对无毛皮肤中的对流传热的机械作用由这些数据验证。

实施例2

进行类似于上面所述和在图15中示出的那些测试的一系列测试，每个测试在负压力的不同值处。目的是确定在灌注中的增加的幅值和所施加的负压力的幅值之间是否存在比例关系。这些实验的结果在图17中示出，图17示出当中指的最远端肉垫暴露于在室温空气时的各种(分级的)负压力值时由在该肉垫上的激光多普勒速度计测量的血液灌注中的增加

这些数据证明在所施加的负压力和在AVA灌注中的因而产生的增加之间的清楚的比例关系。在受试者技术中在血液灌注上的负压力的机械作用由这些数据验证。

实施例3

手的手掌表面通过与柔性软袋接触而受到冷却，冷冻水通过该软袋循环，同时负压力施加到刚性室的内部。热通量计和热电偶在手掌接触软袋的区域中固定到手掌。协议由在室温的平衡期组成，后面顺序地是负压力的施加、然后使用17℃的水灌注软袋、然后负压力的停止、负压力的重建和负压力的最后停止。

图18示出来自这个实验的数据，在这个实验中，具有23℃的温度的水通过与手的手掌接触的软袋循环。当施加负压力(图18的最下面的线)时，皮肤热通量的相当大的增加出现(图18的最上面的线)，当负压力移除时，皮肤热通量减小。在热通量测量的部位处的皮肤的温度被示为变化最小的曲线。

在十一(11)分钟的平衡期之后，负压力增加到40mm Hg(其保持热通量恒定)，且在21分钟时，通过在17℃的软袋的水循环开始，在热通量中有相称的增加。在30分钟时，负压力被设定到零，引起热通量的立即下降。在36分钟时，负压力重新建立到40mm Hg，且热通量立即跳回到并保持在最大值。在41分钟时，负压力再次被移除，热通量也下降到以前的较低值。这个数据展示在负压力和经过皮肤的热流的增加之间的机械耦合。这个耦合表现为通过与穿过负压力扩张的AVA的血流的增加的对流来驱动。负压力对受试者技术的皮肤中的传热的机械作用由这些数据验证。

实施例4

加热在富有影响AVA血流的副交感神经系统热传感器的外围区域中的皮肤产生这个结果。结果在图21中示出。加热受试者的颈椎用于打开在受试者的手的无毛皮肤中的血管收缩的AVA，这引起血压灌注中的大的增加，从而使皮肤表面升温。

图21示出测试的示例性数据，在该测试中，强烈地血管收缩的状态通过将聚焦加热施加到沿着脊骨的选定区域来松弛。被加热的总表面区域相当小，以避免可能影响核心温度的总的热负荷。核心温度被连续地监控并在整个过程中保持恒定。当受试者在强烈的血管收缩的状态中时，表面热电偶安装在一只手的手掌上，该状态在该实验之前存在多于一个小时。热电偶也安装在加热被施加的部位处的脊骨上面的皮肤上。

数据显示对这个效应的触发温度在高于约40℃的窄范围内。温度被限制到低于约44℃，其在引起热损伤的阈值附近。因此，温度范围是从约40℃到低于约44℃。

将热施加到颈椎的皮肤直接导致无毛皮肤中的AVA血管舒张。当热远离AVA血管床扩散时，血管舒张产生来自身体核心的温暖血液的增强的灌注、到周围组织的对流传热和皮肤的表面的加温。外围加热对从受试者技术的血管收缩状态的ABA血管舒张的机械作用由这些数据验证。

实施例5

使颈椎升温增加了在血管收缩的AVA中的血流

热刺激经由加热施加到中央体温调节控制的外围区域引起穿过AVA血管结构和相关的静脉网的血液的流动的相当大的增加。光纤激光多普勒血流探头用于测量随对颈椎施加的表面加热的幅值变化的无毛皮肤中的血流的改变。表面细丝热电偶用于测量在颈椎处的表面上的皮肤的温度，在颈椎上贴电子加热垫。

图19和20示出分别经过手指尖和第二脚趾的血液的流动响应于加热施加到颈椎处的表面上而增加。该数据显示在无毛皮肤的两个区域中，在颈椎处的皮肤温度的升高之后灌注中的直接增加。

实施例6

使颈椎升温增加了在最初血管收缩的手掌和脚底皮肤的表面温度

当存在血管收缩的初始状态时，加热在富有副交感神经系统热传感器的外围区域中的皮肤产生无毛皮肤的温度的升高。加热受试者的颈椎用于打开在受试者的手和脚的无毛皮肤中的血管收缩的AVA，这引起血液灌注的大的增加，从而使皮肤表面升温。

图21和22示出测试的示例性数据，在该测试中，强烈地血管收缩的状态通过将聚焦加热施加到沿着脊骨的选定区域来松弛。被加热的总表面区域相当小，以避免可能影响核心温度的总的热负荷。核心温度被连续地监控并在整个过程中保持恒定。当受试者在强烈的血管收缩的状态中时，表面热电偶安装在一只手的手掌上(图21)或一只脚的脚底(图22)，该状态在该实验之前存在多于一个小时。热电偶也安装在加热被施加的部位处的脊骨上面的皮肤上。

数据显示对这个效应的触发温度在高于表面上的约39℃的窄范围内。温度被限制到低于约43℃，其在引起热损伤的阈值附近。用于加热在颈椎上的皮肤表面以触发AVA血管舒张的有效温度范围从约39℃到低于约43℃。

光纤热探头也用于测量在手指尖处的灌注测量的部位处的皮肤表面温度。图23示出在这个实验期间的温度历史。皮肤的初始温度是24℃，其表示血管收缩状态，如由AVA灌注的相应地低的值确认的。穿过AVA的灌注速率的数据显示在到血管舒张状态的前11分钟内的稳定转变，皮肤温度相应地上升了8℃到新的平衡值，因为温暖的血液从身体核心穿过AVA的增加的流动造成转换到皮肤表面的逐渐加温的内部对流源。这个数据表明在AVA灌注水平和皮肤传热之间的耦合。在11分钟时血液灌注的进一步刺激引起在温暖的血液和皮肤组织之间的较大的对流效应，导致表面温度的进一步增加。图23证明表面温度进一步增加了2℃，作为负压力的施加的结果。皮肤的表面温度的净增加是10℃，作为AVA灌注中的增加的结果。血液灌注对无毛皮肤中的对流传热的机械作用由这些数据验证。

实施例7

使颈椎升温结合使手掌和脚底皮肤表面冷却引起身体核心温度的降低

对于本公开的设备、系统和方法的应用，从其中AVA是血管收缩的起始状态，血管舒张的状态被达到，以便实现增强皮肤循环的益处。一个例子是低温治疗的使用，以治疗遭受例如由中风、心脏骤停或创伤性脑损伤引起的脑缺血的发作的受试者。这样的受试者可以在AVA血管收缩的状态中。此时，当低温治疗在短的功效时间窗内被应用时，根据本公开的方法，AVA血管收缩的状态被诱导并在整个核心冷却过程中被维持。

手的手掌表面和有时脚的脚底表面通过与软袋接触而受到冷却，冷冻水通过该软袋循环，同时加热施加到覆盖颈椎上面的皮肤。热通量计和热电偶在手掌接触软袋的区域中固定到手掌/脚底。方案由在室温的平衡期、然后使用20℃的水灌注软袋组成。

图24示出来自这些测试的数据。在实验的约第80分钟后，颈部加热和手掌冷却都在实行中。随后，在约第80和110分钟之间的30分钟时期期间，受试者的身体核心下降到约0.4摄氏度。

如在说明书中使用的，且在所附权利要求中，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”、“该(the)”包括复数所指对象，除非上下文另外清楚地规定。

如本文使用的术语“包含(comprising)”及其变形与术语“包括(including)”及其变形同义地使用，且是开放的非限制性术语。

受益于在前述描述中介绍的教导的本发明所属领域技术人员将会想到在本文阐述的本发明的很多修改和其它实施方案。因此，应理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，且修改和其它实施方案被规定为包括在所附权利要求的范围内。虽然在本文使用特定的术语，但是它们仅在一般和描述的意义上使用，且不是为了限制的目的。

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