阅读说明：本技术 用于冷却人体的大脑的系统和方法 (System and method for cooling the brain of a human body ) 是由 R·迈耶斯 R·比内特 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：一种用于冷却人体的大脑的系统,该系统包括冷却子系统,其被构造为输入空气或可呼吸气体的流、冷却空气或可呼吸气体并将冷却的空气或可呼吸气体输出至联接到适于将所述冷却的空气或可呼吸气体输送到人体的装置的管路。联接到冷却子系统的流量控制装置,其构造为控制输入到冷却子系统的空气或可呼吸气体的流的流量和输出到管路的冷却的空气或可呼吸气体的流量。联接到冷却子系统的一个或多个流量传感器,其构造为测量至少冷却的空气或可呼吸气体的流的流量。一个或多个温度传感器,其构造为测量至少人体的大脑或大脑相关部位的温度以及冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。控制器,其联接至冷却子系统、流量控制装置、一个或多个流量传感器以及一个或多个温度传感器,并且被构造为基于至少测得的大脑或大脑相关部位的温度以及测得的冷却的空气或可呼吸气体的流的流量来调节输送给人体的冷却的空气或可呼吸气体的流的冷却速率、温度以及流量,以便冷却人体的大脑。(A system for cooling a brain of a human body, the system comprising a cooling subsystem configured to input a flow of air or breathable gas, cool the air or breathable gas and output the cooled air or breathable gas to a circuit coupled to a device adapted to deliver the cooled air or breathable gas to the human body. A flow control device coupled to the cooling subsystem configured to control a flow of the flow of air or breathable gas input to the cooling subsystem and a flow of the cooled air or breathable gas output to the tubing. One or more flow sensors coupled to the cooling subsystem configured to measure a flow of at least the flow of cooled air or breathable gas. One or more temperature sensors configured to measure at least a temperature of the brain or brain-related part of the human body and a temperature of the flow of cooled air or breathable gas. A controller coupled to the cooling subsystem, the flow control device, the one or more flow sensors, and the one or more temperature sensors and configured to adjust a cooling rate, temperature, and flow of the flow of cooled air or breathable gas delivered to the person's body based on at least the measured temperature of the brain or a related part of the brain and the measured flow of the flow of cooled air or breathable gas so as to cool the person's brain.)

用于冷却人体的大脑的系统和方法

技术领域

本申请根据§§119、120、363、365和37C.F.R.§1.55以及§1.78要求于2019年1月8日提交的美国专利申请序列号16/242,527的权益及优先权，并且该申请与本申请还根据35U.S.C§§119、120、363、365和37C.F.R.§1.55和§1.78要求于2018年1月8日提交的美国临时申请序列号62/614,635的权益及优先权，并且美国专利申请序列号16/242,527和美国临时申请序列号62/614,635中的每个都通过引用与本文结合。

政府权利

本发明是在国防部授予的合同号为M67854-17-0-6548下由政府支持完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及用于冷却人体的大脑的系统和方法。

背景技术

最初的创伤性脑损伤(TBI)可能会立即损害大脑结构、神经元或脉管系统。TBI之后的继发性损伤可能包括局部缺血、肿胀、脑水肿和颅内压升高。通常，这些继发性并发症会导致向大脑供应的含氧血减少(脑缺血)，这可能导致神经退行性疾病。除了TBI外，脑缺血还可能由中风、心脏骤停和呼吸衰竭引起，它们为美国的三大死亡原因。

创伤事件后的继发性损伤机制通常会因缺血而导致细胞死亡并且通常将会在血液供应中断约30分钟后开始。长期缺氧可能导致自身调节失败和程序性细胞死亡。因此，重要的是在初始损伤后的最初6小时内采取干预措施。

有证据表明，选择性地将大脑温度降低到约32℃-35℃(低温治疗)，(见例如Andrews等人著的European Society of Intensive Care Medicine Study ofTherapeutic Hypothermia(32-35C)for Intracranial Pressure Reduction AfterTraumatic Brain Injury(The Eurotherm3235Trial)，Trials 12(1):8，(2011)，其通过引用并入本文)或在治疗窗口的早期(例如，在受伤后少于约30分钟)将脑温度维持在正常范围内(目标温度管理)，可以延迟坏死性细胞死亡和凋亡性细胞死亡。这可能会带来积极的影响，其中尤其包括较低的大脑的新陈代谢(其减少由于血流量不足而造成的有害代谢副产物的积累)、降低的脑部氧气需求、对神经源性发烧的预防、降低的颅内压(ICP)脑炎等等。

当前，对于特定缺血性脑损伤后的低温治疗(TH)和目标温度管理(TTM)，存在1级和2级建议。已经指出了目标温度管理和低温治疗可针对多种缺血性损伤和迹象。参见，例如，Abou-Chebl等人著的Local Brain Temperature Reduction Through IntranasalCooling With the RhinoChtll Device，Stroke 42(8):2164-2169，(2011)、Takeda等人著的Effects of Pharyngeal Cooling on Brain Temperature in Primates and Humans AStudy for Proof of Principle，The Journal of the American Society ofAnesthesiologists，117(1):117-125.2012，(2012)、和Springborg等人著的FirstClinical Experience With Intranasal Cooling for Hyperthermia in Brain-injuredPatients，Neurocritical care，18(3):400-405，(2013)，这些文献全部通过引用并入本文。所有的I级证据水平(LOE)B至III级LOE C都表明在受伤后约6个月时可增加有利的预后、缩短ICU停留时间并改善神经功能。

在授予Feanot等人的美国公开号2013/0000642中公开了一种用于冷却组织的常规系统，其通过引用并入本文。在'642专利申请中公开了一种系统，该系统依赖于未冷却的加压空气。即使'642专利申请能够冷却加压空气，但是'642专利申请所教导的面罩设备也可能无法提供足够的冷却来冷却人体的大脑。另外，'642专利申请未能教导任何反馈以提供针对冷却过程中的任何类型的控制。

美国公报号2006/0276552了公开另一种用于非侵入性脑系统冷却的常规方法和装置，其通过引用并入本文。'655专利申请教导了一种复杂且繁琐的冷却装置和方法，其依赖于将细长构件***患者的鼻腔中，将全氟碳喷雾和气体注入至鼻腔中，并使用该气体来增强全氟碳的蒸发以便降低大脑温度或通过复杂的三件式冷却组件灌注冷却的液体，该三件式冷却组件具有气囊和放置于鼻内的两根细长管。

关于创伤性脑损伤后的脑温度管理的有效性的研究非常有限。由于常规系统和方法的技术局限性，支持常规系统和方法以解决TTM和TH的证据至少呈现了以下缺点：研究检查的是全身冷却而不是选择性冷却大脑，这可能会产生不利的副作用(例如发抖)、受伤后30分钟内可能无法开始冷却、并且未遵循一致的冷却和重新回暖规程。

因此，需要一种不那么复杂和繁琐的、用于冷却大脑的系统和方法，所述系统和方法提供使大脑冷却的空气或可呼吸气体的流，以便在受伤时或在住院之前和治疗窗口早期有效地提供TH和TTM，所述系统和方法监测大脑和人体的温度并且调节空气或可呼吸气体的流的温度和流量，以便减少与冷却人体的大脑相关的可能的不利副作用。

发明内容

在一个方面中，特征在于一种用于冷却人体的大脑的系统。该系统包括冷却子系统，该冷却子系统被构造为输入空气或可呼吸气体的流、冷却空气或可呼吸气体、并且将冷却的空气或可呼吸气体输出到管路，所述管路联接到适于将冷却的空气或可呼吸气体输送到人体的装置。联接到冷却子系统的流量控制装置被构造为控制输入到冷却子系统的空气或可呼吸气体的流的流量以及控制输出到所述管路的冷却的空气或可呼吸气体的流量。联接到冷却子系统的一个或多个流量传感器被构造为测量至少冷却的空气或可呼吸气体流的流量。一个或多个温度传感器被构造为测量至少人体的大脑或大脑相关部位的温度以及冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。控制器联接至冷却子系统、流量控制装置、一个或多个流量传感器以及一个或多个温度传感器。控制器被构造为基于至少所测量的大脑或大脑相关部位的温度以及所测得的冷却的空气或可呼吸气体流的流的流量来调节输送给人体的冷却的空气或可呼吸气体的流的冷却速率、温度以及流量，以便冷却人体的大脑。

在一个实施例中，控制器可以被构造为调节冷却的空气或可呼吸气体的流的温度和流量，以将低温治疗(TH)和/或目标温度管理(TTM)提供至正常体温水平。控制器可以被构造为控制流量控制装置以在约0L/min至约50L/min的范围内的流量下提供冷却的空气或可呼吸气体的流量。冷却子系统可以被构造成输入温度在约-10℃到约10℃的范围内的空气或可呼吸气体。控制器可以被构造为控制冷却子系统以便冷却空气或可呼吸气体并且提供输送到人体的、温度在约-14℃至约7℃的范围内的冷却的空气或可呼吸气体的流。一个或多个温度传感器可以包括鼓膜传感器或颞浅动脉传感器。适于将冷却的空气或可呼吸气体输送到人体的装置可以包括鼻插管。一个或多个温度传感器可以适于被放置在鼻插管的端部上。控制器可以被构造为控制流量控制装置以调节冷却的空气或可呼吸气体的流的压力。冷却子系统可以包括由导热材料构成的气体区块，该气体区块包括构造成输入空气或可呼吸气体的流的入口和构造成输出冷却的空气或可呼吸气体的流的出口。空气区块可以包括由导热材料构成的多个流动通道，该流动通道被构造为冷却空气或可呼吸气体的流并将冷却的空气或可呼吸气体的流提供并引导至所述出口。冷却子系统可以包括传热子系统，该传热子系统联接到气体区块并构造为热电冷却(TEC)装置。控制器可以被构造为控制施加到TEC的电流或电压，以在TEC的与气体区块接触的一侧上提供冷却温度，以便冷却空气或可呼吸气体的流的源并提供冷却的空气或可呼吸气体的流，或者在TEC的与气体区块接触的一侧提供加热温度，以便加热空气或可呼吸气体的流的源，从而增加冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。该系统可以包括联接到所述传热子系统的热交换传递子系统，所述热交换传递子系统被构造为从所述传热子系统去除热量。热交换传递子系统可以包括联接至TEC的一侧的导体块和联接至导热翅片的导热管。该系统可以包括联接到导热翅片的风扇。

在另一方面，特征在于一种用于冷却人体的大脑的方法。该方法包括接收空气或可呼吸气体的流。冷却所述空气或可呼吸气体。冷却的空气或可呼吸气体的流被输出至联接到适于将冷却的空气或可呼吸气体输送给人体的装置的管路。控制空气或可呼吸气体的流的流量与输出到管路的冷却的空气或可呼吸气体的流量。测量至少冷却的空气或可呼吸气体的流的流量。测量至少人体的大脑或大脑相关部位的温度以及冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。基于至少所测得的大脑或大脑相关部位的温度以及所测得的冷却的空气或可呼吸气体的流的流量来调节输送到人体的冷却的空气或可呼吸气体的流的冷却速率、温度以及流量，以便冷却人体的大脑。

在一个实施例中，该方法可以包括调节冷却的空气或可呼吸气体的流的温度和流量，以便将低温治疗(TH)和目标温度管理(TTM)提供至正常体温水平。该方法可以包括以约0L/m至约50L/m的范围内的流量提供冷却的空气或可呼吸气体的流量。该方法可以包括接收温度在约-10℃至约10℃的范围内的空气或可呼吸气体的流。该方法可以包括将空气或可呼吸气体的流冷却至约-14℃至约7℃的范围内的温度。适于将空气或可呼吸气体的流输送到人体的所述装置可以包括鼻插管。该方法可以包括调节冷却的空气或可呼吸气体的流的压力。该方法可以包括提供由导热材料构成的气体区块，所述气体区块包括用来接收空气或可呼吸气体的流的入口和被构造为输出冷却的空气或可呼吸气体的流的出口。该方法可以包括提供联接至气体区块的传热子系统，所述传热子系统构造为热电冷却(TEC)装置。该方法可以包括控制施加到TEC的电流或电压，以便在TEC的与气体区块接触的一侧上提供冷却温度以冷却所述空气或可呼吸气体的流的源并且提供所述冷却的空气或可呼吸气体的流，或者以便在TEC的与气体区块接触的一侧提供加热温度，以加热空气或可呼吸气体的流的源，从而提高冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。该方法可以包括提供联接到传热子系统的热交换传递子系统，所述热交换传递子系统被构造为从传热子系统去除热量。

然而，在其他实施例中，本发明不需要实现所有这些目的，并且其权利要求不应当限于能够实现这些目的的结构或方法。

附图说明

通过以下对优选实施例和附图的描述本领域技术人员将想到其他目的、特征和优点，在所述附图中：

图1是三维立体图，其示出了用于冷却人体的大脑的系统的一个实施例的主要部件；

图2是三维立体图，其示出了输入到图1所示的冷却子系统的空气或可呼吸气体的源的一个示例；

图3是三维立体图，其更详细地示出图1和图2所示的冷却子系统的一个示例；

图4是示意性框图，其更详细地示出了图1至图3中的一个或多个所示的用于冷却人体的大脑的系统的主要部件；

图5是三维立体图，其更详细地示出了图1至4中的一个或多个所示的冷却子系统的传热子系统和热交换子系统的一个示例；和

图6是示出用于冷却人体的大脑的方法的主要步骤的一个示例的框图。

具体实施方式

除了下面公开的一个或多个优选实施例之外，本发明还可以具有其他实施例，并且可以以各种方式来实践或执行。因此，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件的布置。如果在此仅描述一个实施例，则其权利要求不限于该实施例。而且，除非有明确且令人信服的证据表明一定的排除、限制或否认，否则不应限制性地理解本发明的权利要求。

在图1中示出了用于冷却人体的大脑的系统10以及其方法的一个实施例。系统10包括冷却子系统12，在图2、图3、图4和图5中更详细地示出了所述冷却子系统并且所述冷却子系统构造成输入或接收空气或可呼吸气体的流14(图1)、冷却空气或可呼吸气体的流14以及输出冷却的空气或可呼吸气体的流16。在该示例中，冷却子系统12从位于容器17的空气或可呼吸气体(例如，液氧)的源接收空气或可呼吸气体的流14(图2)，该容器如图所示联接到冷却子系统12。在其他示例中，空气或可呼吸气体的流14的源可以由空气或气体压缩机提供，当与使用液态空气或空气或可呼吸气体(例如氧气)相比时，这可以降低成本并改善安全性。在一个示例中，可以使用在90psi下额定为2.2立方英尺每分钟(CFM)的1200psi的4.6加仑便携式空气压缩机以约0L/min至约50L/min提供空气或可呼吸气体的流14的供应压力。在其他示例中，空气或可呼吸气体的流14可以是医院或类似类型设施中的管路中的空气或可呼吸气体。在另一个示例中，可以在便携式壳体(例如，图2的壳体46)内使用在低psi(例如，小于约10psi)下提供约0L/min至约50L/min(LPM)的小型鼓风机或小型压缩机，所述便携式壳体优选地容纳系统10的主要部件。

在一种设计中，在图3中更详细地示出的冷却子系统12在输入端18处从以上讨论的空气或可呼吸气体的源接收空气或可呼吸气体的流14、冷却空气或可呼吸气体的流14以及如图所示在输出端22处输出冷却的空气或可呼吸气体的流16。也如图1和2所示，输出端22优选地联接到管路或管24(图2)，所述管路或管优选地将冷却空气或可呼吸气体的流16输送至适于将冷却空气或可呼吸气体的流16输送至人体28的装置(例如，如图所示的鼻插管)或类似类型的装置，以便提供对人体28的大脑的有效冷却并在受伤时或在治疗窗口早期(例如，少于大约30分钟)、住院之前将TH和TTM提供至正常体温水平，如下面进一步详细讨论的那样。

系统10还包括联接至冷却子系统12的流量控制装置36(图4)。流量控制装置36被构造为控制在输入端18处输入至冷却子系统12的空气或可呼吸气体的流14的流量(图2)以及控制在输出端22处输出的冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量，并且所述流量控制装置联接至管路24。在一个示例中，优选地流量控制装置36以介于约0L/min至约50L/min的范围内的流量提供空气或可呼吸气体的流14和冷却的空气或可呼吸气体的流16。

在图1至图4的一个或多个中示出的系统10还包括一个或多个流量传感器40(图4)，所述一个或多个流量传感器联接至冷却子系统12，并且被构造为测量至少空气或可呼吸气体的流14的流量和冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量。

系统10还包括一个或多个温度传感器38，其被构造为测量至少人体28的大脑的温度(图2)或人体23的大脑相关部位的温度、测量空气或可呼吸气体的流14的温度(图1和图3)以及测量冷却的空气或可呼吸气体的流16的温度。优选地由一个或多个温度传感器38在点58处(图4)，例如在输出端22处(图1至图3)测量冷却的空气或可呼吸气体的流16的温度，使得进入适于将冷却空气或可呼吸气体的流16输送到人体28的装置(例如鼻插管26)的管路24中的冷却的空气或可呼吸气体流16的温度(图2)可以被控制，如下所讨论的那样。鼻插管26的端部处的温度也优选地由放置在鼻插管26端部处的一个或多个温度传感器38(图4)来测量，并且人体28的大脑或大脑相关部位的温度也优选地用温度传感器38来测量，例如使用鼓膜传感器38(图1至图2)，所述鼓膜传感器放置在图2的人体的耳朵中(如图所示)，或例如使用颞浅动脉传感器或类似类型的温度传感器，它们被构造为测量人体28的大脑或大脑相关部位的温度。系统10还包括联接到冷却子系统12的控制器32(图4)、流量控制装置36、一个或多个流量传感器40和一个或多个温度传感器38。控制器32被构造为基于至少测得的大脑的温度和测得的冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量来调节输送到图2的人体28的冷却的空气或可呼吸气体的流16的冷却速率、温度以及流量(图1和图3)，以便冷却人体的大脑。图1、图2和图4的系统10还优选地包括用户界面/显示器34。系统10还优选地包括如图4所示的气体泵42，所述气体泵联接到如上所述的流量控制装置36和冷却子系统12。

在一个示例中，控制器32优选地被构造为基于由一个或多个温度传感器38和一个或多个流量传感器40所提供的反馈信息来自动调节冷却空气或可呼吸气体的流16的冷却速率、温度和流量，所述一个或多个温度传感器构造成测量人体28的大脑的温度，所述一个或多个流量传感器在图4的58处测量冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量。在一个示例中，对控制器32的反馈控制可以来自温度传感器38，所述温度传感器被构造为测量大脑或与大脑相关部位的温度，这类似于比例、积分、微分(PID)，如本领域技术人员已知的那样。

控制器32还优选地构造成控制流量控制装置36，以调节空气或可呼吸气体14的流14和冷却的空气或可呼吸气体的流16的压力。在一个示例中，一个或多个流量传感器40可以是空气流量计，其将关于冷却的空气或可呼吸气体的流16在点58处的流量的流量信息提供给控制器32，所述控制器控制联接到空气或气体泵42的流量控制装置36，以便优选地在约0L/min至50L/min的范围内提供空气或可呼吸气体的流14的流量和冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量(如上所述)或根据需要提供类似类型流量，以便冷却人体28的大脑。气体泵42可以包括鼓风机，该鼓风机优选地构造成使用风扇或类似类型的装置径向、线性快速地吹扫管路或管24中(图2)的冷却的空气或可呼吸气体的流16(图3)。在其他设计中，气体泵42可以包括如上所述的压缩机的各种实施例，在一个示例中，该压缩机以约0L/min至50L/min的流量提供空气或可呼吸气体的流14的供应压力。压缩机可以包括线性、隔膜、涡轮、径流式鼓风机或其他设计，其构造成提供空气或可呼吸气体的流14以及冷却的空气或可呼吸气体的流16的升高的压力和流量。在其他示例中，空气或气体泵42可以是来自医院设施的空气或可呼吸气体的供应管路或类似类型的供应管路。

系统10还包括与控制器32联接的电源44，所述电源优选地向控制器32提供电力以及用于向冷却子系统12、一个或多个温度传感器38、流量控制装置36、一个或多个流量传感器40以及系统10的用户界面显示器34提供电力。在一个示例中，电源44可以是电池，例如，镍金属混合电池、锂离子电池、锂聚合物或类似类型的电池。

如上所述，由冷却子系统12提供的图1至图3的冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量优选在约0L/min至约50L/min的范围内。在其他示例中，由冷却子系统12提供的冷却的空气或可呼吸气体的流16的流量可以大于或小于50L/min。在一个示例中，冷却子系统12可以提供约0.8立方英尺/分钟(CFM)的冷却的空气或可呼吸气体的流16并将其输送到人体28，以便有效冷却人体28的大脑。在一个示例中，冷却子系统12被构造为在约-14℃至约7℃的温度范围内冷却空气或可呼吸气体的流14，以提供在约-10℃至10℃的温度下的冷却的空气或可呼吸气体的流16，以便有效地冷却人体的大脑28。

使用上面讨论的由系统10提供的冷却的空气或可呼吸气体的强制流16的鼻内冷却提供了一种有效的方法，以用于实现临床上显著的大脑冷却，以便在受伤时(例如在入院前环境中(诸如，军事前线手术、在运送过程中、在临时和永久性医疗设施等))、在治疗窗口的早期(例如少于大约30分钟)提供TH和TTH。鼻腔非常适合于冷却大脑，这是因为它非常靠近海绵窦、颈内动脉和循环通过大脑的基底池中的脑脊液。进行气管插管的患者失去了通过鼻腔的所有冷却循环，这导致大脑立即回暖。系统10及其方法通过迫使大量冷却的空气或可呼吸气体的流16进入鼻腔，同时例如使用一个或多个温度传感器38(例如鼓膜温度传感器、颞浅动脉传感器)或上述类似类型的传感器基于大脑或大脑相关部位的温度来自动调节冷却速率，从而逆转了插管的回暖作用并且显着提高了正常的呼吸冷却作用，以便实现快速的大脑冷却以及受控的低温或正常体温。

结果是系统10以及其方法提供了在上面的背景技术部分中讨论的用于冷却大脑的较不复杂且较不繁琐的系统和方法。系统10及其方法提供有效冷却大脑的冷却空气或可呼吸气体的强制流动，从而在受伤时或住院之前且在治疗窗口的早期有效地将TH和TTM提供至正常体温水平，所述系统和方法监控大脑和人体的温度并且调节冷却的空气或可呼吸气体的流的温度和流量，以便减少可能与冷却人体的大脑相关的不利副作用。

在图1和图4中示出的一个或多个控制器32可以是处理器、一个或多个处理器、专用集成电路(ASIC)、固件、硬件和/或软件(其包括固件、常驻软件、微代码等)或硬件和软件的组合，它们在本文中通常都统称为“控制器”，所述控制器可以是用于本发明的用于冷却大脑的系统10和方法的一部分。用于执行系统10和方法以及控制器32的一个或多个实施例的指令或操作的程序的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写，所述一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言(例如C++、Smalltalk，Java等)或者常规的面向过程的编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。

在一个示例中，在图1至图4中的一个或多个中示出的冷却子系统12优选地包括联接到输入端18和输出端22的气体区块50，如图3所示。图5的气体区块50优选地包括流动通道52，所述流动通道引导在图3的输入端18处接收的空气或可呼吸气体14的流14通过图5的气体区块50，在所述气体区块处，空气或可呼吸气体14的流14被冷却以产生冷却的空气或可呼吸气体的流16。流动通道52将冷却的空气或可呼吸气体的流16引导至输出端22，例如如图3所示。优选地，流动通道52是由铝、铜、黄铜、钢或类似类型的材料所制成的紧密的导热通道。气体区块50还包括盖52。冷却子系统12还可以包括气体过滤器56(图3和图5)，所述气体过滤器优选地联接至气体区块50。

在一种设计中，冷却子系统12还优选地包括如图3至图5所示的传热子系统60，所述传热子系统被构造为有效且高效地冷却空气或可呼吸气体14的流14(图3)，以便提供冷却的空气或可呼吸气体的流16。在一种设计中，传热子系统60被构造为图5的热电冷却器(TEC)60，所述热电冷却器优选地基于珀耳帖效应以将热量从TEC 60的冷侧62传递到气体区块50内侧的空气或可呼吸气体14的流14，以有效地冷却空气或可呼吸气体的流14，以便在输出端22处提供冷却空气或可呼吸气体的流16，例如，如图1和图3所示。因此，TEC装置60优选地提供有效地从空气或可呼吸气体的流14中去除热量所需的温差。在一个示例中，TEC装置60可以是可商购的TEC(可从密歇根州的Traverse City的TE Technology获得)并且优选地额定为在18W功率或更高功率条件下可以去除高达约15W的热量。在其他设计中，图3的传热子系统60可利用制冷剂或通过辐射进行的传热来传递冷却气体/液体流，以便冷却气体区块50中的空气或可呼吸气体的流14。主要功能传热子系统60是从输入端18处接收的空气或可呼吸气体14的流14中去除热量并且在输出端22处提供冷却空气或可呼吸气体的流16(如图1和图3所示)，所述冷却空气或可呼吸气体的流被例如通过图2的鼻插管26输送到人体28，所述鼻插管联接至管路24以便有效且高效地冷却人体28的大脑。从空气或可呼吸气体的流14中去除的热量可以在流动期间被去除或者在处于储备模式时被去除。

在图1至图4中的一个或多个中示出的冷却子系统12还优选地包括：图5中的热交换器子系统70，所述热交换器子系统联接至例如TEC 60的传热子系统60。热交换器子系统70优选地构造为从TEC 60的热侧72去除热量并将图1和图3的热废气或热空气或可呼吸气体76排出到大气中，如图所示。

在另一示例中，当TEC 60的温度太高时，TEC 60可以被用作为加热子系统以加热空气或可呼吸气体的流14和/或冷却的空气或可呼吸气体的流16。在一个示例中，因为TEC60是双极型装置，所以如果空气或可呼吸气体的流14(图1和图3)的温度或者冷却的空气或可呼吸气体的流16的温度比期望的温度(例如由控制器4(图4)所设置以及由一个或多个温度传感器38测量的温度)低，则TEC 60可以构造成且由控制器32控制以控制施加到TEC 60的电流或电压，以使得图5的冷侧62将变为热侧，并且气体区块50内的空气或可呼吸气体14的热流14使冷却的空气或可呼吸气体的流16的温度升高，以便提供冷却的空气或可呼吸气体的流16的理想温度，所述冷却的空气或可呼吸气体的流经由图2的管路输送到适于将冷却的空气或可呼吸气体的流16输送给图2的人体28的装置，例如鼻插管或类似类型的装置。

在一种设计中，图5的热交换器子系统70优选地包括热导体块80，所述热导体块联接至TEC 60的热侧72并且联接至被导热翅片84围绕的导热管82。热交换器风扇86优选地联接至导热翅片82，例如如图3所示。热导体块78优选地构造成高效地从TEC 70的热侧72移除热量。从热导体块80移除的热量优选地被传递到导热管82并且被导热翅片84冷却。热交换器风扇86去除了导热翅片84中的热量。在一种设计中，热导体块80、导热管82和导热翅片84由高导热材料(例如铝、铜、黄铜、钢等)制成。在另一种设计中，使用热交换器风扇86去除的暖空气或在TEC 60的热侧72上的其他流可以用来使人体28回暖。

在一种设计中，图1至图5中的一个或多个所示的系统10及其方法可以包括图4中的加湿器96，所述加湿器优选地向联接至鼻插管26的图2中的管路或管24供应湿空气。在一种设计中，可以利用管路24内的滴注底座系统(drip base system)，在所述滴注底座系统处，将密集的液滴提供到管路24中并且用冷却的空气或可呼吸气体的流16吹扫所述液滴。在其他示例中，可以利用在液体源上方的冷却空气或可呼吸气体的掠过流16，其中使冷却空气或可呼吸气体的流16与液体接触但不穿过液体。在其他示例中，可以利用在线加湿器。

在一种设计中，图1、图2和图4的用户界面/显示器34可以为系统10的用户提供用户界面，以便提供输入参数来确定系统10的各种控制选项及确定上面所讨论的所述系统的方法。在一种设计中，LED或LCD屏幕可以用于显示器，该显示器可以是触敏的或是利用触觉的视觉和/或听觉反馈按钮，并且所述显示器优选地包括指示器发光设备或可听设备，比如蜂鸣器或扬声器。

用于冷却人体的大脑的方法的一个示例包括在步骤200中接收空气或可呼吸气体的流(图1)。在步骤202中，对空气或可呼吸气体进行冷却。在步骤204中，冷却的空气或可呼吸气体的流被输出到与适于将冷却的空气或可呼吸气体输送到人体的装置相联接的管路。在步骤206，控制空气或可呼吸气体的流的流量以及输出到所述管路的冷却的空气或可呼吸气体的流量。在步骤208，测量至少冷却的空气或可呼吸气体的流的流量。在步骤210，测量至少人体的大脑或大脑相关部位的温度以及冷却的空气或可呼吸气体的流的温度。在步骤212，基于至少测得的大脑或大脑相关部位的温度以及测得的冷却的空气或可呼吸气体的流的流量来调节输送到人体的冷却的空气或可呼吸气体的流的流量，以便冷却人体的大脑。

尽管本发明的特定特征在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅是为了方便，因为每个特征可以与根据本发明的任何或所有其他特征相组合。如本文所使用，词语“包含”，“包括”，“具有”和“带有”将被广义且广泛地解释，并且不限于任何物理互连。而且，在本申请中公开的任何实施例都不应被视为唯一可行的实施例。

另外，在对本专利的专利申请的审查期间提出的任何修改，都不是对所提交的申请中呈现的任何权利要求要素的否认：期望本领域技术人员起草从字面意义上涵盖所有等效物的权利要求是不合理的，许多等效物在修改时将是不可预见的并且会超出将要放弃内容(如果存在)的合理解释，理论的修改与许多等效物之间仅有些许关系，和/或还存在许多其他原因使得不能期望申请人为修改的任何权利要求要素描述某些非实质性的替代物。

本领域技术人员将想到其他实施例，并且所述其他实施例也处于以下权利要求书的范围内。