[0002] 本申请要求2016年4月4日提交的美国临时申请No.62/317,953和2017年2月2日提交的美国临时申请No.62/453,670的优先权其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
[0003] 本文描述了一种装置和方法，用于使用间接冷却的单人冷冻
治疗装置或多人冷冻治疗室提供定制的
冷冻疗法治疗。
[0004] 全身冷冻刺激/冷冻疗法(WBC)是一种非侵入性技术，其特征在于相对较短的冷(-90℃至-140℃)爆发，持续约2-4分钟至身体周围(即暴露的
皮肤表面区域)引发并利用对寒冷的反应，引起各种生理反应，促进愈合和恢复。
[0005] 现有的单人冷冻治疗装置或冷冻组织包括一个腔室，患者站在其中，患者的头部突出于冷冻神经的顶部上方。在先前存在的装置中，冷却通常直接由液氮(LIN)(或者有时通过液态空气，如果可用的话)提供，其中
蒸发的LIN(现在是非常冷的氮气(GAN))与患者直接
接触。首先，LIN流入安装在腔室后面或下面的LIN储液器，在那里立即蒸发，然后非常冷的GAN流入腔室。
[0006] 通常，GAN流动由蒸发引起的气体膨胀驱动。但是，在某些情况下，鼓
风机或风扇用于循环GAN。非常冷的GAN因此为患者提供冷却。控制
温度以防止蒸发的氮气对患者来说
过冷，并且还提供保护以防止LIN进入腔室，尽管存在夹带LIN液滴的可能性。
[0007] 每个患者通常可以调节他或她在腔室内的
位置，以确保头部位于冷氮气氛之上。这通常通过高度可调节的
侧壁、可移动的站立平台或类似盒子的东西来实现。
[0008] 这些现有的cryosaunas在所有供应商中非常相似，并且都遭受类似的性能困难。主要的困难是腔室内的温度通常与腔室的顶部到底部有很大差异，当控制到-135℃的设定点时(例如，底部为-150℃，顶部为-80℃)，有时高达70℃。这种温度梯度不能提供一致和良好控制的冷冻疗法；更均匀的暴露温度(冷的均匀性)是优选的。次要困难是患者暴露于高浓度氮气的可能的安全性(即，窒息)危险，以及由夹带的LIN液滴与患者接触引起的潜在的冷灼伤。
[0009] 另外，实施冷冻疗法刺激优选地需要适当的协议设置，特别是与安全性相关的协议设置，这是由于个体暴露于极端寒冷的条件，而且还产生有益的治疗结果。众所周知，对于WBC的皮肤冷却反应存在相当大的受试者之间的差异，并且由于患者和运动员具有多种人体测量学和形态学的身体特征，因此对于治疗的安全性和有效性，一刀切的策略似乎是不充分的。参见Hammond,L.E.,Cuttell,S.,Nunley,P.,Meyler,J.,Anthropometric characteristics and sex influence magnitude of skin cooling following exposure to whole body cryotherapy,Biomed.Res.Int.2014,628724，该文献以引用的方式整体并入本文。与较薄的个体相比，具有较高肥胖的个体的皮肤温度响应更快且更明显，从而影响其安全性和治疗功效。
[0010] 如本文所述，经过充分验证的Fiala热生理学和舒适性数值模拟模型已被用于冷冻疗法应用，以评估个人特征对皮肤冷却反应和刺激设置相对于安全性和功效的影响。参见Fiala,D.,Lomas,K.J.,Stohrer,M.,1999,A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions:the passive system,J.Appl.Physiol.87,1957–1972；以及Fiala,D.,Havenith,G.,2016,Modelling human heat transfer and temperature regulation,In:Gefen,A.,Epstein,Y.The Mechanobiology and Mechanophysiology of Military-Related Injuries.Springer International Publishing,Cham:265-302,其各自通过引用整体并入本文。
[0012] 方面1：冷冻治疗装置包括：
热交换器，安装在交换器
外壳中；冷冻治疗室，其被配置为接收被
指定接受冷冻疗法的患者身体的至少一部分；氮供应管道，配置为向热交换器供应低温氮气；氮气排出管道，用于从热交换器排出氮气；空气返回管道，其构造成使加热的返回空气从冷冻治疗室流到热交换器外壳；空气供应管道，其构造成使冷空气从热交换器壳体流到冷冻疗法室；变速风扇，其构造成使冷空气的流速通过包括空气返回管道、热交换器、空气供应管道和冷冻
处理室的环路；
控制器，其被编程为通过根据
治疗方案调节变速风扇的速度来控制冷空气到冷冻治疗室的流速。
[0013] 方面2：方面1的冷冻治疗装置，其中，所述风扇是可逆风扇，所述可逆风扇被配置为使得冷空气在任一方向上流过所述环路的流速。
[0014] 方面3：方面1或方面2的冷冻治疗装置，还包括在所述氮供应
导管中的控制
阀，以调节低温氮的供应，其中所述控制器还被编程为根据治疗方案控制低温氮的供应。
[0015] 方面4：前述方面的任一冷冻治疗装置，其中，所述控制器还被编程为选择性地将所述冷空气引导至被指定接收冷冻疗法的患者身体的一个或多个
选定部分，并控制冷空气流向人体的一个或多个选择部分的流速。
[0016] 方面5：前述方面的任一冷冻治疗装置，还包括温度
传感器，所述温度传感器
定位成感测返回空气温度，其中所述控制器还被编程为至少部分地基于所述返回空气温度来控制空气的流速。
[0017] 方面6：前述方面的任一冷冻治疗装置，还包括冷凝
水排放口，所述冷凝水排放口位于所述空气返回管道中的低点，用于去除在所述交换器外壳和所述冷冻治疗室中的一个或两个中形成的冷凝水。
[0018] 方面7：前述方面的任一冷冻治疗装置，还包括温度传感器，用于检测氮气排出温度，其中，所述控制器还被编程为如果氮气出口温度等于或低于预设极限则切断液氮供应。
[0019] 方面8：前述方面的任一冷冻治疗装置，还包括在所述空气返回管道中的加热器，用于加热所述再循环空气以使所述冷冻治疗室能够解冻。
[0020] 方面9：前述方面的任一冷冻治疗装置，其中，所述控制器还被编程为基于以下中的一个或多个提供定制的治疗方案：所治疗的患者的特征、所需的治疗类型、所治疗的伤害类型、需要恢复的运动活动类型、以及需要治疗的身体的一部分。
[0021] 方面10：方面9的冷冻治疗装置，其中，所述控制器被编程为在考虑到患者的治疗目标的情况下提供定制的治疗方案。
[0022] 方面11：方面9或方面10的冷冻治疗装置，其中，所述控制器被编程为提供定制的治疗方案，其考虑基于患者对感冒、年龄和运动类型的易感性中的一个或多个的定制因素。
[0023] 方面12：方面9-11的任一冷冻治疗装置，其中，所述控制器被编程为提供定制的治疗方案，该治疗方案考虑患者身高、体重、表面积、体表面积与
质量比、体脂百分比、瘦体重、体重指数和无脂肪质量指数中的一个或多个的个性化因素。
[0024] 方面13：方面9-12的任一冷冻治疗装置，其中控制器被编程为提供定制的治疗方案，该治疗方案考虑到基于治疗
频率和治疗周期中的一个或两个的适应因子。
[0025] 方面14：方面9的冷冻治疗装置，其中所述定制治疗方案能够定制所治疗的身体的一部分、暴露时间、定时循环、暴露温度、温度循环、冷强度和冷强度循环。
[0026] 方面15：方面9的冷冻治疗装置，其中，所述控制器被编程为提供定制的治疗方案，该治疗方案考虑以下中的一个或多个：患者的治疗目标、定制因素、个性化因子和适应因子；其中定制因素考虑了患者的感冒易感性、患者的年龄和患者的运动类型中的一个或多个；其中，个性化因素考虑患者的身高、体重、表面积、体表面积与质量比、体脂百分比、瘦体重、体重指数和无脂肪质量指数中的一个或多个；其中适应因子考虑治疗频率和治疗周期中的一个或两个。
[0027] 方面16：方面9-15的任一冷冻治疗装置，其中所述控制器被编程为通过基于参考运动员计算患者的治疗目标、所述定制因素、所述个性化因子和所述适应因子中的一个或多个来提供定制的治疗方案。
[0028] 方面17：前述方面的任一冷冻治疗装置，其中控制冷空气流速以提供-150℃至-90℃的处理温度。
[0029] 方面18：前述方面的任一冷冻治疗装置，其中控制冷空气流速以提供-135℃至-110℃的处理温度。
[0030] 方面19：前述方面的任一冷冻治疗装置，其中控制冷空气流以提供5W/m2℃至100W/m2℃的
传热效果。
[0031] 方面20：一种使用冷冻疗法室输送冷冻疗法的方法，所述冷冻疗法腔室被配置为接收被指定接受冷冻疗法的人体的至少一部分，所述方法包括：循环空气循环通
过热交换器，进入冷冻治疗室，然后形成冷冻治疗室，然后返回热交换器；通过与液氮的热交换将空气冷却到热交换器中的治疗冷空气温度；根据定制的治疗方案操作冷冻治疗室，其包括控制冷空气的流速。
[0032] 方面21：方面20的方法，根据定制的治疗方案操作所述冷冻治疗室还包括：选择性地将冷空气导向指定接受冷冻疗法的患者身体的一个或多个选定部分；控制冷空气流向人体的一个或多个选择部分的流速。
[0033] 方面22：方面20或方面21的方法，还包括：基于以下一个或多个来控制冷空气的流速：所治疗的患者的特征、所需的治疗类型、所治疗的伤害类型、需要恢复的运动活动类型、以及需要治疗的身体的一部分。
[0034] 方面23：方面22的方法，还包括：根据下列中的一个或多个选择性地将冷空气引导到被指定接受冷冻疗法的身体的一个或多个选定部分：所治疗的患者的特征、所需的治疗类型、所治疗的一种类型的伤害、需要恢复的运动活动的类型、以及需要治疗的身体的一部分。
[0035] 方面24：方面23的方法，还包括定制所述治疗方案以改变以下中的一个或多个：所治疗的身体的一部分、暴露时间、定时循环、暴露温度、温度循环、冷强度和冷强度循环。
[0036] 方面25：方面20-24任一所述的方法，还包括定制所述治疗方案以考虑患者的治疗目标。
[0037] 方面26：方面20-25任一所述的方法，还包括定制所述治疗方案以考虑基于患者对感冒、年龄和运动类型的易感性中的一个或多个的定制因素。
[0038] 方面27：方面20-26任一所述的方法，进一步包括定制治疗方案，该治疗方案考虑基于患者身高、体重、表面积、体表面积质量比、体脂百分比、瘦体重、体重指数和无脂肪质量指数中的一个或多个的个性化因素。
[0039] 方面28：方面20-27任一所述的方法，进一步包括定制治疗方案以基于治疗频率和治疗周期中的一个或两个考虑和适应因子。
[0040] 方面29：方面20-24任一所述的方法，还包括：考虑以下一项或多项：患者的治疗目标、定制因素、个性化因素和适应因素；其中定制因素考虑了患者的感冒易感性、患者的年龄和患者的运动类型中的一个或多个；其中，个性化因素考虑患者的身高、体重、表面积、体表面积与质量比、体脂百分比、瘦体重、体重指数和无脂肪质量指数中的一个或多个；其中适应因子考虑治疗频率和治疗周期中的一个或两个。
[0041] 方面30：方面22-29任一所述的方法，还包括基于参考运动员计算患者的治疗目标、定制因子、个性化因子和适应因子中的一个或多个。
[0042] 方面31：方面20-30任一所述的方法，还包括：至少部分地基于返回到热交换器的空气的温度来控制冷空气的流速。
[0043] 方面32：方面20-31任一所述的方法，还包括：从循环中排出冷凝水。
[0044] 方面33：方面20-32任一所述的方法，还包括：控制冷空气流速以提供-150℃至-90℃的冷空气温度。
[0045] 方面34：方面33的方法，还包括：控制冷空气流速以提供-135℃至-110℃的冷空气温度。
[0046] 方面35：方面20-34任一所述的方法，还包括：控制冷空气流以提供从5W/m2℃到100W/m2℃的传热效果。
[0048] 下面将结合附图描述本发明，其中相同的数字表示相同的元件：
[0049] 图1是示出间接冷却的冷冻治疗装置的
实施例的示意图。
[0050] 图2是示出用于热刺激的
被动系统模型的示意图。
[0051] 图3是男性和女性的预测平均皮肤温度(Sim)的图形描绘，其具有与Hammond测量的暴露前和暴露后值(Exp)的均值和平均值相比的平均特征。
[0052] 图4是六名志愿者(S1-S6)在(15-0分钟)之前、在(0-4分钟)期间和(4-60分钟)之后在-120℃下暴露于WBC的记录的身体核心、平均皮肤和小腿皮肤温度的图形描绘。
[0053] 图5是从3分钟WBC暴露于-110℃的FPC模拟中两种性别的体脂含量与平均皮肤和小腿皮肤温度的最小值之间的相关性的图示。
[0054] 图6是描绘递送定制冷冻疗法的示例性方法的
流程图。
[0055] 发明详述
[0056] 本文描述了间接冷却的单占用冷冻治疗装置或冷冻治疗室，其中冷空气通过治疗室再循环并通过冷冻剂热交换器再冷却，以在室内从顶部到底部提供更均匀的温度分布。此外，控制冷空气流量，以便可以调节冷却量(冷强度)以适应特定患者的要求，包括但不限于患者的个体身体特征，并且集成控制器可以应用定制的治疗方案。例如，治疗方案可以根据所治疗的病症类型(例如，疲劳、睡眠、恢复、损伤)进行定制，并且可以根据患者的特征(例如，性别、大小、身高、体重、皮肤类型)进行
修改。所提供的冷处理还可以通过控制在一个或多个位置处通过腔室的空气流速来调节，以改变皮肤上和/或患者身体各部分上的热传递效果。
[0057] 在间接冷却的单人占用冷冻治疗装置的一个实施例中，可以调节再循环空气流以在治疗室内为患者提供所需高度的冷却帘，包括可选的
自动调节以适合患者的身高。通过使用可调节高度的冷却帘，可以定制冷冻疗法的类型，例如仅针对下身、仅针对上身、身体的另一部分部分、或甚至整个身体(即，全身冷冻疗法(WBC)或部分身体冷冻疗法(PBC))。
[0058] 液氮(LIN)提供冷却，但氮气永远不会与患者接触，并安全地排放到大气中。LIN用于通过LIN空气热交换器冷却空气，并且冷空气通过治疗室再循环并在环路中再冷却。专
门设计的热交换器允许在交换器的冷表面中收集任何水分，而不会降低交换器在其正常操作循环期间的冷却性能。
[0059] 在另一个实施例中，加热器可以安装在再循环空气流中，以在使用后清洁和解冻治疗室，允许水从室中安全地排出并且不留下任何驻留在患者区域中。这种清洁和除霜能
力有助于确保装置的一致性能。
[0060] 图1中示出了间接冷却的冷冻治疗装置10的实施例。装置10包括配置成使用液氮冷却再循环空气的交换器外壳20和配置成接收指定接受冷冻疗法的患者身体90的治疗室50。交换器外壳20和治疗室50可以包含在单个物理结构中，或者可以是由空气供应管道36和空气返回管道40连接的两个单独的结构。
[0061] 在装置10的操作期间，空气以几乎闭合的环路再循环通过交换器外壳20，在那里通过与蒸发的液氮进行热交换并通过治疗室50进行冷却，在那里通过与患者身体接触来加热。如下面进一步讨论的，取决于应用，空气可以在任一方向上再循环。
[0062] 交换器外壳20容纳热交换器24。液氮源12经由氮气供应管道22将液氮供应到热交换器24。气态氮(在热交换过程中蒸发)被排出以通过氮气排出管道26从热交换器24排出。在所示实施例中，变速风扇32定位在热交换器24下方的交换外壳20中，以提供穿过热交换器24的向上流动的再循环空气。风扇32可以是可逆的，以允许空气沿任一方向再循环。再循环空气通过空气返回管道40进入风扇32下方的外壳20的下部，向上流过风扇32然后通过热交换器24，并通过空气供应导管36离开热交换器24上方的外壳20的上部。风扇32可以替代地定位在交换外壳20上方，以提供再循环空气的进一步的灵活性和流量控制。
[0063] 在空气供应管道36中供应的空气，即治疗性冷空气，已经被热交换器24冷却，以比由空气返回管道40再循环的空气更冷。供应给治疗的治疗冷空气的温度。通过空气供应导管36的腔室50优选地冷至或低于-90℃，并且更优选地冷至或低于-110℃并且冷至-135℃以获得最佳的冷冻疗法治疗效果。通常，冷空气不低于-150℃。作为控制治疗冷空气温度的替代或补充，可以控制冷强度。冷强度定义为治疗对患者身体的净热传递效应，并考虑冷空气温度和流过腔室和/或穿过患者身体的空气速度(与
传热系数相关))。优选地，冷强度为至少5W/m2℃且不大于100W/m2℃，并且更优选地，冷强度为10W/m2℃至50W/m2℃。
[0064] 治疗室50将来自空气供应导管36的冷空气接收到分配
歧管38中，该分配歧管38具有至少一个
喷嘴，该喷嘴构造成将冷空气供应到腔室50的内部52。在所示实施例中，提供三个不同的喷嘴位置，用于从歧管38供应空气，包括用于将冷空气供应到腔室内部52的下部的第一喷嘴54，用于将冷空气供应到腔室内部52的上部的第二喷嘴58，以及用于将冷空气供应到腔室内部56的中间部分的第三喷嘴56，应当理解，可以使用任何数量和位置的喷嘴使腔室50能够为患者身体的各个部分提供目标和定制的冷冻疗法。此外，喷嘴可以全部放置在患者身体的一侧，或者围绕患者身体的腔室周围的任何位置。可以提供单独控制的
挡板或阀(未示出)，使得每个喷嘴可以在每个冷冻疗法治疗期的全部或部分期间打开或关闭或调节。
[0065] 来自治疗室50的加热空气已经越过患者的身体从而吸收热量，通过空气返回导管40从治疗室50的上部抽出。可以理解，由于非
密封性质，在治疗室50中，再循环空气以几乎封闭但略微开放的环路运行；虽然由空气供应管道36提供的一小部分冷空气可以从腔室50中逸出，但是相应量的补充或新鲜空气将被吸入空气返回管道40，以便对于变速风扇32的给定速度保持基本一致的再循环空气流量。此外，可以根据需要设置从再循环空气中除去水分。
[0066] 或者，冷空气可以通过空气返回管道40从热交换器24流入治疗室50的上部，然后被吸入喷嘴52、54和56，以经由歧管38和空气供应管道36返回到热交换器24(逆流操作)，这对于某些类型或模式的治疗可能是有利的，并且将提供用于定制治疗方案的另一选择。这可以通过第二风扇(未示出)或通过使风扇32可逆，或通过阀或阻尼器或其他类似机构来实现。
[0067] 冷冻治疗装置10的操作由专门编程的控制器100控制。温度传感器34或具有以加权或非加权公式平均或选择性地组合的值的多个温度传感器34，检测再循环空气温度并将该温度提供给控制器100。温度传感器34可以安装在风扇32上游的交换器外壳20的下部，如图所示，或者它可以定位在空气返回管道40中。在一个实施例中，控制器100被程序设计为通过调节风扇32的速度将再循环空气
温度控制在预定的处理范围内，从而控制再循环空气流速。
[0068] 在另一个实施例中，
控制阀66设置在液氮供应管道22中，并且控制器100还被编程为通过调节控制阀66来控制循环空气温度，以通过其自身或与变速风扇32的速度相结合来控制液氮流入热交换器24。
[0069] 还可以提供温度传感器28以检测氮气排出管道26中的氮气排出温度，以使得如果氮气排出温度下降到低于预定值，则控制器100能够执行安全关闭。
[0070] 在另一个实施例中，加热器60设置在空气返回管道40中，以使腔室50能够周期性地和/或在使用之间进行除霜和清洁。可以在空气返回管道40中提供低点排放口42，以便能够从交换器壳体20和/或治疗室50中排出从空气返回管道40排出的冷凝物。
[0071] 在另一个实施例中，控制器100可以被编程为提供各种治疗方案以适合所需的
专利治疗类型。这些预编程的治疗方案是使用科学研究开发的，以确定最佳的冷冻疗法治疗条件，同时考虑到对待治疗的患者特有的一个或多个参数。这些参数可以包括但不限于患者的大小、形状和重量、待治疗的身体部分(例如，特定部位或区域或整个身体)、需要治疗的特定伤害或伤害类型、患者正在恢复的特定运动或运动活动、治疗频率等。这些治疗方案将包括冷强度、治疗暴露时间和治疗温度的参数，其中操作员或患者能够根据患者状况选择所需的协议。
[0072] 尽管这里描述的实施例涉及单人单人冷冻治疗装置和方法，但是相同的特征可以应用于由LIN间接冷却的单人或多人全身冷冻治疗室，其中使用如本文所述的冷空气将至少一名患者完全封闭，使全身暴露于冷冻疗法治疗条件。
[0073] 鉴于在全身冷冻刺激/冷冻疗法(WBC)下皮肤冷却的相互作用之间存在相当大的差异，进行了模拟研究，以逐步方法评估个人特征的影响。Fiala热生理学和舒适性数值模拟模型(FPC模型)适用于冷冻疗法设置，并且作为初始步骤针对公布的平均数据进行验证。然后将FPC模型进一步校准至如上所述在单人WBC单元10中在WBC暴露期间从六名患者观察到的个体和皮肤温度响应。然后使用FPC模型模拟对于具有不同人体测量学和形态学身体特征的65名女性和男性患者配置，在-110℃下对3分钟WBC暴露的皮肤温度响应。结果表明，虽然皮肤温度反应总是很快，但它对个人环境的变化也非常敏感。这些变化和灵敏度由个性化FPC数值模拟模型捕获。发现体脂含量和无脂肪质量指数显着影响个人皮肤温度响应，因此这些参数也影响冷冻治疗单元10中WBC的方案设置，在安全性和治疗冷却效果方面。
[0074] 为了确保定制冷冻治疗方案的良好
基础，首先使用WBC暴露下公布的皮肤反应数据验证FPC模型，然后专门校准数值模拟以在单人WBC单元中进行的WBC暴露。然后使用校准模拟来研究个人特征对WBC反应的影响。
[0075] FPC模型由两个交互系统组成：控制
主动系统和受控被动系统。被动系统模拟人体和体内及其表面发生的动态传热和传质(图2)。活动系统是一种控制人类中枢神经系统的体温调节反应的
控制论模型。
[0076] FPC被动和主动系统是个性化的，以考虑身高、体重、脂肪含量、年龄、性别、身体健康和适应状态的个人差异。个性化或个性化模型包含可扩展的人体测量学和形态学模型以及个体热应激反应模型，用于预测体温和男性和女性受试者的调节反应，其涵盖广泛的个人特征。FPC模型被改编并用于预测男性和女性受试者对全身冷冻刺激/冷冻疗法的身体核心和皮肤温度响应。
[0077] 最初，FPC模式针对WBC应用进行了验证，针对Hammond进行的实验公布的平均皮肤冷却数据。Hammond研究的主要目的是量化经历WBC暴露于-110℃的受试者的皮肤温度的性别差异。适应21.6±1.6℃(平均值±SD)20分钟后，18名男性(年龄29.5±4.4岁，身高179.2±6.2cm，体重80.6±9.4kg，体脂百分比15.6±4.9％)和14名女性(年龄28.3±6.4岁，身高164.6±6.5厘米，体重64.1±12.4千克，体脂百分比27.4±8.8％)暴露于WBC方案，其包括暴露于-60℃30秒，然后在-110℃暴露2分钟。在WBC期间，参与者穿着短裤(男性)或短裤和背心(女性)，辅以手套、袜子、木底
鞋、
覆盖肘部和膝盖的管状绷带、覆盖
耳朵的头带以及外科口罩。在暴露前和暴露后测量胸部、后上臂、大腿前部和后下部的局部皮肤温度。平均皮肤
温度计算为局部温度的加权平均值。
[0078] 使用FPC模型对男性和女性参与者使用公布的组平均个人特征并使用如上所述的服装配置进行Hammond方案的模拟，包括13分钟的暴露后恢复期。通过比较预测的局部皮肤温度和平均皮肤温度以及WBC暴露前后测量的相应平均值和标准偏差(SD)来评估模拟的准确性。
[0079] 接下来，本
发明人使用具有本文所述特征的单人WPC单元10进行WBC实验试验。6名患者(3名女性，3名男性)的年龄范围为18至69岁，身高1.64至1.87米，体重55.1至81.5千克，根据测量的皮褶厚度估计，体脂为体重的15.6％至34.8％。6名患者在单人WPC单元中接受4分钟WBC暴露于-120℃，在室温下进行15分钟预暴露和60分钟恢复期。在暴露前和恢复期间，他们只穿着浴衣和袜子，而在WBC暴露期间，他们增加了作为护耳的头带、拖鞋、嘴帽和手套。
[0080] 使用摄取的射频药丸测量核心温度。用颈部(Tsk,颈部)、肩胛骨(Tsk,肩胛骨)、左手(Tsk,手)和右小腿(Tsk,小腿)的表面传感器记录皮肤温度，并且皮肤温度用于根据等式(1)计算平均皮肤温度(Tsk，平均值)作为加权平均值。
[0081] Tsk，mean＝0.28×(Tsk，neck+Tsk，scapula+Tsk，lowerleg)+0.16×Tsk，hand 等式(1)[0082] 使用适合于个人人体测量学和形态学数据的FPC模型对每个参与者进行这些条件的模拟。根据测量数据验证预测的核心、平均皮肤和局部皮肤温度。分别使用在整个实验期间计算的核心和平均皮肤温度的平均预测误差(偏差)和均方根偏差(rmsd)汇总统计数据以及平均和局部皮肤温度的最小值来评估预测的准确性，代表对WBC的实际皮肤冷却反应。
[0083] 在上述验证测试之后，对个人特征对WBC响应的影响进行参数模拟研究。特别地，FPC模型用于研究个体(个人)特征对在-110℃下对WBC暴露的皮肤冷却响应3分钟的影响。分别对36名男性和29名女性个人配置进行参数模拟，包括身高从1.45到2.05米，体重45.6到129.0公斤，体脂含量男性为总体重的4.5％至27.3％，女性为15.0％至34.7％，因此涵盖了从运动员到平均人口的性别特定范围，直至肥胖的极限。
[0084] 为了进一步分析，以下个人特征被解释为：身高、体重、体表面积(BSA)、BSA与质量比、体脂百分比(BF)、瘦体重(其中LBM＝(1-0.01×BF)×体重)、体重指数(其中BMI＝体重[kg]/身高[m]2)、无脂肪质量指数(FFMI＝LBM[kg]/身高[m]2)。使用线性回归分析的拟合优度评估每个参数对预测的皮肤冷却反应的影响(由平均和局部皮肤温度的最小值表示)，对两种性别分别进行逐步变量选择。
[0085] 结果与公布的数据相比较。
[0086] 图3中显示的两种性别的预测平均皮肤温度在WBC暴露开始后迅速下降并且在暴露结束时达到其最小值。平均而言，与体脂含量低10％以上的男性相比，对平均皮肤温度降低约2℃的反应温度为110℃。
[0087] 一般来说，Hammond实验的预测和测量前后暴露值之间存在非常好的一致性，不仅对于平均皮肤温度(图3)，而且对于胸部、上臂、大腿和小腿(未示出)的局部皮肤温度。总体而言，rmsd在暴露前(0.50对0.85K)和暴露后(1.70对2.32K)均低于实验SD，偏差可忽略不计(前：0.09K；后：0.01K)。这表明个体化FPC模型适用于预测实验观察到的WBC暴露的皮肤温度响应，包括男性和女性之间的不同反应。
[0088] 本实验的结果。
[0089] 如图4所示，在对WBC暴露的生理反应中存在相当大的受试者之间的可变性。然而，出现了几种特征性的一般模式，包括在恢复期间持续的WBC开始后体核温度的稳定降低。相反，皮肤温度在WBC暴露结束时快速下降并达到最小值。然后皮肤温度缓慢恢复，但未完全达到暴露前的值，这与早期研究一致。在小腿中测量最低的局部皮肤温度，最小值比平均皮肤温度低5-10K(图4)
[0090] 个性化的FPC模型非常好地预测了核心温度的过程，偏差可忽略不计，rmsd<0.3K(表1)。对于包括暴露前和恢复期在内的整个持续时间内的平均皮肤温度，预测结果与rmsd<2.0K的测量数据一致，但仍然是中等水平的一致性(表1)。尽管如此，表示对感兴趣的WBC的实际皮肤冷却响应的最小值更接近于略微低估偏差(-0.4K)和平均皮肤温度rmsd<1.5K以及小腿皮肤温度rmsd<1K(对应于1.5倍实验SD)。见表1。
[0091] 此外，使用FPC模型测量的核心和皮肤温度的一致性水平与相应的预测相比，其他情景的先前验证研究的结果相当，包括在
辐射热负荷下的防护服工作、温度和湿度的综合热
应力、以及变化很大的从极冷到极热的不同活动水平的条件。
[0092] 表1：与来自6名患者的实验数据相比，在整个实验期间以及在平均和小腿皮肤温度的最小值的整个持续时间内FPC模拟核心和平均皮肤温度的平均预测误差(偏差)和均方根偏差(rmsd)。
[0093]
[0094] 在所解释的个人特征中，体脂(BF)显示出与WBC的模拟皮肤冷却响应的最高相关性，由最小值表示，如图5中针对平均皮肤和小腿皮肤温度所示。因此，体脂肪作为所有线性2
回归中的独立变量，逐步变量选择显示R>0.9，如表2所示。这支持了体脂含量对WBC冷却反应的巨大影响，因为它也与其他组织冷却方式一起发生。
[0095] 在女性配置的最低平均皮肤温度和男性最小小腿皮肤温度的情况下，无脂肪质量指数(FFMI)和相互作用项(BF*FFMI)的增加进一步改善了统计学上显着的回归模型，如部分R2系数和相应的P值所示(表2)。这与哈蒙德报道的结果一致。
[0096] 表2.线性回归的拟合优度与逐步变量选择分别预测两性的平均皮肤温度和小腿皮肤温度的个人特征的最小值
[0097]
[0098] 总之，本研究的结果表明，个体化FPC数值模拟模型很好地捕获了对WBC的整体和局部皮肤温度响应，这两者对于个人特征的变化都非常敏感。发现体脂含量和所谓的无脂质量指数(FFMI)显着影响个人皮肤温度响应，因此也可能影响方案设置。
[0099] 为了保证全身冷冻刺激应用的安全性和有效性，需要考虑人体测量和形态学，特别是体脂肪含量与FFMI的组合，以获得最佳和安全的治疗设置。
[0100] 图6描绘了使用如本文所述的装置将冷冻疗法递送至患者的方法的一个实施方案。如上所述，在考虑患者的特定特征之前，WBC的生理效应可能受到治疗持续时间、治疗温度和治疗频率的影响，其中治疗持续时间是个体暴露于WBC的时间，治疗温度是患者暴露的温度，治疗频率是患者在特定时间范围内与治疗目的相关的治疗方案的数量。
[0101] 为了比较不同治疗持续时间和治疗温度的不同治疗方案，将治疗剂量定义为治疗剂量＝1-(治疗持续时间*治疗温度/10000)。因此，治疗的生理效应可以基于治疗持续时间和治疗温度之间的线性关系而相关(参见表3)，并且治疗剂量可以用作触发生理反应的度量。
[0102] 表3：基于治疗持续时间和治疗温度计算的治疗剂量的实例。
[0103]治疗持续时间(秒) 治疗温度(℃) 治疗剂量
120 -120 2.44
180 -110 2.98
200 -130 3.60
[0104] 如图6所示，定制协议200可包括多达四个步骤，应注意，步骤不一定需要以所呈现的顺序执行。
[0105] 不受理论束缚，为了优化全身冷冻疗法的效果，证据表明必须达到临界水平的组织冷却。
生物组织的热性质意味着从根本上难以在皮肤表面下冷却。皮下脂肪组织(即局部脂肪)具有非常低的导热率(0.23k；相比之下，肌肉具有0.46k的值)，使其对身体产生绝缘效果。在全身冷冻疗法暴露后，这种保护作用导致皮肤温度的更显着下降和更高的脂肪百分比，即，更高的脂肪百分比导致更低的皮肤温度。较低的皮肤温度导致生化和生理反应的差异。
[0106] 在步骤210，目标设定中，通常通过进气采访从患者收集信息，但是替代地，患者填写表格或将数据输入计算机。在目标设定期间，识别患者的目标和预期治疗益处并评估个人生理特征。例如，治疗的目标可能与诸如运动护理(例如恢复、准备、睡眠增强和准备)、康复护理(例如肌肉骨骼
疾病、全身性疾病、特应性疾病和压力)、活力护理(例如
生活质量、健康、
睡眠障碍和一般
疼痛缓解)、或美容护理(例如抗衰老、
皮肤护理、减肥和一般健康)之类的类别有关。基于所选类别，选择基础治疗方案。每个基础治疗方案包括治疗持续时间和治疗温度方面的具体描述，以及治疗频率和/或治疗周期的描述(特定时间范围内所需的治疗方案数量)。
[0107] 在步骤220，定制中，基于三个属性为每个患者开发定制因素：对寒冷的易感性、年龄和运动类型(即，运动员的类型)。然后将定制因子作为乘法校正因子应用于步骤210中指定的协议。进行初始WBC会话以评估患者对感冒的易感性。在本文提供的示例中，患者易感性被分为两种感性易感性类别-常规和高度-尽管可以发现更多数量的类别在收集更多数据时是有用的。最初的WBC会话包括使患者经受相对温和的治疗温度(例如，-80℃至约-100℃，优选约-90℃)持续相对短的治疗持续时间(例如，约1.5分钟至约2.5分钟，优选约2分钟)。在该第一个温和治疗方案期间，评估患者的自主反应、舒适度和对热感觉的个人反应。这决定了个人适应曲线并定义了患者治疗的最佳起点。
[0108] 根据年龄将患者分为多个强度类别。在表4所示的示例中，一组示例性的强度类别是：高(患者18至35岁的最高强度组)；严重(35至55岁患者的中等强度组)；适中(18岁以下和55岁以上患者低强度组)。在表4中，第四类(低)可用于期望或需要较低强度治疗的患者。
[0109] 根据运动员的类型将患者分为多个类别，以考虑人体测量学的差异。在表4的示例中，使用了三种运动员类型：娱乐(参加每周最多6小时的娱乐活动)；具有竞争力(参加竞技水平的运动，每周6至18小时)l和出色(每周参加体育专业水平超过18小时)。
[0110] 表4.根据运动员的感冒易感性、年龄和类型确定的定制因素的列表。
[0111]
[0112] 定制因子应用于基础协议治疗剂量，基本上充当与安全性相关的阻尼因子。例如，一名27岁且经常易感冒的精英运动员的定制因子为1.02。如果标准WBC方案(例如，在-110℃下3分钟)具有2.98的治疗剂量，则该剂量将乘以1.02，得到3.04的定制治疗剂量，这意味着方案的延长为5秒。在步骤230中，可以基于个体特征的个性化进一步调整在-110℃下3分5秒的治疗方案。
[0113] 在步骤230，个性化中，考虑患者的个体特征并相应地调
整治疗方案。这些特征可包括但不限于患者的身高、体重、体表面积(BSA)、BSA与质量比、体脂百分比(BF)、瘦体重(LBM)、体重指数(BMI)和无脂肪质量指数(FFMI)。在上面的例子中，如果运动员的身高为193厘米，体重为83千克，体脂百分比为13％，则表明个人化因素为11秒，导致治疗持续时间为-110℃下3分16秒。注意，因为定制因子和个性化因子都是基本治疗方案的附加或校正，所以如果需要，步骤220和230可以按顺序颠倒。
[0114] 在步骤240中，基于治疗频率或治疗周期确定并应用适应和适应因子。基本上，适应因子随着耐受性的增加而增加治疗方案的强度。实现此目的的一种方法是通过对患者的每个其他治疗使用2℃的适应因子来增加治疗强度。例如，在20次暴露后，方案的处理温度将从-125℃降低至-135℃(考虑到一系列处理的影响)。与步骤220和230一样，可以理解，可以在定制因子和个性化因子中的一个或两个之前或之后应用适应因子以产生相同的净结果。
[0115] 在步骤250中，定制因子、个性化因子和应用于由目标设定步骤210确定的基础治疗方案的适应因子的组合应用导致定制治疗方案，其随后用于治疗患者。
[0116] 应当注意，定制因素、个性化因子和适应因子中的一个或多个基于参考人。在一个实施例中，参考人是特定的奥运级运动员。在其他实施例中，参考人可以被选择为与被治疗的患者相似，例如在开发
自行车运动员或拳击手的治疗方案时，专业
骑车人或拳击手可以分别用作参考人。作为另外一种选择，或与前述相结合，参考人可以是两个或更多个运动员的组合，他们可以是相同或不同类型的运动员。
[0117] 本发明的范围不受实施例中公开的具体方面或实施方案的限制，这些实施例旨在说明本发明的几个方面，并且功能上等同的任何实施方案都在本发明的范围内。除了本文所示和所述的那些之外，本发明的各种修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见，并且旨在落入所附
权利要求的范围内。
