УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КРАПИВНИЦЫ Российский патент 2024 года по МПК A61B5/01 H01L23/38 F25B21/02 H10N10/10 

Область техники

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может быть использовано для контролируемого провокационного температурного воздействия на кожный покров пациентов с холодовой или тепловой формами температурной крапивницы.

Уровень техники

Известно, что температурная крапивница представляет собой вариант физической крапивницы, при которой зуд, эритема, волдыри, ангионевротический отек или то и другое в совокупности возникают в результате общего или локального воздействия холодового или теплового фактора, т.е. внешнего охлаждения или нагрева, соответственно. Диагностическое исследование обоих состояний должно включать кожные провокационные тесты и точное определение критических температурных порогов (КТП), вызывающих появление симптомов крапивницы. Это позволяет оценить потенциальный риск, с которым сталкивается каждый отдельный пациент, и то, каким образом его можно уменьшить с помощью соответствующей терапии (https://www.uptodate.com/contents/cold-urticaria?source=history_widget).

Описаны различные варианты аппаратурной реализации. Устройство для стандартизированного температурного воздействия на кожу больных холодовой или горячей крапивницей (DE10147563 A1), MAURER MARCUS,17.04.2003), основано на использовании эффекта Пельтье, содержит один или несколько температурных аппликаторов (А) и блок управления и регулирования (Б). Устройство содержит металлический, предпочтительно алюминиевый, корпус с датчиком температуры, элементами Пельтье, охлаждающими ребрами и микровентилятором. Устройство работает при температуре от 0 до 60°C в течение ок. 10 мин, может располагаться в нескольких местах на предплечье человека, что дает возможность исследовать аллергические кожные реакции.

Устройство для проверки термочувствительности кожи (DE202005001867(U1), GEIGER GEORG, 02.06.2005) содержит аппликатор, который состоит из корпуса и встроенного датчика температуры, срабатывающего при включении элемента Пельтье на охладителе, который сначала нагревается, а затем остывает, причем температура при первом ощущении чувственного качества становится «теплой», а затем «холодной». Регистрируется время, которое потребовалось для последовательного дифференцирования двух температурных качеств. Измеренные данные на мониторе можно быстро прочитать и задокументировать.

Портативное термоэлектрическое устройство (WO2010129993(A1), UNIV QUEENSLAND, 18.11.2010) предназначено для проверки снижения болевого порога при холоде или повышения чувствительности к холодовой стимуляции (холодовой гипералгезии) у пациента. Термоэлектрическое устройство содержит зонд, модуль Пельтье и блок управления, предназначенный для подачи питания на модуль Пельтье, датчики температуры. Температура зонда 18 изменяется в диапазоне между заданными верхним и нижним пределами температуры во время испытательного цикла термоэлектрического устройства. Однако основное назначение устройства состоит в проведении хлыстовой пробы шеи водителя после автоаварии, именно поэтому имеет малый размер аппликатора, исключающий оценку температурного поля.

Наиболее близким по назначению является устройство для диагностики температурной крапивницы TempTest 4.0 (см., M Magerl et al.,, An improved Peltier effect-based instrument for critical temperature threshold measurement in cold- and heat-induced urticaria/ J Eur Acad Dermatol Venereo l, 2015 Oct;29(10):2043-5.doi: 10.1111/jdv.12739.Epub 2014 Sep 30. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25266078/- прототип. Устройство имеет U-образный аппликатор, с шириной 2 мм и длиной 350 мм, на котором создается распределение температуры от +4°C на холодном и до +44°C на горячем конце по всей длине аппликатора и около +27°C на его вершине. Предполагалось, что используя прозрачный пластиковый шаблон, накладываемый на кожу после провокации, значения КТП можно будет определять с точностью ±1°C 

Один из выявленных недостатков данного устройства состоит в том, что в области аппликации реализуется принцип одновременного нарастания или убывания «тепла и холода» при однонаправленном движении по параллельным близко расположенным веткам аппликатора от вершины (приблизительно +27°C) к нагретому (приблизительно +44°C) и охлажденному (приблизительно +4°C) концам. При этом аппликация “холодной и горячей ветвей” на предплечье на расстоянии всего 2-3 см приводит к значительному перепаду контактных температур (до 40°C!). Именно это, как показывает практика, а не собственно охлаждение или нагрев, вызывает ощутимый дискомфорт у ряда пациентов, особенно женщин и детей. Для того чтобы полученное на аппликаторе распределение температур было максимально близко к единственному декларируемому варианту, оформленному в виде прозрачного графического шаблона, вводится ограничение на использование аппаратуры с диапазоном температуры внешней среды от +10°C до +27°C. Несмотря на это достигнутая фактическая точность определения порогового значения оценивается разработчиками величиной не лучше ±2°C, что делает затруднительным мониторинг эффективности лечения. Кроме того, в TempTest 4.0 отсутствует возможность независимого измерения (контроля) текущего температурного профиля аппликатора в местах контакта, который в конечном итоге зависит как от температуры окружающей среды, так и от параметров кожного покрова данного пациента в условиях конкретного исследования.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства и устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение точности задания температурного профиля аппликатора в месте контакта с кожным покровом, что позволяет установить пороговое значение температуры не хуже ±0,5°C .

Технический результат достигается тем, что создано устройство контролируемого провокационного температурного воздействия на кожный покров пациента для диагностики холодовой или тепловой крапивницы, которое содержит

установленный в корпусе металлический теплопроводящий элемент, связанный со средствами нагрева и охлаждения в виде терморегулируемых элементов Пельтье и с датчиками температуры, подключенными к блоку управления и контроля,

при этом корпус выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и имеет крышку из диэлектрика с прямолинейной щелью под аппликатор, обеспечивающий тепловой контакт с кожным покровом пациента, и поддон из диэлектрика, между которыми установлено вентилируемое основание, выполненное из алюминиевого швеллера, с пластинчатыми радиаторами и полками для крепления плат блока управления и контроля,

на первой широкой боковой поверхности корпуса размещены вентиляционными отверстия под воздушные приточные вентиляторы, а на обеих узких боковых поверхностях – отверстия под пластинчатые радиаторы, при этом в основании установлена перегородка для раздельного направления воздушных потоков от каждого вентилятора к соответствующему пластинчатому радиатору;

теплопроводящий элемент выполнен из углового неравнобокого алюминиевого профиля, имеющего первую вертикальную и вторую горизонтальную полки;

высота вертикальной полки меньше ширины горизонтальной полки, а длина вертикальной полки меньше длины горизонтальной полки, причем вертикальная полка своей кромкой размещена в упомянутой прямолинейной щели под аппликатор на крышке корпуса;

нижняя сторона второй полки упомянутого алюминиевого профиля своими концами в зонах свободных от наличия первой полки присоединена к контактным поверхностям первого и второго элементов Пельтье, противоположные контактные поверхности которых установлены на наружной стороне стенки вентилируемого основания;

датчики температуры в виде цифровых интегральных датчиков в пластиковых корпусах размещены на нижней стороне второй полки равномерно по длине первой полки и установлены в месте уголкового соединения упомянутых полок.

Заявляемое устройство может включать третий элемент Пельтье, установленный между внутренней поверхностью стенки вентилируемого основания и пластинчатым радиатором в зоне размещения первого элемента Пельтье.

В частных случаях выполнения устройства вторая полка теплопроводящего элемента может быть перфорирована сквозными отверстиями.

Заявляемое устройство может иметь следующие габариты корпуса: длину 210, ширину 80 и высоту 72 мм, при этом аппликатор имеет длину 140 мм, толщину 2 мм, высоту 15 мм и выступает из прямолинейной щели над крышкой корпуса на высоту 1-2 мм.

В частных случаях выполнения устройства блок управления и контроля может быть выполнен на основе микроконтроллера с возможностью обмена информацией и управления с модулем приема данных с цифровых интегральных датчиков температуры, модулем формирования сигналов управления элементами Пельтье и модулем формирования команд управления вентиляторами.

Заявляемое устройство может иметь разъемы для подключения источника питания и кабеля USB размещены на второй широкой боковой поверхности корпуса.

Осуществление изобретения

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:

Фиг. 1 – конструкция устройства в разрезе;

Фиг.2 – вид сверху на вентилируемое основание;

Фиг. 3 – размещение элементов Пельтье (укрупненно);

Фиг. 4 – размещение датчиков температуры на теплопроводящем элементе-аппликаторе (увеличено);

Фиг. 5 - функциональная схема устройства с блоком управления и контроля;

Фиг. 6 – внешний вид устройства на рабочем месте врача;

Фиг. 7 – проведение пробы на предплечье пациента;

Фиг. 8 - блок-схема алгоритма управления нижнего уровня блока управления и контроля;

Фиг. 9 – блок-схема алгоритма управления верхнего уровня блока управления и контроля.

Конструкция устройства показана на фиг. 1-5. В корпусе 10 установлен металлический теплопроводящий элемент - аппликатор 20, связанный со средствами нагрева и охлаждения в виде терморегулируемых элементов 31,32,33 Пельтье и с датчиками 40,41,42,43 температуры, подключенными к блоку 50 управления и контроля.

Корпус 10 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, имеющего крышку 11 из диэлектрика с прямолинейной щелью 12 под аппликатор 20, обеспечивающий тепловой контакт с кожным покровом пациента, и поддон 13 из диэлектрика. Вентилируемое основание 14 выполнено из алюминиевого швеллера 141, с полками 15 для крепления плат 51 блока 50 управления и контроля.

На широкой боковой поверхности 16 корпуса 10 размещены вентиляционные отверстия 17 под воздушные приточные вентиляторы 171,172, а на узких боковых поверхностях 18 – прорези 181, впритык к которым установлены пластинчатые радиаторы 191,192. Введена перегородка 151 для независимого раздельного направления воздушных потоков и их регулирования от каждого вентилятора 171,172 к соответствующему пластинчатому радиатору 191,192. То есть воздушный поток от вентилятора 171 прокачивается через радиатор 191, а от вентилятора 172 - через радиатор 192. Стрелками 152 показано направление воздушного потока.

Теплопроводящий элемент-аппликатор 20 выполнен из углового неравнобокого алюминиевого профиля 21, имеющего первую 211 и вторую 212 полки. Вертикальная полка 211 профиля имеет меньшую высоту и меньшую длину по отношению ко второй полке 212 и своей кромкой 213 размещена в упомянутой прямолинейной щели 12 под аппликатор на крышке 11 корпуса 10.

Нижняя сторона 2121 полки 212 алюминиевого профиля 21 своими концами 2122 в зонах свободных от наличия первой полки 211 присоединена к контактным поверхностям элементов 31,32 Пельтье, противоположные контактные поверхности которых установлены на наружной стенке 142 вентилируемого основания 14.

Датчики 40 температуры в виде цифровых интегральных датчиков в пластиковых корпусах в количестве восьми штук (использованы цифровые датчики температуры DS18B20) размещены на нижней стороне 2121 второй полки 212 равномерно на расстоянии 20 мм друг от друга по длине полки 211 в месте уголкового соединения первой и второй полок 211 и 212.

Элемент 33 Пельтье установлен между наружной стенкой 142 вентилируемого основания 14 и пластинчатым радиатором 191 в зоне размещения первого элемента 31 Пельтье.

Вторая полка 212 теплопроводящего элемента-аппликатора 20 перфорирована сквозными отверстиями 201 из условия понижения теплопередачи по второй полке 212 профиля. В реализованном образце конструкции, во второй полке 212 при толщине 2 мм и ширине 25 мм выполнено 7 сквозных отверстий 201 диаметром около 10 мм. Тем самым обеспечивается малый переток тепла при сохранении достаточной механической прочности и жесткости конструкции.

Корпус 10 имеет габариты: длину 210, ширину 80 и высоту 72 мм, при этом аппликатор 20 имеет длину 140 мм, толщину 2 мм, высоту 15 мм и выступает из прямолинейной щели 12 над крышкой 11 корпуса 10 на высоту 1-2 мм. Размер крышки, выполняющей функции ложемента, выбран из условия удобства размещения предплечья испытуемых разного возраста.

Блок 50 управления и контроля выполнен на основе микроконтроллера 501 с возможностью обмена информацией и управления с модулем 52 приема данных с цифровых интегральных датчиков 40 температуры, модулем 53 формирования сигналов управления элементами 31,32,33 Пельтье и модулем 54 формирования команд управления вентиляторами 171,172.

Кроме датчиков 40 (401…408), непосредственно регистрирующих профиль температуры элемента-аппликатора 20, установлены датчики 41,42,43 температуры управления профилем в местах крепления концов второй полки 212 к радиаторам 191 и 192. Эти датчики подключены к модулю 54 формирования команд управления каждым из вентиляторов 171,172. На фиг. 5 обозначения датчиков 401 и 408 приведены только для начальной и конечной точек измерений температуры на аппликаторе 20.

Входы модуля 52 подключены к датчикам 40 и 41,42,43 температуры по шине 55.

Модули 52,53 и 54 блока 50 управления и контроля запрограммированы как модули управления нижнего уровня. Вход-выход блока 50 подключен к компьютеру 60 верхнего уровня посредством USB соединения. Алгоритм функционирования блока 50 представлен на фиг. 8.

Компьютер 60 реализует программу верхнего уровня, т.е. осуществляет функции коммуникации с устройством, позволяя формировать посредством элементов 31,32,33 Пельтье необходимый профиль температуры, принимать и отображать данные с датчиков 40 (401…408), расположенных на нижней стороне 2121 второй полки 212 профиля 21, корпусе 10 и радиаторах 191,192, и обрабатывать (сохранять) полученные данные.

Алгоритм функционирования программы верхнего уровня представлен на фиг. 9.

Разъемы 6 для подключения источника питания и кабеля USB размещены на второй широкой боковой поверхности корпуса.

Устройство работает следующим образом. При первом подключении блока 50 управления и контроля к компьютеру 60 происходит автоматическая инициализация устройства с последующей настройкой соответствующего COM-порта с элементами пользовательского интерфейса и текущими значениями температуры для восьми датчиков 40 (401…408) температуры, размещенных равномерно на второй полке 212 алюминиевого профиля 21 аппликатора 20. При первом включении показания датчиков 40 будут приблизительно равны и близки по величине температуре окружающей среды (комнатной температуре). Далее задают конкретные значения максимальной и минимальной температуры аппликатора 20 для текущего сеанса.

Когда кривая распределения температуры достигнет заданного профиля (например, +10/+30°C), пациент прикладывает предплечье тыльной стороной к аппликатору 20 (фиг.7), а врач запускает таймер обратного отсчета времени аппликации (например, 5 мин) и одновременно проводит запись текущих показаний в файл термометрического контроля.

По истечении заданного на таймере времени аппликации (обычно 5 мин), раздастся звуковой сигнал, и пациент должен убрать предплечье с аппликатора 20. При этом блок 50 управления и контроля автоматически прекратит поддержание заданного температурного распределения (профиля) и перейдет в режим форсированного снижения рабочей температуры до заданного порогового значения, переходящий в режим ожидания.

Результат теста определяется врачом позднее, спустя контрольный промежуток времени (обычно 10 мин). Пороговое значение температуры образования крапивницы определяют путем измерения длины образовавшегося волдыря на предплечье пациента и соотнесения её со значениями температур с датчиков 40.

Испытания показали, что устройство обеспечивает точность измерения порогового значения температуры не хуже ±0,5°C при контроле фактического температурного профиля аппликатора в месте контакта с кожным покровом, что обеспечивается за счет оптимального конструктивного выполнения линейного аппликатора и раздельного регулирования тепловых и воздушных потоков, формирующих его температурный профиль.

Несмотря на то, что были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления, такие варианты следует рассматривать лишь как иллюстративные, но не ограничивающие изобретение, интерпретируемое в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство контролируемого провокационного температурного воздействия на кожный покров пациента для диагностики холодовой или тепловой крапивницы содержит установленный в корпусе (10) металлический теплопроводящий элемент, связанный со средствами нагрева и охлаждения и с датчиками температуры. Средства нагрева и охлаждения выполнены в виде терморегулируемых элементов Пельтье (31-33). Крышка (11) корпуса выполнена из диэлектрика с прямолинейной щелью (12) под аппликатор (20), обеспечивающий тепловой контакт с кожным покровом пациента. Поддон (13) корпуса выполнен из диэлектрика. Между крышкой и поддоном установлено вентилируемое основание (14) с пластинчатыми радиаторами и полками (15) для крепления плат (51) блока управления и контроля. На широкой боковой поверхности корпуса размещены вентиляционными отверстия под воздушные приточные вентиляторы (171, 172), на узких боковых поверхностях (18) корпуса – отверстия (181) под пластинчатые радиаторы (191). В основании установлена перегородка для раздельного направления воздушных потоков от каждого вентилятора к соответствующему радиатору. Теплопроводящий элемент выполнен из углового неравнобокого алюминиевого профиля с первой вертикальной и второй горизонтальной полками. Вертикальная полка своей кромкой размещена в щели на крышке корпуса. Нижняя сторона второй полки своими концами в зонах свободных от наличия первой полки присоединена к контактным поверхностям элементов Пельтье. Противоположные контактные поверхности элементов Пельтье установлены на наружной стороне стенки основания. Датчики температуры (40) размещены на нижней стороне второй полки равномерно по длине первой полки и установлены в месте уголкового соединения полок. Достигается повышение точности задания температурного профиля аппликатора в месте контакта с кожным покровом. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство контролируемого провокационного температурного воздействия на кожный покров пациента для диагностики холодовой или тепловой крапивницы, содержащее установленный в корпусе металлический теплопроводящий элемент, связанный со средствами нагрева и охлаждения в виде терморегулируемых элементов Пельтье и с датчиками температуры, подключенными к блоку управления и контроля, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и имеет крышку из диэлектрика с прямолинейной щелью под аппликатор, обеспечивающий тепловой контакт с кожным покровом пациента, и поддон из диэлектрика, между которыми установлено вентилируемое основание, выполненное из алюминиевого швеллера, с пластинчатыми радиаторами и полками для крепления плат блока управления и контроля, при этом на первой широкой боковой поверхности корпуса размещены вентиляционными отверстия под воздушные приточные вентиляторы, а на обеих узких боковых поверхностях – отверстия под пластинчатые радиаторы, при этом в основании установлена перегородка для раздельного направления воздушных потоков от каждого вентилятора к соответствующему пластинчатому радиатору; теплопроводящий элемент выполнен из углового неравнобокого алюминиевого профиля, имеющего первую вертикальную и вторую горизонтальную полки; высота вертикальной полки меньше ширины горизонтальной полки, а длина вертикальной полки меньше длины горизонтальной полки, причем вертикальная полка своей кромкой размещена в упомянутой прямолинейной щели под аппликатор на крышке корпуса; нижняя сторона второй полки упомянутого алюминиевого профиля своими концами в зонах свободных от наличия первой полки присоединена к контактным поверхностям первого и второго элементов Пельтье, противоположные контактные поверхности которых установлены на наружной стороне стенки вентилируемого основания; датчики температуры в виде цифровых интегральных датчиков в пластиковых корпусах размещены на нижней стороне второй полки равномерно по длине первой полки и установлены в месте уголкового соединения упомянутых полок.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что включает третий элемент Пельтье, установленный между внутренней поверхностью стенки вентилируемого основания и пластинчатым радиатором в зоне размещения первого элемента Пельтье.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторая полка теплопроводящего элемента перфорирована сквозными отверстиями.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет габариты: длину 210, ширину 80 и высоту 72 мм, при этом аппликатор имеет длину 140 мм, толщину 2 мм, высоту 15 мм и выступает из прямолинейной щели над крышкой корпуса на высоту 1-2 мм.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления и контроля выполнен на основе микроконтроллера с возможностью обмена информацией и управления с модулем приема данных с цифровых интегральных датчиков температуры, модулем формирования сигналов управления элементами Пельтье и модулем формирования команд управления вентиляторами.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разъемы для подключения источника питания и кабеля USB размещены на второй широкой боковой поверхности корпуса.