Гипертермическая система Советский патент 1984 года по МПК A61F7/00 

Изобретение относится к медищшской технике, а именно к аппаратам для проведения гипертермии, и может быть использовано в клиниках и боль ницах при комплексном лечении и про филактике онкологических и других заболеваний. Известна гидр.огипертермическая установка, в которой использованы устройства для теплового воздействия на организм, как для согревания туловища, так и для охлаждения головы, и которая снабжена двумя автономными системами подачи воды. В этой установке горячая и холодная вода из водопровода смешивается в необходиг 11Х соотношениях в смесителе вручную, в обеих системах после смесителя воды установлены преобразователи температуры электрического термометра, предназначенного для измерения температуры воды Отработанная вода отводится в систему канализации С П. Недостатком установки является то, что несмотря на предельное внимание операторов, регулирующих подачу воды, нельзя достичь постоянств расхода воды и исключить возможность изменения температуры выше.доnycTHMjix пределов вследствие колебания давления в водопроводной сети. Наиболее близкой к предлагаемой звляется гйпертермическая система, содержащая гипертермическую и гипо термическую установки для размещения в них соответственно туловища и головы пациента, подголовную опору, укрепленную на первой емкости для тегшоносителя, сообщенной с первым насосом, который через первый нагре ватель, холодильный агрегат и первьй преобразователь температуры теплоносителя соединен с первым трехходо Ьым краном, первый выход которого н |посредственно, а второй выход через первый распределитель теплоносителя сообщены с первой емкостью для тепл носителя , выход первого преобразова теля температуры теплоносителя под ключей к входу первого блока измере ния температуры, выход которого через первый согласующий элемент соед нен с входом первого усилителя, вых которого через первый коммутирующий элемент подключен к вторым входам первого нагревателя и холодильного агрегата, ложе для размещения тулов ща пациента установлено во второй емкости для теплоносителя, сообщенной с вторым насосом, который через второй нагреватель и второй преобразователь температуры теплоносителя соединен с вторым трехходовым краном, первый выход которого сообщен с второй емкостью для теплоносителя, а второй выход через второй распределитель теплоносителя - с ложем для размещения туловища пациента, выход второго преобразователя температуры теплоносителя подключен к входу второго блока измерения температуры, вы|ход которого соединен с входом пер|вого усилителя и через второй соглаЬующий Элемент - с входом второго (усилителя, выход которого через второй коммутирующий элемент подключен к второму входу второго нагревагеля 2. Недостатком известной системы яваяется невысокая точность поддержания температуры пациента. Это вызвано тем, что в биологическом объекте непрерывно протекают процессы внутреннего теплообразования, которые оказывают дестабилизирующее влияние на температуру тела. Внутреннее теплообразование зависит от индивидуальных особенностей биологического объекта, в частности от массы,а также от таких факторов, как применение лекарственных средств, глубина наркоза, изменение кровотока. Внутреннее теплообразование -составляет значительную величину в общем тепловом балансе гипертермической систег. Так, например, при уровне гипертермии 42°С внешний тепловой поток через туловище составляет 80 Вт, а внутреннее теплообразование - 70 Вт. Действия оператора по заданию температур теплоносителей в зависимости от визуально контролируемой температуры тела не могут в полной мере устранить дестабилизирующее влияние указанных факторов, так как процессы внутреннего теплообразования протекают непрерывно, а действия оператора имеют спорадический характер и субъективны в выборе корректирующих воздействий. Цель изобретения - повышение точности прддержания температуры пациента. Поставленная цепь достигаемся тем, что в гипертермическую систему, содержащую гипертермическую и гипотep шчecкyю -установки для размещени в них соответственно туловища и головы пациента, подголовную опору, укрепленную на первой емкости для теплоносителя, сообщенной с первым насосом, который черед первый нагреватель, холодильный агрегат и первый преобразователь температуры теплоносителя соединен с первым трехходовым краном, первый выход которого непосредственно, а второй выход через первый распределитель теплоносителя сообщены с первой емкостью для теплоносителя, выход первого преобразователя тектературы теплоносителя подключен к входу первого блока измерения температуры, выход которого через первый согласующий элемент соединен с входом первого усилителя, выход которого через первый коммутирующий элемент подключен к вторым входам первого нагревателя и холодильного агрегата, ложе для размещения туловища пациента установлено во второй емкости для теплоносителя сообщенной с вторым насосом, который через второй нагреватель и второй преобразователь температуры теплоносителя соединен с вторым трехходовым кранбм, первый выход которого сообщен с второй емкостью для теплоносителя, а второй выход через втрой распределитель теплоносителя ложем для размещения туловища пациента ,. выход второго преобразователя температуры теплоносителя подключен к входу второго блока измерения температуры, выход которого соединен с входом первого усилителя и .через второй согласующий элемент - с входом второго усилител выход которого через второй коммутирующий элемент подключен к второму входу второго нагревателя, введены дополнительно третий блок измерения температуры и третий преобразователь температуры для размещения его в прямой кишке пациента, выход третьего преобразователя температуры соединен с входом третьего блока измерения температуры, выход которого подключен к входу второго усилителя. .

На чертеже изображена функциональная схема гипертермической .систем,.

Гипертермическая система содержит гипертермическую 1 и гипотермнчемкую 2 установки, подголовную опору 3, первую емкость 4 дпр теплоносителя, первый насос 5, первый нагреватель 6, холодильный агрегат 7,

первый преобразователь температуры 8 теплоносителя, первый трехходовой кран 9, первый распределительно теплоносителя, первый блок 11 измерения температуры,первый согласующий

элемент 12, первый усилитель 13, первый коммутирующий элемент 14, ложе 15 для размещения туловища лациента, вторую емкость 16 для теплоносителя, второй насос 17, второй нагреватель 18, второй преобразователь температуры I9 теплоносителя, второй трехходовой кран 20, второй распределитель 21 теплоносителя, второй блок 22 измерения температуры, второй согласующий элемент 23, второй усилитель 24, второй коммутирующий элемент 25, третий блок 26 из- . мерения температуры, |Третий преобразователь температуры 27 тела

пациента, первый 28, второй 29 и

третий 30 мосты, первый задатчик температуры 31 теплоносителя, второй задатчик температуры 32 теплоносителя, третий задатчик температуры 33

тела пациента, форсунки 34 и 35 первого и BTOpo.ro распределителей теплоносителя. .

Задатчиками температуры служат переменные резисторы, преобразователями температуры тела и теплоносителей -терморезисторы, которые загерметизированы в трубки из медицинского пластиката.

Гипертермическая система работает следующим образом.

Пациента укладывают на ложе 15 в гипертермической-установке 1 , голо.ву его - на подголовную опору 3 гипотермической установки 2. Третий преобразователь температуры 27 тела пациента вводят в прямую кишку, которая хорощо теплоизолирована от окружающей среды вследствие ее глубокого расположения в организме. Температура в прямой кишке близка к температуре крови в аорте, а изменение температуры крови в аорте быстро сказывается на показаниях температуры в прямой кишке. С помощью задатчиков температуры 31, 32 и 33 устанавливают точки баланса мостов 28, 29 и 30. Третьим задатчиком ч емпературы 33 тела задается уровень гипертермии (например 4I°C). Вторым задатчиком температуры 32 теплоносителя задается температура теплоносителя, подаваемого на поверхность туловища ( например 42,5С). Первым задатчиком температуры 31 теплоносителя задается температура теплоносителя, подаваемого на поверхность головы (например ). Для выбора режима работы гипертермической систеМ), а также пя определения температуры различных органов в теле человека разработаны номограммы. Перед началом се-, анса гипертермии гипертермическую

становку 1 включают на внутренний онтур рециркуляции. Рециркуляцию еплоносителя обеспечивает второй асос 17, который подает теплоносиель через второй трехходовой кран 20 во вторую емкость 16 дпя теплоносителя, из которой теплоноситель вновь поступает во второй насос 17. Так как в начальный момент температура в прямой кишке ниже заданной (например задана , а в прямой кишке ), то третий мост третьего блока 26 измерения температуры в состоянии разбаланса. Сигнал

разбаланса поступает на второй усиг литель 24. Усиленный сигнал че-; рез второй коммутирующий зле- мент 25 включает второй нагреватель 18. Чтобы исключить возможность снижения температуры в теле пациента в начале сеанса гепертермии температуру теплоносителя в гипертермической установке 1 перед началом сеанса доводят до величины несколько большей, чем Температура в прямой кишке (например в прямой кишке , а тещюноситель нагревают до . Затем с помощью . второго трехходового крана 20 теплоноситель направляют во второй распределитель теплоносителя 21, снабженный форсунками 33. Последние разделяют поток теплоносителя на множество отдельных струй, равномерно распределенных по нагреваемой поверхности туловища пациента. Струи теплоносителя, контактируя с поверхностью туловища, передают ему свое тепло. Затем теплоноситель попадает во вторую емкость 16 для теплоносителя и оттуда виовь направляется во второй насос 17. Для исключения ожогов кожи туловища (температура, которую длительно выдерживает кожа, не выше в гипертермической системе предусмотрено ограничение повышения температуры тепло-, носителя, подаваемого на туловище в точке 43С. Такое ограничение достигается с помощью автономного регулятора, содержащего дополнительные преобразователь температуры, установленный в контуре рециркуляции теплоносителя гипертермической уста-

новки, мост и усилитель, сигнал кото

рого при достижении предельной .температуры теплоносителя воздействует на второй коммутирующий злемент 25, отключающий второй нагреватель 18. 5 Ввиду вспомогательной функции автономного регулятора его злементы на схеме не показаны. Достигнув 4.3°С, температура теппоносителя удерживается на зтом уровне до достижения 0 в прямой кишке заданной температуры. При достижении заданного уровня гипертермии или при Приближении к нему (по усмотрению медицинского персонала) включают гипотермичес5 кую установку 2 на внутренний контур рециркуляции. Рециркуляцию теплоносителя обеспечивает первый насос 3, который подает его через первый трехходовой кран 9 в первую 0 емкость 4 для теппоносителя, из нее теплоноситель вновь поступает в первый насос 3, Если включение гипотермической установки 2 произошло до момента достижения заданного уровня гипертермии, т.е. когда второй мост 29 второго блока 22 измерения температуры находится в состоянии разбаланса (второй мост 29 отрегулирован на 42,3°С, а темпе0 ратура теплоносителя в гипертермической установке 1 поддерживается 43 С), сигнал разбаланса поступает на вход первого усилителя 13. Усиленный сигнал через первый комму5 тирукяций элемент 14 включает первый нагреватель 6.Для исключения перегрева поверхности головы пациента в гипотермической установке предусмотрено ограничение повышения температуры теплоносителя (например в точке 30°С ). Схема ограничения структурно такая же, как бьшо указано для гипертермической установки 1. Температура ограничения выбирается с таким расчетом, чтобы с одной стороны обеспечивалась защита головного мозга от перегревания, а с другой стороны не прекращался процесс выведения биологического объекта на заданный уровень гипертермии. При достижении заданного уровня гипертермии с помощью первого трехходового крана 9 теплоноситель направляют в первый распределитель 10 теплоносителя, снабженный форсунками 34. Последние разделяют поток теплоносителя на множество отдельных струй, равномерно распределенных по охлаждаемой поверхности головы пациента. ,Струи теплоносителя, контактируя с поверхностью головы пациента, отводят от нее тепло. Затем теплоносител попадает в первую емкость 4 дпя тепл носителя и оттуда вновь направляется в первый наоос 5. При достижении заданного уровня гипертермии третий мост 30 третьего блока 26 измерения температуры тела пациента приходит в состояние баланса. В этот момент на вход второго усилителя 24 поступает сигнал разбаланса только с второго моста 29 второго блока 22 измерения температуры (второй мост 29 отрегулирован 42,5с, а температура теплоносителя в гипертермической установке I - 43С). Усиленный сигнал через второй коммутирующий элемент 25 выключает второй нагреватель 18. Снижение температуры теплоносителя воспринимается вторым преобразователем температуры 19 теплоносителя, при этом второй мост 29 второго бло блока 22 измерения температуры к состоянию баланса. В момент баланса второго моста 29 на вход первого усилителя 13 поступает лишь сигнал разбаланса с первого моста 28 первого блока 11 измерения температуры (первый мост 28 первого блока 11 измерения температуры отрегулирован на , а температура теплоносителя в гипотермичёской установке 2 может быть равна 30 С). Усиленный сигнал через первый комму тирующий элемент 14 выключает первый нагреватель 6 и включает холодильный агрегат 7. Для- исключения обморожения кожи головы (температура, которую длительно выдерживает кожа, не ниже 0°С ) в системе предусмотрено ограничение понижения температуры теплоносителя, подаваемого на голову, в точке путем отключения холодильного агрегата 7. Ограничение выполнено аналогично то му, как указано для гипертермической и гипотермичёской установок 1 и 2. Так как снижение температуры теплоносителя, поступающего «а туловище, а затем и теплоносителя, «поступающего на голову, происходит с некоторым запаздыванием по отношению к достижению заданного уровня гипертермии, то происходит повышение температуры в- прямой кишке выше заданной., при этом изменяется сопротивление третьего преобразователя температуры 27 тела пациента, что приводит третий мост 30 третьего блока 26 измерения температуры в состояние разбаланса. Сигнал разбаланса усиливается вторым усилителем 24 и через второй коммутирующий элбмент 25 удерживает второй нагреватель 18 в выключенном состоянии. При этом происходит понижение температуры теплоносителя ниже температуры, на которую отрегулирован второй мост 29 второго блока 22 измерения температуры. Сигнал разбаланса с второго моста 29 поступает на вход первого усилителя 13. Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 14 удерживает холодильный агрегат 7 во включенном состоянии. В результате понижения температуры теплоносителей, поступающих на туловище и голову, температура в прямой кишке понижается и снова стремится к заданной. Изменение температуры в прямой кишке происходит через систему кровообращения, в которой кровь выполняет роль переносчика тепла. При достижении заданного уровня гипертермии третий мост 30 третьего блока 26 изменения температуры вновь приходит в состояние баланса. В этот момент на вход второго усилителя 24 поступает сигнал разбаланса только с второго моста 29 второго блока 22 измерения температуры (этот мост отрегулирован на 42,5 С, а температура теплоносителя .в гипертермической установке I ниже заданной }. Усиленный сигнал через второй коммутирующий элемент 23 включает второй нагреватель 18. Повьш1ение температуры теплоносителя воспринимается вторым преобразователем температуры 19 теплоносителя. Второй мост 29 второго блока 22 измерения температуры стремится к состоянию баланса. В момент баланса второго моста 29 второго блока 22 измерения температуры на вход первого усилителя 13 поступает лишь сигнал разбаланса с первого моста 2 первого блока 1I измерения температуры (.первый мост 28 первого блока 1 измерения температуры отрегулирован на , а температура тепл носителя в гипотермической установке 2 ниже заданной ), Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 14 включает холодильный агрегат 7 и включает первый нагреватель 6. Так как повышение температуры теплоносителя, поступаняцего на туловище, а затем и теплоносителя, поступающего на голову, происходит с некоторым запаздыванием по отнснпению к достижению заданного уров ня гипертермии, то происходит понижение температуры в прямой кишке ниже заданной, при этом изменяет ся сопротивление третьего преобразо теля температуры 27 тела пациента, что приводит третий мост 30 третьего блока 26 измерения температуры в состояние разбаланса. Сигнал разбаланса усиливается вторым усилителем 24 и через второй коммутирующий элемент 25 удерживает второй нагреватель 18 во включенном состоянии, при этом происходит повыпение температуры теплоносителя вьшхе температуры, на которую отрегулирован второй мост 29 второго блока 22 измерений температуры. Сигнал разбалана с второго моста 29 второго блоа 22 измерения температуры поступает на вход первого усилителя 13. Усиленший сигнал через первый коммутирующий элемент 14 удерживает первый нагреватель 6 во включенном состоянии. В результате повышения температуры теплоносит елей, поступающих на туловище и голову, температура в прямой кишке повышается и снова стремится к заданной. Затем процесс поддержания температуры тела биологического объекта повторяется.. Включение и выключение второго нагревателя 18 происходит при изменении фазы суммарного сигнала с мостов 30 и 29, поступакицего на вход второго усилителя 24. С помощью второго согласующего элемента 23, выпол ненного по схеме делителя напряжения устанавливается степень влияния сигнала с третьего моста 30 на сигнал с второго моста 29, определяемого видом теплоносителя . Например, для воды степень влияния равна 1/5 у т.е при изменении температуры тела на 0,1°С температура теплоносителя в гипертермической установке I изменяется на 0,. Включение первого нагревателя 6 и выключение холодильного агрегата 7 происходит при изменении фазы суммарного сигнала с мостов 29 и 28, поступающего на вход первого усилителя 13. Степень влияния сигнала с второго моста 29 на сигнал с первого моста 28 определяется как отношение охлаждаемой поверхности головы к согреваемой поверхности туловища и принята равной 1/15. Предлагаемая гипертермическая система осуществляет принудительную терморегуляцию биологического объекта, обеспечивая при этом условия теплового баланса между теплом, сообщаемз1м туловищу, и теплом, oтвoди ым с поверхности головы. ® «гол-(.т)0. - суммарный тепловой поток; ®гол тепловой поток, отводимый с поверхности головы; ®бнеш BHVT тепловой поток, сообщаемый туловищу; ®внеш внешний тепловой поток, сообщаемый туловищу; BHVT теплообразование в биологи; ческом объекте. Теплообразование в биологическом объекте зависит от его индивидуальных особенностей, например массы, а также от ряда факторов, таких, как применение лекарственных средств, изменениеокислительных процессов, протекающих в организме, изменение кровообращения и др. Гипертермическая система обеспечивает поддержание заданного уровня гипертермии, учитывая перечисленные факторы, при этом она корректирует температурные режимы теплоносителей, подаваеи.1х на туловище и голову, обеспечивая условия теплового баланса. Использование изобретения позволит в сравнении с прототипом обеспечить более высокую точность поддержания температуры биологического объекта (пациента ) на заданном уровне, так как в предлагаемом изобретении непрерывно отслеживается дестабилизирующее воздей.ствие внутренних источников теплообразования с внесением соответствуюпщх поправок во внешние тепловые воздействия. Точность поддержания заданного уровня FHnepTepNBiH составляет при этом ±0,1 С. Кроме того, использование изобретения позволит снизить трудоемкость процесса проведения гипертермии, продолжительность кото10455

f

}(гт{г,)( 27 112 рого составляет 5 - 10 ч, обеспечить идентичность сеансов гипертермии, при этом обеспечивается любой из заданных режимов гипертермии в пределах выносливости наружных покровов биологического объекта.

ГИПЕРТЕРМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая гипертермическую и гипотермическую установки для размещения в них соответственно туловища и головы пациента, подголовную опору, укрепленную на первой емкости для теплоносителя, сообщенной с первым насосом, который через первый нагреватель, холодильньй агрегат и первый преобраз ователь температуры теплоносителя соединен с первым трехходовым краном, первый выход которого непосредственно, a второй выход через первый распределитель теплоносителя сообщены с первой емкостью для теплоносителя, выход первого преобразоватеая температуры теплоносителя подключен к входу первого блока измерения температуры, выход которого через первый согласующий элемент соединен с входом первого усилителя, выход которого через первый коммутирующий элемент подключен к вторым входам первого нагревателя и холодильного агрегата, ложе для размещения туловища пациента установлено во второй емкости для теплоносителя , сообщенной с вторым насосом, который через второй нагреватель и второй преобразователь температуры теплоносителя соединен с вторым трехходовым краном, первый выход которого сообщен с второй емкостью для теплоносителя, a второй выход через второй распределитель теплоносителя - с ложем для размещения туловища пациента, выход второго преобразователя температуры теплоносителя подключен к входу второго блока измерения температуры, выход которого соединен с входом первого усилителя и через второй согласующий элемент - с входом второго усилителя, выход которого через второй коммутирукиций элемент подклю4 СЛ чен к второму входу второго нагревателя, отличающая ся тем, что, с целью повьшения точности под- . держания температуры пациента, таъе.дены дополнительно третий блок измерения температуры и третий преобра зователь температуры для размещения его в прямой кишке пациента, выход третьего преобразователя температуры соединен с входом третьего блока измерения температуры, выход которого подключен к входу второго усилителя .