Устройство для гипертермии Советский патент 1991 года по МПК A61F7/00 

образователя, учитывающего влажность в камере. Блоки 13, 15 и 17 определяют фактическое и требуемое для исключения испарения пота парциальные давления водяных паров, по которым в блоках 14 и 16 определяется соответствующая им относительная влажность, анализируя которую блок 12 выдает сигнал управления блоком 11, включающим или выключающим нагреватель 10 увлажнительного бака 9. Преобразователь 3 температуры поверхности тела служит также для регулирования температуры тела пациента в зависимости от задаваемого блоком 25 значения 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и позволяет сократить время осуществления гипертермии и обеспечить по2 30 вишенную безопасность теплового воздействия на пациента за счет наличия контроля и регулирования по температуре поверхности тела пациента. Устройство включает систему увлажнения воздуха в камере 1, содержащую увлажнительный бак 9 с нагревателем 10. Измерение и регулирование влажности осуществляются с помощькк блоков21,20,18,13,15,17,14,16и 12. Блоки 21, 20 и 18 измеряют температуру по сигналам преобразователей температуры соответственно 5 - теплоносителя, 3 - поверхности тела пациента, 7 - мокрого пресл С о 00 00 00 о о Фиг

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам для проведения гипертермии, и может быть использовано в клиниках и больницах при комплексном лечении онкологических и других заболеваний.

Целью изобретения является сокращение времени осуществления гипертермии и обеспечение повышенной безопасности теплового воздействия на пациента.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема блока измерения температуры; на фиг. 3 - структурная схема блока определения парциального давления; на фиг. 4 - структурная схема блока определения влажности; на фиг. 5 - структурная схема блока управления нагревателем увлажнителя; на фиг. 6 - структурная схема блока контроля температуры; на фиг. 7 - структурная схема блока регулирования температуры теплоносителя.

Устройство содержит камеру 1 для размещения туловища пациента, ложемент 2 для пациента, преобразователь 3 температуры поверхности тела пациента (ПТЗ), ректальный преобразователь 4 температуры (ПТ1), преобразователь 5 температуры теплоносителя (ПТ2), кювету б с фителем для мокрого преобразователя 7 температуры (ПТ4), вентилятор 8 подачи воздуха в камеру, увлажнительный бак 9, нагреватель 10 увлажнителя, блок 11 управления нагревателем увлажнителя (БУН), блок 12 сравнения влажности (БСВ), блок 13 определения парциального давления водяных паров в прикожном слое пациента (БОПД1). блок 14определения влажности воздуха в камере (БОВ1); блок 15 определения парциального давления насыщения водяных паров в камере аппарата (БОПД2), блок 16 определения влажности, поддерживаемой в камере (БОВ2), блок 17 определения парциального давления водчных пэров в каморе аппарата (БОПДЗ). блок 18 измерения температуры ПТ4 (БИТ4), блок 19 контроля температуры поверхности (БКТЗ), блок 20 измерения температуры П13 (ВИТЗ), блок 21 измерения температуры ПТ (БИТ 2)

блок 22 контроля температуры теплоносителя (БКТ2), блок 23 контроля ректальной температуры (БКТ1), блок 24 измерения температуры ПТ1 (БИТ1), блок 25 задания

исходных параметров сеанса гипертермии (БИП), блок 26 регулирования температуры теплоносителя (БРТТ), нагреватель 27 теплоносителя - воздуха (НГ), теплообменник 28, вентилятор 29 забора воздуха из

камеры, подголовную опору 30, эталонный резистор 31 (РЭТ), источник 32 опорного напряжения (ИОН), преобразователь 33 температуры (ПТ), измерительный 34 усилитель (ИУ), аналого-цифровой преобразователь 35 (АЦП), схему 36 преобразования сопротивления (СПС), выходной регистр 37, постоянное запоминающее устройство 38 (ПЗУ), входной регистр 39, ПЗУ 40, выходной регистр 41, первый входной регистр 42

(ВХ1). второй входной регистр 43 (ВХ2), первую 44 (СЛ1) и вторую 45 (СЛ2) схемы логарифмирования, устройство 46 вычитания, устройство 47 определения экспоненциальной функциональной зависимости

(УЭ), усилитель 48, коммутирующий элемент 49 (КЭ), входной регистр 50, дешифратор 51, формирователь 52 тока, матричный светодиодный индикатор 53 (МСИ), первый блок 54 определения температуры

теплоносителя (БОТТ1), четвертый блок 55 сравнения (БС4), первый блок 56 сравнения (БС1), второй блок 57 определения температуры теплоносителя (БОТТ2), пятый 58(БС5), второй 59 (БС2) и третий 60 (БСЗ) блоки

сравнения, блок 61 сопряжения с нагревателем (БСН) и блок 62 управления нагревателем (БУН).

Кроме того, на фиг 1-7 обозначены заданный уровень гипертермии Тго, температура ректального ПТ Тг, граничный уровень температуры поверхности туловища пациента Tso, температура поверхности туловища пациента Тч граничный уровень температуры теплоносителя Tto. темпера5 тура теплоносителя Tt температурный уровень начала поддержания заданного уровня гипертермии Tdr, температура теплоносителя, опредепеннач по ректальному ПТ 1 ir. температура теплоносителя, определенная по поверхностному ПТ, Its, парциальное давление водяных паров в прикож- ном слое пациента Ps, парциальное давление насыщения водяных паров в камере аппарата Pt, парциальное давление водяных паров в камере аппарата Pw.

Устройство содержит камеру 1, в которой на ложементе 2 находится пациент. На поверхности туловища пациента установ- лен преобразователь 3 температуры, преобразователь 4 температуры установлен в прямой кишке пациента. Преобразователь 5 температуры установлен на входе воздушного потока в камеру 1, рядом .установлена кювета 6 с фитилем, обеспечивающим смачивание мокрого преобразователя 7 температуры. Нагнетание воздуха в камеру 1 обеспечивается вентилятором 8, а забор из камеры - вентилятором 29. Последний соединен воздуховодом с теплообменником 28, который содержит нагреватель 27, обеспечивающий поддержание требуемой температуры. Теплообменник 28 соединен воздуховодом с увлажнительным баком 9, содержащим нагреватель 10. За увлажнительным баком 9 установлен вентилятор 8, соединенный воздуховодом (не показан) с объемом камеры 1. Нагреватель 27 соединен с выходом БРТТ 26, первый, второй дополнительный, третий дополнительный, четвертый дополнительный входы которого соединены соответственно с первым, первым дополнительным, вторым дополнительным, третьим дополнительным вы- ходами БИП 25, пятый дополнительный вход БРТТ 26 соединен с выходом БИТ1 24 и с входом БКТ1 23, вход БИТ1 24 соединен с ПТ1 4, второй вход БРТТ 26 соединен с выходом БИТ2 21 и с входами БКТ2 22 и БОПДЗ 17. Вход БИТ2 21 соединен с ПТ2 5. Первый дополнительный вход БРТТ 26 соединен с выходом БИТЗ 20, а также с входами БКТЗ 19 и БОПД1 13. Вход БИТЗ 20 соединен с ПТЗ 3. Преобразователь ПТ4 7 соеди- нен с входом БИТ4 18, выход которого соединен с входом БОПД2 15. Выход БОПД1 13 соединен с первым входом БОВ1 14. Выход БОПД2 15 соединен с вторым входом БОВ1 14 и первым входом БОВ2 16, а второй вход БОВ2 16 соединен с выходом БОПДЗ 17. Выход БОВ1 14 соединен с первым входом БСВ 12, а выход БОВ2 16 - с вторым входом БСВ 12, выход которого соединен с входом БУН 11, к выходу которого подключен нагреватель 10 увлажнительного бака 9.

БИП 25 может состоять из цифровых и функциональных клавиш и выходных регистров. После набора на цифровых клавишах

значений температур Tro, Tso, Тю, Tdr они, при нажатии соответствующей вводимому параметру функциональной клавиши, фиксируются в одном из выходных регистров и поступают на входы БРТТ 26.

БИТ1 24, БИТ2 21, БИТЗ 20 и БИТ4 18 могут быть выполнены по одной и той же схеме, представленной на фиг, 2.

БИТ предназначен для измерения и выдачи значений температуы в местах установки ПТ1 4, ПТ2 5, ПТЗ 3 и ПТ4 7,

В состав БИТ входит источник 32 опорного напряжения, РЭТ 31. ИУ 34, АЦП 35, схема преобразования значения напряжения на преобразователе температуры ПТ в температуру СПС 36, включающая в себя ПЗУ 38 и выходной регистр 37. С ИОН 32 через эталонное сопротивление РЭТ 31 на ПТ 33 подается опорное напряжение. Падение напряжения на преобразователе поступает на ИУ 34, с выхода которого напряжение, пропорциональное сопротивлению ПТ 33, подается на вход АЦП 35. С выхода АЦП 35 цифровой код, соответствующий сопротивлению ПТ 33, подается на ПЗУ 38 схемы СПС 36, Данные из ПЗУ 38 фиксируются в выходном регистре 37. В ПЗУ 38 записана зависимость температуры от падения напряжения на сопротивлении ПТ 33. Вид зависимости определяется функциональной связью сопротивления терморезистора ПТЗЗ от температуры и последовательным способом подключения ПТ 33 к входным цепям БИТ через РЭТ 31 и описывается формулой

1

(тгЧ+Т- b4Ko Uon io

-Та

где В, RO - параметры экспоненты, определяющей зависимость сопротивления ПТ от температуры;

РЭТ - сопротивление эталонного резистора;

Ur - падение напряжения на ПТ;

Don - значение опорного напряжения БИТ;

То - значение температуры, равное 293,15 К;

Та - значение температуры, равное 273,15 К;

t- результат, °С.

Дальнейшая обработка информации ведется в цифровых кодах.

Блоки определения парциального давления БОПД1 13, БОПД2 15. БОПДЗ Смогут быть выполнены по одинаковой схеме, представленной на фиг. 3.

БОПД предназначен для определения значения парциального давления водяных паров, насыщающих воздух при измеренной температуре.

Устройство выполнено на базе ПЗУ 40, в которое заключена функциональная зависимость парциальных давлений водяных паров, насыщающих воздух, от его температуры.

БОПД также включает входной 39 и выходной 41 регистры. При подаче на вход БОПД кода, соответствующего измеренной температуре, на выходе формируется код, соответствующий давлению насыщения водяных паров в воздухе. Входным сигналом БОПДЗ 17 является код температуры теплоносителя Tt, а выходным - давление насыщения водяных паров Pt в камере 1 аппарата. Входным сигналом БОПД2 15 является код температуры мокрого термометра TW, а выходным - парциальное давление водяных паров Pw в камере 1 аппарата. Входным сигналом БОПД1 13 является код температуры поверхности тела пациента Т3, а выходным - код, соответствующий давлению насыщения в прикожном слое пациента Ps.

Блоки определения влажности БОВ1 14 и БОВ2 16 могут быть выполнены по одной и той же схеме, представленной на фиг. 4.

БОВ предназначен для определения относительной влажности воздуха по парциальным давлениям водяных паров и состоит из двух входных регистров 42 и 43, двух схем 44 и 45 логарифмирования, устройства 46 вычитания и устройства 47 вычисления экспоненты. Сигналы Ps и Pw от блоков БОПД1 13 и БОПД2 15 поступают на входы 1 и 2 БОВ1 14, а сигналы Pw и Pt от БОПД2 15 и БОПДЗ 17 поступают на входы 1 и 2 БОВ2 16 (фиг. 1). В блоке БОВ коды поступают на входные регистры БХ1 42, ВХ2 43, затем на схемы логарифмирования СЛ1 44, СЛ2 45, выполненные на базе ПЗУ. Из выходных кодов схем логарифмирования в устройстве вычитания 46 формируются разности Ln(Ps)-l-n(Pw) и Ln(Pw)-Ln(Pt). С выхода устройства вычитания сигналы подаются на вход устройства вычисления экспоненты УЭ 47, выполненное на базе ПЗУ. В результате на выходе БОВ 1 14 присутствует код расчетной относительной влажности, соответствующей граничному условию исключения испарения пота с поверхности тела пациента (Ps/Pw), а на выходе БОВ2 16 - код действительной относительной влажности в камере аппарата (Pw/Pt).

Блок 12 сравнения влажности предназначен для сравнения цифровых кодов.

Код расчетной относительной влажности, которая должна быть в камере аппарата, поступает на первую группу входов схемы сравнения, входящей в состав БСВ

12, а код, соответствующий действительной относительной влажности воздуха в камере аппарата, - на вторую группу входов схемы сравнения. При превышении расчетной влажности действительной на выходе схемы

0 формируется сигнал высокого уровня, и наоборот.

БУН 11 предназначен для подключения к электросети нагревателя увлажнителя 10 воздуха и может быть выполнен по схеме,

5 представленной на фиг. 5.

БУН 11 состоит из усилителя 48 и коммутирующего элемента КЭ 49. Сигнал с выхода БСВ 12 поступает на усилитель 48. где преобразуется до необходимой для управ0 ления КЭ 49 мощности. С выхода усилителя сигнал поступает на управляющий вывод КЭ 49, представляющего собой полупроводниковый управляемый тиристор. Ток, проходящий через тиристор, является выходным

5 сигналом БУН 11.

Увлажнитель воздуха предназначен для генерации и смешивания водяных паров с воздухом, поступающим в камеру 1 аппарата и состоит из увлажнительного бака 9 и

0 нагревателя 10. При протекании тока от БУН 11 на нагревателе выделяется тепловая энергия, необходимая для испарения воды. Влажный пар поступает в камеру аппарата, повышая парциальное давление водяных

5 паров в ней.

Блоки контроля температуры БКТ1 23, БКТ2 22, БКТЗ 19 можно выполнить по одной и той же схеме (фиг. 6).

БКТ предназначены для индикации

0 цифрового значения температуры, измеренной блоками БИТ, и состоят из входного регистра 50, дешифратора 51, формирователя тока 52 и матричного светодиодного индикатора МСИ 53.

5Цифровой код с выходов БИТ 18, 20, 21

и 24 через входной регистр 50 подается на дешифратор 51, где преобразуется после предварительного усиления в формирователе тока 52 в вид, необходимый для управле0 ния МСИ 53.

Блок 26 регулирования температуры теплоносителя предназначен для поддержания заданной температуры воздуха, по- 5 ступающего в камеру аппарата, и содержит два устройства обработки кодов температуры теплоносителя БОТТ1 54 и БОТТ2 57, пять схем сравнения БС1 56, БС2 59, БСЗ 60 БС4 55 и БС5 58, выполненных по аналоги с БСВ, устройство сопряжения с нагревателем БСН 61 и элемент управления нагревателем БУН 62.

На вход устройства БОТТ1 54 поступают значения двух температур Тго и Тг. Вхо- дащая в состав БОТТ1 схема вычитания формирует разность Тго и Т, которая подается на вход ПЗУ, где записана функциональная зависимость температуры теплоносителя от разности заданной и измеренной ректальных температур вида К(Тго-Тг), где ,5. Затем полученное значение поступает на первые входы устройства суммирования, а Тго - на вторые входы. В результате определяется значение Ttr Tro+K(Tro-Tr), которое с выхода БОТТ1 54 поступает на одни из входов блока сравнения БС4 55, а на другие входы поступает измеренная температура теплоносителя Tt. При выполнении условия TV Tt на выходе БС4 55 формируется сигнал высокого уровня, поступающий на один из входов БСН 61. На входы блока БС1 56 поступают сигналы Тг и Tdr, при выполнении условия на выходе БС1 56 формируется сигнал высокого уровня, поступающий на второй вход БСН 61.

На вход устройства БОТТ2 57 поступают значения TSo и Ts. Устройство БОТТ2 выполняет функции, аналогичные функциям БОТТ1, за исключением того, что коэффициент ,8, На выходе БОТТ2 формируется значение температуры теплоносителя Tts, которое подается на один из входов блока сравнения БС5 58, а на другой вход этого блока подается i измеренное значение Tt, При выполнении условия Tts Tt на выходе БС5 58 формируется сигнал высокого уровня, который подается на третий вход БСН 61. Температуры Tso и Ts подаются на входы блока сравнения БС2 59, на выходе которого при выполнении условия TSo Ts формируется сигнал высокого уровня, подаваемый на четвертый вход БСН 61. На входы БСЗ 60 подаются значения температур теплоносителя Tt и Tto. При выполнении условия Tto Tt на выходе БСЗ формируется сигнал высокого уровня, подаваемый на пятый вход БСН 61.

Сигнал, подаваемый на второй вход БСН 61, определяет по какой из температур Ttr или Tts производится регулирование температуры теплоносителя. Сигналы на входах 4 и 5 БСН 61 осуществляют ограничение температуры теплоносителя. Выходным сигналом БСН 61 является сигнал, определяющий будет ли включен или выключен нагреватель, что осуществляет БУН 62 аналогично БУН 11.

Устройство работает следующим образом.

После включения напряжения питания вентиляторы 8 и 29 обеспечивают циркуляцию воздуха через камеру 1. В блок БИП 25 вводятся исходные параметры сеанса ги- 5 пертермик Тго, Tso, Tto, Tdr. Сигналы с преобразователей 3-5 и 7 температуры поступают на соответствующие блоки 20, 24, 21 и 18 измерения температуры,С выходов блоков 20, 24, 61 значения температур

10 Тг, Ts, Tt поступают для индикации на соответствующие БКТ 23,19,22 и на входы блока БРТТ 26. В соответствии с описанным алгоритмом работы блока БРТТ 26 последний включает или выключает нагреватель 27, что

5 обеспечивает путем изменения температуры воздуха в камере 1 поддержание заданного уровня гипертермии пациента.

Температура Ts подается на вход БОПД1, Tt - на вход БОПДЗ, Tw - на вход

0 БОПД 2. После определения парциальных давлений водяных паров в БОПД1 13, БОПД2 15, БОПДЗ 17 находятся требуемая и действительная относительные влажности в БОВ1 14и БОВ2 16. При превышениитребу5 емой влажности действительной БСВ 12 выдает сигнал, который, поступая на БУН 11, включает нагреватель 10, расположенный в увлажнительном баке 9. Вода начинает испаряться, пары смешиваются с поступаю0 щим от теплообменника 28 воздухом, повышая его влажность. В момент, когда действительная влажность в камере 1 превысит требуемую, БСВ 12 выдает сигнал, выключающий нагреватель 10. Затем про5 цесс при изменении влажности в камере повторяется.

По истечении времени поддержания заданного уровня гипертермии пациента в БИП 25 вводятся параметры Тго, Тго, соот0 ветствующие нормальной температуре пациента. Устройство для гипертермии снижает температуру организма до введенных значений, после чего питание устройства отключается. На этом сеанс гипертермии

5 заканчивается.

Формула изобретения Устройство для гипертермии, содержащее камеру для размещения туловища ла0 циента, нагреватель теплоносителя, соединенный с выходом блока регулирова- . ния температуры теплоносителя, первый вход которого соединен с выходом блока задания исходных параметров, ректальный

5 преобразователь температуры, соединенный с входом пе рвого блока измерения температуры, выход которого соединен с первым блоком контроля температуры, преобразователь температуры теплоносителя, соединенный с г ходом второго блока измерения температуры, выход которого соединен с вторым блоком контроля температуры и вторым входом блока регулирования температуры теплоносителя, вентилятор, отличающееся тем, что, с целью сокраще- ния времени осуществления гипертермии и обеспечения повышенной безопасности теплового воздействия на пациента, в него введены преобразователь температуры поверхности тела, мокрый преобразователь температуры, третий и четвертый блоки измерения температуры, третий и четвертый бпоки измерения температуры, третий блок контроля температуры, первый, второй и третий блоки определения парциального давления, первый и второй блоки определения влажности, блок сравнения влажности, блок управления увлажнителем и увлажнитель, при этом преобразователь температуры поверхности тела соединен с третьим блоком измерения температуры выход которого соединен с третьим блоком контроля температуры, с первым дополнительным входом блока регулирования температуры теплоносителя и входом первого блока определения парциального давления, выход которого соединен с первым входом

Uon

12

JJ

первого блока определения влажности, выход второго блока измерения температуры соединен с входом третьего блока определения парциального давления, выход которого соединен с вторым входом второго блока определения влажности, мокрый преобразователь температуры соединен с входом четвертого блока измерения температуры, а его выход соединен с входом второго блока определения парциального давления, выход которого соединен с вторым входом первого блока определения влажности и первым входом второго блока определения влажности, выходы первого и второго блоков определения влажности соединены с первым и вторым входами блока сравнения влажности, выход которого соединен с входом блока управления увлажнителем, а его выход соединен с нагревателем увлажнителя, первый, второй и третий дополнительные выходы блока задания исходных параметров, а также выход первого блока измерения температуры соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым дополнительными входами блока регулирования температуры теплоносителя.

Фиг. 2.

9 2Пф

VU09 шо

шд

ЧЩ

1И9

шо

9988891