專利名稱：一種腦部定點亞低溫控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種腦部定點亞低溫控制裝置，特別是涉及一種針對腦出血、重型顱腦損傷患者及時進行腦功能保護的局部定點亞低溫控制裝置。
背景技術：
腦出血、重型顱腦損傷是致死率和致殘率很高的疾病，患者的腦組織受到不同程度破壞，高熱、血管滲透性增加引起腦水腫和腦缺血，不及時處理將會促進顱內壓增高的惡性循環。研究表明，亞低溫(33_35°C )可以防止由于腦損害而引起的高熱，可以在腦出血后降低腦細胞的耗氧量，提高腦細胞對缺氧的耐受性，又能降低腦組織的基礎代謝，減輕腦 傷后腦組織酸中毒程度，保護血腦屏障，減輕、防止腦水腫的發生和發展，具有降低顱內壓作用，減少神經細胞結構破壞，促進腦功能恢復，減輕神經細胞死亡，從而能顯著減輕腦缺血和腦損傷后腦形態和功能的損害，同時避免了深低溫療法存在的缺陷。還具有止血，促進神志恢復，使心率、呼吸頻率減慢、血壓下降等功能。在腦出血、重型顱腦損傷患者發病6-8個小時之內，盡早進行亞低溫療法，能顯著減輕腦出血后神經功能障礙和腦病理形態損害，改善腦出血患者神經功能的預后，降低患者病死率和傷殘率。現有的亞低溫治療技術可以分為侵入式和非侵入式兩類，侵入式降溫技術包括體外循環冷卻血液技術、血管內降溫、直腸灌洗、腹腔灌洗等，非侵入式降溫技術包括冰袋、冰帽、冰毯、酒精擦試等。前者通常會因全身體溫下降而使機體反射產生肌肉顫動，導致能量代謝升高，影響呼吸和循環；后者的降溫速度慢，低溫狀態不恒定，不適用于需要快速誘導亞低溫的疾病。

發明內容
本發明主要目的是依據腦部血管內熱交換降溫技術的原理，設計一種可以精確控制腦部局部區域溫度、及時干預病情發展、減緩腦細胞損害和凋亡、促進腦功能恢復的腦部定點亞低溫控制裝置。該儀器包括介入式導管、溫度檢測元件、控制系統、液體冷卻裝置、液體推動裝置。如附圖I所示，溫度檢測元件2和溫度檢測元件2'分別監測介入式導管I的入口、出口處溫度，并實時傳遞反饋信號到控制系統3。當溫度檢測元件2'監測到出口處溫度達到或超出控制范圍上限時，該溫度范圍可在33-35°C之間設定，溫度檢測元件2'將信號反饋到控制系統3，控制系統3發出控制信號啟動液體冷卻裝置4，將液體冷卻至溫度控制范圍，溫度檢測元件2"監測由液體冷卻裝置4輸出冷卻液體的溫度，并將溫度信號反饋到控制系統3，同時控制系統3發出控制信號啟動液體推動裝置5，液體推動裝置5將經過液體冷卻裝置4冷卻的液體以一定速率推入導管I的入口，溫度檢測元件2同時監測液體推動裝置5輸出冷卻液體的溫度并反饋至控制系統3。溫度檢測元件2、溫度檢測元件2'和溫度檢測元件2"與控制系統3均分別形成反饋。如附圖2所示，介入式導管I的頭部6的主要作用是進行熱交換，因此要選用導熱系數大且無毒無害的物質，如銀、金等；介入式導管的根部7有兩個分支，分別為入口和出口，依次連接液體推動裝置5和液體冷卻裝置4 ;介入式導管I的頭部6和根部7之間的部位8選用生物適應絕熱的材料，且導管中間有用絕熱材料制成的豎截面9，能夠將導管入口流入的液體和導管出口流出的液體隔離開來，并且不進行熱量交換。進一步的改進，可以進行介入式導管I通過外圍控制電路測試實驗、導管特性檢測實驗、生物組織實驗、動物及臨床實驗，獲取以導管頭部為中心的溫度場數據，建立入口、出口處兩點溫度、液體流速與導管頭部溫度場之間的關系。當選定冷卻液溫度在21°C左右時，液體流速越快，介入式導管I頭部的中心溫度達到33°c所需的時間越短；液體流速越 慢，介入式導管I中心溫度達到33°C所需的時間越長，但降溫的輻射范圍越廣，達到半徑為2厘米的圓形區域。本發明的有益效果是在腦出血、重型顱腦損傷患者發病6-8個小時之內，盡早采用腦部定點亞低溫控制裝置，進行亞低溫療法，不僅可以實現腦部降溫定位精確、降溫及時且速度快、維持亞低溫準確可靠，而且能控制急性嚴重腦水腫，為促進腦功能恢復創造了條件，從而對降低病死率、減少致殘率起重要作用。同時，由于減輕了腦水腫，相應藥物用量減少，腎功能損害的毒副作用也對應減少，有利于延長手術搶救時間、提高搶救成功率。方法可靠、操作簡單易行，值得臨床推廣使用。


附圖I是本發明的原理框圖；附圖2是本發明的介入式導管示意圖；附圖3為控制系統的程序流程圖；附圖4為控制系統的交互界面；附圖5為部分實驗測試結果。
具體實施例方式下面將參照附圖1、2、3、4和5對本發明的技術方案做進一步的說明。如附圖I所示，治療時，介入式導管I通過股動脈穿刺送入，在高清晰度X線機引導下，將導管置于腦部動脈的血管中，盡可能選擇距離腦出血或腦損傷位置較近的部位。冷卻液體通過液體推動裝置5進入導管的入口，再到達導管的頭部，與腦部動脈血管中的血液充分接觸進行熱交換。溫度檢測元件2和溫度檢測元件2'，可以選用溫度傳感器，用來監測導管入口、出口的液體溫度，并將信號反饋至控制系統3。控制系統3可以選用C8051R)21單片機做為驅動板，單片機系統通過串口與計算機連接，通過9位數據線控制蠕動泵工作。溫度傳感器接ADC的模擬信號輸入端，可通過程控依次選通。根據溫度檢測元件反饋信號對液體溫度實時監測，并依據上述導管入口、出口處兩點溫度、液體流速與導管頭部溫度場之間的關系，判斷何時啟動或停止蠕動泵，或者是冷卻裝置的啟動與停止，將經過冷卻的液體以一定速率推入導管入口，直至與導管頭部進行熱交換的血液溫度達到目標亞低溫。液體冷卻裝置4可以選用優質的半導體制冷元件，把若干對熱電偶連接起來構成常用的熱電堆，借助傳熱器件，使熱電堆的熱端散熱，并保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到液體冷卻裝置中去吸熱，產生低溫。液體冷卻裝置4也可以采用水路或油路外循環制冷方法進行導管內液體的冷卻，產生低溫。或者是采用上述半導體制冷元件與外循環制冷的組合方式進行導管內液體的冷卻。液體推動裝置5可以選用流速可控的蠕動泵，通過滾輪重復壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運動。控制系統3的程序流程圖如附圖3所示，單片機系統開始初始化并將蠕動泵參數設定為30，對應最大速率24ml/min，蠕動泵開始以最快速率工作，顯示燈亮起。在中心溫度達到33°C后，蠕動泵將降低速率至某一特定值，如速率參數240對應的速率是 3ml/min,以便維持中心溫度在33_34°C之間波動，且周圍溫度繼續向中心溫度逼近。在中心溫度低于32°C后，蠕動泵將停止工作，以上數值均由實驗測得。用LABVIEW編寫控制系統3的交互界面，如附圖4所示，在初始化時可以設定冷卻液體的速率，即附圖4中的輸液速率，以及冷卻液體的溫度，即附圖4中的溫度I等參數，交互界面上同時顯示介入式導管I頭部各監測部位的溫度場數據和波形變化，溫度2為中心溫度，溫度3為距離中心2厘米處的中間溫度，溫度4為距離中心4厘米處的外緣溫度。由實驗測得，降溫快慢首先與冷卻液溫度有關。經過大量實驗的測試，我們選定冷卻液溫度在2rc左右既可滿足要求，又可以減少冷卻液體溫度過低所給病人帶來的不適。如圖5所示在以速率為24ml/min的情況下開始降溫170秒后，介入式導管I頭部的中心溫度降低至目標溫度33°C，而距其2厘米處的中間溫度幾乎沒有降低；在以速率為12. 6ml/min的情況下開始降溫150秒后，介入式導管I頭部的中心溫度降低至目標溫度33°C，而距其2cm處的中間溫度開始有所降低；在以速率為6. 4ml/min的情況下開始降溫260秒后，介入式導管I頭部的中心溫度降低至目標溫度33°C，而距其2cm處的中間溫度降低的更加明顯；在以速率為3ml/min的情況下開始降溫800秒后，介入式導管I頭部的中心溫度降低至目標溫度33°C，而距其2cm處的中間溫度已經降低至35°C以下，即在輸液速率為3ml/min的情況下，中心溫度降到33°C后不再降低，而周圍溫度仍能繼續逼近33°C。
權利要求
1.一種腦部定點亞低溫控制裝置，包括介入式導管(I)、溫度檢測元件(2，2'，2")、控制系統(3)、液體冷卻裝置(4)、液體推動裝置(5)，其特征在于 所述介入式導管(I)與腦部動脈血管中的血液充分接觸并進行熱交換； 所述溫度檢測元件(2，2'，2")分別監測介入式導管(I)入口、出口以及液體冷卻裝置(4)出口處的溫度，并實時傳遞反饋信號到控制系統(3); 所述液體冷卻裝置(4)將液體冷卻到控制系統(3)預先設定的溫度； 所述液體推動裝置(5)將經過液體冷卻裝置(4)冷卻的液體以一定速率推入介入式導管⑴入口 ； 所述控制系統(3)根據溫度檢測元件(2，2'，2")的反饋信號對液體溫度實時監測，并依據介入式導管(I)入口、出口處溫度、啟動或停止液體推動裝置(5)，直至與介入式導管(I)的頭部(6)進行熱交換的血液溫度達到目標亞低溫。
2.根據權利要求I所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于所述介入式導管(I)的頭部(6)采用導熱系數大、生物適應性的材料；介入式導管(I)的頭部(6)和根部(7)之間的部位(8)用絕熱、生物適應性的材料。
3.根據權利要求2所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于所述介入式導管(I)的根部(7)有兩個分支，分別為入口和出口，依次連接液體推動裝置(5)和液體冷卻裝置(4);所述介入式導管(I)中間有用絕熱材料制成的豎截面(9)，能夠將導管入口流入的液體和導管出口流出的液體隔離開來。
4.根據權利要求I所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于液體冷卻裝置(4)采用半導體制冷元件，或者采用水路或油路外循環制冷，或者采用半導體制冷元件與水路或油路外循環制冷的組合。
5.根據權利要求I所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于所述的液體推動裝置(5)為流速可控的蠕動泵。
6.根據權利要求5所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于所述控制系統(3)采用C8051F021單片機控制所述的液體推動裝置(5)。
7.根據權利要求1-6之一所述的腦部定點亞低溫控制裝置，其特征在于所述液體的溫度為21°C。
全文摘要
本發明涉及一種腦部定點亞低溫控制裝置，包括介入式導管、溫度檢測元件、控制系統、液體冷卻裝置、液體推動裝置。溫度檢測元件(2、2′)分別監測介入式導管(1)的入口、出口處溫度，溫度檢測元件(2″)監測由液體冷卻裝置(4)輸出冷卻液體的溫度，控制系統(3)發出控制信號啟動液體推動裝置(5)將冷卻的液體以一定速率推入介入式導管的入口。采用腦部定點亞低溫控制裝置，不僅可以實現腦部降溫定位精確、降溫及時且速度快、維持亞低溫準確可靠，而且能控制急性嚴重腦水腫，為促進腦功能恢復創造了條件，從而對降低病死率、減少致殘率起重要作用。
文檔編號A61F7/00GK102727338SQ201210238429
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者劉慶凱, 劉志成, 吉訓明, 曹海勇, 薄雪峰 申請人:首都醫科大學