专利名称：半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脑保护治疗仪，特别涉及一种采用半导体致冷技术、用于治疗脑血管病的亚低温脑保护治疗仪，属于医疗仪器技术领域。
背景技术：
当前，脑血管病已成为威胁人类健康的三大主要疾病之一，在我国北方已跃居首位。随着世界人口老年化进程的加快，脑血管病所引起的重大社会和经济问题引起各国政府的高度重视。
为了有效预防和治疗脑血管病，在临床上往往采用抗脑缺血/再灌注的治疗手段。但在使用该治疗手段的过程中，如何降低脑梗塞患者的致残率和病死率成为亟待解决的问题。为此，本专利的发明人在动物实验的基础上提出联合抗脑缺血/再灌注损伤理论，认为脑缺血/再灌注损伤并非一层不变的单一级联反应(瀑布效应)，而是随缺血时间延长，由轻到重，由简单到复杂，由可逆到不可逆的动态变化过程。短时间脑缺血/再灌注损伤机制简单，程度轻，此时单一的抗再灌注损伤药物治疗有效。而随着缺血时间的延长，病变组织处于脑缺血/再灌注损伤链的后期，再灌注损伤程度加重，机制复杂，呈现多个再灌注损伤环节共同参与的正反馈过程，引起复杂的组织损伤。以往的抗再灌注损伤药物只针对其中某一种环节，对其它诸环节影响不大，难以产生显著的脑保护作用。针对多个再灌注损伤环节的脑保护治疗手段的建立和药物开发成为脑梗塞研究的重要方向。
低温脑保护治疗作为有效的脑保护治疗手段，在脑出血和重症颅脑损伤治疗中的作用已得到实验和临床证实。实验研究通常将低温分为亚低温(33-36℃)、中低温(28-32℃)和深低温(27℃以下)。Varathan等研究发现，三种缺血程度对缺血神经元的保护作用无差异，而中低温和深低温则明显增加治疗并发症。因此，亚低温是脑保护治疗的理想温度。
在亚低温治疗中，正确监测脑温至关重要。以往研究所应用的脑温监测及降温办法包括直接测量法和间接测量法。直接测量法是一种将温度传感器直接放入脑组织内的脑温监测方法，但需要开颅或钻孔将温度传感器放入脑实质内，操作有创伤性，技术要求高，可导致局部或颅内出血、感染，不容易被患者所接受。因此，临床治疗常用间接测温法，即将中心静脉温度、口腔温度、耳鼓膜温度、直肠温度、膀胱温度、头部表面颞肌温度等进行测量，间接反映颅内脑组织温度，但这些方法具有较大的测量误差(0.5℃～1℃)，难以体现颅内实际的温度。
另一方面，现有降低缺血脑组织温度的方法包括体外局部亚低温和全身亚低温治疗两种。局部亚低温治疗的优点是对体温影响小，并发症少。但由于头皮、颞肌和板障血流丰富以及缺血脑组织的病理生理特点，局部体外亚低温脑保护治疗难以使缺血局部脑组织温度降致亚低温水平，影响了亚低温脑保护治疗效果。经静脉途径的全身亚低温脑保护治疗能有效降低患者全身和缺血局部脑组织的温度，使患者颅内压和脑梗塞体积分别降低20％，显著改善患者的临床预后。但降温和复温过程具有较多的心血管系统、呼吸系统、凝血系统及神经系统方面的副作用及严重的并发症。主要有肺感染(40％)，其次为复温期颅内压反跳性增高加重脑水肿，脑疝形成为复温期患者死亡的主要原因。也有人发现比较严重的心肺功能抑制，以及肾功能衰竭。另外，还有可能发生复温休克，因此，全身亚低温的临床应用也受到了很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪。该治疗仪可以精确测量特定脑供血部位的温度，并采用半导体致冷技术对治疗液体进行降温处理，以便将降温后的治疗液体输入血管内病变发生处进行溶栓，使病变脑组织的温度降到亚低温水平。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案一种半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，具有控制装置、电源装置和输液温度恒温装置，所述控制装置通过所述输液温度恒温装置对输液的温度进行闭环控制，其特征在于所述治疗仪还包括血管内点式温度传感装置所述血管内点式温度传感装置置于特定的脑部区域，采集该区域的温度，传送给所述控制装置；所述输液温度恒温装置输出亚低温液体，直接通过血管传送给特定的脑部区域。
所述控制装置、电源装置和输液温度恒温装置封闭在机箱内；所述机箱用隔板分为致冷部和控制部；
所述致冷部上侧设有低温室，所述低温室上方设有盖体，下部与冷却装置相连，室壁上设有输液管进口和输液管出口；所述控制部设有电源开关、电路板和两个温度控制器，其中一个温度控制器与所述血管内点式温度传感装置的输入端口连接，另一个温度控制器与低温室连接。
所述血管内点式温度传感装置由点式温度传感器、微导丝组成，所述点式温度传感器位于所述微导丝的末端，并包覆在封装壳内，其具有两个引出端，与所述引出端连接的导线穿设在所述微导丝内。
所述微导丝的外侧具有超滑涂层。
所述微导丝的直径在0.41毫米至0.965毫米之间。
所述输液温度恒温装置内具有半导体致冷器。
所述输液温度恒温装置还具有主控单元，所述主控单元是控制仪XMTG-7000，它控制所述致冷室的温度。
或者，所述输液温度恒温装置还具有主控单元，所述主控单元是控制仪PXR-4，它控制出液温度。
本发明所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪具有如下的优点1.采用血管内点式温度传感装置，将微型温度传感器直接通过动脉送入到特定的脑供血动脉区域，测量精度高，可准确地反映局部脑组织的灌注温度，对于治疗有更为理想的指导意义。
2.采用微侵袭神经外科技术，通过从股动脉插入微导管到颅内大动脉病变发生处，输入经过降温处理的治疗液体进行溶栓，溶栓后继续通过再通的供血动脉向缺血脑组织内灌注低温液体，使病变脑组织的温度降到亚低温水平。由于对病灶直接发生治疗作用，对全身的体温影响甚微，因此可以减少或避免亚低温治疗并发症，可大大降低脑梗塞或脑损伤后的病死率和重残率，明显改善患者预后。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1至图4为本半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪的外观及结构示意图。
图5为血管内点式温度传感装置的结构示意图。
图6为血管内点式温度传感装置的剖面示意图。
图7为半导体致冷器的工作原理示意图。
图8为温度控制电路的电路原理图。
图9为采用半导体致冷器的输液温度恒温装置的电路原理框图。
图10为本半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪的控制示意图。
图11为一个可以实现本半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪中的控制装置的电路示例图。
具体实施例方式
图1至图4是本发明所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪的外观及结构示意图。该半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪主要包括血管内点式温度传感装置、输液温度恒温装置、控制装置、电源装置等几部分。除了血管内温度传感装置3之外，其余的所有装置都封闭在密闭机箱内。参照图1所示，该机箱被隔板分为控制部1和致冷部2。控制部1内具有电源开关12、温度控制器11和控制电路板(图中未示)。致冷部2上侧设有低温室212，其盖体211通过合页5与箱体活动连接。低温室侧壁上设有输液管进口214和输液管出口215，低温室设计成圆形，可供输液管盘旋放置其中(参照图4)。低温室底部213与散热片和微型电扇22连接，以采用风冷降温。机箱的箱体正面具有温度控制用的显示面板11，可显示温度和进行手动调节。箱体背面设有电源线15和设有数据输出端口14，数据输出端口14可供与其他外部设备连接。机箱的侧壁上设有散热隔栅，有利于快速散热。本治疗仪通过血管内温度传感装置3感应局部脑血流温度并将该区域温度反馈到控制部1和致冷部2，并以数字形式在显示面板11上显示，通过控制部1内的单片机和致冷部相配合，可自动调整输入液体的温度以便达到医疗所要求的温度。
根据本发明的目的，本发明所实现的功能主要有两个，一个是对脑部特定区域的定点温度测量，另一个是向该特定区域提供进行灌注的低温液体。为此，本半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪的核心功能装置包括血管内点式温度传感装置，它用于实现对特定的脑供血动脉区域的定点测量，以准确反映局部脑组织的灌注温度；输液温度恒温装置，它与从事低温液体灌注的微侵袭神经外科设备一起，向脑部的特定区域灌注低温液体，以达到溶解脑部血管栓堵及使病变脑组织的温度降到亚低温水平的目的。
下面分别对上述的血管内点式温度传感装置和输液温度恒温装置加以详细说明。
血管内点式温度传感装置参照图5和图6所示，点式温度传感器31位于微导丝32的末端，并包覆在封装壳内，其具有两个引出端。与引出端连接的导线33穿设在微导丝32内，它为一柔软且具一定韧性的管体，其直径在0.41毫米至0.965毫米之间，长度可为1米至2米。在微导丝32的外侧具有超滑涂层34，以便通过弯曲的颅内血管，并容易在导管内输送，同时避免损伤血管。上述的点式温度传感器实质上是一个热电偶，其长度优选应在1mm以内。作为现有的成熟技术，在此不详述。具有超滑涂层34的微导丝32可以采用现有医学介入设备中的多种产品，如3F/4F/5F/7F超滑泥鳅导丝(MeritMedica)等。在具体实施时，该微导丝头端15cm的直径应该在0.67mm以下，并柔软而有韧性，兼具有支撑力。为此，它可以采用铜镀锡或铜包钢引线，以推进血管内点式温度传感器通过迂曲的颈内动脉到达大脑中动脉，或通过迂曲的椎动脉到达基底动脉。在治疗时，通过经股动脉穿刺放置导引导管后，经导引导管将头端带有血管内点式温度传感器的微导丝置于人大脑中动脉或基底动脉内，感应局部脑血流温度并将该区域温度反馈到血管内亚低温脑保护治疗仪的控制面板11，并以数字形式显示，可自动调整输入液体的温度以便达到医疗所要求的温度。
由于上述点式温度传感器31的微导丝32有一定的韧性，可通过迂曲的血管，但也不太硬，以免损伤机体内的血管。温度传感器的测定精度误差应控制在0.1℃以内，能准确监测局部脑组织的温度。置于特定脑血管区域的头端带有温度传感器的微导丝可以经医用消毒后反复使用20次以上。
输液温度恒温装置的核心是半导体致冷器。该半导体致冷器紧贴图4中所示的输液管，以降低治疗液体的温度。所谓半导体致冷又叫热电致冷，是帕尔帖效应在致冷技术方面的应用。实用的热电致冷装置是由热电效应比较显著、热电致冷效率比较高的半导体热电偶构成的。
参照图7所示，一只p型半导体组件和一只n型半导体组件连接成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。在上面的一个接头处，电流方向是n→p，温度下降并且吸热，这就是冷端。在下面的一个接头处，电流方向是p→n，温度上升并且放热，因此是热端。按该图把若干对半导体热电偶串连起来，而在传热方面则是并联的，这就构成了一个常见的致冷热电堆。按图示接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端。借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是热电致冷器的工作原理。
从上述的原理说明可以看出，半导体致冷器的温度调节通过控制该致冷器的电流输入即可达到目的。为此，可以采用如图8所示的温度控制电路。在该电路中，开关闭合时半导体致冷器开始工作。同时发光二极管闪动，表示一切工作正常。R1为负温度系数5K热敏电阻，即当温度上升时其电阻减小，它直接贴在半导体致冷器冷端上，当致冷器开始工作时，冷端温度下降，R1电阻上升，R4两端电压下降，2端电压上升，当升到2/3UCc时输出端为低电平，冷却停止，此时，温度略有回升，R1电阻开始下降，R4两端电压上升，2端电压下降，当降到1/3UCc时，输出为高电平，继续冷却，如此循环往复，达到温度控制的目的，这样，半导体致冷器也将间歇工作，可以节省部分电能。10kΩ电位器R2的作用为微调器调节电阻的大小，改变电流来达到需要的温度。电路中各晶体管均为放大电流作用。双向开关K3通过改变电流流入致冷器的方向来控制致冷。
图9所示为采用上述半导体致冷器的输液温度恒温装置的电路原理框图。主控单元有两种实现方案，其中方案一是用控制仪XMTG-7000来控致冷室的温度，方案二是用控制仪PXR-4来控制出液温度。它连接有外接主控温度调节器R1，在主控单元旁边有报警单元，该单元连接有报警控温传感器R2。主控单元和报警单元侧输入市电，市电经过变压器变压之后，进入如图8所示的超温断电控制电路，再经过该电路与致冷电源相连接，从而实现对致冷器温度的控制。上述主控单元和报警单元有输入液体温度安全控制机制，不会出现输入液体过冷，在所测量的血液温度超出安全范围后可出现声响报警，并自动调整输入液体温度，以免对患者造成意外伤害。
在使用本发明进行脑部亚低温液体灌注时，还需要用到进行低温液体灌注的微侵袭神经外科设备如导引导管、微导管、输液流量控制设备等。这些设备作为神经外科的一般医务人员都能够掌握的现有技术手段，在此就不一一详述了。
如图10所示，本半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪采用闭环控制原理。控制装置以单片机为核心，各温度传感器采集各控制对象如液体温度，血管温度等的数据，采集的数据经继电器和变送器传送回单片机，并由单片机内部的控制程序进行处理，以实现对液体温度等控制对象的闭环控制。
上述的控制装置可以采用多种具体的电路来实现。图11给出了一个可以用于实现上述控制装置的具体电路。它由单片机、地址锁存器IC1、模拟门电路IC2、静态存储器IC3、EPROM IC4、E2PROM IC5、放大电路IC8等部分组成。单片机为8XC552，它包括运算器、控制器和A/D转换器。各路温度信号经AD521放大器放大后，再经V/F变换，将此电压信号转换成频率信号，接到单片机的T0端，信号采集完成后，调用IC5中的控制程序对各路信号进行计算，最后得到闭环控制结果，根据控制结果向温度控制电路等发出控制指令。另外，上述的单片机还具有串行通信接口，该接口接在上述机箱的数据输出端口14上，以便于上位计算机进行通信。
本发明所提供的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪可以进行脑血管疾病的辅助治疗。其具体使用方法为经股动脉穿刺放置导引导管后，经导引导管将头端带有血管内点式温度传感器的微导丝置于人大脑中动脉或基底动脉内，从而可准确反映局部脑组织的灌注温度。低温液体通过从股动脉插入微导管到颅内大动脉病变发生处，输入经过降温处理的治疗液体进行溶栓，溶栓后继续通过再通的供血动脉向缺血脑组织内灌注低温液体，使病变脑组织的温度降到亚低温水平，实现病变脑组织温度的均匀下降。由于对病灶直接发生治疗作用，而对全身的体温影响甚微，因此可以减少或避免亚低温治疗并发症，可大大降低脑梗塞或脑损伤后的病死率和重残率，明显改善患者预后。
本发明的特定实施例已经对本发明的内容做了详尽的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，特别是对若干部件的等同替换，都构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求
1.一种半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，具有控制装置、电源装置和输液温度恒温装置，所述控制装置通过所述输液温度恒温装置对输液的温度进行闭环控制，其特征在于所述治疗仪还包括血管内点式温度传感装置；所述血管内点式温度传感装置置于特定的脑部区域，采集该区域的温度，传送给所述控制装置；所述输液温度恒温装置输出亚低温液体，直接通过血管传送给特定的脑部区域。
2.如权利要求1所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述控制装置、电源装置和输液温度恒温装置封闭在机箱内；所述机箱用隔板分为致冷部和控制部；所述致冷部上侧设有低温室，所述低温室上方设有盖体，下部与冷却装置相连，室壁上设有输液管进口和输液管出口；所述控制部设有电源开关、电路板和两个温度控制器，其中一个温度控制器与所述血管内点式温度传感装置的输入端口连接，另一个温度控制器与低温室连接。
3.如权利要求1所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述血管内点式温度传感装置由点式温度传感器、微导丝组成，所述点式温度传感器位于所述微导丝的末端，并包覆在封装壳内，其具有两个引出端，与所述引出端连接的导线穿设在所述微导丝内。
4.如权利要求3所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述微导丝的外侧具有超滑涂层。
5.如权利要求3所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述微导丝的直径在0.41毫米至0.965毫米之间。
6.如权利要求1所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述输液温度恒温装置内具有半导体致冷器。
7.如权利要求6所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述输液温度恒温装置还具有主控单元，所述主控单元是控制仪XMTG-7000，它控制所述致冷室的温度。
8.如权利要求6所述的半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪，其特征在于所述输液温度恒温装置还具有主控单元，所述主控单元是控制仪PXR-4，它控制出液温度。
全文摘要
本发明提供了一种半导体致冷血管内亚低温脑保护治疗仪。该治疗仪包括血管内点式温度传感装置、输液温度恒温装置、控制装置及电源装置。其中血管内点式温度传感装置置于特定的脑部区域，采集该区域的温度，输液温度恒温装置输出亚低温液体，直接通过血管传送给特定的脑部区域。控制装置通过输液温度恒温装置对输液的温度进行闭环控制。该治疗仪可以对脑部病灶直接发生治疗作用，而对全身的体温影响甚微，因此可以减少或避免亚低温治疗并发症，可大大降低脑梗塞或脑损伤后的病死率和重残率，明显改善患者预后。
文档编号A61M5/44GK1778282SQ200410090420
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月18日 优先权日2004年11月18日
发明者凌锋, 吉训明, 贾建平, 刘忠宝, 黄庆 申请人:首都医科大学宣武医院