专利名称：一种脑部定点亚低温控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脑部定点亚低温控制装置，特别是涉及一种针对脑出血、重型颅脑损伤患者及时进行脑功能保护的局部定点亚低温控制装置。
背景技术：
脑出血、重型颅脑损伤是致死率和致残率很高的疾病，患者的脑组织受到不同程度破坏，高热、血管渗透性增加引起脑水肿和脑缺血，不及时处理将会促进颅内压增高的恶性循环。研究表明，亚低温(33_35°C )可以防止由于脑损害而引起的高热，可以在脑出血后降低脑细胞的耗氧量，提高脑细胞对缺氧的耐受性，又能降低脑组织的基础代谢，减轻脑 伤后脑组织酸中毒程度，保护血脑屏障，减轻、防止脑水肿的发生和发展，具有降低颅内压作用，减少神经细胞结构破坏，促进脑功能恢复，减轻神经细胞死亡，从而能显著减轻脑缺血和脑损伤后脑形态和功能的损害，同时避免了深低温疗法存在的缺陷。还具有止血，促进神志恢复，使心率、呼吸频率减慢、血压下降等功能。在脑出血、重型颅脑损伤患者发病6-8个小时之内，尽早进行亚低温疗法，能显著减轻脑出血后神经功能障碍和脑病理形态损害，改善脑出血患者神经功能的预后，降低患者病死率和伤残率。现有的亚低温治疗技术可以分为侵入式和非侵入式两类，侵入式降温技术包括体外循环冷却血液技术、血管内降温、直肠灌洗、腹腔灌洗等，非侵入式降温技术包括冰袋、冰帽、冰毯、酒精擦试等。前者通常会因全身体温下降而使机体反射产生肌肉颤动，导致能量代谢升高，影响呼吸和循环；后者的降温速度慢，低温状态不恒定，不适用于需要快速诱导亚低温的疾病。
发明内容
本发明主要目的是依据脑部血管内热交换降温技术的原理，设计一种可以精确控制脑部局部区域温度、及时干预病情发展、减缓脑细胞损害和凋亡、促进脑功能恢复的脑部定点亚低温控制装置。该仪器包括介入式导管、温度检测元件、控制系统、液体冷却装置、液体推动装置。如附图I所示，温度检测元件2和温度检测元件2'分别监测介入式导管I的入口、出口处温度，并实时传递反馈信号到控制系统3。当温度检测元件2'监测到出口处温度达到或超出控制范围上限时，该温度范围可在33-35°C之间设定，温度检测元件2'将信号反馈到控制系统3，控制系统3发出控制信号启动液体冷却装置4，将液体冷却至温度控制范围，温度检测元件2"监测由液体冷却装置4输出冷却液体的温度，并将温度信号反馈到控制系统3，同时控制系统3发出控制信号启动液体推动装置5，液体推动装置5将经过液体冷却装置4冷却的液体以一定速率推入导管I的入口，温度检测元件2同时监测液体推动装置5输出冷却液体的温度并反馈至控制系统3。温度检测元件2、温度检测元件2'和温度检测元件2"与控制系统3均分别形成反馈。如附图2所示，介入式导管I的头部6的主要作用是进行热交换，因此要选用导热系数大且无毒无害的物质，如银、金等；介入式导管的根部7有两个分支，分别为入口和出口，依次连接液体推动装置5和液体冷却装置4 ;介入式导管I的头部6和根部7之间的部位8选用生物适应绝热的材料，且导管中间有用绝热材料制成的竖截面9，能够将导管入口流入的液体和导管出口流出的液体隔离开来，并且不进行热量交换。进一步的改进，可以进行介入式导管I通过外围控制电路测试实验、导管特性检测实验、生物组织实验、动物及临床实验，获取以导管头部为中心的温度场数据，建立入口、出口处两点温度、液体流速与导管头部温度场之间的关系。当选定冷却液温度在21°C左右时，液体流速越快，介入式导管I头部的中心温度达到33°c所需的时间越短；液体流速越 慢，介入式导管I中心温度达到33°C所需的时间越长，但降温的辐射范围越广，达到半径为2厘米的圆形区域。本发明的有益效果是在脑出血、重型颅脑损伤患者发病6-8个小时之内，尽早采用脑部定点亚低温控制装置，进行亚低温疗法，不仅可以实现脑部降温定位精确、降温及时且速度快、维持亚低温准确可靠，而且能控制急性严重脑水肿，为促进脑功能恢复创造了条件，从而对降低病死率、减少致残率起重要作用。同时，由于减轻了脑水肿，相应药物用量减少，肾功能损害的毒副作用也对应减少，有利于延长手术抢救时间、提高抢救成功率。方法可靠、操作简单易行，值得临床推广使用。
附图I是本发明的原理框图；附图2是本发明的介入式导管示意图；附图3为控制系统的程序流程图；附图4为控制系统的交互界面；附图5为部分实验测试结果。
具体实施例方式下面将参照附图1、2、3、4和5对本发明的技术方案做进一步的说明。如附图I所示，治疗时，介入式导管I通过股动脉穿刺送入，在高清晰度X线机引导下，将导管置于脑部动脉的血管中，尽可能选择距离脑出血或脑损伤位置较近的部位。冷却液体通过液体推动装置5进入导管的入口，再到达导管的头部，与脑部动脉血管中的血液充分接触进行热交换。温度检测元件2和温度检测元件2'，可以选用温度传感器，用来监测导管入口、出口的液体温度，并将信号反馈至控制系统3。控制系统3可以选用C8051R)21单片机做为驱动板，单片机系统通过串口与计算机连接，通过9位数据线控制蠕动泵工作。温度传感器接ADC的模拟信号输入端，可通过程控依次选通。根据温度检测元件反馈信号对液体温度实时监测，并依据上述导管入口、出口处两点温度、液体流速与导管头部温度场之间的关系，判断何时启动或停止蠕动泵，或者是冷却装置的启动与停止，将经过冷却的液体以一定速率推入导管入口，直至与导管头部进行热交换的血液温度达到目标亚低温。液体冷却装置4可以选用优质的半导体制冷元件，把若干对热电偶连接起来构成常用的热电堆，借助传热器件，使热电堆的热端散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到液体冷却装置中去吸热，产生低温。液体冷却装置4也可以采用水路或油路外循环制冷方法进行导管内液体的冷却，产生低温。或者是采用上述半导体制冷元件与外循环制冷的组合方式进行导管内液体的冷却。液体推动装置5可以选用流速可控的蠕动泵，通过滚轮重复压缩弹性管使管中液体朝一定方向运动。控制系统3的程序流程图如附图3所示，单片机系统开始初始化并将蠕动泵参数设定为30，对应最大速率24ml/min，蠕动泵开始以最快速率工作，显示灯亮起。在中心温度达到33°C后，蠕动泵将降低速率至某一特定值，如速率参数240对应的速率是 3ml/min,以便维持中心温度在33_34°C之间波动，且周围温度继续向中心温度逼近。在中心温度低于32°C后，蠕动泵将停止工作，以上数值均由实验测得。用LABVIEW编写控制系统3的交互界面，如附图4所示，在初始化时可以设定冷却液体的速率，即附图4中的输液速率，以及冷却液体的温度，即附图4中的温度I等参数，交互界面上同时显示介入式导管I头部各监测部位的温度场数据和波形变化，温度2为中心温度，温度3为距离中心2厘米处的中间温度，温度4为距离中心4厘米处的外缘温度。由实验测得，降温快慢首先与冷却液温度有关。经过大量实验的测试，我们选定冷却液温度在2rc左右既可满足要求，又可以减少冷却液体温度过低所给病人带来的不适。如图5所示在以速率为24ml/min的情况下开始降温170秒后，介入式导管I头部的中心温度降低至目标温度33°C，而距其2厘米处的中间温度几乎没有降低；在以速率为12. 6ml/min的情况下开始降温150秒后，介入式导管I头部的中心温度降低至目标温度33°C，而距其2cm处的中间温度开始有所降低；在以速率为6. 4ml/min的情况下开始降温260秒后，介入式导管I头部的中心温度降低至目标温度33°C，而距其2cm处的中间温度降低的更加明显；在以速率为3ml/min的情况下开始降温800秒后，介入式导管I头部的中心温度降低至目标温度33°C，而距其2cm处的中间温度已经降低至35°C以下，即在输液速率为3ml/min的情况下，中心温度降到33°C后不再降低，而周围温度仍能继续逼近33°C。
权利要求
1.一种脑部定点亚低温控制装置，包括介入式导管(I)、温度检测元件(2，2'，2")、控制系统(3)、液体冷却装置(4)、液体推动装置(5)，其特征在于 所述介入式导管(I)与脑部动脉血管中的血液充分接触并进行热交换； 所述温度检测元件(2，2'，2")分别监测介入式导管(I)入口、出口以及液体冷却装置(4)出口处的温度，并实时传递反馈信号到控制系统(3); 所述液体冷却装置(4)将液体冷却到控制系统(3)预先设定的温度； 所述液体推动装置(5)将经过液体冷却装置(4)冷却的液体以一定速率推入介入式导管⑴入口 ； 所述控制系统(3)根据温度检测元件(2，2'，2")的反馈信号对液体温度实时监测，并依据介入式导管(I)入口、出口处温度、启动或停止液体推动装置(5)，直至与介入式导管(I)的头部(6)进行热交换的血液温度达到目标亚低温。
2.根据权利要求I所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于所述介入式导管(I)的头部(6)采用导热系数大、生物适应性的材料；介入式导管(I)的头部(6)和根部(7)之间的部位(8)用绝热、生物适应性的材料。
3.根据权利要求2所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于所述介入式导管(I)的根部(7)有两个分支，分别为入口和出口，依次连接液体推动装置(5)和液体冷却装置(4);所述介入式导管(I)中间有用绝热材料制成的竖截面(9)，能够将导管入口流入的液体和导管出口流出的液体隔离开来。
4.根据权利要求I所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于液体冷却装置(4)采用半导体制冷元件，或者采用水路或油路外循环制冷，或者采用半导体制冷元件与水路或油路外循环制冷的组合。
5.根据权利要求I所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于所述的液体推动装置(5)为流速可控的蠕动泵。
6.根据权利要求5所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于所述控制系统(3)采用C8051F021单片机控制所述的液体推动装置(5)。
7.根据权利要求1-6之一所述的脑部定点亚低温控制装置，其特征在于所述液体的温度为21°C。
全文摘要
本发明涉及一种脑部定点亚低温控制装置，包括介入式导管、温度检测元件、控制系统、液体冷却装置、液体推动装置。温度检测元件(2、2′)分别监测介入式导管(1)的入口、出口处温度，温度检测元件(2″)监测由液体冷却装置(4)输出冷却液体的温度，控制系统(3)发出控制信号启动液体推动装置(5)将冷却的液体以一定速率推入介入式导管的入口。采用脑部定点亚低温控制装置，不仅可以实现脑部降温定位精确、降温及时且速度快、维持亚低温准确可靠，而且能控制急性严重脑水肿，为促进脑功能恢复创造了条件，从而对降低病死率、减少致残率起重要作用。
文档编号A61F7/00GK102727338SQ201210238429
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者刘庆凯, 刘志成, 吉训明, 曹海勇, 薄雪峰 申请人:首都医科大学