專利名稱：顱腦局部低溫自動溫控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于頓腦降溫神經(jīng)保護技術(shù)，特別是一種顱腦局部低溫自動溫控裝置。
背景技術(shù)：
目前在進行神經(jīng)保護醫(yī)學(xué)治療中，為防止腦缺血的發(fā)生發(fā)展，主要使用的是全身 冰毯降溫方法。此方法原理是應(yīng)用冷水循環(huán)的降溫毯，利用病人軀干及四肢皮膚與降 溫毯之間的熱交換作用，達到病人體溫降低的目的。但這種方法有三個主要缺陷(1) 病人全身體溫下降速度慢，達到淺低溫狀態(tài)平均需要8小時，維持低溫也困難，對病 人來說有可能錯過治療時機；(2)全身低溫通常只能降低2'C-3'C，降溫低于32'C以 下，會引起心律失常等嚴重并發(fā)癥。(3)全身大部分不需要處于低溫的器官也處于低 溫狀態(tài)，會對全身其它系統(tǒng)和器官功能帶來較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速、持續(xù)、穩(wěn)定、對大腦神經(jīng)無損傷的人體顱腦手 術(shù)局部自動降溫裝置，特別是腦外科手術(shù)中顱腦的局部中深度降溫裝置。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為 一種顱腦局部低溫自動溫控裝置，包括溫度 傳感器、測溫電路、巡檢電路、控制電路、驅(qū)動電路和蠕動泵，所述的溫度傳感器置 于顱腦內(nèi)部，通過有線連接至測溫電路輸入端，該測溫電路輸出端連接巡檢電路輸入 端，該巡檢電路輸出端連接控制電路輸入端，該控制電路輸出端連接驅(qū)動電路輸入端， 同時輸出反饋信號連接到巡檢電路，該驅(qū)動電路連接電機和蠕動泵，控制含有冰水的 軟管蠕動，形成整體系統(tǒng)；通過置于顱腦內(nèi)的溫度傳感器，將熱信號提供給測溫電路， 該測溫電路進行熱電轉(zhuǎn)換，將電信號提供給巡檢電路，該巡檢電路控制電磁繼電器的 通斷來選擇測溫電路采集來的多點腦溫溫度信號，使之輸出到控制電路，該控制電路 輸出四位控制信號以控制巡檢電路，并對采集來的溫度信號進行分析判斷，輸出頻率 方波信號驅(qū)動微型步進電機，該步進電機再把脈沖激勵的變化轉(zhuǎn)換成電機相應(yīng)角位移 的機械量使蠕動泵蠕動，進而使閉環(huán)冷卻液在軟管內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，不斷替換掉高溫 液體，達到降溫的目的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(1)可快速降溫，經(jīng)試驗只需3-5分鐘即可將溫度下降到手術(shù)所需溫度。(2)局部中深度區(qū)域降溫且溫度可調(diào)，只對局部手術(shù) 區(qū)域進行降溫。由于在控制電路設(shè)計中預(yù)留了可調(diào)參數(shù)，即目標溫度參數(shù)，這樣可根 據(jù)手術(shù)需要，將溫度降至20。C—36。C之間任意設(shè)定值，避免了正常器官受損和心律失 常、感染、凝血功能障礙等問題。(3)可保持溫度恒定。采用自動反饋補償控制和自 適應(yīng)控制算法，控制電路可根據(jù)人體溫度、冷卻液溫度和目標溫度三個參數(shù)，自動調(diào) 節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速，當測溫電路返回溫度信號符合目標溫度時，使冷卻效果與人體自然升 溫平衡。(4)可形成腦內(nèi)溫度梯度圖，對評價低溫腦保護效果具有重要意義。由于微 控制器內(nèi)RAM可分別存儲16個溫度信號各時間段數(shù)據(jù)，又由于多點傳感器測得的是 人腦不同部位的溫度，根據(jù)存儲的16組數(shù)據(jù)就可形成腦內(nèi)溫度梯度圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明顱腦局部低溫自動溫控裝置的總體框圖。 圖2是本發(fā)明熱電偶測溫電路示意圖。 圖3是本發(fā)明巡檢電路示意圖。 圖4是本發(fā)明控制電路示意圖。 圖5是本發(fā)明電機驅(qū)動電路示意圖。 圖6是本發(fā)明蠕動泵與軟管配合工作狀態(tài)圖。
具體實施例方式
結(jié)合圖l，本發(fā)明顱腦局部低溫自動溫控裝置采用組合多點靈敏熱偶傳感器，經(jīng) 測溫電路進行熱電轉(zhuǎn)換，將采集到的信號經(jīng)巡檢電路選通后通過控制電路來控制微型 步進電機的轉(zhuǎn)速，進而控制閉環(huán)冷卻液的瞬時流量，在局部手術(shù)區(qū)實現(xiàn)中深度低溫(在 20。C-36。C之.間可任意設(shè)定某一溫度值)狀態(tài)，并自動將手術(shù)區(qū)及周圍組織保持在某 一恒定溫度以滿足手術(shù)所需，整個過程只需幾分鐘。本發(fā)明包括溫度傳感器、測溫電 路、巡檢電路、控制電路、驅(qū)動電路和蠕動泵，所述的溫度傳感器置于顱腦內(nèi)部，通 過有線連接至測溫電路輸入端，該測溫電路輸出端連接巡檢電路輸入端，該巡檢電路 輸出端連接控制電路輸入端，該控制電路輸出端連接驅(qū)動電路輸入端，同時輸出反饋 信號連接到巡檢電路，該驅(qū)動電路連接電機和蠕動泵，控制含有冰水的軟管蠕動，形成整體系統(tǒng)；通過置于顱腦內(nèi)的溫度傳感器，將熱信號提供給測溫電路，該測溫電路 進行熱電轉(zhuǎn)換，將電信號提供給巡檢電路，該巡檢電路控制(本發(fā)明采用16點靈敏熱 偶傳感器，在實際應(yīng)用中可自由選擇8-16個點的靈敏熱偶傳感器)電磁繼電器的通斷 來選擇測溫電路采集來的多點腦溫溫度信號，使之輸出1路到控制電路，該控制電路 輸出四位控制信號以控制巡檢電路，并對采集來的溫度信號進行分析判斷，輸出頻率 方波信號驅(qū)動微型步進電機，該步進電機再把脈沖激勵的變化轉(zhuǎn)換成電機相應(yīng)角位移 的機械量使蠕動泵蠕動，進而使閉環(huán)冷卻液在軟管內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，不斷替換掉高溫 液體，達到降溫的目的。
結(jié)合圖2，本發(fā)明的測溫電路是采用熱電偶進行測溫電路的設(shè)計，即AD590為電 流式溫度傳感器，用于熱電偶的冷端補償，MC1403為AD590的2.5V穩(wěn)壓源，OP07 為功率放大器，提供電壓放大功能，將所獲得的溫度信號迸行2級放大，電阻Rp、R4、 R5、 R8、 R7用來調(diào)節(jié)放大器倍數(shù)，調(diào)整電阻Rp對放大倍數(shù)進行微調(diào)，電阻R2、 R3、 R6用來限流保護；補償電勢e,由AD590和電阻Rl來提供，e尸-(lpA/'C)Rlt，得到冷 端溫度自動全補償。
結(jié)合圖3，本發(fā)明的巡檢電路選用16通道選通電路，來實現(xiàn)實時多點腦溫測量， 片型為74LS154;四位控制信號由74LS154產(chǎn)生16路信號，分別經(jīng)驅(qū)動模塊74LS04 產(chǎn)生16路電流控制16個電磁繼電器J1 J16的通斷，該繼電器要求切換速度快，性能 穩(wěn)定好且體積較小。以選擇測溫電路采集來的溫度信號，使之輸出l路到控制電路； 四位控制信號控制16個電磁繼電器，按1號到16號的順序依次關(guān)斷，將16路溫度信 號依次循環(huán)送入控制電路。
結(jié)合圖4，本發(fā)明的控制電路以PHILIPS公司的LPC2132 ARM微控制器為核心， 包含4個32位定時器、1個10位8路ADC、 1個10位DAC、 6個PWM通道和47 個GPI0以及9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷；選通的單路溫度信號接入引腳14，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器處理后轉(zhuǎn)換為需要的脈沖信號，經(jīng)引腳29送給驅(qū)動電路，控制蠕動泵的轉(zhuǎn) 速，根據(jù)人體溫度、冷卻液溫度和目標溫度三個參數(shù)，自動調(diào)節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速，當測溫 電路返回溫度信號符合目標溫度時，使冷卻效果與人體自然升溫平衡；引腳21、 22、 26、 27選擇為通用1/0口，產(chǎn)生四位選通信號來控制巡檢電路，并對采集來的溫度信號進行分析判斷，根據(jù)需要輸出一定頻率方波信號以驅(qū)動步進電機，達到通過控制電 機轉(zhuǎn)速以控制溫度的目的。循環(huán)選通16個溫度信號；LPC2132ARM微控制器內(nèi)RAM 分別存儲16個溫度信號各時間段數(shù)據(jù)，根據(jù)存儲的16組數(shù)據(jù)形成腦內(nèi)溫度梯度圖。
結(jié)合圖5，本發(fā)明的步進電機驅(qū)動電路通過產(chǎn)生特定頻率的脈沖信號使電機獲得需 要的轉(zhuǎn)速，把脈沖激勵的變化轉(zhuǎn)換成電機相應(yīng)角位移的機械量，采用的是MC3479。其 工作于整步模式，弓l腳7連接控制電路引腳29，脈沖信號引入MC3479，在它的2、 3 引腳和14、 15引腳間產(chǎn)生不同相位的方波信號，利用相位差的大小控制電機轉(zhuǎn)速的大 小。
蠕動泵可使閉環(huán)冷卻液實現(xiàn)循環(huán)流動，使軟管內(nèi)經(jīng)冰水混合物冷卻過的液體不斷 替換掉高溫液體，達到降溫的目的。蠕動泵與軟管的配合是將軟管卡在泵頭的壓塊與 主動輪之間，工作時泵頭主動輪由輸出方向向接受方向旋轉(zhuǎn)，使其滾輪周而復(fù)始地壓 緊和放松軟管，使管內(nèi)產(chǎn)生負壓，管內(nèi)液體則循環(huán)流動，如圖6所示。
權(quán)利要求
1、一種顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于包括溫度傳感器、測溫電路、巡檢電路、控制電路、驅(qū)動電路和蠕動泵，所述的溫度傳感器置于顱腦內(nèi)部，通過有線連接至測溫電路輸入端，該測溫電路輸出端連接巡檢電路輸入端，該巡檢電路輸出端連接控制電路輸入端，該控制電路輸出端連接驅(qū)動電路輸入端，同時輸出反饋信號連接到巡檢電路，該驅(qū)動電路連接電機和蠕動泵，控制含有冰水的軟管蠕動，形成整體系統(tǒng)；通過置于顱腦內(nèi)的溫度傳感器，將熱信號提供給測溫電路，該測溫電路進行熱電轉(zhuǎn)換，將電信號提供給巡檢電路，該巡檢電路控制電磁繼電器的通斷來選擇測溫電路采集來的多點腦溫溫度信號，使之輸出到控制電路，該控制電路輸出四位控制信號以控制巡檢電路，并對采集來的溫度信號進行分析判斷，輸出頻率方波信號驅(qū)動微型步進電機，該步進電機再把脈沖激勵的變化轉(zhuǎn)換成電機相應(yīng)角位移的機械量使蠕動泵蠕動，進而使閉環(huán)冷卻液在軟管內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，不斷替換掉高溫液體，達到降溫的目的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于測溫電路是 采用熱電偶進行測溫電路的設(shè)計，即AD590為電流式溫度傳感器，用于熱電偶的冷端 補償，MC1403為AD590的2.5V穩(wěn)壓源，OP07為功率放大器，將所獲得的溫度信號 進行2級放大，電阻Rp、 R4、 R5、 R8、 R7用來調(diào)節(jié)放大器倍數(shù)，調(diào)整電阻Rp對放 大倍數(shù)進行微調(diào)，電阻R2、 R3、 R6用來限流保護；補償電勢e!由AD590和電阻R1 來提供，e產(chǎn)-(l^ATC)Rlt，得到冷端溫度自動全補償。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于巡檢電路選 用16通道選通電路，來實現(xiàn)實時多點腦溫測量，片型為74LS154;四位控制信號由 74LS154產(chǎn)生16路信號，分別經(jīng)驅(qū)動模塊74LS04產(chǎn)生16路電流控制16個電磁繼電 器J1 J16的通斷，以選擇測溫電路采集來的溫度信號，使之輸出l路到控制電路；四 位控制信號控制16個電磁繼電器，按1號到16號的順序依次關(guān)斷，將16路溫度信號 依次循環(huán)送入控制電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于控制電路以 LPC2132ARM微控制器為核心，包含4個32位定時器、1個10位8路ADC、 1個10 位DAC、 6個PWM通道和47個GPIO以及9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷；選通的單路溫度信號接入引腳14，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理后轉(zhuǎn)換為需要的脈沖信號，經(jīng)引腳29 送給驅(qū)動電路，控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)人體溫度、冷卻液溫度和目標溫度三個參數(shù)， 自動調(diào)節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速，當測溫電路返回溫度信號符合目標溫度時，使冷卻效果與人體 自然升溫平衡；引腳21、 22、 26、 27選擇為通用1/0口，產(chǎn)生四位選通信號，接入巡 檢電路，循環(huán)選通16個溫度信號；LPC2132 ARM微控制器內(nèi)RAM分別存儲16個溫 度信號各時間段數(shù)據(jù)，根據(jù)存儲的16組數(shù)據(jù)形成腦內(nèi)溫度梯度圖。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于驅(qū)動電路采 用MC3479，其工作于整步模式，引腳7連接控制電路引腳29，脈沖信號引入MC3479， 在它的2、 3引腳和14、 15引腳間產(chǎn)生不同相位的方波信號，利用相位差的大小控制 電機轉(zhuǎn)速的大小。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顱腦局部低溫自動溫控裝置，其特征在于蠕動泵與軟 管的配合是將軟管卡在泵頭的壓塊與主動輪之間，工作時泵頭主動輪由輸出方向向接 受方向旋轉(zhuǎn)，使其滾輪周而復(fù)始地壓緊和放松軟管，使管內(nèi)產(chǎn)生負壓，管內(nèi)液體則循 環(huán)流動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顱腦局部低溫自動溫控裝置，該裝置采用組合多點靈敏熱偶傳感器，經(jīng)測溫電路進行熱電轉(zhuǎn)換，將采集到的信號經(jīng)巡檢電路選通后通過控制電路來控制微型步進電機的轉(zhuǎn)速，進而控制閉環(huán)冷卻液的瞬時流量，在局部手術(shù)區(qū)實現(xiàn)中深度低溫狀態(tài)，并自動將手術(shù)區(qū)及周圍組織保持在某一恒定溫度以滿足手術(shù)所需，整個過程可快速降溫，經(jīng)試驗只需3-5分鐘即可將溫度下降到手術(shù)所需溫度。本發(fā)明不僅可以局部中深度區(qū)域降溫且溫度可調(diào)、保持溫度恒定，而且可形成腦內(nèi)溫度梯度圖，對評價低溫腦保護效果具有重要意義。
文檔編號A61F7/12GK101574285SQ200810196788
公開日2009年11月11日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者史繼新, 偉 吳, 周樹道, 杰 張, 成惠林, 石立華 申請人:中國人民解放軍南京軍區(qū)南京總醫(yī)院;中國人民解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院