專利名稱：腦循環(huán)系統(tǒng)局部降溫的方法與儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬醫(yī)療分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種對人腦循環(huán)系統(tǒng)進行局部降溫的方法與儀器。
腦血管疾病、腦外傷及腦炎等諸多疾病都會對腦神經(jīng)元細胞產(chǎn)生缺血性損傷，進而引起腦功能缺損與喪失，嚴重威脅人的生命健康。腦細胞缺血性損傷后的腦保護研究從本世紀初開始就一直是全世界神經(jīng)病學研究的重點。經(jīng)過大量動物實驗研究，人們已證實低溫乃至于亞低溫對腦神經(jīng)元細胞具有明顯的保護作用，這對改善病人體癥，恢復(fù)神經(jīng)元功能、減少腦水腫具有非常重要的意義。
60年代至70年代，人們試圖通過降低全身體溫來達到降低腦部溫度的目的，進而發(fā)展了一種“冬眠療法”。臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)全身降溫雖然對腦神經(jīng)元細胞有保護作用，但對心臟功能具有極大損害，還會引起全身惡性感染等嚴重并發(fā)癥。因此，這種方法目前在臨床上已不再采用。
70年代以來，國內(nèi)外相繼研制了“冰帽”，它試圖通過降低頭部表皮溫度來達到降低腦局部溫度的目的。但是，臨床和實驗證明，由于腦部血液循環(huán)十分豐富，血流量大，僅降低顱骨外頭皮溫度，對顱內(nèi)腦實質(zhì)的溫度影響不大，不能達到降低顱內(nèi)溫度保護腦細胞的目的。
綜上所述，盡管目前國內(nèi)外神經(jīng)病學界都知道顱內(nèi)低溫對腦神經(jīng)元細胞有明顯的保護作用，然而至今還未找到一種理想的降低腦局部溫度的方法和儀器。因此，采用切實有效的辦法降低腦組織局部溫度，是目前進行腦損傷保護急待解決的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種安全、可靠、方便、有效的降低腦組織局部溫度的方法與儀器。
由于人的腦部血管豐富，血液循環(huán)流量很大，本發(fā)明考慮利用腦血液循環(huán)來降低腦組織的局部溫度，即使用制冷器件對腦血液循環(huán)系統(tǒng)進行降溫，而對人驅(qū)體部分進行保溫或升溫，從而達到對腦組織局部降溫的目的。具體方法是將制冷器件的冷面緊貼在頸動脈和椎動脈處的皮膚表面，從而對動脈血液降溫，通過血液循環(huán)，經(jīng)過一定時間后使腦組織局部溫度降低。對病情嚴重或緊急病人，可將頸動脈暴露后，將制冷器件的冷面直接接觸頸動脈血管壁上，以便快速降溫。為了防止制冷器件冷面對皮膚或血管的傷害，在冷面上可以涂抹導(dǎo)熱脂和防凍藥膏。
根據(jù)人體正常溫度及對腦組織起到保護作用的低溫要求，制冷器件的冷面溫度控制在-8℃～10℃之間。通過熱傳導(dǎo)，可使動脈周圍產(chǎn)生低溫，并使動脈內(nèi)血液溫度降低8℃左右，從而使頸動脈下游灌流端腦組織的溫度下降3℃～8℃，達到保護腦神經(jīng)元細胞的目的。
為了防止由于腦血液循環(huán)系統(tǒng)降溫而使身體特別是心胸部分也降溫，從而引起心功能衰竭等并發(fā)癥，本發(fā)明對人驅(qū)體和四肢采取保溫或升溫措施，根據(jù)病員及天氣情況，可以采用電熱、水熱等方法，例如，用電熱毯裹在驅(qū)體和四肢上，升高肢體靜脈內(nèi)血液溫度，從而保證人體內(nèi)核心溫度穩(wěn)定在33℃以上。
本發(fā)明提出的利用腦循環(huán)局部降溫的原理如下由人體生理解剖學原理知道，腦部主要有四根動脈供血；左右側(cè)的頸動脈和左右側(cè)椎動脈。腦組織溫度一般保持和體內(nèi)溫度一致，為37℃左右。維持腦組織恒溫的熱量主要有兩部分，一部分是動脈血流從體內(nèi)帶來的熱量，另一部分是腦組織、腦細胞新陳代謝熱。尤以前者為主。如果假定血管內(nèi)血液流動為定常，其熱量傳遞模型如

圖1所示。根據(jù)生物傳熱學理論，可得到血管出口溫度(T0)與入口溫度(Ti)及皮膚溫度(Tc)的關(guān)系式T0-TcTi-Tc=exp[-(16+0.62exp(1.58logGz))/Gz]]]>這里Gz＝8.33VD2/L，V為平均血流速度，D為血管直徑，L為血管長度，如果取Ti＝37℃，則當皮膚表面溫度Tc分別為5℃、0℃、-5℃時，計算出相應(yīng)的血管出口溫度T0分別為32.4℃、32.2℃、31.5℃。因此，將制冷器件溫度控制在-8℃～10℃，既可避免皮膚被嚴重凍傷，又能適當降低進入腦部血液的溫度。在臨床上，如果將頸動脈或椎動脈皮膚表面溫度降到-8℃～10℃之間(具體可以因人而異，皮下脂肪少的人，溫度適當高一些，皮下脂肪多的人，溫度可適當?shù)鸵恍?時，流經(jīng)的血液溫度將降低4℃～10℃，流入顱內(nèi)后，可將腦組織的溫度降低3℃～8℃，這對保護缺血后的腦細胞具有非常重要意義。升溫部件主要安置于驅(qū)體或四肢上，保持肢體外部溫度在33℃以上，靜脈內(nèi)血液溫度可維持在37℃水平。由于體循環(huán)回心血流量占總體的80％左右，從體循環(huán)和腦循環(huán)回心血液混合后，溫度至少可在34℃以上。這樣就不會引起心力衰竭和全身感染等并發(fā)癥。
對于上述方法，本發(fā)明設(shè)計了專門的腦循環(huán)局部降溫的儀器。該儀器由制冷器件、水冷循環(huán)裝置、肢體保溫裝置、控制計算機組成，其中制冷器件由半導(dǎo)體制冷芯片、水冷系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)和殼體構(gòu)成。殼體分為上、中、下三層。上層為水冷區(qū)，設(shè)有通水管道，保證制冷元件熱面溫度不至過高。中層放置半導(dǎo)體制冷芯片，通過導(dǎo)線可與電源接通。通電后，制冷元件一面產(chǎn)生低溫(稱冷面)，另一面產(chǎn)生高溫(稱熱面)，半導(dǎo)體芯片的冷面和熱面分別設(shè)置溫度傳感器，以便對制冷芯片兩面的溫度進行監(jiān)測，芯片的熱面對著水冷區(qū)，通過水循環(huán)對其降溫；下層為傳熱層，其下表面直接接觸頸動脈或椎動脈處的皮膚表面或血管壁。見圖2～圖4。計算機對制冷器件的溫度、水冷循環(huán)裝置、肢體保溫裝置進行監(jiān)測和控制。總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。
本發(fā)明中水冷循環(huán)裝置可由水槽、水循環(huán)管路、水位和水溫傳感器、水泵組成，如圖2所示。檢測的水溫水位傳感器信息送控制計算機，水泵電源由計算機控制，水槽通過水循環(huán)管路與制冷器件中的通水管道連通，即水泵吸水端接在水槽下部，出水端接一根透明軟塑料管，聯(lián)接在制冷器件水循環(huán)管道的一個接口上，另一個接口按同樣直徑的軟管回流到水槽中。水泵將水在水槽與制冷器件之間循環(huán)，當水位過低或水溫過高時，計算機將自動切斷制冷器件電源并報警。
本發(fā)明中的肢體保溫(升溫)裝置可采用一組自動恒溫電熱毯，根據(jù)病員需要裹在病人身體及肢體上，以維持與電墊接觸的皮膚溫度在33℃～35℃之間。它由計算機控制供電。
本發(fā)明中的計算機可采用單片機，實施對制冷器件供電控制、溫度測量控制、水循環(huán)控制。對制冷器件供電可采用直流電源，用開關(guān)間斷方式控制供電量，控制電路的邏輯框圖如圖6所示，它由溫度傳感器、放大器、比較器、驅(qū)動器組成。其電原理圖如圖7所示其中測量溫度的傳感器Dt1采用測量二極管作熱敏感元件。采用測溫度二極管原因是體積小，易裝到半導(dǎo)體致冷器件上；溫度信號線性度好，能滿足溫度測量精度要求。測溫管需恒流供電。穩(wěn)壓管CW1、電阻R1、R2、PNP三極管P3組成恒流源。R1供CW1工作電流。C1是濾波電容，防止噪聲干擾溫度信號，V1是運算放大器，其作用是增高測量溫度信號的負載能力。C1、V1、R3組成跟隨器。V2、R4、R5、W1組成一個可調(diào)零的放大電路。測量二極管溫度信號較弱，大約2mv/℃。放大的倍數(shù)為R5/R4。W1是調(diào)零點電位器，因為測量二極管在溫度零度時輸出在0.7V左右。 是顯示溫度的電壓表頭。V3、W2是控制溫度的設(shè)定電路，W2是調(diào)節(jié)設(shè)定電壓，當溫度電壓高于設(shè)定溫度電壓時，運算放大器正端大于負端輸出高電壓。當溫度低于設(shè)定溫度時輸出低電壓，電阻R6、三極管P1、繼電器J1、二極管D3組成一個驅(qū)動電路，當V3輸出高電壓時，J1吸合，致冷器件通電致冷。當V3輸出低電壓時，J1斷開，致冷器件停止致冷，實現(xiàn)溫度控制。
本發(fā)明通過降低腦循環(huán)血液溫度，達到腦組織局部降溫的目的，將已被廣泛證實的腦低溫基礎(chǔ)理論成功地應(yīng)用于臨床，為臨床腦保護提供一種切實有效、安全方便的方法與儀器，這對及時挽救腦損傷病員生命，減少腦血管疾病患者后遺癥等具有非常重要意義。
圖1為血液熱傳導(dǎo)模型。
圖2為制冷器件立體圖。
圖3為制冷器件水冷區(qū)管道圖。
圖4為制冷器件縱向剖面示意圖。
圖5為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為本發(fā)明控制電路邏輯框圖。
圖7為本發(fā)明控制電路。
圖8為本發(fā)明計算機軟件框圖。
圖中，1為制冷器件，2為制冷器件冷卻水進水管，3為出水管，4為制冷器件的電纜線，5為溫度傳感器，6為通水管道，7為制冷芯片，8為傳熱層，9為控制計算機，10為升溫裝置，11為水槽，12為泵，13為水位、水溫傳感器，14為探頭供電開關(guān)，15為電源總開關(guān)，16為極警開關(guān)，17為升溫裝置開關(guān)。Tco、Tho、Tsohwo分別為制冷器件冷面溫度、熱面溫度、體表溫度、水槽水位高度設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.一種腦循環(huán)系統(tǒng)局部降溫的方法，使用制冷器件對腦循環(huán)血液部分進行降溫，而對人肢體部分進行保溫，其特征在于將制冷器件的冷面緊貼在頸動脈和椎動脈處的皮膚表面或暴露后的頸動脈血管壁上，制冷器件冷面溫度控制在-8℃～10℃，使頸動脈下游灌流端腦組織降溫3℃～8℃。
2.一種用于腦循環(huán)系統(tǒng)局部降溫儀器，由制冷器件、水冷循環(huán)裝置、肢體保溫裝置、控制計算機組成，其特征在于制冷器件由半導(dǎo)體制冷芯片、水冷區(qū)、溫度測量系統(tǒng)和殼體組成，該殼體分為上、中、下三層，上層為水冷區(qū)，設(shè)有通水管道；中層放置半導(dǎo)體制冷芯片，通過導(dǎo)線與電源接通，半導(dǎo)體芯片的冷面和熱面分別設(shè)置溫度傳感器，以便對制冷芯片兩面的溫度進行監(jiān)測，熱面對水冷區(qū)；下層為傳熱層；計算機對制冷器件的溫度、水冷循環(huán)裝置、肢體保溫裝置進行監(jiān)測控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腦循環(huán)系統(tǒng)局部降溫儀器，其特征在于水冷循環(huán)裝置由水槽、水循環(huán)管道、水位和水溫傳感器和水泵組成，水溫、水位傳感器信息送控制計算機檢測，水泵由源由計算機控制，水槽通過水循環(huán)管路與制冷器件中的通水管道連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的腦循環(huán)系統(tǒng)局部降溫儀器，其特征在于肢體保溫裝置采用便于對人驅(qū)體及四肢進行保溫或升溫處理的電熱毯，以維持與電熱毯接觸的皮膚溫度在33℃～35℃之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種對人腦循環(huán)系統(tǒng)進行局部降溫的方法與儀器，使用制冷器件對腦血液循環(huán)系統(tǒng)進行降溫，而對人驅(qū)體部分進行保溫或升溫，從而實現(xiàn)對腦組織的局部降溫。對應(yīng)于該方法的儀器由制冷器件、水冷循環(huán)裝置、肢體保溫裝置、控制計算機組成。本發(fā)明為臨床腦保護提供了一種切實有效、安全方便的方法與儀器，可廣泛用于腦損傷病人的救護治療，以便及時挽救病員生命，減少腦血管疾病患者的后遺癥。
文檔編號A61F7/00GK1127629SQ9511332
公開日1996年7月31日 申請日期1995年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月3日
發(fā)明者丁光宏, 楊涵銘, 李信安 申請人:復(fù)旦大學