一種顱腦灌注降溫便攜箱的製作方法

2023-05-20 10:45:46

一種顱腦灌注降溫便攜箱的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種顱腦灌注降溫便攜箱，包括控制系統(1)、恆溫冷卻裝置(2)、驅動灌注裝置(3)、電源(4)、操作面板(5)以及對外接口(6，7)構成，其中所述的控制系統(1)通過控制驅動灌注裝置(3)來控制恆溫冷卻裝置(2)內灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；所述恆溫冷卻裝置(2)內置溫度監測元件、水位監測元件，所述溫度監測元件用於監測恆溫冷卻裝置(2)內灌注液的溫度信號以及監測室溫的信號，所述水位監測元件用於監測灌注液的液位信息；所述的操作面板(5)可以實時顯示灌注液溫度、流速以及剩餘液量等信息，可以將一定容量、溫度在0-4℃範圍的顱腦灌注降溫液以合適的速率灌注到腦部局部區域，以儘快讓該區域的溫度達到亞低溫，滿足對缺血性腦損傷的亞低溫治療需求。
【專利說明】一種顱腦灌注降溫便攜箱

【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及一種顱腦灌注降溫便攜箱，特別是涉及一種針對腦卒中、顱腦損傷患者及時進行腦功能保護的局部降溫灌注裝備。

【背景技術】
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[0002]腦血管疾病是由多種原因引起的腦組織供血障礙的一組疾病總稱，其急性發作即稱為腦卒中，具有高發率、高復發率、高致殘率及高致死率的特點。臨床上將腦卒中分為出血性和缺血性兩大類，而缺血性佔總發生率的80%以上。當大腦裡的血管突然發生破裂出血或因血管堵塞造成大腦缺血、缺氧時，常會導致局部神經功能缺失。
[0003]顱腦損傷在全身創傷中佔有很大的比重，其致殘率和致死率也居各類創傷之首。顱腦創傷後會出現不同程度的中樞神經損傷，原發性腦損傷後，繼而出現的腦水腫、炎症反應、缺血缺氧、毒性神經遞質的釋放等反應導致腦損傷的持續發生。
[0004]腦細胞代謝特點是持續不間斷的高氧耗、沒有糖儲備，因此腦功能正常維持有賴於持續不間斷的新鮮血液供應，一旦腦血流低於16_20ml 100g/m，短時間內就會發生腦損害，產生嚴重的臨床後果。大量臨床及動物實驗證明，亞低溫療法具有肯定的腦保護效果，對改善臨床預後具有積極的作用。
[0005]近年的研宄發現，亞低溫時機、亞低溫持續時間和亞低溫方式對亞低溫治療的效果非常重要。缺血發生後，亞低溫施行越早、持續時間越長，腦保護效果越佳。正常腦組織在缺血3小時後就可能出現不可逆變化，腦水腫首先發生在細胞內，血管間隙水腫一般發生在4-6小時以後，6小時後則缺血腦細胞出現壞死。實踐證明在發病後3小時內的超早期實施溶栓治療，能夠較為有效地挽救患者缺血半暗帶神經細胞。因此，在發病8小時以內實施亞低溫治療具有顯著療效。超過8小時後，其低溫腦保護作用將明顯減弱。
[0006]現有的亞低溫治療方式根據其誘導與維持所採用的方法分為血管內亞低溫與血管外亞低溫治療兩類，分為有創性和無創性兩類；根據體溫改變的範圍將其分為全身亞低溫與局部亞低溫。研宄發現，血管內區域性亞低溫治療方式的降溫速度更迅速、神經保護起效更快、體溫影響更小、全身副作用更少。在臨床的腦部降溫灌注中，常使用微導管(絲)介入式治療降低局部腦溫。從下肢靜脈導入導絲至顱內，通過輸液泵將300毫升0-4°C生理鹽水注入顱內，保持大腦處在亞低溫狀態持續50分鐘左右。在降溫的同時，生理鹽水還能衝洗顱內的鹽性成分，在一定程度上降低腦損傷的危害。但是，臨床上目前缺少對此種低溫灌注實時監控灌注液溫度、流速以及剩餘液量的裝置，而且在灌注過程中往往是從冷卻裝置中取出灌注液在室溫下進行操作，由於熱交換的發生，對灌注效果有一定影響。


【發明內容】

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[0007]本實用新型主要目的是依據腦部血管內熱交換降溫技術的原理和單片機控制技術，設計一種顱腦灌注降溫便攜箱。減少灌注液與外界環境進行熱交換，並由系統精確控制，實時監控灌注液的情況，在急救時可以將一定容量的(如300毫升)，溫度在0-4°C範圍的顱腦灌注降溫液以合適的速率(如30毫升/每分鐘)，灌注到腦部局部區域，以儘快讓該區域的溫度達到亞低溫，滿足對缺血性腦損傷的亞低溫治療需求。
[0008]該顱腦灌注降溫便攜箱包括控制系統1、恆溫冷卻裝置2、驅動灌注裝置3、電源4、操作面板5以及對外接口(6，7)等部分構成，如附圖1所示。
[0009]該顱腦灌注降溫便攜箱的控制系統I通過控制驅動灌注裝置3來控制恆溫冷卻裝置2內灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；所述恆溫冷卻裝置2內置溫度監測元件、水位監測元件，所述溫度監測元件用於監測恆溫冷卻裝置2內灌注液的溫度信號以及監測室溫的信號，所述水位監測元件用於監測灌注液的液位信息；所述的操作面板5可以實時顯示灌注液溫度、流速以及剩餘液量等信息。
[0010]使用前，由控制系統I控制對外接口 6打開，將0-4°C灌注液加注到便攜箱中的恆溫冷卻裝置2中。
[0011]恆溫冷卻裝置2由隔熱性能好的材料以及藍冰袋共同構成，確保灌注液溫度能夠在10-12個小時內保持在0-4°C之間。恆溫冷卻裝置2包含溫度監測元件、水位監測元件。相關實驗結果如圖2所示，最下方的白色曲線是恆溫冷卻裝置內的溫度信號，另外3條是監測室溫的傳感器信號，恆溫冷卻裝置內灌注液溫度保持0-4°C的時間超過40000秒，即11個小時。如果系統顯示灌注液的溫度高於4°C時，則給出紅色溫度警報，提示用戶更換液體。
[0012]治療時，介入式導管通過股動脈穿刺送入，在高清晰度X線機引導下，將導管置於腦部動脈的血管中。控制系統I接收到灌注命令後，驅動灌注裝置3，將一定容量的(如300毫升)、溫度在0-4°C範圍的冷卻液體通過對外接口 7連接介入式導管，以合適的速率(如30毫升/每分鐘)灌注到腦部局部區域，以儘快讓該區域的溫度達到亞低溫。臨床實驗數據顯示，這種灌注可以維持腦部區域亞低溫狀態長達50分鐘，同時有助於衝洗掉血管內的鹽性成分，灌注冷卻液的通路也可以作為後續神經保護類藥物的補給通道。
[0013]整個過程中，控制系統I可以是單片機控制系統，用於實時接收恆溫冷卻裝置內溫度監測元件、水位監測元件的信號，並在操作面板5的顯示屏上實時顯示冷卻液的溫度狀態、灌注流速、計時信息和剩餘冷卻液容量的信息。當兩次上傳液位信息不同時，液位報警顯示紅色報警信號，如果此前操作人員並沒有命令輸液泵開始灌注，則提示操作人員有可能是系統發生漏液的故障，如圖3所示。
[0014]此外，系統還裝配有灌注流速設定裝置、加注冷卻液容量的設定裝置，便於用戶進行設定和操作。
[0015]本實用新型的有益效果是:在腦卒中、顱腦損傷患者發病6-8個小時之內，在院前急救過程中儘早採用顱腦灌注降溫便攜箱，進行亞低溫療法。院前治療與入院後治療相結合，可以有效避免再灌注損害，提高亞低溫的腦保護作用，阻斷腦缺血再灌注後的炎症級聯反應，減輕缺血後腦梗塞灶和腦水腫，促進神經功能恢復。有利於延長手術搶救時間、提高搶救成功率，且方法可靠、操作簡單易行，值得臨床推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0016]附圖1是本實用新型的結構框圖；
[0017]附圖2為恆溫冷卻箱保溫效果數據及溫度報警示意圖；
[0018]附圖3為灌注液位信息報警示意圖；
[0019]附圖4是本實用新型的具體實施例實驗裝置示意圖；
[0020]附圖5是本實用新型的實驗程序流程圖；
[0021]附圖6是利用LabVIEW設計的操作界面；
[0022]附圖7是LabVIEW程序框圖。

【具體實施方式】
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[0023]下面將參照附圖1、2、3、4、5、6和7對本實用新型的技術方案做進一步的說明。
[0024]如附圖1和4所示，控制系統I中的單片機控制系統可以選用單片機C8051F021作為驅動板，配以外部22.1184MHZ晶振。為方便下載程序而提供的立插JTAG接口，跳線J4?J15實現復用接口的切換，總線接口部分P1、P2、P3、P4實現FPGA用戶1 口的連接。電源模塊TPS78633為單片機晶片提供+3.3V電源，指示燈+5.0V為電源指示，電源可以通過總線或POWER接口兩種方式提供+5V。恆溫冷卻裝置中的溫度監測元件可以選用STYC系列一體化溫度變送器，它是一種高阻型的PtlOOO鉑電阻。優點是精度高，穩定性好，功耗低。恆溫冷卻裝置中的水位監測元件可以選用US-100超聲波測距模塊，可實現2cm-4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4-5.5V的寬電壓輸入範圍，靜態功耗低於2mA，同時具有GP10、串口等多種通信方式，工作穩定可靠。
[0025]驅動灌注裝置3可以選用流速可控的蠕動輸液泵，通過滾輪重複壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運動。輸液泵採用220V供電，控制信號由10位組成，並通過串口線傳輸。系統通過PCA計時器/定時器陣列提供的方波信號驅動輸液泵，通過調整方波信號的頻率來控制輸液速率。
[0026]單片機內部集成了兩個UART串口，可編程的16位定時器/計數器陣列，以及12位ADC晶片；單片機管腳輸出3.3V，可滿足輸液泵、超聲液位計對控制信號的要求。單片機系統通過串行接口 O(uartO)與計算機連接，通過數據線控制驅動灌注裝置3工作，溫度傳感器數據通過ADC的模擬信號輸入端讀取，超聲液位計通過串行接口 l(uartl)接收、發送數據，單片機根據傳感器反饋信號對灌注冷卻液體溫度、剩餘液量進行實時監測。
[0027]恆溫冷卻裝置2設計為雙層箱體結構，箱體材料選用保溫性能好的聚氨酯材料。兩層箱體之間放置藍冰盒(袋)，藍冰是一種高效的蓄冷(或熱)載體，採用國際最新材料-高聚化合物為原料製成，是一種無毒可重複使用的冷凍介質，保冷性能極好，環保又經濟。外包裝採用抑制細菌繁殖材料，可重複使用。
[0028]對外接口 7的形狀和尺寸要和醫院常用的介入式導管相匹配，並且便於消毒。
[0029]控制系統的程序流程圖如附圖5所示，單片機系統開始初始化，開啟對外接口，完成冷卻液的加注。初始化後讀取與發送數據循環進行，系統通過傳感器監測恆溫冷卻箱內灌注液體的溫度與剩餘液位，並將數據傳送至上位機。同時，單片機uartO中斷接收上位機數據存入datal中控制輸液泵的運轉。等待灌注命令，將蠕動泵參數設定為速率30ml/min，蠕動泵開始工作，顯示燈亮起，計時開始。10分鐘後，蠕動泵將停止工作。
[0030]用LABVIEW編寫控制系統I和操作面板5之間的人機互動界面，如附圖6所示。交互界面上顯示灌注冷卻液的溫度狀態、剩餘液量和計時等信息，同時提供控制輸液泵運轉的按鍵，以及溫度異常和液位異常的報警，附圖7是LABVIEW程序框圖。
[0031]在實驗中，先選擇串口，在硬體連接完畢後點擊「開始」按鍵，程序開始運行，單片機循環採集並上傳液位及溫度信息，並同時顯示時間信息。LabVIEW循環接收液位、溫度數據包，並以每秒一組的速率更新至數組、波形圖、柱狀圖。在點擊「停止」按鈕後，LabVIEW將把實驗數據以TXT的格式保存，可方便地導入excel或matlab中以進行後續數據處理。輸液泵控制按鍵可以實時的控制輸液泵運作，在點擊開始按鍵後發送信號使輸液泵啟動，點擊結束按鍵或等待定時器計時10分鐘後發送輸液泵停止信號使輸液泵停止。此外，為監控異常情況特設計了兩種報警信息。當溫度信號超過4°C時，溫度報警信號報警，提示操作人員要更換灌注液。當兩次採集的液位信號有變化時，液位報警信號報警，如果操作人員此前並沒有給出灌注命令，這將提示操作人員系統可能出現漏液故障。
【權利要求】
1.一種顱腦灌注降溫便攜箱，包括控制系統(I)、恆溫冷卻裝置(2)、驅動灌注裝置⑶、電源(4)、操作面板(5)以及對外接口(6，7)構成，其中所述的控制系統⑴通過控制驅動灌注裝置⑶來控制恆溫冷卻裝置⑵內灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；所述恆溫冷卻裝置(2)內置溫度監測元件、水位監測元件，所述溫度監測元件用於監測恆溫冷卻裝置(2)內灌注液的溫度信號以及監測室溫的信號，所述水位監測元件用於監測灌注液的液位信息；所述的操作面板(5)可以實時顯示灌注液溫度、流速以及剩餘液量等信息。
2.根據權利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的控制系統(I)採用單片機控制系統。
3.根據權利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的恆溫冷卻裝置(2)由保溫材料以及藍冰袋共同構成，確保灌注液溫度能夠在10-12個小時內保持在0-4°C之間。
4.根據權利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的驅動灌注裝置(3)選用流速可控的蠕動輸液泵，通過滾輪重複壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運動，採用220V供電，控制信號由10位組成，並通過串口線傳輸。
5.根據權利要求2所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的單片機控制系統是單片機C8051F021作為驅動板，配以外部22.1184MHZ晶振。
6.根據權利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的溫度監測元件選用STYC系列一體化溫度變送器；所述的水位監測元件選用US-100超聲波測距模塊。
7.根據權利要求4所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的控制系統(I)通過PCA計時器/定時器陣列提供的方波信號驅動輸液泵，通過調整方波信號的頻率來控制輸液速率。
【文檔編號】A61M31/00GK204170280SQ201420345591
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】劉志成, 吉訓明, 薄雪峰, 曹海勇 申請人:首都醫科大學