一種顱腦灌注降溫便攜箱的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種顱腦灌注降溫便攜箱，包括控制系統(tǒng)(1)、恒溫冷卻裝置(2)、驅(qū)動(dòng)灌注裝置(3)、電源(4)、操作面板(5)以及對(duì)外接口(6，7)構(gòu)成，其中所述的控制系統(tǒng)(1)通過控制驅(qū)動(dòng)灌注裝置(3)來控制恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)灌注液的通過對(duì)外接口(6，7)的流動(dòng)；所述恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)置溫度監(jiān)測元件、水位監(jiān)測元件，所述溫度監(jiān)測元件用于監(jiān)測恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)灌注液的溫度信號(hào)以及監(jiān)測室溫的信號(hào)，所述水位監(jiān)測元件用于監(jiān)測灌注液的液位信息；所述的操作面板(5)可以實(shí)時(shí)顯示灌注液溫度、流速以及剩余液量等信息，可以將一定容量、溫度在0-4℃范圍的顱腦灌注降溫液以合適的速率灌注到腦部局部區(qū)域，以盡快讓該區(qū)域的溫度達(dá)到亞低溫，滿足對(duì)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(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)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(duì)腦卒中、顱腦損傷患者及時(shí)進(jìn)行腦功能保護(hù)的局部降溫灌注裝備。

【背景技術(shù)】
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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(fā)作即稱為腦卒中，具有高發(fā)率、高復(fù)發(fā)率、高致殘率及高致死率的特點(diǎn)。臨床上將腦卒中分為出血性和缺血性兩大類，而缺血性占總發(fā)生率的80%以上。當(dāng)大腦里的血管突然發(fā)生破裂出血或因血管堵塞造成大腦缺血、缺氧時(shí)，常會(huì)導(dǎo)致局部神經(jīng)功能缺失。
[0003]顱腦損傷在全身創(chuàng)傷中占有很大的比重，其致殘率和致死率也居各類創(chuàng)傷之首。顱腦創(chuàng)傷后會(huì)出現(xiàn)不同程度的中樞神經(jīng)損傷，原發(fā)性腦損傷后，繼而出現(xiàn)的腦水腫、炎癥反應(yīng)、缺血缺氧、毒性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等反應(yīng)導(dǎo)致腦損傷的持續(xù)發(fā)生。
[0004]腦細(xì)胞代謝特點(diǎn)是持續(xù)不間斷的高氧耗、沒有糖儲(chǔ)備，因此腦功能正常維持有賴于持續(xù)不間斷的新鮮血液供應(yīng)，一旦腦血流低于16_20ml 100g/m，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生腦損害，產(chǎn)生嚴(yán)重的臨床后果。大量臨床及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，亞低溫療法具有肯定的腦保護(hù)效果，對(duì)改善臨床預(yù)后具有積極的作用。
[0005]近年的研宄發(fā)現(xiàn)，亞低溫時(shí)機(jī)、亞低溫持續(xù)時(shí)間和亞低溫方式對(duì)亞低溫治療的效果非常重要。缺血發(fā)生后，亞低溫施行越早、持續(xù)時(shí)間越長，腦保護(hù)效果越佳。正常腦組織在缺血3小時(shí)后就可能出現(xiàn)不可逆變化，腦水腫首先發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，血管間隙水腫一般發(fā)生在4-6小時(shí)以后，6小時(shí)后則缺血腦細(xì)胞出現(xiàn)壞死。實(shí)踐證明在發(fā)病后3小時(shí)內(nèi)的超早期實(shí)施溶栓治療，能夠較為有效地挽救患者缺血半暗帶神經(jīng)細(xì)胞。因此，在發(fā)病8小時(shí)以內(nèi)實(shí)施亞低溫治療具有顯著療效。超過8小時(shí)后，其低溫腦保護(hù)作用將明顯減弱。
[0006]現(xiàn)有的亞低溫治療方式根據(jù)其誘導(dǎo)與維持所采用的方法分為血管內(nèi)亞低溫與血管外亞低溫治療兩類，分為有創(chuàng)性和無創(chuàng)性兩類；根據(jù)體溫改變的范圍將其分為全身亞低溫與局部亞低溫。研宄發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)區(qū)域性亞低溫治療方式的降溫速度更迅速、神經(jīng)保護(hù)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(dǎo)管(絲)介入式治療降低局部腦溫。從下肢靜脈導(dǎo)入導(dǎo)絲至顱內(nèi)，通過輸液泵將300毫升0-4°C生理鹽水注入顱內(nèi)，保持大腦處在亞低溫狀態(tài)持續(xù)50分鐘左右。在降溫的同時(shí)，生理鹽水還能沖洗顱內(nèi)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(duì)此種低溫灌注實(shí)時(shí)監(jiān)控灌注液溫度、流速以及剩余液量的裝置，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(jìn)行操作，由于熱交換的發(fā)生，對(duì)灌注效果有一定影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]本實(shí)用新型主要目的是依據(jù)腦部血管內(nèi)熱交換降溫技術(shù)的原理和單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一種顱腦灌注降溫便攜箱。減少灌注液與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，并由系統(tǒng)精確控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控灌注液的情況，在急救時(shí)可以將一定容量的(如300毫升)，溫度在0-4°C范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(qū)域，以盡快讓該區(qū)域的溫度達(dá)到亞低溫，滿足對(duì)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(tǒng)1、恒溫冷卻裝置2、驅(qū)動(dòng)灌注裝置3、電源4、操作面板5以及對(duì)外接口(6，7)等部分構(gòu)成，如附圖1所示。
[0009]該顱腦灌注降溫便攜箱的控制系統(tǒng)I通過控制驅(qū)動(dòng)灌注裝置3來控制恒溫冷卻裝置2內(nèi)灌注液的通過對(duì)外接口(6，7)的流動(dòng)；所述恒溫冷卻裝置2內(nèi)置溫度監(jiān)測元件、水位監(jiān)測元件，所述溫度監(jiān)測元件用于監(jiān)測恒溫冷卻裝置2內(nèi)灌注液的溫度信號(hào)以及監(jiān)測室溫的信號(hào)，所述水位監(jiān)測元件用于監(jiān)測灌注液的液位信息；所述的操作面板5可以實(shí)時(shí)顯示灌注液溫度、流速以及剩余液量等信息。
[0010]使用前，由控制系統(tǒng)I控制對(duì)外接口 6打開，將0-4°C灌注液加注到便攜箱中的恒溫冷卻裝置2中。
[0011]恒溫冷卻裝置2由隔熱性能好的材料以及藍(lán)冰袋共同構(gòu)成，確保灌注液溫度能夠在10-12個(gè)小時(shí)內(nèi)保持在0-4°C之間。恒溫冷卻裝置2包含溫度監(jiān)測元件、水位監(jiān)測元件。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，最下方的白色曲線是恒溫冷卻裝置內(nèi)的溫度信號(hào)，另外3條是監(jiān)測室溫的傳感器信號(hào)，恒溫冷卻裝置內(nèi)灌注液溫度保持0-4°C的時(shí)間超過40000秒，即11個(gè)小時(shí)。如果系統(tǒng)顯示灌注液的溫度高于4°C時(shí)，則給出紅色溫度警報(bào)，提示用戶更換液體。
[0012]治療時(shí)，介入式導(dǎo)管通過股動(dòng)脈穿刺送入，在高清晰度X線機(jī)引導(dǎo)下，將導(dǎo)管置于腦部動(dòng)脈的血管中?？刂葡到y(tǒng)I接收到灌注命令后，驅(qū)動(dòng)灌注裝置3，將一定容量的(如300毫升)、溫度在0-4°C范圍的冷卻液體通過對(duì)外接口 7連接介入式導(dǎo)管，以合適的速率(如30毫升/每分鐘)灌注到腦部局部區(qū)域，以盡快讓該區(qū)域的溫度達(dá)到亞低溫。臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，這種灌注可以維持腦部區(qū)域亞低溫狀態(tài)長達(dá)50分鐘，同時(shí)有助于沖洗掉血管內(nèi)的鹽性成分，灌注冷卻液的通路也可以作為后續(xù)神經(jīng)保護(hù)類藥物的補(bǔ)給通道。
[0013]整個(gè)過程中，控制系統(tǒng)I可以是單片機(jī)控制系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)接收恒溫冷卻裝置內(nèi)溫度監(jiān)測元件、水位監(jiān)測元件的信號(hào)，并在操作面板5的顯示屏上實(shí)時(shí)顯示冷卻液的溫度狀態(tài)、灌注流速、計(jì)時(shí)信息和剩余冷卻液容量的信息。當(dāng)兩次上傳液位信息不同時(shí)，液位報(bào)警顯示紅色報(bào)警信號(hào)，如果此前操作人員并沒有命令輸液泵開始灌注，則提示操作人員有可能是系統(tǒng)發(fā)生漏液的故障，如圖3所示。
[0014]此外，系統(tǒng)還裝配有灌注流速設(shè)定裝置、加注冷卻液容量的設(shè)定裝置，便于用戶進(jìn)行設(shè)定和操作。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:在腦卒中、顱腦損傷患者發(fā)病6-8個(gè)小時(shí)之內(nèi)，在院前急救過程中盡早采用顱腦灌注降溫便攜箱，進(jìn)行亞低溫療法。院前治療與入院后治療相結(jié)合，可以有效避免再灌注損害，提高亞低溫的腦保護(hù)作用，阻斷腦缺血再灌注后的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，減輕缺血后腦梗塞灶和腦水腫，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。有利于延長手術(shù)搶救時(shí)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(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]附圖2為恒溫冷卻箱保溫效果數(shù)據(jù)及溫度報(bào)警示意圖；
[0018]附圖3為灌注液位信息報(bào)警示意圖；
[0019]附圖4是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
[0020]附圖5是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)程序流程圖；
[0021]附圖6是利用LabVIEW設(shè)計(jì)的操作界面；
[0022]附圖7是LabVIEW程序框圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0023]下面將參照附圖1、2、3、4、5、6和7對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0024]如附圖1和4所示，控制系統(tǒng)I中的單片機(jī)控制系統(tǒng)可以選用單片機(jī)C8051F021作為驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)復(fù)用接口的切換，總線接口部分P1、P2、P3、P4實(shí)現(xiàn)FPGA用戶1 口的連接。電源模塊TPS78633為單片機(jī)芯片提供+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。恒溫冷卻裝置中的溫度監(jiān)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(yōu)點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，功耗低。恒溫冷卻裝置中的水位監(jiān)測元件可以選用US-100超聲波測距模塊，可實(shí)現(xiàn)2cm-4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4-5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，同時(shí)具有GP10、串口等多種通信方式，工作穩(wěn)定可靠。
[0025]驅(qū)動(dòng)灌注裝置3可以選用流速可控的蠕動(dòng)輸液泵，通過滾輪重復(fù)壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運(yùn)動(dòng)。輸液泵采用220V供電，控制信號(hào)由10位組成，并通過串口線傳輸。系統(tǒng)通過PCA計(jì)時(shí)器/定時(shí)器陣列提供的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸液泵，通過調(diào)整方波信號(hào)的頻率來控制輸液速率。
[0026]單片機(jī)內(nèi)部集成了兩個(gè)UART串口，可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器陣列，以及12位ADC芯片；單片機(jī)管腳輸出3.3V，可滿足輸液泵、超聲液位計(jì)對(duì)控制信號(hào)的要求。單片機(jī)系統(tǒng)通過串行接口 O(uartO)與計(jì)算機(jī)連接，通過數(shù)據(jù)線控制驅(qū)動(dòng)灌注裝置3工作，溫度傳感器數(shù)據(jù)通過ADC的模擬信號(hào)輸入端讀取，超聲液位計(jì)通過串行接口 l(uartl)接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)傳感器反饋信號(hào)對(duì)灌注冷卻液體溫度、剩余液量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0027]恒溫冷卻裝置2設(shè)計(jì)為雙層箱體結(jié)構(gòu)，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(lán)冰盒(袋)，藍(lán)冰是一種高效的蓄冷(或熱)載體，采用國際最新材料-高聚化合物為原料制成，是一種無毒可重復(fù)使用的冷凍介質(zhì)，保冷性能極好，環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。外包裝采用抑制細(xì)菌繁殖材料，可重復(fù)使用。
[0028]對(duì)外接口 7的形狀和尺寸要和醫(yī)院常用的介入式導(dǎo)管相匹配，并且便于消毒。
[0029]控制系統(tǒng)的程序流程圖如附圖5所示，單片機(jī)系統(tǒng)開始初始化，開啟對(duì)外接口，完成冷卻液的加注。初始化后讀取與發(fā)送數(shù)據(jù)循環(huán)進(jìn)行，系統(tǒng)通過傳感器監(jiān)測恒溫冷卻箱內(nèi)灌注液體的溫度與剩余液位，并將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。同時(shí)，單片機(jī)uartO中斷接收上位機(jī)數(shù)據(jù)存入datal中控制輸液泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。等待灌注命令，將蠕動(dòng)泵參數(shù)設(shè)定為速率30ml/min，蠕動(dòng)泵開始工作，顯示燈亮起，計(jì)時(shí)開始。10分鐘后，蠕動(dòng)泵將停止工作。
[0030]用LABVIEW編寫控制系統(tǒng)I和操作面板5之間的人機(jī)交互界面，如附圖6所示。交互界面上顯示灌注冷卻液的溫度狀態(tài)、剩余液量和計(jì)時(shí)等信息，同時(shí)提供控制輸液泵運(yùn)轉(zhuǎn)的按鍵，以及溫度異常和液位異常的報(bào)警，附圖7是LABVIEW程序框圖。
[0031]在實(shí)驗(yàn)中，先選擇串口，在硬件連接完畢后點(diǎn)擊“開始”按鍵，程序開始運(yùn)行，單片機(jī)循環(huán)采集并上傳液位及溫度信息，并同時(shí)顯示時(shí)間信息。LabVIEW循環(huán)接收液位、溫度數(shù)據(jù)包，并以每秒一組的速率更新至數(shù)組、波形圖、柱狀圖。在點(diǎn)擊“停止”按鈕后，LabVIEW將把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以TXT的格式保存，可方便地導(dǎo)入excel或matlab中以進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。輸液泵控制按鍵可以實(shí)時(shí)的控制輸液泵運(yùn)作，在點(diǎn)擊開始按鍵后發(fā)送信號(hào)使輸液泵啟動(dòng)，點(diǎn)擊結(jié)束按鍵或等待定時(shí)器計(jì)時(shí)10分鐘后發(fā)送輸液泵停止信號(hào)使輸液泵停止。此外，為監(jiān)控異常情況特設(shè)計(jì)了兩種報(bào)警信息。當(dāng)溫度信號(hào)超過4°C時(shí)，溫度報(bào)警信號(hào)報(bào)警，提示操作人員要更換灌注液。當(dāng)兩次采集的液位信號(hào)有變化時(shí)，液位報(bào)警信號(hào)報(bào)警，如果操作人員此前并沒有給出灌注命令，這將提示操作人員系統(tǒng)可能出現(xiàn)漏液故障。
【權(quán)利要求】
1.一種顱腦灌注降溫便攜箱，包括控制系統(tǒng)(I)、恒溫冷卻裝置(2)、驅(qū)動(dòng)灌注裝置⑶、電源(4)、操作面板(5)以及對(duì)外接口(6，7)構(gòu)成，其中所述的控制系統(tǒng)⑴通過控制驅(qū)動(dòng)灌注裝置⑶來控制恒溫冷卻裝置⑵內(nèi)灌注液的通過對(duì)外接口(6，7)的流動(dòng)；所述恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)置溫度監(jiān)測元件、水位監(jiān)測元件，所述溫度監(jiān)測元件用于監(jiān)測恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)灌注液的溫度信號(hào)以及監(jiān)測室溫的信號(hào)，所述水位監(jiān)測元件用于監(jiān)測灌注液的液位信息；所述的操作面板(5)可以實(shí)時(shí)顯示灌注液溫度、流速以及剩余液量等信息。
2.根據(jù)權(quán)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(tǒng)(I)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的恒溫冷卻裝置(2)由保溫材料以及藍(lán)冰袋共同構(gòu)成，確保灌注液溫度能夠在10-12個(gè)小時(shí)內(nèi)保持在0-4°C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的驅(qū)動(dòng)灌注裝置(3)選用流速可控的蠕動(dòng)輸液泵，通過滾輪重復(fù)壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運(yùn)動(dòng)，采用220V供電，控制信號(hào)由10位組成，并通過串口線傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的單片機(jī)控制系統(tǒng)是單片機(jī)C8051F021作為驅(qū)動(dòng)板，配以外部22.1184MHZ晶振。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顱腦灌注降溫便攜箱，所述的溫度監(jiān)測元件選用STYC系列一體化溫度變送器；所述的水位監(jiān)測元件選用US-100超聲波測距模塊。
7.根據(jù)權(quán)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(tǒng)(I)通過PCA計(jì)時(shí)器/定時(shí)器陣列提供的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸液泵，通過調(diào)整方波信號(hào)的頻率來控制輸液速率。
【文檔編號(hào)】A61M31/00GK204170280SQ201420345591
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】劉志成, 吉訓(xùn)明, 薄雪峰, 曹海勇 申請(qǐng)人:首都醫(yī)科大學(xué)