一種顱腦灌注降溫便攜箱的制作方法
【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(tǒng)(1)、恒溫冷卻裝置(2)、驅(qū)動灌注裝置(3)、電源(4)、操作面板(5)以及對外接口(6，7)構(gòu)成，其中所述的控制系統(tǒng)(1)通過控制驅(qū)動灌注裝置(3)來控制恒溫冷卻裝置(2)內(nèi)灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；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)灌注液的溫度信號以及監(jiān)測室溫的信號，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)可以實時顯示灌注液溫度、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(shù)領(lǐng)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(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、高復發(fā)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，而缺血性占總發(fā)生率的80%以上。當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，常會導致局部神經(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)導致腦損傷的持續(xù)發(fā)生。
[0004]腦細胞代謝特點是持續(xù)不間斷的高氧耗、沒有糖儲備，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，短時間內(nèi)就會發(fā)生腦損害，產(chǎn)生嚴重的臨床后果。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，對改善臨床預后具有積極的作用。
[0005]近年的研宄發(fā)現(xiàn)，亞低溫時機、亞低溫持續(xù)時間和亞低溫方式對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)時間越長，腦保護效果越佳。正常腦組織在缺血3小時后就可能出現(xiàn)不可逆變化，腦水腫首先發(fā)生在細胞內(nèi)，血管間隙水腫一般發(fā)生在4-6小時以后，6小時后則缺血腦細胞出現(xiàn)壞死。實踐證明在發(fā)病后3小時內(nèi)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(jīng)細胞。因此，在發(fā)病8小時以內(nèi)實施亞低溫治療具有顯著療效。超過8小時后，其低溫腦保護作用將明顯減弱。
[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(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，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，臨床上目前缺少對此種低溫灌注實時監(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行操作，由于熱交換的發(fā)生，對灌注效果有一定影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]本實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)的原理和單片機控制技術(shù)，設(shè)計一種顱腦灌注降溫便攜箱。減少灌注液與外界環(huán)境進行熱交換，并由系統(tǒng)精確控制，實時監(jiān)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(tǒng)1、恒溫冷卻裝置2、驅(qū)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(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)動灌注裝置3來控制恒溫冷卻裝置2內(nèi)灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；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)灌注液的溫度信號以及監(jiān)測室溫的信號，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可以實時顯示灌注液溫度、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冰袋共同構(gòu)成，確保灌注液溫度能夠在10-12個小時內(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)實驗結(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，另外3條是監(jiān)測室溫的傳感器信號，恒溫冷卻裝置內(nèi)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(tǒng)顯示灌注液的溫度高于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，將導管置于腦部動脈的血管中。控制系統(tǒng)I接收到灌注命令后，驅(qū)動灌注裝置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(qū)域，以盡快讓該區(qū)域的溫度達到亞低溫。臨床實驗數(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50分鐘，同時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)保護類藥物的補給通道。
[0013]整個過程中，控制系統(tǒng)I可以是單片機控制系統(tǒng)，用于實時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，并在操作面板5的顯示屏上實時顯示冷卻液的溫度狀態(tài)、灌注流速、計時信息和剩余冷卻液容量的信息。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，便于用戶進行設(shè)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(fā)病6-8個小時之內(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作用，阻斷腦缺血再灌注后的炎癥級聯(lián)反應(yīng)，減輕缺血后腦梗塞灶和腦水腫，促進神經(jīng)功能恢復。有利于延長手術(shù)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(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(shè)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(shù)方案做進一步的說明。
[0024]如附圖1和4所示，控制系統(tǒng)I中的單片機控制系統(tǒng)可以選用單片機C8051F021作為驅(qū)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(xiàn)復用接口的切換，總線接口部分P1、P2、P3、P4實現(xiàn)FPGA用戶1 口的連接。電源模塊TPS78633為單片機芯片提供+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，同時具有GP10、串口等多種通信方式，工作穩(wěn)定可靠。
[0025]驅(qū)動灌注裝置3可以選用流速可控的蠕動輸液泵，通過滾輪重復壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運動。輸液泵采用220V供電，控制信號由10位組成，并通過串口線傳輸。系統(tǒng)通過PCA計時器/定時器陣列提供的方波信號驅(qū)動輸液泵，通過調(diào)整方波信號的頻率來控制輸液速率。
[0026]單片機內(nèi)部集成了兩個UART串口，可編程的16位定時器/計數(shù)器陣列，以及12位ADC芯片；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(tǒng)通過串行接口 O(uartO)與計算機連接，通過數(shù)據(jù)線控制驅(qū)動灌注裝置3工作，溫度傳感器數(shù)據(jù)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(fā)送數(shù)據(jù)，單片機根據(jù)傳感器反饋信號對灌注冷卻液體溫度、剩余液量進行實時監(jiān)測。
[0027]恒溫冷卻裝置2設(shè)計為雙層箱體結(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冰盒(袋)，藍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，是一種無毒可重復使用的冷凍介質(zhì)，保冷性能極好，環(huán)保又經(jīng)濟。外包裝采用抑制細菌繁殖材料，可重復使用。
[0028]對外接口 7的形狀和尺寸要和醫(yī)院常用的介入式導管相匹配，并且便于消毒。
[0029]控制系統(tǒng)的程序流程圖如附圖5所示，單片機系統(tǒng)開始初始化，開啟對外接口，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。同時，單片機uartO中斷接收上位機數(shù)據(jù)存入datal中控制輸液泵的運轉(zhuǎn)。等待灌注命令，將蠕動泵參數(shù)設(shè)定為速率30ml/min，蠕動泵開始工作，顯示燈亮起，計時開始。10分鐘后，蠕動泵將停止工作。
[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)、剩余液量和計時等信息，同時提供控制輸液泵運轉(zhuǎn)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，在硬件連接完畢后點擊“開始”按鍵，程序開始運行，單片機循環(huán)采集并上傳液位及溫度信息，并同時顯示時間信息。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。在點擊“停止”按鈕后，LabVIEW將把實驗數(shù)據(jù)以TXT的格式保存，可方便地導入excel或matlab中以進行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。輸液泵控制按鍵可以實時的控制輸液泵運作，在點擊開始按鍵后發(fā)送信號使輸液泵啟動，點擊結(jié)束按鍵或等待定時器計時10分鐘后發(fā)送輸液泵停止信號使輸液泵停止。此外，為監(jiān)控異常情況特設(shè)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。當兩次采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)動灌注裝置⑶、電源(4)、操作面板(5)以及對外接口(6，7)構(gòu)成，其中所述的控制系統(tǒng)⑴通過控制驅(qū)動灌注裝置⑶來控制恒溫冷卻裝置⑵內(nèi)灌注液的通過對外接口(6，7)的流動；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)灌注液的溫度信號以及監(jiān)測室溫的信號，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)可以實時顯示灌注液溫度、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)由保溫材料以及藍冰袋共同構(gòu)成，確保灌注液溫度能夠在10-12個小時內(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)動灌注裝置(3)選用流速可控的蠕動輸液泵，通過滾輪重復壓縮彈性管使管中液體朝一定方向運動，采用220V供電，控制信號由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，所述的單片機控制系統(tǒng)是單片機C8051F021作為驅(qū)動板，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計時器/定時器陣列提供的方波信號驅(qū)動輸液泵，通過調(diào)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(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】劉志成, 吉訓明, 薄雪峰, 曹海勇 申請人:首都醫(yī)科大學