Гипертермическая система

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО,ИЦЮаепвРЕСПУБЛИК 6 Г 7/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ ОБРЕТЕНИЯ ПИСА СТВУ(56) 1. Онегин Е,Е., Александров Н.Н. и др, Аппаратура для создания общей управляемой водоструйной гипертермии у онкологических больных.-В кн.: Применение. гипертермии и гипергликемии в комплексном лечении злокачественных новообразований, Минск, 981, с. 42-43.2. Киселев С.Г Никифоров Э.Я., Самотня В.Я Стопярчук А,А, Струй-" ные гидрогипертермические установки для онкологии, - "Электронная промппленность", 982, вып. 8 1114), с. 73-75 прототип 1. мическую и гипоки для размещевенно туловищаподголовную опору ой емкости для щенной с первым рез первый нагреагрегат и первый мпературы теплопервым треххой выход котороа второй выспределитель тепс первой емкостью выход первогопературы теплок входу первого содержащая гиперте термическую устано ния в них соответс и головы пациента,укрепленную на пер теплоносителя, соо насосом, который ч ватель, холодильныи преобразователь те носителя соединен овым краном, первь осредственно рез первый ра теля сообщень плоносителя, азователя тем ля подключен го н одоно для т преоб осит К АВТОРСКОМУ СВ 4)(57) ГИПЕРТЕРМИЧЕСКАЯ СИСТ ЛО. 1110451 блока измерения температуры, выходкоторого через первый согласующийэлемент соединен с входом первогоусилителя, выход которого через первый коммутирующий элемент подключенк вторым входам первого нагревателяи холодильного агрегата, ложе дляразмещения туловища пациента установлено во второй емкости для теплоносителя, сообщенной с вторым насосом, который через второй нагреватель и второй преобразователь температуры теплоносителя соединен свторым трехходовым краном, первыйвыход которого сообщен с второйемкостью для теплоносителя, а второй выход через второй распределительтеплоносителя - с ложем для размещения туловища пациента, выход второго преобразователя температурытеплоносителя подключен к входу второго блока измерения температуры,выход которого соединен с входомпервого усилителя и через второйсогласующий элемент - с входом второго усилителя, выход которого черезвторой коммутирующий элемент подключен к второму входу второго нагревателя, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения точности поддержания температуры пациента, введены дополнительно третий блок измерения температуры и третий преобразователь температуры для размещенияего в прямой кишке пациента, выходтретьего преобразователя температурысоединен с входом третьего блокаизмерения температуры, выход которого подключен к входу второго усилителя,1 О 25 Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратамдля проведения гипертермии, и можетбыть использовано в клиниках и больницах при комплексном лечении и профилактике онкологических и другихзаболеваний.Известна гидрогипертермическаяустановка, в которой использованыустройства для теплового воздействия на организм, как для согревания туловища, так и для охлаждения головы, и которая снабжена двумяавтономными системами подачи воды.В этой установке горячая и холодная 15вода из водопровода смешивается внеобходимых соотношениях в смесителе вручную, в обеих системахпосле смесителя воды установленыпреобразователи температуры электрического термометра, предназначенного для измерения температуры воды.Отработанная вода отводится в систему канализации 13,Недостатком установки являетсято, что несмотря на предельное внимание операторов, регулирующих подачу воды, нельзя достичь постоянстварасхода воды и исключить возможность изменения температуры выше. допустимых пределов вследствие колебания давления в водопроводнойсети.Наиболее близкой к предлагаемойявляется гипертермическая система,содержащая гипертермическую и гипо 35термическую установки для размещения в них соответственно туловища иголовы пациента, подголовную опору,укрепленную на первой емкости для40теплоносителя, сообщенной с первымнасосом, который через первый нагреватель, холодильный агрегат и первыйпреобразователь температуры теплоносителя соединен с первым трехходоЬым краном, первый выход которого неюсредственно, а второй выход черезпервый распределитель теплоносителясообщены с первой емкостью для теплоносителя, выход первого преобразователя температуры теплоносителя под 3ключен к входу первого блока измерения температуры, выход которого через первый согласующий элемент соединен с входом первого усилителя, выходкоторого через первый коммутирующий 55элемент подключен к вторым входампервого нагревателя и холодильногоагрегата, ложе для размещения туловиента.Поставленная цель достигаетсятем, что в гипертермическую систему,содержащую гипертермическую и гипотермическую установки для размещенияв них соответственно туловища иголовы пациента, подголовную опору,укрепленную на первой емкости длятеплоносителя, сообщенной с первымнасосом, который через первыйнагреватель, холодильный агрегат ипервый преобразователь температурытеплоносителя соединен с первымтрехходовым краном, первый выходкоторого непосредственно, а второйвыход через первый распределитель,теплоносителя сообщены с первойемкостью для теплоносителя, выход первого преобразователя температуры теплоносителя подключен квходу первого блока измерения тем. пературы, выход которого через первый согласующий элемент соединен свходом первого усилителя, выходкоторого через первый коммутирующийэлемент подключен к вторым входампервого нагревателя и холодильного агрегата, ложе для размещения туловища пациента установленово второй емкости для теплоносителя,сообщенной с вторым насосом, который через второй нагреватель и вто-рой преобразователь температуры теплоносителя соединен с вторым трехходовым кранОм, первый выход которогосообщен с второй емкостью для теплоносителя, а второй выход через второй распределитель теплоносителя - сложем для размещения туловища пациента,.выход второго преобразователя температуры теплоносителяподключен к входу второго блока измерения температуры, выход которого соединен с входом первого усилителя ичерез второй согласующийэлемент - с входом второго усилителя,выход которого через второй коммутирующий элемент подключен к второму входу второго нагревателя, введены дополнительно третий блок измерения температуры и третий преобразователь температуры для размещения его в прямой кишке пациента,выход третьего преобразователя температуры соединен с входом третьего блока измерения температуры, выход которого подключен к входу второго усилителя,На чертеже изображена функциональная схема гипертермическойсистея.Гипертермическая система содержит гипертермическую 1 и гипотермнчемкую 2 установки, подголовную опору 3, первую емкость 4 для теплоносителя, первый насос 5, первый нагреватель 6, холодильный агрегат 7, 5 первый преобразователь температуры 8теплоносителя, первый трехходовойкран 9, первый распределитель 1 Отеплоносителя, первый блок 11 измерения температуры, первый согласующий 1 О элемент 12, первый усилитель 13, первый коммутирующий элемент 14, ложе 15для размещения туловища лациента,вторую емкость б для теплоносителя, второй насос 17, второй нагреватель 18, второй преобразовательтемпературы 19 теплоносителя, второйтрехходовой кран 20, второй распределитель 21 теплоносителя, второйблок 22 измерения температуры, вто рой согласующий элемент 23, второйусилитель 24, второй коммутирующийэлемент 25, третий блок 26 измерения температуры, третий преобразователь температуры 27 тела 25 пациента, первый 28, второй 29 итретий 30 мосты, первый задатчик температуры 31 теплоносителя, второйзадатчик температуры 32 теплоноси-теля, третий задатчик температуры 33 ЗО тела пациента, форсунки 34 и 35 первого и второго распределителейтеплоносителя.Задатчиками температуры служатпеременные резисторы, преобразователя ми температуры тела и теплоносителей - терморезисторы, которые загерметизированы в трубки из медицинского пластиката.Гипертермическая система работа О. ет следующим образом.Пациента укладывают на ложе 15в гипертермической установке 1, голо.- ву его - на подголовную опору 3гипотермической установки 2. Третий преобразователь температуры 27тела пациента вводят в прямую кишку, которая хорошо теплоизолированаот окружающей среды вследствие ееглубокого расположения в организме. Температура в прямой кишке близка к температуре крови в аорте,а изменение температуры крови ваорте быстро сказывается на показаниях температуры в прямой кишке.С помощью задатчиков температуры31, 32 и 33 устанавливают точки баланса мостов 28, 29 и 30. Третьим задатчиком температуры 33 тела задается уровень гипертермии на1 10451 ческой системе предусмотрено ограничение повышения температуры теплоносителя, подаваемого на туловищев точке 43 С . Такое ограничениеодостигается с помощью автономногорегулятора, содержащего дополнительные преобразователь температуры,установленный в контуре рециркуляциитеплоносителя гипертермической уста -О новки, мост и усилитель, сигнал кото рого при достижении предельной,температуры теплоносителя воздействуетна второй коммутирующий элемент 25,отключающий второй нагреватель 18.Ввиду вспомогательной функции автономного регулятора .его элементы насхеме не показаны. Достигнув 43 С,температура теплоносителя удерживается на этом уровне до достиженияв прямой кишке заданной температуры, При достижении заданного уровня гипертермии или при приближениик нему (по усмотрению медицинскогоперсонала ) включают гипотермическую установку 2 на внутренний кондтур рециркуляции. Рециркуляциютеплоносителя обеспечивает первыйнасос 5, который подает его черезпервый трехходовой кран 9 в первуюемкость 4 для теплоносителя, изнее теплоноситель вновь поступаетв первый насос 5. Если включениегипотермической установки 2 произош.ло до момента достижения заданногоуровня гипертермии, т,е. когда второй мост 29 второго блока 22 измерения температуры находится в состоя.нии разбаланса (второй мост 29отрегулирован на 42,5 С, а температура теплоносителя в гипертермической установке 1 поддерживаето,ся 43 . ), сигнал разбаланса поступает на вход первого усилителя 13.Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 14 включает первый нагреватель 6.Для исключенияперегрева поверхности головы пациента в гипотермической установкепредусмотрено ограничение повышения температуры теплоносителя(например в точке 30 С ). Схемаограничения структурно такая же,как было указано для гипертермической установки 1. Температураограничения выбирается с таким расчетом, чтобы с одной стороны обеспечивалась защита головного мозгаот перегревания, а с другой стороны не прекращался процесс выведения пример 41 С). Вторым задатчиком температуры 32 теплоносителя задается температура теплоносителя, подаваемого на поверхность туловища (например 42,5 фС). Первым задатчиком тем пературы 31 теплоносителя задается температура теплоносителя, подаваемого на поверхность головы (например 5 ОС), Для выбора режима работы гипертермической система, а также для определения температуры различных органов в теле человека разработаны номограммы . Перед началом се-. анса гипертермии гипертермическую установку 1 включают на внутренний 15 контур рециркуляции. Рециркуляцию теплоносителя обеспечивает второй насос 17, который подает теплоноситель через второй трехходовой кран 20 во вторую емкость 16 для тепло носителя, из которой теплоноситель вновь поступает во второй насос 17, Так как в начальный момент темпе-ратура в прямой кишке ниже заданной ( например задана 41 С, а в прямой , 25 кишке 37 С), то третий мост третьего блока 26 измерения температуры в состоянии разбаланса, Сигнал . разбаланса поступает на второй уси-. литель 24. Усиленный сигнал че в , зо рез второй коммутирующий элемент 25 включает второй нагреватель 18. Чтобы исключить возможность снижения температуры в телепациента в начале сеанса гепертермии температуру теплоносителя в ги 35пертермической установке 1 передначалом сеанса доводят до величинынесколько большей, чем температура в прямой кишке (например в пря"о 40мой кишке 37 С, а теппоносительнагревают до 38 С), Затем с помощью .второго трехходового крана 20 теплоноситель направляют во второй распределитель теплоносителя 21, снабженный форсунками 35. Последние45разделяют поток теплоносителя намножество отдельных струй, равномерно распределенных по нагреваемойповерхности туловища пациента. Струитеплоносителя, контактируя с поверхностью туловища, передают ему своетепло, Затем теплоноситель попадает во вторую емкость 16 для теплоносителя и оттуда вновь направляется во второй насос 17. Для исключения ожогов кожи туловища (температура, которую длительно выдерживает кожа, не выше 43 С) в гипертерми8и 2, Так как снижение температуры теплоносителя, поступающего на туловище, а затем и теплоносителя, поступающего на голову, происхо" дит с некоторым запаздыванием по отношению к достижению заданнбго уровня гипертермии, то происходит повышение температуры в прямой кишке выше заданной, при этом изменяется сопротивление третьего преобразователя температуры 27 тела пациента, что приводит третий мост 30 третьего блока 26 измерения температуры в состояние разбаланса, Сигнал разбаланса усиливается вторым усилителем 24 и через второй коммутируюсюй элемент 25 удерживает второй нагреватель 18 в выключенном сотоянии. При этом происходит понижеие температуры теплоносителя ниже емпературы, на которую отрегулироан второй мост 29 второго блока 22змерения температуры. Сигнал разаланса с второго моста 29 поступаета вход первого усилителя 13, Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 14 удерживает холодильный агрегат 7 во включенном состоянии. В результате понижения темперауры теплоносителей, поступающиха туловище и голову, температурапрямой кишке понижается и сноватремится к заданной. Изменениеемпературы в прямой кишке происхоит через систему кровообращения,которой кровь выполняет роль пеносчика тепла. При достиженииаданного уровня гипертермии третийст 30ст третьего блока 26 изменениямпературы вновь приходит в состояе бал анса. В этот момент на входорого усилителя 24 поступает сигал разбаланса только с второго мос 299 второго блока 22 измерениямпературы (этот мост отрегулирован,5 С, а теипература теплоносиеля .в гипертермической установке 1 ниже заданной). Ускпенный сигналрез второй коммутирующий элемент 25лючает второй нагреватель 18. Понпение температуры теплоносителяспринимается вторым преобразоватем температуры 19 теплоносителя,орой мост 29 второго блока 22мерения температуры стремится кстоянию баланса. В момент балансаорого моста 29 второго блока 22мерения температуры на вход первого усилителя 13 поступает лишь 7 110451биологического объекта на заданныйуровень гипертермии. При достижении заданного уровня гипертермиис помощью первого трехходового кра- фна 9 теплоноситель направляют в 5первый распределитель 10 теплоносителя, снабженный форсунками 34.Последние разделяют поток теплоносителя на множество отдельных струй,равномерно распределенных по охлаж- Одаемой поверхности головы пациента.Струи теплоносителя, контактируя споверхностью головы пациента, отводят от нее тепло. Затем теплоносительпопадает в первую емкость 4 для тепло 15носителя и оттуда вновь направляетсяв первый насос 5. При достижении заданного уровня гипертермии третиймост 30 третьего блока 26 измерения стемпературы тела пациента приходит 20 нв состояние баланса. В этот момент тна вход второго усилителя 24 посту- впает сигнал разбаланса только с второго моста 29 второго блока 22 из- бмерения температуры ( второй мост 29 25 нотрегулирован 42,5 С, а температуратеплоносителя в гипертермическойустановке 1 - 43 С). Усиленный сигналчерез второй коммутирующий элемент25 выключает второй нагреватель 18.30Снижение температуры теплоносителявоспринимается вторым преобразователем температуры 19 теплоносителя,при этом второй мост 29 второго блотблока 22 измерения температурыдстремится к состоянию баланса. В мо- вмент баланса второго моста 29 наревход первого усилителя 13 поступаетзлишь сигнал разбаланса с первогомомоста 28 первого блока 11 измерениятетемпературы (первый мост 28 пернивого блока 11 измерения температурыовтотрегулирован на 5 С, а температура теплоносителя в гипотермическойтаустановке 2 может быть равна 30 С).теусиленный сигны через первый комна. тирующий элемент 4 выключает первыйтнагреватель 6 и включает холодильный агрегат 7. Дпя. исключениячеобморожения кожи головы температувкра, которую длительно выдерживает 50овькожа, не ниже 0 С ) в системе предусвомотрено ограничение понижения тем- лепературы теплоносителя, подаваемого В тна голову, в точке 2 С путем отизключения холодильного агрегата 7, 55Ограничение выполнено аналогично товтму, как указано для гипертермичес- изкой и гипотермической установок 19 )О сигнал разбаланса с первого моста 28, первого блока 11 измерения температуры 1 первый мост 28 первого блока 11 измерения температуры отрегулирован на 15 С, а температура теплоносителя в гипотермической установке 2 ниже заданной ). Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 14 включает холодильный агрегат 7 и включает первый нагреватель О 6. Так как повьппение температуры теплоносителя, поступающего на туловище, а затем и теплоносителя, поступающего на голову, происходит с некоторым запаздыванием по от ношению к достижению заданного уровня гипертермии, то происходит понижение температуры в прямой кишке ниже заданной, при этом изменяется сопротивление третьего преобразова 10 . теля температуры 27 тела пациента, что приводит третий мост 30 третьего блока 26 измерения температуры в состояние разбаланса. Сигнал разбаланса усиливается вторым усилителем 24 и через второй коммутирующий элемент 25 удерживает второй нагреватель 18 во включенном состоянии, при этом происходит повьппение температуры теплоносителя вьппе температуры, на которую отрегулирован второй мост 29 второго блока 22 измерения температуры . Сигнал разбалана с второго моста 29 второго блоа 22 измерения температуры поступает на вход первого усилителя 13.35 Усиленный сигнал через первый коммутирующий элемент 4 удерживает первый нагреватель 6 во включенном состоянии. В результате повышения температуры теплоносителей, посту 40 пающих на туловище и голову, температура в прямой кишке повышается и снова стремится к заданной, Затем процесс поддержания температуры тела биологического объекта повторя 45 ется., Включение и выключение второго нагревателя 18 происходит при изменении фазы суммарного сигнала с мостов 30 и 29, поступающего на вход второго усилителя 24, С помощью вто- вО рого согласующего элемента 23, выполненного по схеме делителя напряжения, устанавливается степень влияния сигнала с третьего моста 30 на сигнал с второго моста 29, определяемого ви дом теплоносителя . Например, для воды степень влияния равна 1/5, т.е. при изменении температуры тена на 45 ОО, 1 С температура теплоносителя вгипертермической установкеизменяется на 0,5 С. Включение первого наогревателя б н выключение холодильного агрегата 7 происходит при изменении фазы суммарного сигнала смостов 29 и 28, поступающего на входпервого усилителя 13. Степень влияния сигнала с второго моста 29 насигнал с первого моста 28 определяется как отношение охлаждаемой поверхности головы к согреваемой поверхности туловища и принята равной1/15,Предлагаемая гипертермическая система осуществляет принудительнуютерморегуляцию биологического объекта, обеспечивая прн этом условия теплового баланса между теплом, сообщаемым туловищу, и теплом, отводимымс поверхности головы.гвл (Виеиввввт)=где Х 0 - суммарный тепловой поток;Йгпд - тепловой поток, отводимыйс поверхности головы;(пиеа+(1 пн - тепловой поток, сообщаежйтуловищу;О, - внешний тепловон поток, сообщаемый туловищу;3 т- теплообразование в биологи 1ческом объекте.Теплообразование в биологическомобъекте зависит от его индивидуальных особенностей, например массы, атакже от ряда факторов, таких, какприменение лекарственных средств,изменение окислительных процессов,протекающих в организме, изменениекровообращения и др. Гипертермическая система обеспечивает поддержа. ние заданного уровня гипертермии,учитывая перечисленные факторы,при этом она корректирует температурные режимы теплоносителей, подаваемых на туловище и голову, обеспечивая условия теплового баланса. Использование изобретения позволит в сравнении с прототипом обеспечить более высокую точность поддержания температуры биологического объекта (пациента ) на заданном уровне, так как в предлагаемом изобретении непрерывно отслеживается дестабилизирующее воздействие внутренних источников теплообраэования с внесением соответствующих поправок во внешние тепловые воздействия.1110451 12 рого составляет 5 - 10 ч, обеспечить идентичность сеансов гипертермии, при этом обеспечивается любойиз заданных режимов гипертермии впределах выносливости наружных покровов биологического объекта,Составитель М.ПластининТехред М.Кузьма Корректор Г.Решетник ктор Т.Митейк Тираж 687 ИПИ Государственного комитеделам изобретений и откры 5, Москва, Ж, Раушская Заказ 6214 И ППП "Патент", г,ужгоро Проектная,4 Точность поддержания заданного уровня гипертермии составляет при этом + 0,1 С. Кроме того, использованиеоизобретения позволит снизить трудоемкость процесса проведения гипертермии, продолжительность котоПодписиа СССРийнаб., д. 4/5