Устройство для гипертермии

. А 61 Р 7/00,СС3,й е В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(21) 4674798/ (22) 05.04.89 (46) 07.11.91. (72) И.Г, Мещ и Т.К. Давыдо (53) 615.472(08 (56) Авторское В 1110451, кл 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИПЕРТЕРМИИ57) Изобретение относится к медицинстехнике и позволяет сократить время оществления гипертермии и обеспечить вышенную безопасность теплового воздействия на пациента за счет наличия контроля и регулирования по температуре поверхности тела пациента, Устройство включает систему увлажнения воздуха в камере 1, содержащую увлажнительный бак 9 с нагревателем 10, Измерение и регулирование влажности осуществляются с помощью" блоков 21,20,18,13,15, 17,14,16 и 12, Блоки 21, 20 и 18 измеряют температуру по сигналам преобразователей температуры соответственно 5 - теплоносителя, 3 - поверхности тела пациента, 7 - "мокрого" пре1688866 10 обраэователя, учитывающего влажность в камере, Блоки 13, 15 и 17 определяют фактическое и требуемое для исключения испарения пота парциальные давления водяных паров, по которым в блоках 14 и 16 определяется соответствующая им относительная влажность, анализируя которую блок 12 выИзобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам для проведения гипертермии, и может быть использовано в клиниках и больницах при комплексном лечении онкологических и других заболеваний.Целью изобретения является сокращение времени осуществления гипертермии и обеспечение повышенной безопасности теплового воздействия на пациента,На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока измерения температуры; на фиг. 3 - структурная схема блока определения парциального давления; на фиг,4- структурная схема блока определения влажности; на фиг, 5 - структурная схема блока управления нагревателем увлажнителя; на фиг. 6 - структурная схема блока контроля температуры; на фиг, 7структурная схема блока регулирования температуры теплоносителя,Устройство содержит камеру 1 для размещения туловища пациента, ложемент 2 для пациента, преобразователь 3 температуры поверхности тела пациента (ПТЗ), ректальный преобразователь 4 температуры (ПТ 1), преобразователь 5 температуры теплоносителя (ПТ 2), кювету 6 с фителем для "мокрого" преобразователя 7 температуры (ПТ 4), вентилятор 8 подачи воздуха в камеру, увлажнительный бак 9, нагреватель 10 увлажнителя, блок 11 управления нагревателем увлажнителя (БУН), блок 12 сравнения влажности (БСВ), блок 13 определения парциального давления водяных паров в прикожном слое пациента (БОПД 1), блок 14 определения влажности воздуха в камере (БОВ 1); блок 15 определения парциального давления насыщения водяных паров в камере аппарата (БОПД 2), блок 16 определения влажности, поддерживаемой в камере (БОВ 2), блок 17 определения парциального давления водяных паров в камере аппарата (БОПДЗ), блок 18 измерения температуры ПТ 4 (БИТ 4), блок 19 контроля температуры поверхности (БКТЗ), блок 20 измерения температуры ПТЗ (БИТЗ), блок 21 измерения температуры ПТ 2 (БИТ 2) 20 25 30 35 40 45 дает сигнал управления блоком 11, включающим или выключающим нагреватель 10 увлажнительного бака 9, Преобразователь 3 температуры поверхности тела служит также для регулирования температуры тела па.циента в зависимости от задаваемого блоком 25 значения. 7 ил,блок 22 контроля температуры теплоносителя (БКТ 2), блок 23 контроля ректальной температуры (БКТ 1), блок 24 йзмерения температуры ПТ 1 (БИТ 1), блок 25 задания исходных параметров сеанса гипертермии (БИП), блок 26 регулирования температуры теплоносителя (БРТТ), нагреватель 27 теплоносителя - воздуха (НГ), теплообменник 28, вентилятор 29 забора воздуха из камеры, подголовную опору 30, эталонный резистор 31 (РЭТ), источник 32 опорного напряжения (ИОН), преобразователь 33 температуры (ПТ), измерительный 34 усилитель (ИУ), аналого-цифровой преобразователь 35 (АЦП), схему 36 преобразования сопротивления (СПС), выходной регистр 37, постоянное запоминающее устройство 38 (ПЗУ), входной регистр 39, ПЗУ 40, выходной регистр 41, первый входной регистр 42 (ВХ 1), второй входной регистр 43 (ВХ 2), первую 44 (СЛ 1) и вторую 45 (СЛ 2) схемы логарифмирования, устройство 46 вычитания, устройство 47 определения экспоненциальной функциональной зависимости (УЭ), усилитель 48, коммутирующий элемент 49 (КЭ), входной регистр 50, дешифратор 51, формирователь 52 тока, матричный светодиодный индикатор 53 (МСИ), первый блок 54 определения температуры теплоносителя (БОТТ 1), четвертый блок 55 сравнения (БС 4), первый блок 56 сравнения (БС 1), второй блок 57 определения температуры теплоносителя (БОТТ 2), пятый 58(БС 5), второй 59 (БС 2) и третий 60 (БСЗ) блоки сравнения, блок 61 сопряжения с нагревателем (БСН) и блок 62 управления нагревателем (БУН)Кроме того, на фиг. 1-7 обозначены заданный уровень гипертермии Т температура ректального ПТ Т, граничный уровень температуры поверхности туловища пациента Т температура поверхности туловища пациента Т,.граничный уровень температуры теплоносителя То, температура теплоносителя Ть температурный уровень начала поддержания заданного уровня гипертермии Тг, температура теплоносителя, определенная по ректальному ПТ, Т температура теплоносителя, опреде 1688866ленная по поверхностному ПТ, Ть, парци- значений температур Т Тзо, Т ТО они,альное давление водяных паров в прикож- при нажатии соответствующей вводимомуном слое пациента Р, парциальное параметру функциональной клавиши, фикдавление насыщения водяных паров в ка- сируются в одном из выходных регистров имере аппарата Рь парциальное давление 5 поступаютна входы БРТТ 26,водяных паров в камере аппарата Р. БИТ 1 24, БИТ 2 21, БИТЗ 20 и БИТ 4 18могут быть выполнены по одной и той жеУстройство содержит камеру 1, в кото- схеме, представленной на фиг, 2,рой на ложементе 2 находится пациент. На БИТ предназначен для измерения и выповерхности туловища пациента установ дачи значений температуы в местах устален преобразователь 3 температуры, преоб- новки ПТ 1 4, ПТ 2 5, ПТЗ 3 и ПТ 4 7,разователь 4 температуры установлен в В состав БИТ входит источник 32 опорпрямой кишке. пациента. Преобразователь ного напряжения, РЭТ 31, ИУ 34, АЦП 35,5 температуры установлен на входе воздуш- схема преобразования значения напряженого потока в камеру 1, рядом, установлена 15 ния на преобразователе температуры ПТ вкювета 6 с фитилем, обеспечивающим сма- температуру СПС 36, включающая в себячивание "мокрого" преобразователя 7 тем- ПЗУ 38 и выходной регистр 37. С ИОН 32пературы. Нагнетание воздуха в камеру 1 через Эталонное сопротивление РЭТ 31 наобеспечивается вентилятором 8, а забор из ПТ 33 подается опорное. напряжение. Падекамеры - вентилятором 29. Последний 20 ние напряжения на преобразователе посоединен воздуховодом с теплообменни- ступает на ИУ 34, с выхода которогоком 28, который содержит нагреватель 27, напряжение, пропорциональное сопротивобеспечивающий поддержание требуемой лению ПТ 33, подается на вход АЦП 35, Стемпературы, Теплообменник 28 соединен выхода АЦП 35 цифровой код, соответствв оздуховодом с увлажнительным баком 9, 25 ющий сопротивлению ПТ 33, подается насодержащим нагреватель 10. За увлажни- ПЗУ 38 схемы СПС 36, Данные из ПЗУ 38тельным баком 9 установлен вентилятор 8, фиксируются в выходном регистре 37. Всоединенный воздуховодом не показан) с ПЗУ 38 записана зависимость температурыобьемом камеры 1, Нагреватель 27 соеди- от падения напряжения нэ сопротивлениинен с выходом БРТТ 26, первый, второй 30 ПТ 33. Вид зависимости определяетсядополнительный, третий дополнительный, функциональной связью сопротивлениячетвертый дополнительный входы которо- терморезистора ПТ.ЗЗ от температуры и пого соединены соответственно с первым, следовательным способом подключения ПТпервым дополнительным, вторым допол к входным цепям БИТ через РЭТ 31 инительным, третьим дополнительным вы описывается формулойходами БИП 25, пятый дополнительныйвход БРТТ 26 соединен с выходом БИТ 1 24 1и с входом БКТ 1 23, вход БИТ 1 24 соединен с ПТ 1 4, второй вход БРТТ 26 соединен ВВ +с выходом БИТ 2 21 и с входами БКТ 2 22 и.40БОПДЗ 17. Вход БИТ 2 21 соединен с ПТ 2 5. где В, йо - параметры экспоненты, опредеервый дополнительный вход БРТТ 26 сое- ляющей зависимость сопротивления ПТ отдинен с выходом БИТЗ 20, а также с входами температуры;БКТЗ 19 и БОПД 1 13. Вход БИТЗ 20 соеди- . Яэт - сопротивление эталонного резинен с ПТЗ 3. Преобразователь ПТ 4 7 соеди стора;нен с входом БИТ 4 18, выход которого Ог - падение напряжения на ПТ;Ооп - значение опорного напряженияБОПД 1 13 соединен с первым входом БОВ 1 БИТ;14. Выход БОПД 2 15 соединен с вторым Т - значение темпе авходом БОВ 1 14 и первым входом БОВ 2 16, 50 293,15 К;а второй вход БОВ 2 16 соединен с выхо омсоединен с выходом Та - значение температуры, равноеБОПДЗ 17. Выход БОВ 1 14 соединен с пер,15 К;вым входом БСВ 12. а выход БОВ 2 16 - с т - результат, С,альнейшая о ра отка информации вевторым входом БСВ 12, выход которого со- Дальнейшая обработединен с входом БУН 11, к выходу которого 55 дется в цифровых кодах.подключен нагреватель 10 увлажнительно-Блоки определелоки определения парциального давления БОПД 1 13, БОПД 2 15, БОПДЗ 17 мОБИП 25 может состоять из цифровых и гут быть выполнены по одинаковой схеме,функциональных клавиш и выходных реги- представленной на фиг, 3.стров, После набора на цифровых клавишах5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 БОПД предназначен для определения значения пэрциального давления водяных паров, насыщающих воздух при измеренной температуре.Устройство выполнено на базе ПЗУ 40, в которое заключена функциональная зависимость парциальных давлений водяных паров, насыщающих воздух, от его температуры.БОПД также включает входной 39 и выходной 41 регистры, При подаче на вход БОПД кода, соответствующего измеренной температуре, на выходе формируется код, соответствующий давлению насыщения водяных паров в воздухе, Входным сигналом БОПДЗ 17 является код температуры теплоносителя Ть а выходным - давление насыщения водяных паров Р в камере 1 аппарата. Входным сигналом БОПД 2 15 является код температуры мокрого термометра Тч, а выходным - парциальное давление водяных паров Рч в камере 1 аппарата, Входным сигналом БОПД 1 13 является код температуры поверхности тела пациента Т, а выходным - код, соответствующии давлению насыщения в прикожномслое пациента Р.Блоки определения влажности БОВ 1 14 и БОВ 2 16 могут быть выполнены по одной и той же схеме, представленной на фиг, 4,БОВ предназначен для определения относительной влажности воздуха по парциальным давлениям водяных паров и состоит из двух входных регистров 42 и 43, двух схем 44 и 45 логарифмирования, устройства 46 вычитания и устройства 47 вычисления экспоненты, Сигналы Р и Р от блоков БОПД 1 13 и БОПД 2 15 поступают на входы 1 и 2 БОВ 1 14, а сигналы Ра и Р от БОПД 2 15 и БОПДЗ 17 поступают на входы 1 и 2 БОВ 2 16 (фиг, 1), В блоке БОВ коды поступают на входные регистры БХ 1 42, ВХ 2 43, затем на схемы логарифмирования СЛ 1 44, СЛ 2 45,выполненные на базе ПЗУ, Из выходных кодов схем логарифмирования в устройстве вычитания 46 формируются разности 3 п(РДп(Рч) ип(Р) - В п(Р 1). С. выхода устройства вычитания сигналы подаются на вход устройства вычисления экспоненты УЭ 47, выполненное на базе ПЗУ. В результате на выходе БОВ 1 14 присутствует код расчетной относительной влажности, соответствующей граничному условию исключения испарения пота с поверхности тела пациента (Р/Р), а на выходе БОВ 2 16 - код действительной относительной влажности в камере аппарата (Р/Р 1). Блок 12 сравнения влажности предназначен для сравнения цифровых кодов. Код расчетной относительной влажности, которая должна быть в камере аппарата, поступает на первую группу входов схемы сравнения, входящей в состав БСВ 12, а код, соответствующий действительной относительной влажности воздуха в камере аппарата, - на вторую группу входов схемы сравнения. При превышении расчетной влажности действительной на выходе схемы формируется сигнал высокого уровня, и наоборот.БУН 11 предназначен для подключения к электросети нагревателя увлажнителя 10 воздуха и может быть выполнен по схеме, представленной на фиг, 5.БУН 11 состоит из усилителя 48 и коммутирующего элемента КЭ 49. Сигнал с выхода БСВ 12 поступает на усилитель 48, где преобразуется до необходимой для управления КЭ 49 мощности. С выхода усилителя сигнал поступаетнауправляющий вывод КЭ 49, представляющего собой полупроводниковый управляемый тиристор, Ток, проходящий через тиристор, является выходным сигналом БУН 11,Увлажнитель воздуха предназначен для генерации и смешивания водяных паров с воздухом, поступающим в камеру 1 аппарата и состоит из увлажнительного бака 9 и нагревателя 10. При протекании тока от БУН 11 на нагревателе выделяется тепловая энергия, необходимая для испарения воды. Влажный пар поступает в камеру аппарата, повышая парциальное давление водяных паров в ней.Блоки контроля температуры БКТ 1.23, БКТ 2 22, БКТЗ 19 можно выполнить по одной и той же схеме (фиг. 6).БКТ предназначены для индикации цифрового значения температуры, измеренной блоками БИТ, и состоят из входного регистра 50, дешифратора 51, формирователя тока 52 и матричного светодиодного индикатора МСИ 53.Цифровой код с выходов БИТ 18, 20, 21 и 24 через входной регистр 50 подается на дешифратор 51, где преобразуется после предварительного усиления в формирователе тока 52 в вид, необходимый для управления МСИ 53,Блок 26 регулирования температуры теплоносителя предназначен для поддержания заданной температуры воздуха, поступающего в камеру аппарата, и содержит два устройства обработки кодов температуры теплоносителя БОТТ 1 54 и БОТТ 2 57, пять схем сравнения БС 1 56, БС 2 59, БСЗ 60 БС 4 55 и БС 5 58, выполненных по аналогии с БСВ, устройство сопряжения с нагревателем БСН 61 и элемент. После включения напряжения питания управления нагревателем БУН 62. вентиляторы 8 и 29 обеспечивают циркуляНа вход устройства БОТТ 1 54 поступа- цию воздуха через камеру 1. В блок БИП 25ют значения двух температур Тго и Тг, Вхо- вводятся исходные параметры сеанса гидэщая в состав БОТТ 1 схема вычитания 5 пертермии То, То, Т 1 О, Тдг, Сигналы с преформирует разность Тго и Тг, которая пода- образовэтелей 3 - 5 и 7 температуры ется на вход ПЗУ, где записана функцио- поступают на соответствующие блоки 20, нальная зависимость температуры 24, 21 и 18 измерения температуры,С выхотеплоносителя от разности заданной и из- дов блоков 20, 24, 61 значения температур меренной ректальных температур вида 10 Тг, Т, Тс поступают для индикации на соотК(Тго - Тг), где К=9,5. Затем полученное зна- ветствующие БКТ 23, 19,22 и на входы блока чение поступает на первые входы устройст- БРТТ 26, В соответствии с описанным алгова суммирования, а Тго - на вторые входы, ритмом работы блока БРТТ 26 последнийВ результате определяется значение включаетили выключаетнагреватель 27, что Т,=Тг,+К(Тго-Тг), которое с выхода БОТТ 1 15 обеспечивает путем изменения температу поступает на одни из входов блока срав- ры воздуха в камере 1 поддержание заданнения БС 4 55, а на другие входы поступает ного уровня гипертермии пациента,измеренная температура теплоносителя Ть Температура Т, подается на вход При выполнении условия Тг Т на выходе БОПД 1, Т - на вход БОПДЗ Т - на в о Б 4С 55 формируется сигнал высокого уров БОПД 2. После определения парциэльныхня,поступэющийнаодинизвходовБСН 61, давлений водяных паров в БОПД 1 13, На входы блока БС 1 56 поступают сигналы БОПД 2 15, БОПДЗ 17 находятся требуемая Ти Тд, при выполнении условия ТгТа на и действительная относительные влажности выходе БС 1 56 формируется сигнал высоко- в БОВ 1 14 и БОВ 2 16, При превышении требуго уровня, поступающий на второй вход 25 емой влажностидействительной БСВ 12 вы- БСН 61. дает сигнал, который, поступая на БУН 11,На вход устройства БОТТ 2 57 поступа- включает нагреватель 10, расположенный вют значения Тво и Тя, Устройство БОТТ 2. увлажнительном баке 9. Вода начинает исвыполняетфункции, аналогичные функциям паряться, пары смешиваются с поступаюБОТТ 1, за исключением того, что коэффици щим от теплообмен ника 28 воздухом, ентК=15,8, На выходе БОТТ 2 формируется повышая его влажность. В момент, когда значение температуры теплоносителя Ть,. действительная влажность в камере 1 прекоторое подается на один из входов блока высит требуемую, БСВ 12 выдает сигнал, сравнения БС 5 58, а на другой вход этого выключающий нагреватель 10. Затем проблока подаетсяизмеренное значение Тт, 35 цесс при изменении влажности в камере При выполнении условия ТТ на выходе повторяется.БС 5 58 формируется сигнал высокого По истечении времени поддержания зауровня, который подается на третий вход данного уровня гипертермии пациента в БСН 61, Температуры То и Т подаются на БИП 25 вводятся параметры То, То, соотвходы блока сравнения БС 2 59, на выходе 40 ветствующие нормальной температуре пакоторого при выполнении условия Т,оТв циента. Устройство для гипертермии формируется сигнал высокого уровня, по- снижает температуру организма до введен- даваемый нэ четвертый вход БСН 61. На ныхзначений,послечегопитаниеустройствходы БСЗ 60 подаются значения темпе- ва отключается. На этом сеанс гипертермии ратур теплоносителя Т 1 и Тм, При выпол заканчивается.нении условия То Тс на выходе БСЗформируется сигнал высокого уровня, пода- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яваемый на пятый вход БСН 61, Устройство для гипертермии, содержаСигнал, подаваемый на второй вход щее камеру для размещения туловища паБСН 61, определяет по какой из температур 50 циента, нагреватель теплоносителя, Т 1 гилиТь производится регулированиетем- соединенный с выходом блока регулирова-, пературы теплоносителя, Сигналы на вхо- ния температуры теплоносителя, первый дах 4 и 5 БСН 61 осуществляютограничение вход которого соединен с выходом блока температуры теплоносителя, Выходным задания исходных параметров, ректальный сигналом БСН 61 является сигнал, опреде преобразователь температуры, соединенляющий будет ли включен или выключенный с входом первого блока измерения темнагреватель, что осуществляет БУН 62 ана- пературы, выход которого соединен спервым блоком контроля температуры, преУстройство работает следующим абра- образователь температуры теплоносителя, зом. соединенный сходом второго блока изме 1688866 12рения температуры, выход которого соединен с вторым блоком контроля температуры и вторым входом блока регулирования температуры теплоносителя, вентилятор, о тл ича ю щеес ятем.что,с цельюсокращения времени осуществления гипертермии и обеспечения повышенной безопасности теплового воздействия на пациента, в него введены преобразователь температуры поверхности тела, "мокрый" преобразователь температуры, третий и четвертый блоки измерения температуры, третий и четвертый блоки измерения температуры, третий блок контроля температуры, первый, второй и третий блоки определения парциального давления, первый и второй блоки определения влажности, блок сравнения влажности, блок управления увлажнителем и увлажнитель, при этом преобразователь температуры поверхности тела соединен с третьим блоком измерения температуры. выход которого соединен с третьим блоком контроля температуры, с первым дополнительным входом блока регулирования температуры теплоносителя и входом первого блока определения парциального давления, выход которого соединен с первым входом первого блока определения влажности, выход второго блока измерения температуры соединен с входом третьего блока определения парциального давления, выход кото рого соединен с вторым входом второго.блока определения влажности, "мокрый" преобразователь температуры соединен с входом четвертого блока измерения температуры, а его выход соединен с входом вто рого блока определения парциальногодавления, выход которого соединен с вторым входом первого блока определения влажности и первым входом второго блока определения влажности, выходй первого и 15 второго блоков определения влажности соединены с первым и вторым входами блока сравнения влажности, выход которого соединен с входом блока управления увлажнителем, а его выход соединен с нагревателем 20 увлажнителя, первый, второй и третий дополнительные выходы блока задания исходных параметров, а также выход первого блока измерения температуры соединены соответственно с вторым, третьим, четвер тым и пятым дополнительными входамиблока регулирования температуры теплоносителя.1688866 Составитель Л, ГохштТекред М,Маргентал едактор И, Шмаков Корректор Т. Колб роизводственна-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагари Заказ 3761 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 11 Э 035 Москва, Ж, Раушская наб., 4/5