CZ20003216A3 - Systém pro regulaci teploty tělního jádra jedince - Google Patents

Abstract

Systém pro regulaci teploty (BCT) tělního jádrajedince je proveden s výměníkem tepla, zejména ve formě oděvu (220), pro přenos tepla na části tělního povrchu jedince nebo pro odvádění tepla z těchto částí, a alespoň jedním snímacím zařízením pro měření skutečné teploty (aBCT)jedince a pro vysílání datového signálu charakterizujícího tuto skutečnou teplotu (aBCT)jedince do regulačního zařízení (94) a pro vysílání regulačního signálu pro regulaci vlastností výměníku tepla vyměňovat teplo jako funkce datových signálů a požadované teploty (dBCT) tělního povrchujedince. Systém obsahuje alespoň jedno přídavné snímací zařízení pro měření parametru udávajícího teplotu tělního povrchu jedince pro určení parametru udávajícího dynamiku (HDT) přenosu tepla mezi tělním povrchemjedince a tělnímjádremjedince a pro vydávání datového signálu charakterizujícího dynamiku (HDT) přenosu tepla do regulačního zařízení (94).

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká systému a způsobu termoregulace živého těla. Sytém a způsob předkládaného vynálezu mohou být aplikovány na člověka i na jiné živočichy.

Dosavadní stav techniky

Živé tělo je schopno za normálních okolností udržovat normální tělní teplotu, která u člověka činí 36,5-37°C. Avšak je-li tělo vystaveno extrémním teplotním podmínkám nebo celé řadě léků, nemusí být teplota těla správně regulována. K tomu dochází například u jedinců vystavených extrémním teplotám a u celé řady onemocnění a stavů (např. celková anestézie), kdy tělo ztrácí svoji schopnost správně regulovat teplotu těla.

Hypotermie znamená snížení teploty těla, ke které může dojít například vystavením studenému prostředí. K mírné hypotermii, při které je teplota tělního jádra (zejména teplota vnitřních orgánů a tkání v těle) snížena o zhruba 2°C pod normální teplotu, běžně dochází během a po chirurgických zákrocích prováděných pod celkovou anestézií, protože pacienti mají tendenci ztrácet tělesné teplo vlivem sníženého metabolismu a v důsledku vystavení vnitřních tělních orgánů a tkání, např. v břišní nebo hrudní dutině, okolní teplotě.

K hypotermii dochází u více než 60% pacientů po chirurgickém zákroku. U některých chirurgických postupů, jako jsou například operace na otevřeném srdci, dochází k hypotermii u více než.90% dospělých jedinců.

Hypotermie může způsobit rozličné těžké fyziologické problémy zahrnující onemocnění srdce, koagulopatie, narušení imunitních funkcí, porušené hojení ran, chvění, narušené farmakokinetické vlastnosti léků, atd.

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 ' ·· · · 9 «· 9 9 ♦ 9 ·

9 9 9 9 9 9 9 9 9

2· · 9 · 999999 999

9 9 9 9 9 9 9 9

999 9999 99 99 99 99

Hypertermie, zejména zvýšení tělesné teploty nad normální hodnoty, může způsobit rozličná fyziologická onemocnění a pokud je extrémní, může ohrožovat život.

Po dlouhou dobu je známá klinická potřeba prostředku pro kontrolu tělesné teploty.

Společnost MicroClimate Systems lne., Stanford, MI, U.S.A., uvedla na trh sérii přenosných osobních chladících systémů (prodávaných pod ochrannými známkami Koolvest, Kooljacket, Koolband, Koolpaid a další), které jsou určeny pro zdravé osoby, které provádějí fyzickou aktivitu v horkém prostředí (viz internet http://www.microclimate.com/prodline.html nebo http://www.microclimate.com/work.html). Systém se skládá z oděvu (tím může být vesta, kabát, pokrývka hlavy, krční límec, atd.) se zabudovaným potrubím, kterým protéká voda poháněná pumpou na baterie. Voda protéká ledem nebo chladícím zařízením než vstoupí do potrubí v oděvu. Uživatel může regulovat činnost pumpy, teplotu, atd. Podobnou řadu produktů poskytuje také společnost Mallinckrodt lne., St. Louis, MO, U.S.A. (viz internet http://www/mallinckrodt.com/ccd) a také jiné společnosti.

Podobný systém je uveden také v patentu U.S. Patent 4807447 Mmacdonald et al.). Jedinečným rysem tohoto systému je, že kompresor chladícího zařízení funguje na základě dýchání osoby.

Rozličné systémy založené na použiti oděvu, podušek nebo pokrývek s prvky sloužícími k přenosu tepla, jako je například zabudované potrubí, jsou uvedené v patentech U.S. Patents 3738367, 4094357, 4094367, 4149541, 4844072, 5184612 a 5269369. Avšak v důsledku různých fyziologických důvodů, které vyplývají pouze z předkládaného vynálezu a které budou dále specifikovány, neposkytuje žádný z výše uvedených systémů adekvátní kontrolu tělesné teploty jedinců obecně a zejména pacientů po chirurgickém zákroku před celkovou anestézií.

• · • · • · · ····· ·· · • · · · · · · • · ♦ ·· · · «♦

Také ve veterinární medicíně existuje potřeba kontroly tělesné teploty, zejména kontroly tělesné teploty během chirurgických zákroků pod celkovou anestézií. Živočichové, zejména malá zvířata, občas během chirurgického zákroku zemřou v důsledku nekontrolovaných změn tělesné teploty.

Qfeoený popis vynálezu

V následujícím popisu bude používán termín teplota jádra k označení teploty v těle, zejména teploty vnitřních orgánů a tkání. Teplota jádra je typicky měřena rektálně (měření rektální teploty), ale může být také měřena vložením sond do celé řady jiných tělních dutin, např. se jedná o sondy pro měření teploty v dutině ústní, nosní nebo ušní. Termín teplota povrchu bude používán k označení teploty vnějšího tělního povrchu (kterým může být kůže, nebo zevní vrstvy v případě chybění kůže např. při popáleninách). Mělo by být poznamenáno, že teplota povrchu se může lišit mezi různými částmi těla. Teplota povrchu může být měřena pomocí celé řady teplotních sond zahrnujících například infračervený senzor měřící infračervené záření ze specifické části kůže, sondy připevněné na kůži, jako jsou například termická zařízení, termistory, atd.

Ve shodě s předkládaným vynálezem bylo shledáno, že hlavním nedostatkem dosavadních termoregulačních zařízení je, že nedostatečně slaďují fakt, že tělo není pasivní vodič tepla, ale že spíše využívá vnitřní dynamické fyziologické termoregulační mechanismy, které mohou měnit přenos tepla mezi tělním jádrem a periferií. Například po expozici nízké teplotě nastává vazokonstrikce periferních krevních cév, čímž dochází ke snížení průtoku krve k periferii a tudíž ke snížení přenosu tepla mezi periferií a tělním jádrem. V jiných situacích dochází k vazodilataci vedoucí ke zvýšenému průtoku krve k periferii, což vede ke zvýšení přenosu tepla mezi tělním jádrem a periferií.

Ve shodě s předkládaným vynálezem je poskytnut systém a způsob pro kontrolu tělní teploty. Systém a způsob vynálezu umožňuje kontrolované ochlazování těla, kontrolované ohřívání, právě tak jako regulaci tělní teploty, tak aby se udržela na požadované nastavené hodnotě. Jedinečným rysem vynálezu je fakt, že bere v úvahu komplexnost přenosu tepla z kůže do tělního jádra. Tato komplexnost se manifestuje dynamickým přenosem tepla, zejména pak fyziologickými změnami, které narušují stupeň přenosu tepla mezi kůží a tělním jádrem. Tato dynamika přenosu tepla (HTD) může být určena celou řadou způsobů, jak je dále ilustrováno níže.

Ve shodě s předkládaným vynálezem je poskytnut systém pro kontrolu teploty tělního jádra (BCT), který je tvořen:

- výměníkem tepla pro přenos tepla nebo k odnímání tepla částí povrchu těla/

- alespoň jedním zařízením snímajícím teplotu tělního jádra určeném pro měření skutečné teploty tělního jádra (aBCT) a pro vysílání aBCT datového signálu;

- alespoň jedním snímacím zařízením pro měření parametrů dynamiky přenosu tepla (HTD) mezi tělním povrchem a tělním jádrem a pro vysílání HTD datového signálu; a

- kontrolním modulem pro registraci datových signálů z měřících zařízení, tvořených aBCT a HTD datovými signály, a pro vysílání kontrolního signálu pro kontrolu výměny tepla řečeného výměníku tepla jako funkce datových signálů požadované teploty tělního jádra (dBCT).

Výměna tepla může být zajištěna vnitřním zahřívacím nebo ochlazovacím zařízením, zahrnujícím například moduly na bázi Peltierových efektů, nebo může být výměník tepla připojen k alespoň jednomu zdroji studené a/nebo horké kapaliny, která poté cirkuluje mezi tímto zdrojem a výměníkem tepla, čímž dochází k přenosu tepla mezi výměníkem a řečeným zdrojem.

• · • Λ

V dalším aspektu předkládaný vynález poskytuje způsob kontroly vnitřní teploty těla, který je tvořen následujícími kroky:

a) definováním požadované teploty tělního jádra (dBCT);

b) zajištěním výměníku tepla a zprostředkováním kontaktu mezi tímto výměníkem a alespoň částí zevního povrchu těla ,.za účelem přenosu nebo odnímání tepla z části těla;

c) průběžným měřením parametrů zahrnujících alespoň skutečnou teplotu tělního jádra (aBCT) a parametr ukazující na dynamik přenosu tepla (HTD) mezi tělním povrchem a jádrem; a

d) registrací datových signálů pomocí procesoru, které odpovídají měřeným parametrům, dále srovnáním aBCT s dBCT, určením potřeby zahřívání nebo ochlazování a vysíláním kontrolního signálu kontrolujícího přenos tepla řečeným výměníkem tepla na podkladě rozdílu aBCT/dBCT a řečené HTD.

Kontrola vlastností výměny tepla řečeného výměníku tepla může zahrnovat změnu vlastností přenosu tepla mezi výměníkem tepla a tělním povrchem, které může být. dosaženo například změnou parametrů tepelné vodivosti mezi tělním povrchem a kůží, například pumpováním nebo odstraňováním vzduchu ze vzduchových kapes umístěných mezi prvky vyzařujícími a absorbujícími teplo mezi výměníkem tepla a kůží, nebo přednostně změnou teploty výměníku tepla, a to buďto snížením rozsahu zahřívání nebo ochlazování, zastavením zahřívání nebo ochlazování, nebo změnou zahřívání nebo ochlazování za ochlazování nebo respektive zahřívání. Při této změně výměník tepla fungující nejprve jako zdroj tepla je přepnut, aby fungoval jako zařízení odnímající teplo nebo více versa, tedy obrácením směru přenosu tepla.

Výměník tepla se může například skládat z elektrického zahřívacího/chladícího zařízení, např. Peltierova zařízení či jiných. Avšak ve shodě s přednostní, neomezující formou vynálezu je výměník tepla tvořen jednou nebo více potrubními trubičkami nebo kapalným přenosovým médiem k umožnění průtoku tepelné kontrolní kapaliny a k přenosu nebo absorpci tepla • 9

99

9 9 9

9 4

9 9 9 4

999 9 9 99 4

9 · 9 4

9 9 9 9 9' z povrchu těla. Kapalina, kterou je typicky, avšak nikoli výlučně, tekutina, např. voda, může protékat potrubními trubičkami nebo médiem pomocí pumpy, nebo za pomoci jiného vhodného zařízení. Tato kapalina cirkuluje mezi výměníkem tepla a zdrojem tepla a/nebo chladna. Výměník tepla je typicky flexibilní, aby umožnil těsný kontakt s povrchem těla za účelem účinného přenosu tepla.

Navíc k výše zmíněným měřícím zařízením (BCT snímací zařízení a zařízení k měření řečené HTD) se může systém dále skládat z jednoho nebo více zařízení měřících teplotu cirkulující kapaliny a vysílajících příslušný datový signál ke kontrolnímu zařízení. V případě, kdy je systém složen ze dvou nebo více zařízení, může alespoň jedno sloužit jako zařízení snímající vstupní teplotu kapaliny vstupující do alespoň jedné trubičky nebo kapalného přenosového média, a alespoň jedno další může sloužit jako zařízení snímající výstupní teplotu kapaliny vystupující z alespoň jedné trubičky nebo kapalného přenosového média. Pokles teploty (delta T) mezi vstupem a výstupem oděvu je velmi dobrým indikátorem řečené HTD, protože tato informace spolu s informací o průtoku kapaliny umožňuje přesný výpočet přenosu tepla mezi výměníkem tepla a tělem, které závisí na řečené HTD. Proto ve shodě s přednostní formou vynálezu jsou řečené delta T a průtok kapaliny používány jako parametry HTD.

Výměník tepla, který je předmětem vynálezu, je typicky oděv, který se obléká na část těla jedince. Oděv typicky pokrývá alespoň 30%, přednostně alespoň 40% povrchu těla. Tímto způsobem systém, který je předmětem vynálezu účinně stabilizuje s minimální tolerancí tělní teplotu jedince na požadovanou teplotu tělního jádra. Takový oděv může být v různých formách v závislosti na požadovaném použití. Oděv může být například navržen pro použití u jedinců provádějících těžkou práci za extrémně vysokých teplotních podmínek za účelem ochlazení jejich těla. Pro tento účel musí být oděv relativně pružný, aby co nejméně omezoval volný pohyb jedince. Oděv může být také • · · ·· · · ·9 ·· • · · · · « · « · · * » • · ···· · · · « • · ·· · ····· ·· · • · · · · · · · · ··· ···· ·· ·« ·· navržen pro lékařské použití, buďto pro účely snížení teploty tělního jádra u jedinců s nemocemi provázenými velmi vysokou horečkou, pro účely zvýšení teploty tělního jádra u jedinců v hypotermii, nebo pro oba účely. Současnou přednostní formou vynálezu je aplikace systému pro kontrolu tělní teploty pacientů během nebo po celkové anestézii. Pro tento účel může mít výměník tepla, typicky ve formě oděvu, celou řadu otvorů umožňujících přístup pro provedení rozličných chirurgických postupů, pro parenterální podávání léků nebo tekutin, nebo pro drenáž tělních tekutin (např. exkretů nebo krve).

Jedním z příkladů použití systému a způsobu předkládaného vynálezu jsou ve shodě s výše zmíněnou formou vynálezu chirurgické zákroky na otevřeném srdci. Při těchto zákrocích se typicky snižuje teplota těla na hodnotu okolo 32°C. Během takové operace je dočasně zastavena aktivita srdce a krev cirkuluje přes mimotělní oběh. Po takové operaci je potřeba zvýšit co nej rychleji teplotu těla na normální hodnotu, protože prolongované snížení teploty tělního jádra může pacienta poškodit, někdy i dokonce ohrozit jeho život. Podle dnešní lékařské praxe se ke konci chirurgického zákroku zahřívá krev během cirkulace přes mimotělní oběh. Avšak tento postup je nedostatečný, protože nedochází k dostatečnému zahřátí tělního jádra, a jakmile dojde k odpojení od mimotělního oběhu a k recirkulaci krve přes reaktivované srdce, dochází ke snížení teploty krve. Zahřívání po těchto zákrocích je v dnešní době typicky prováděno používáním zahřátých pokrývek, foukáním horkého vzduchu na jedince, atd. Celkem vzato, dnes dostupné způsoby neumožňují účinnou monitoraci a kontrolu teploty tělního jádra. Ve shodě s vynálezem může být teplota tělního jádra kontrolované snížena během počáteční fáze chirurgického zákroku, poté udržována na hodnotě okolo 32°C pomocí zahřívání nebo ochlazování dle potřeby a nakonec kontrolované zvýšena na konci zákroku na hodnotu normální teploty těla.

• 4» 44 4· 44' ·· ··· · · 4 4 · · 4 · ♦ • 4 4 44 4 4 44 4 4 4 44 4 4444 4 4 4 4 4 · 4 . · 4 4 4 4 4 4

4444444 44 44 44 44

Systém a způsob, které jsou předmětem vynálezu mohou být obecně použity ke kontrole teploty těla pacienta v perioperačni době u celé řady různých chirurgických operaci.

Je nepochybné, že výměník tepla ve formě oděvu může být typicky navržen v různých formách a velikostech, aby splňoval specifikace jedinců různého věku, váhy, jejich režimu, atd., nebo specifické požadavky specifických lékařských postupů.

Navíc k použití u člověka, zejména v humánní medicíně, může způsob a systém, které jsou předmětem předkládaného vynálezu najít uplatnění v celé řadě aplikací ve veterinární medicíně. Stejné problémy s udržením normální tělní teploty, stejně tak jako s kontrolovaným ochlazováním během chirurgických zákroků, se vyskytují také ve veterinární medicíně. Jak bude oceněno, může být výměník tepla typicky ve formě podložky, přikrývky nebo oděvu, navržen v různých tvarech, v závislosti na typu zvířete, typu chirurgické operace, atd.

Systém, který je předmětem předkládaného vynálezu, určený pro použití na operačním sále může být typicky navržen, aby umožňoval výměnu dat s jinými přístroji na operačním sále. Jedná se například o importaci dat týkajících se teploty krve v mimotělním oběhu, dat týkajících se srdečního rytmu nebo krevního tlaku z odpovídajících měřících zařízení, atd.

Snímací zařízení pro měření parametrů kůže odpovídající řečené HTD (toto zařízení je dále uváděno pod názvem HTD zařízení) může ve shodě s jednou formou vynálezu zahrnovat zářízení.pro měření teploty na části kůže umístěné proximálně k části kůže, na kterou je umístěn výměník tepla. HTD může být poté určena například jedním nebo oběma z následujících způsobů:

5) určením změny teploty na řečené části kůže po zahřátí nebo ochlazení přilehlých částí kůže pomocí výměníku tepla, nebo

6) posouzením změny rozdílu teploty mezi částí kůže a jádrem během zahřívání nebo ochlazování těla.

• · * • · · 9 • ·

9 9

9

9 999 9

99

99

9 9 9

9 999

9.9 ·9

99 9

9 9 9 9

9 9 9

9 99

Řečené HTD zařízení se může ve shodě s jinou formou vynálezu skládat z výše zmíněných alespoň dvou snímacích zařízení pro měření teploty kapaliny, která vstupuje do alespoň jedné trubičky výměníku tepla, a teploty, která vystupuje z alespoň jedné trubičky. Kontrolní zařízení poté registruje alespoň dva datové signály týkající se měřené teploty, poté počítá řečenou HTD na podkladě rozdílu teplot vstupu a výstupu, který je určen buďto kontrolami nebo měřen příslušným měřícím zařízením.

Ve shodě s jinými formami vynálezu je řečené HTD zařízení přizpůsobeno pro měření řečené HTD, přičemž tento parametr může být jeden z celé řady kožních parametrů a parametrů průtoku periferní krve. Tyto parametry mohou být stanoveny pomocí mnoha technik, například technikami měření echo dopplerovského signálu, vodivosti kůže, periferního tlaku krve, teploty kůže, barvy kůže, atd.

Jeden z hlavních rysů vynálezu se týká měření řečené dynamiky přenosu tepla (HTD) a začlenění této dynamiky do celkového posuzování režimu kontroly tepla jedince. Specificky, pokud parametry HTD ukazují na výskyt vazokonstrikce, mělo by být aplikované ochlazování dočasně zastaveno nebo sníženo. Někdy je výhodné také obrátit způsob přenosu tepla, tedy dočasně zahřívat i při nastaveném ochlazování. To znamená, že ochlazovací způsob zahrnuje občasné tepelné pulsy načasované a uzpůsobené řečené HTD.

Systém může mít uživatelské rozhraní umožňující uživateli nastavit dBCT, zejména teplotní nastavitelný bod systému. Uživatelské rozhraní může dále obsahovat kontrolní prostředky umožňující selektivní funkci systému buďto automatickým způsobem, zejména způsobem umožňujícím jak ochlazování, tak i zahřívání v závislosti na směru a odchylce aBCT od dBCT. Navíc kontrolní prostředky mohou také typicky umožnit volbu pouze zahřívání nebo pouze ochlazování.

• Β· Β < Β« ·Β (· ·· » · · · » Β Β · Β · • · 9 9 9 9 9 Φ Β ,Ο • · Β * · Β Β Β · · · « >

Π · · · · 9 9 9 9 ·>

-L V 999 9999 99 99 99 *·

Zahřívání je typicky omezeno tak, že teplota povrchu výměníku tepla, který je v kontaktu s tělním povrchem, nepřesáhne maximální teplotu, např. teplotu okolo 40°C a neklesne pod minimální teplotu, např. okolo 15°C.

Aby bylo dosaženo účinného chlazení nebo zahřívání musí být výměník tepla, typicky ve formě oděvu, připevněn na kůži jedince. Někdy je potřeba mít na sobě oděv delší dobu a to může způsobit vznik otlačenin. Aby se zabránilo tomuto problému, má výměník tepla ve shodě s jednou formou předkládaného vynálezu dva nebo více jednotlivých subsystémů kontrolujících průtok. Tyto subsystémy mohou být použity intermitentně, zejména, je-li jeden systém naplněn tekutinou a použit, zatímco druhý je prázdný a nevyvíjí tedy tlak na kůži; a více versa. Ve shodě s další formou vynálezu je přestup tekutiny do oděvu dočasně zastaven po dobu několika sekund až minut, aby došlo ke snížení tlaku na kůži, čímž dochází ke snížení tlaku.

Ve shodě s jednou formou vynálezu se systém skládá z elektrické in-line kapalinové zahřívací/chladící jednotky a cirkulace kapaliny vede přes řečenou jednotku pro zahřívání nebo chlazení. Zahřívání nebo chlazení kapaliny v této jednotce může být dosaženo za pomoci pomocné cirkulační kapaliny k přenosu tepla přes intermediární část výměníku tepla v řečené jednotce. Ve shodě s jinou formou vynálezu se systém skládá z alespoň jednoho rezervoáru studené kapaliny a alespoň jednoho rezervoáru horké kapaliny a obsahuje systém kontrolující průtok kapaliny pro selektivní usměrňování kapaliny z těchto rezervoárů. Jednou z výhod nezávislých rezervoárů horké a studené kapaliny je, že může být rychle dosaženo přepínání mezi zahříváním a chlazením.

V systému tvořeném nezávislými rezervoáry horké a studené kapaliny je systém kontrolující průtok přednostně upraven aby umožnil návrat kapaliny zpět do rezervoáru odkud kapalina

J • · pochází. Je preferováno, aby během přepínání mezi studenou a horkou kapalinou nebo vice versa původní kapalina protékala nejprve k rezervoáru odkud pochází a teprve poté, co je teplá kapalina využita je po svém návratu nasměrována do druhého rezervoáru. Studený rezervoár může být zahříván a horký rezervoár může být ochlazován. Toho může být dosaženo pomocí zařízení snímajícího teplotu kapaliny protékající výměníkem tepla a pouze pokud zařízení změří rychlou změnu teploty, nasměruje systém kontrolující průtok kapalinu do nového rezervoáru.

Aby bylo porozuměno vynálezu a aby bylo vidět, jak může být použit v praxi, bude přednostní forma vynálezu nyní popsána neomezujícím příkladem s příležitostným odkazem na připojená vyobrazení:

SďRUěNŠ—POPIG OBRÁZKŮ:

Na Obr. 1A je vyobrazen oděv ve shodě s formou vynálezu.

Na Obr. 1B je vyobrazeno zvětšení oblasti označené na Obr. 1A písmenem B s dvěmi vnějšími vrstvami, které jsou částečně odděleny pro ilustrativní účely.

Na Obr. 1B je vyobrazen pohled shora na otevřený položený oděv pro použití v systému ve shodě s formou vynálezu.

Na Obr. 3 je schématická ilustrace oděvu z Obr. 1, aplikovaného na pacienta.

Na Obr. 4 je uveden boční pohled na pacienta v oděvu z Obr. 3. Na Obr. 5 je uveden oděv ve shodě s další formou vynálezu v otevřeném stavu s pacientem ležícím na tomto oděvu opatřeném adhezívní hmotou.

Na Obr. 6 schématické obecné vyobrazení systému ve shodě s vynálezem.

Na Obr. 7 je schématický boční pohled na systém z Obr. 6.

Na Obr. 8 uvedena hlavní schématická ilustrace systému ve shodě s další formou vynálezu.

• · tt

Na Obr. 9A a 9B je uveden schématický blokový diagram algoritmu, který funguje v systému ve shodě s jednou formou vynálezu. (Obr. 9B je pokračováním Obr. 9A).

DETAÍLNÍ- POPIS PŘEBNOSWÍCH FOREM VYNÁLEZU

Na Obr. 1A je vyobrazen pohled shora na oděv 2 v otevřené úpravě ve shodě s jednou formou vynálezu. Oděv 2 je navržen pro upevnění na trup osoby. Oděv 2, který může být.specificky vidět na Obr. 1B, je tvořen dvěmi zevními vrstvami 4 a 6, mezi kterými je definován prostor 7, kudy protéká kapalina. Oděv obsahuje vstup 8 pro kapalinu a výstup 10 pro kapalinu vstupující do a vystupující z prostoru pro průtok kapaliny. Oděv má přepážku 12, která definuje cestu průchodu kapaliny, která je schématicky reprezentovaná šipkou 14. Kapalinou je typicky voda, ale může jí být jakákoli jiná vhodná kapalina, např. alkohol, olej, atd., a může to být také v jiných formách vynálezu plyn, například vzduch.

Jak je dále vidět na Obr. 1B, obsahuje oděv matrici ze spájených bodů 16, kde jsou dvě zevní vrstvy 4 a 6 oděvu 2 spájeny k sobě. Při použití oděvu dochází k tomu, že tekutina roztlačuje dvě vrstvy od sebe a plní prostor mezi spájenými body. Spájené body zajišťují strukturální integritu dvou vrstev a dále zajišťují určitou rezistenci proudu kapaliny a následně významně rovnoměrnou distribuci kapaliny v celém prostoru 7 oděvu určeném pro průtok kapaliny. Jak bude bezpochyby oceněno, je vnitřní struktura oděvu pouze příkladem. V jiných formách vynálezu může být oděv tvořen dvěmi zevními vrstvami vytvářejícími sendvič s porózní matricí uvnitř, může obsahovat trubičky nebo jiné potrubí zpuštěné nebo definované spájenými liniemi, atd.

Pohled shora na oděv je ve shodě s další formou vynálezu uveden v otevřené úpravě a obecně označen vztahovou značkou 20, jak je vidět na Obr. 2. Oděv 20 má otvory 22 a 24, které umožňují, pokud je oděv upevněn na osobu, přístup k části kůže uložené • · • · · <* · • · · 4 ·· ·» pod tímto oděvem, například pro měření teploty kůže, pro injekce, atd. Spíše než otvory 22 a 24 může být oděv také vybaven chlopněmi sloužícími podobnému účelu. Oděv je vybaven několika zářezy 2_8, 30 a 32 pro upevnění oděvu na tělo jedince, jak může být vidět na Obr. 3. Oděv, který může mít podobnou vnitřní strukturu, jaká je uvedena na Obr. 1B, je tvořen spájenými liniemi 34A, 34B, 35, 36A a 36B, které společně definují cestu průtoku kapaliny představovanou šipkami 37A, 37B, 37C a 37D sahajícími od vstupu 44 kapaliny a výstupu 46 kapaliny. V tomto případě má oděv takovou strukturu, že hrudník a břišní část jedince jsou ponechány volné, což činí oděv vhodný pro hrudní a břišní chirurgii. Pro jiné chirurgické aplikace může mít oděv celou řadu jiných různých tvarů. Oděv může být navíc poskytnut v různých velikostech, aby seděl jedincům o různé váze, pohlaví, věku, atd.

Oděv může být tvořen celou řadou různých materiálů zahrnujících tkaninu, plasty, atd. Oděv by měl být přednostně pružný a elastický, aby padnul tělu jedince. Zevní vrstva tkaniny může být potažena materiálem izolujícím teplo k zabránění přenosu tepla do zevního prostředí. Navíc může mít oděv měkkou vnitřní výstelku, jako je například plsť, aby se zamezilo výskytu otlaků.

Dále může být oděv, jak bude vysvětleno v odkazu na Obr. 5, vybaven vnitřní vrstvou absorbující kapalinu.

Oděv může být vyroben pro opakované použití, nebo může být vyroben příležitostně pro jedno použití. Oděv vyrobený pro opakované použití by měl být vyroben z materiálů, které umožňují sterilizaci jakýmkoli z celé řady známých sterilizačních postupů.

Jak je vidět na Obrázcích 2-4 jsou trubičky 44 a 46 pro vstup a výstup kapaliny připojitelné k jednotce 48 kontrolující teplotu kapaliny (zobrazena na Obr. 4).

• · • · · · · · • · · · · · • · · · « · ··

Aby bylo možno snadno připevnit a odstranit oděv, je typicky vybaven oddělitelnými prostředky určenými k připevnění, 'jako jsou například prvky 50 na bázi suchého zipu (např. Velcro™) .

Na Obr.5 je planární pohled na oděv 120 ve shodě s další formou vynálezu v otevřené poloze před upevněním na tělo pacienta. Na tomto obrázku jsou použity podobné vztahové značky jako na Obrázcích 2-4 s indexem 100 (zejména s předponou 1) a čtenář je pro vysvětlení odkazován na popis Obrázků 2-4. Jak je dále vidět na Obr. 5, je matrice 50 vyrobena z absorbujího materiálu. Typicky má tato matrice vrstvu propustnou pro kapalinu a obsahuje hygroskopický materiál schopný absorbovat kapaliny a udržet je uvnitř. Tyto matrice s vlastnostmi absorbujícími kapalinu jsou dobře známé v oboru a detailní popis jejich struktury přesahuje rámec této přihlášky.

Na Obr. 5 jsou také uvedeny sondy 60 a 62 snímající teplotu kůže a sonda 64 pro měření rektální teploty. Navíc mohou být použity i jiné typy zařízení měřících teplotu, například zařízení měřící teplotu uvnitř ucha, infračervený senzor měřící teplotu kůže, zařízení měřící teplotu v ústech určené k měření teploty jádra, atd. Jak je vysvětleno výše, je teplota kůže měřena ve shodě s jednou formou vynálezu za účelem určení dynamiky přenosu tepla (HTD) kůže. Ke stejnému účelu, jako alternativa k měření teploty kůže, mohou být měřeny i jiné parametry, mezi které patří barva kůže, vodivost kůže, periferní tlak krve, pokles teploty zahřívací nebo chladící kapaliny (jak bude také uvedeno níže), stejně tak jako další parametry, které mohou indikovat výskyt vazokonstrikce nebo vazodilatace.

Navíc mohou být s výhodou poskytnuta zařízení 70 a 72 snímající teplotu určená pro měření teploty vstupní a výstupní kapaliny. Tyto informace mohou být také využity pro určení stupně přenosu tepla mezi výměníkem tepla, zejména oděvem, a kůží, aby mohla být posouzena HTD.

Na Obrázcích 6 a 7 je uvedeno schéma systému ve shodě s další formou vynálezu. Pacient 80 je vybaven oděvem 220 (schématicky zobrazen na Obr. 5 jako obdélník) . Na Obrázcích 6 a 7 jsou uvedeny stejné vztahové značky, jako jsou použity dříve, pouze s indexem 200. Oděv 220 je vybaven vstupem 244 a výstupem 246 pro kapalinu s kontinuálním kapalinovým potrubím nebo kontinuálním porózním prostorem 240 mezi nimi, zabudovaným do oděvu 220. Celá řada snímacích zařízení uvedených zde schématicky jako komponenta 90, přenáší datové signály odrážející fyziologické parametry pacienta ke kontrolnímu zařízení 94.

Systém této formy vynálezu je přizpůsoben k zahřívání i k chlazení pacienta. V jedné formě vynálezu je horká i studená kapalina poskytována z příslušných nezávislých rezervoárů horké a studené kapaliny 96 a 98. Každý z těchto rezervoárů má příslušné vstupy 101, 102 a příslušné výstupy 103, 104 pro kapalinu. Systém je vybaven pumpou 105 pro pohánění kapaliny systémem.

Systém je vybaven dvěmi ventily 106 a 107 kontrolujícími průtok pro selektivní přenos vracející se nebo čerpané kapaliny z jednoho ze dvou rezervoárů. Pumpa 105 a ventily 106 a 107 kontrolující průtok jsou napájeny elektřinou pomocí kontrolního zařízení 94 prostřednictvím ovládacích kabelů 108, 109 a 110.

Dojde-li k přepnutí zahřívání na chlazení, nebo více versa, jsou příslušným způsobem přepnuty i ventily kontrolující průtok. Ve shodě s jednou formou vynálezu je výstup 246 pro kapalinu vybaven tepelným senzorem 272, který umožňuje přepnutí vracející se kapaliny z jednoho rezervoáru do jiného pouze na podkladě rychlé změny teploty registrované snímacím zařízením 272, které poté přenáší datový signál ke kontrolnímu zařízení • · • · ·· ·· · ··· -L Ό ·«· ···· ·· ·· ··

94, které posléze způsobuje přepnutí ventilu kontrolujícího průtok. Uspořádání je takové, že první ventil kontrolující průtok, který je přepnut, je ventil 107, a pokud například přepnutí bylo ze studené na horkou kapalinu, pokračuje ventil 106 v nasměrování vracející se kapaliny do rezervoáru 102 a pouze na podkladě registrace prudkého poklesu teploty senzorem 272 se vracející kapalina usměrňuje do rezervoáru 96.

V dalších formách vynálezu, jak je uvedeno na Obr. 8, je zahřívání a ochlazování pracovní kapaliny prováděno on-line pomocí tepelné pumpy pracující jako zahřívací/ochlazovací jednotka. Tato jednotka, která může být například vybavena tepelnými pumpami na bázi Peltierova efektu, může být snadněji kontrolována, aby ohřívala nebo chladila kapalinu procházející touto jednotkou.

Na Obr. 8 je uveden schématický popis systému ve shodě s formou vynálezu. Zde opět, podobně jako bylo použito v popisu výše, je použit index “300, a čtenář je odkazován na předchozí popis pro vysvětlení jeho funkce. Kontrolní zařízení 394 je vybaveno displejem 311 ke znázornění registrovaných parametrů, například měřené teploty jádra, měřené teploty kůže, požadované teploty jádra, průtoku, teploty kapaliny, atd. Kontrolní zařízení je navíc vybaveno kontrolním panelem 312 a procesorem 313. Procesor 313 registruje datové signály ze všech snímacích zařízení (zařízení 364 měřící teplotu jádra, zařízení 362 měřící teplotu kůže, volitelné zařízení 314 měřící teplotu kůže na bázi infračervených paprsků, a jiné). Navíc procesor také získává teplotní data ze zařízení 370 a 372 snímajících teplotu vstupující a vystupující kapaliny a teplotní data registrovaná zahřívacím/chladícím zařízením 315 prostřednictvím senzoru 316. Zařízením 315 může být například známá tepelná pumpa na bázi Peltierova efektu. Navíc kontrolní zařízení kontroluje průtok pumpy 308 prostřednictvím ovládacího kabelu 317 a kontroluje teplotu zařízení 315 prostřednictvím kabelu 318.

• ·

• · • ' · · · · • · · · · ««··· ♦ · ·

Na základě různých datových signálů registrovaných procesorem a za použití různých algoritmů navržených ve shodě s obecným principem vynálezu, jak je například uvedeno níže, může být kontrolován průtok kapaliny a/nebo její teplota. Ke správné kontrole různých parametrů mohou být použity prostřednictvím procesoru 313 různé servo kličky.

Na Obr. 8 je pomocí krabicového diagramu uveden algoritmus různých vypočítaných kroků algoritmu používaného v procesoru ve shodě s formou vynálezu. Na rozdíl od předchozích obrázků nemají vztahové značky použité na tomto obrázku žádný vztah k dříve uvedeným vztahovým značkám.

V prvním rozhodovacím kroku 410 je systém spuštěn a je zkontrolována jeho integrita. Pokud systém detekuje chybu jakékoli z jeho komponent, je spuštěna vypínací sekvence 412 systému. V iniciálním kroku jsou nastaveny různé operační způsoby. Ty mohou být automatické, nebo provádějí pouze zahřívání, nebo pouze ochlazování.

Mezi další parametry, které mohou být nastaveny uživatelem, patří minimální a maximální povolená teplota kapaliny určené k přenosu tepla, typicky vody, za účelem zabránění poškození tkáně stejně tak jako k zamezení diskomfortu pro pacienta, obzvláště není-li pod celkovou anestézií.

V dalších dvou rozhodovacích krocích 414 a 416 je porovnávána skutečná teplota vody (označená na obrázku jako TEPLOTA VODY) s maximální povolenou teplotou vody (VYSOKÁ TEPLOTA) a s minimální povolenou teplotou vody (NÍZKÁ TEPLOTA).

V případě, že v kroku 414 je teplota vody vyšší než je limit VYSOKÁ TEPLOTA, je spuštěna chladící sekvence 418 a v případě, že v kroku 416 je teplota vody příliš nízká, je spuštěna zahřívací sekvence 420.

• ·

V dalším rozhodovacím kroku 422 je zvolen operační způsob na podkladě zadání uživatele, a to buďto pouze chladící způsob, pouze zahřívací způsob, nebo způsob automatický, označené značkami 424, 426 a 428.

V prvním rozhodovacím kroku 430 zahřívacího způsobu je porovnávána teplota jádra (TEPLOTA JÁDRA) s požadovanou nastavenou teplotou tělního jádra (NASTAVENÁ HODNOTA”). Je-li teplota tělního jádra nad nastavenou hodnotou, je systém instruován, aby přešel na záložní způsob 432, zejména je pak zastavena funkce zahřívání. V průběhu funkce záložního způsobu je průběžně měřena teplota tělního jádra a je porovnávána s nastavenou hodnotou.

Pokud je zjištěno, že je teplota tělního jádra pod nastavenou hodnotou, je porovnána teplota vody s vysokou teplotou v bodě 434 a pokud je teplota vody nižší než vysoká teplota, je spuštěn zahřívací způsob 420. Pokud je zjištěno, že je teplota vody nad vysokou teplotou, je systém opět instruován, aby přešel na záložní způsob 432.

V prvním rozhodovacím kroku 440 chladícího způsobu 424 je porovnávána teplota jádra s nastavenou hodnotou. Je-li teplota tělního jádra pod nastavenou hodnotou, je systém instruován, aby přešel na záložní způsob 432. Pokud je teplota tělního jádra pod nastavenou hodnotou, systém určuje, zdali došlo k vazokonstrikci kůže 442. Pokud k vazokonstrikci nedošlo, přechází chladící způsob do dalšího rozhodovacího kroku 444, v kterém je porovnávána teplota vody s minimální povolenou teplotou. Pokud je teplota vody nižší než NÍZKÁ TEPLOTA, je systém instruován, aby přešel na záložní způsob 432, a pokud je nad touto teplotou, je zahájena chladící sekvence 418.

Pokud je zjištěno v kroku 442, že došlo k vazokonstrikci (tj.

je zjištěna nízká vodivost mezi jádrem a periferií) i přes fakt, že probíhá chladící způsob, je spuštěna zahřívací sekvence. Pokud je zjištěno, že vazokonstrikce odezněla, je znovu zahájeno chlazení.

V prvním rozhodovacím kroku 450 automatického způsobu 428 je porovnávána teplota jádra s nastavenou hodnotou. Je-li teplota tělního jádra pod nastavenou hodnotou, je systém instruován, aby přešel na zahřívací způsob 426. Pokud je teplota tělního jádra pod nastavenou hodnotou, sekvence pokračuje do dalšího rozhodovacího kroku 452 a zde, pokud je teplota jádra nad nastavenou hodnotou, je spuštěna chladící sekvence 424. Pokud je teplota jádra pod nastavenou hodnotou je systém přepnut na záložní způsob.

V algoritmu popsaným výše je jediným kontrolovaným parametrem teplota vody. Mělo by být známo, že v jiných formách vynálezu mohou být kontrolovány také další parametry, jako je například průtok kapaliny určené k přenosu tepla. Navíc mohou být ve výstupu systému zapracovány například na podkladě dat importovaných z mimotělního oběhu také různé další parametry, jako je například teplota krve.

Jak bude oceněno, určení výskytu vazokonstrikce může být založeno na podkladě celé řady parametrů, jak je zmíněno výše v popisu, za použití dat získaných z jednoho nebo více z výše popsaných snímacích zařízení.

Claims (24)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém pro regulaci teploty (BCT) tělního jádra jedince, s výměníkem tepla pro přenos tepla na části tělního povrchu jedince nebo pro odvádění tepla z části tělního povrchu jedince, s alespoň jedním snímacím zařízením pro měření skutečné teploty (aBCT) jedince a pro vysílání datového signálu charakterizujícího tuto skutečnou teplotu (aBCT) jedince, s regulačním zařízením (94, 394) pro příjem datových signálů, zahrnujících datový signál charakterizující skutečnou teplotu (aBCT) jedince, a pro vysílání regulačního signálu pro regulaci vlastností výměníku tepla vyměňovat teplo jako funkce datových signálů a požadované teploty (dBCT) tělního povrchu jedince, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno přídavné snímací zařízení pro měření parametru udávajícího teplotu tělního povrchu jedince pro určení parametru udávajícího dynamiku (HTD) přenosu tepla mezi tělním povrchem jedince a teplotou (BCT) tělního jádra jedince a pro vydávání datového signálu charakterizujícího dynamiku (HTD) přenosu tepla do regulačního zařízení (94, 394).
2. 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že výměník tepla obsahuje jednu nebo více trubiček pro průchod tekutiny regulující teplo pro přenos tepla na tělní povrch jedince nebo pro absorbování tepla z tělního povrchu jedince.
3. 3. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že výměník tepla je připojen k zařízení pro cirkulaci tekutiny regulující teplo trubičkami.

   • ·* *· · ·· · ·♦ · · · ·· · « ·· ♦ ♦♦· · · 9 9 9 9

   9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

   9 9 9 9 9 9 9 9 9

   999 99 99 999 99 999
4. 4. Systém podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obsahuje jedno nebo více snímacích zařízení (272, 370, 372) pro měření teploty cirkulující tekutiny a pro vysílání datového signálu, který ji charakterizuje, do regulačního zařízení (94, 394).
5. 5. Systém podle jednoho z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že tekutinou je kapalina.
6. 6. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výměník tepla je tvořen oděvem (20, 120, 220, 320), určeným pro obléknutí na část těla.
7. 7. Systém podle jednoho z předcházejících nároků pro použití při regulaci teploty těla pacienta při nebo po celkové anestézii nebo v perioperačním období.
8. 8. Systém podle nároku 7, vyznačující se tím, že výměník tepla je tvořen oděvem (20, 120, 220, 320), určeným pro obléknutí na část těla.
9. 9. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že oděv (20) má otvory (22, 24) pro umožnění přístupu pro chirurgické výkony, pro parenterální aplikaci nebo pro drenáž tekutin.
10. 10. Systém podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že alespoň část oděvu (20) je opatřena odnímatelnou a pružnou matricí (50) z absorpčního materiálu absorbujícího kapalinu.
11. 11. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že snímací zařízení pro měření parametru udávajícího dynamiku (HTD) přenosu tepla zahrnuje zařízení pro

    Λ • · • 99

    9 9 9

    9 999

    9 9

    9 9

    999 99

    9 9 měření teploty na části kůže proximální k části kůže, na níž je aplikován výměník tepla, přičemž určení dynamiky (HTD) přenosu teplaje založeno na rychlosti změny teploty.
12. 12. Systém podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že snímací zařízení pro měření parametru kůže zahrnuje zařízení pro měření teploty na části kůže proximální k části kůže, na níž je aplikován výměník tepla, přičemž určení dynamiky (HTD) přenosu tepla je založeno na rychlosti změny teplotního rozdílu mezi částí kůže a tělním jádrem.
13. 13. Systém podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno snímací zařízení (370) pro měření vstupní teploty tekutiny vstupující do alespoň jedné trubičky a alespoň jedno snímací zařízení (372) pro měření výstupní teploty tekutiny z alespoň jedné trubičky, přičemž tato snímací zařízení (370, 372) jsou spojena s regulačním zařízením (394) pro přenos příslušných dat do regulačního zařízení (394), pro výpočet dynamiky (HTD) přenosu tepla regulačním zařízením (394) na základě teplotního rozdílu mezi vstupní a výstupní teplotou a průtoku tekutiny.
14. 14. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že povrchový parametr je parametrem zvoleným ze skupiny obsahující parametr udávající teplotu tělního povrchu jedince, barvu kůže, periferní krevní tlak kůže, elektrické napětí kůže, vodivost kůže, signál dopplerovského echa.
15. 15. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při zahřívání nebo chlazení je funkce zahřívání nebo chlazení dočasně zastavena nebo změněna na chlazení nebo zahřívání.

    • · • ·« • · · * · · « ··« « · • · · · · ··· ·* ·· ·
16. 16. Systém podle nároku 15, vyznačující se tím, že zastavení nebo změna na zahřívání nebo chlazení je provedena automaticky, pokud určená dynamika (HTD) přenosu tepla ukazuje na snížení přenosu tepla mezi periferií a tělním jádrem, tedy na výskyt vazokonstrikce.
17. 17. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že regulační zařízení (94, 394) má funkční režim chlazení, funkční režim zahřívání a automatický funkční režim pro automatické zahřívání nebo chlazení v závislosti na rozdílu mezi teplotou jádra a požadovanou teplotou jádra.
18. 18. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obsahuje uživatelské regulační rozhraní pro umožnění uživateli nastavit požadovanou teplotu (dBCT) tělního povrchu jedince nebo nastavit systém na činnost ve funkčním režimu chlazení, ve funkčním režimu zahřívání nebo v automatickém funkčním režimu.
19. 19. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že teplota výměníku tepla je udržována mezi minimální a maximální teplotou pro zabránění poškození tkáně s ohledem na její vystavení nadměrnému zahřívání nebo chlazení.
20. 20. Systém podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výměník tepla je vytvořen s alespoň dvěma jednotlivými subsystémy s individuální regulací průtoku.
21. 21. Systém podle jednoho z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu elektrickou jednotku pro zahřívání/chlazení tekutiny, přičemž tekutina je usměrněna pro průtok touto elektrickou jednotkou.
22. 22. Systém podle jednoho z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden rezervoár (98) studené tekutiny a alespoň jeden rezervoár (96) horké tekutiny a regulační systém pro regulaci průtoku tekutiny pro selektivní odvádění tekutiny z rezervoárů (98, 96).
23. 23. Systém podle nároku 22, vyznačující se tím, že regulační systém pro regulaci průtoku tekutiny umožňuje zpětné proudění tekutiny do rezervoáru (96, 98), z něhož je tekutina odváděna.
24. 24. Systém podle nároku 22 nebo 23, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno snímací zařízení pro měření teploty tekutiny proudící ven z výměníku tepla a při změně odvádění tekutiny z rezervoáru (96, 98) na odvádění tekutiny z druhého rezervoáru (98, 96) regulační systém průtoku tekutiny zpočátku usměrní vracející se tekutinu do jednoho rezervoáru (96, 98), a když snímací zařízení snímá podstatnou změnu teploty, usměrní vracející se tekutinu do druhého rezervoáru (98, 96).