CN101516446B - 外科手术期间对患者的温度控制 - Google Patents
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Abstract
一种红外辐射加热系统，用于在外科手术期间升高或维持患者身体的均匀核心温度，而基本上不影响所述患者身体周围区域的温度，该红外辐射加热系统包括：红外辐射加热机构，其在使用中位于所述患者附近的不显眼位置，以向所述患者的整个身体或所述患者身体的一个或多个部分提供辐射热量；以及与所述加热机构通信的控制机构，用于控制所述辐射热量在所述患者身体上的强度水平和强度分布，从而使得在使用中所述患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中，从而得到均匀的核心体温，而基本上不影响所述患者身体周围区域的温度。
Description
技术领域
本公开内容涉及一种红外辐射加热系统，用于在外科手术期间升高或维持患者的均衡体温，并且基本上不影响患者身体周围区域的温度。
背景技术
在手术室中进行外科手术期间(其通常可能持续数个小时)，温度通常设置在对外科医生适宜的水平，通常在20摄氏度左右。但由于多种原因，对于患者而言，该温度太低，因而是不合需要的。首先，在外科手术期间，外科手术部位的患者身体部分的内部是开放并且暴露的，由此使身体热量损失至环境中，并且引起患者体温的降低。第二，因为将妨碍医生成功地进行外科手术过程，患者未被厚衣物覆盖，这同样会引起在外科手术期间患者变冷。
为了在外科手术期间使患者保持温暖，先前已经采用了各种方法。例如，加热手术台上的床垫，其缺点在于仅在一侧对患者加热。而且，外科手术期间，患者可能躺在床垫上较长时间段，从而产生了压力点，其与该加热结合可能导致对患者的损伤。用于使患者温暖的另一方法涉及使用加热毯，其同样仅对身体一侧加热，并且非常不便于进行外科手术。另一方法包括将暖空气吹送到患者上。其一个缺点在于其可能干扰外科手术期间在手术室中的灭菌环境。对于一些手术，灭菌空气从上流向下，以为患者创建一个更加无菌的环境。吹送暖空气干扰了这一过程。又一方法包括使用热屏蔽，但其体积较大并且不便于使用。
此外，已经建议将各种加热设备用于在外科手术期间使患者温暖，这其中就包括对流加热器。然而，由于这种设备体积庞大、干扰外科手术队伍执行外科手术的能力或者不能均匀地对整个患者身体加热，其是效率较低或者无功效的。
本公开内容使用的红外辐射加热系统和其使用方法，可以满足这些和其它需求。
发明内容
根据本公开内容，公开了一种红外辐射加热系统，用于在外科手术期间升高或维持患者身体的均匀核心温度，而基本上不影响患者身体周围区域的温度。
特别地，本发明的一个目的是提供一种红外辐射加热系统，用于在外科手术期间升高或维持患者身体的均匀核心温度，而基本上不影响患者身体周围区域的温度，该系统包括：
红外辐射加热机构，其在使用中位于患者附近的不显眼位置，以向患者的整个身体或患者身体的一个或多个部分提供辐射热量；
以及与加热机构通信的控制机构，其用于控制辐射热量在患者身体上的强度水平和强度分布，从而使得在使用中，患者身体的核心温度上升或维持在预定范围内，从而产生均匀核心温度，而基本上不影响患者身体周围区域的温度。
另一目的是提供一种系统，其中，红外加热机构还包括红外光照明装置的像素化阵列，其并入执行外科手术的手术室照明系统中。
另一目的是提供一种系统，其中，红外光照明装置包括发光二极管。
另一目的是提供一种系统，其中，控制机构还包括温度感测机构，适于感测位于患者身体的多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热机构的辐射热量强度水平和分布，以将患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种系统，其中，红外加热机构遍及在外科手术期间由患者穿戴的外科手术衣物而内置；并且控制机构还包括温度感测机构，其遍及衣物而内置并且适于感测患者身体的多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热机构的辐射热量强度水平和分布，以将患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种系统，其中，红外加热机构可释放地遍及在外科手术期间由患者穿戴的外科手术衣物而附着；控制机构还包括温度感测机构，其可释放地遍及衣物而附着并且适于感测患者身体的多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热机构的辐射热量强度水平和分布，以将患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种系统，其中，预定皮肤温度范围从约37℃至41℃，并且核心温度为约37.5℃。
另一目的是提供一种方法，用于使用红外辐射加热系统在外科手术期间升高或维持患者身体的均匀核心温度，而基本上不影响患者身体周围区域的温度，该方法包括：
提供如下系统，该系统包括：
红外辐射加热机构，其在使用中位于患者附近的不显眼位置，以向患者的整个身体或患者身体的一个或多个部分提供辐射热量；
以及与加热机构通信的控制机构，其用于控制辐射热量在整个患者身体上的强度水平和强度分布，从而使得在使用中患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中，从而产生均匀核心体温，而基本上不影响患者身体周围区域的温度；
以不显眼的方式将加热机构定位在患者附近；以及
控制加热机构，从而使得患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中，而基本上不影响患者周围区域的温度。
另一目的是提供一种方法，其中，红外加热机构还包括红外光照明装置的像素化阵列，其并入执行外科手术的手术室照明系统中。
另一目的是提供一种方法，其中，红外光照明装置包括发光二极管。
另一目的是提供一种方法，其中，控制机构还包括温度感测机构，其适于感测位于患者身体多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热装置的辐射热量强度水平和分布，以将整个患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种方法，其中，红外加热机构遍及在外科手术期间由患者穿戴的外科手术衣物而内置；并且控制机构还包括温度感测机构，其遍及衣物而内置并且适于感测位于患者身体多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热机构的辐射热量强度水平和分布，以将患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种方法，其中，红外加热机构可释放地遍及在手术期间由患者穿戴的外科手术衣物而附着；控制机构还包括温度感测机构，其可释放地遍及衣物而附着并且适于感测患者身体的多个位置处的皮肤温度，由此使得控制机构控制加热机构的辐射热量强度水平和分布，以将患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中。
另一目的是提供一种方法，其中，预定皮肤温度范围从约37℃至41℃，并且核心温度为约37.5℃。
附图说明
参考下列实施例将更详细地说明本发明的这些和其它方面。图1-3复制于2005年5月31日提交的欧洲专利申请05104703.3，所述文献在此全文引入作为参考。
图1示出了具有双层1×3斜纹编织的单色LED的示例单侧矩阵沿着纬轴(weft axis)的示意性横截面视图；
图2示出了具有双层3×3斜纹编织的单色LED的示例双侧矩阵沿着纬轴的示意性横截面视图；
图3示出了具有双层3×5斜纹编织的单色LED的示例双侧矩阵沿着纬轴的示意性横截面视图，其中该斜纹编织在中央平面中具有浮丝(float)。
图4是本发明一个实施例的示意图，它展示了位于手术台上的、可独立寻址的IR光源阵列。
具体实施方式
在本发明中，我们推荐使用红外(IR)辐射光照明装置，其设计使得仅有患者的身体受到辐照或照明。由红外光照明所引起的对患者的加热更均匀。而且，由于IR光穿透皮肤更深，产生的温度曲线图比对流加热所产生的更平缓，因此其加热更有效，并且可得到均匀的身体核心温度(最佳为37.5℃左右)。由于IR辐射较好地限制在患者区域中，并且得以吸收，患者周围的区域几乎不受影响(因而，手术队伍不受IR辐射影响)。
例如，在一个实施例中，IR辐射加热机构/光源并入手术室的照明系统中。使用强度可调的数个IR光源，可以较好地界定被较好定义的照明区域和在该区域中的强度分布。这样，患者可以被均匀地加热。优选地，IR加热机构是像素化阵列的形式，例如，像素化LED阵列，其中每个LED具有高达约500毫瓦的热能输出。LED比灯泡更有效，并且它们产生正确光谱。更特别地，在本发明中，IR LED基本上仅产生不可见IR光。照明系统通常固定于患者身体所躺的手术台上方的固定天花板位置上。作为选择，对于天花板位置，可以使用其它IR光源，例如，可独立控制产生像素化光分布的卤素灯阵列。
IR辐射的强度水平和强度分布可以手动处理或可以由反馈回路控制。在后者的情况下，可以预想各种方式。例如，患者的体温可以由位于患者身体皮肤上各个部位处的热量或温度传感器测量。该信息传送至控制机构并由控制机构处理，然后控制机构控制IR辐射加热机构以对患者身体提供合适的IR强度水平和强度水平分布，使患者身体在预定范围中升高或维持均匀的皮肤温度。
作为选择，可以使用IR照相机来测量患者温度。同样，通过处理来自于IR辐射加热机构的IR辐射光的辐射强度水平和分布，控制机构可以处理该信息。
例如，如图4中所示，由IR光源110-115组成的IR光源的阵列100分别产生光分布210-215。通过分别并且相互独立地打开/关闭IR光源，可以调整在手术台200上照明的阵列。附加检测系统、例如照相机，检测患者的位置和外科医生的位置。调整光分布，使得对患者照明而不照明外科医生。而且，使用又一控制回路，例如PID温度控制器，该控制回路可测量患者的皮肤温度和/或核心温度，并且可以相应地调整IR光强度使得患者的核心温度基本上保持恒定，例如，约37.5℃左右。
例如，在另一实施例中，通过将IR辐射加热机构/光源并入患者在手术期间穿戴的衣物材料中，可以实现对患者体的均匀IR照明。该衣物可以装配有可与控制机构通信的温度/热量传感器，以控制从IR辐射加热机构散发的照明强度水平和分布。光源可以是IR发光二极管(LED)。在2005年5月31日提交的题为“A Fully Textile Electrode Lay-out Allowing Passiveand Active Matrix Addressing”最新提交的欧洲专利(EP)申请05104703.3和2006年5月30日提交的相应国际专利申请号PCT IB2006/051716中更完整地描述了用于LED的编织电极阵列的实例，所述两篇文献在此全文引入作为参考。
根据EP05104703.3，在一个实施例中，这种衣物可以由具有多层结构的编织物制成，并且优选使用至少双层结构制成。该织物可以在第一方向上使用纱线编织(该第一方向可以称为经向)，与对准第二方向的纱线交织，该第二方向可以称为纬向。在纬向上的纱线横贯经向上的纱线。经向和纬向彼此横贯，并且优选为基本上彼此垂直。
应当理解，用术语“经”和“纬”仅涉及编织物上的纵向和横向的方向，并非用于暗示对在织布机上制造织物的方法进行限制。
使用术语“多层经线”以包括一种织物，其中使用多层经向纱线以编织单织物片，并且与独立编织片制成的多层织物不同。
光电装置可以连接至织物一侧或两侧。这种装置可以具有需要连接至织物的两个、三个、四个或多个电极。将要给出典型实施例用于一色、两色或三色发光二极管(LED)，然而，所述的原理意于适用于各种类型的装置。除了发光模块，可以附着任何合适类型的电子部件，诸如传感器、传动装置、驱动器集成电路等。在两色和三色LED的情况下，共用阳极将被示出。
可以使用不同类型的纱线和/或纤维：导电纱线和不导电纱线。两种类型的纱线可以是单一或多纤丝类型。如果使用多纤丝纱线，纱线中可能必须有一定的扭曲度，以便于防止由于零散的单纱线纤丝之间的电连接而引起相邻多纤丝纱线之间的短路。根据本发明，导电纱线被定义为至少在纱线的外表面上具有导电材料的导电纱线。这种纱线可以有各种构造，并且可以例如具有另一材料的内核。内核可以包括非导电材料。根据本发明的，非导电纱线被定义为至少具有非导电外表面，并且可以完全由非导电材料制成或者可以具有导电核。
可以使用任何合适的纤维和纱线用作导电和非导电纱线。例如，可以使用铜、不锈钢或镀银聚酰胺纤维用于导电纱线。还可以使用尼龙、棉线或聚酯纤维用于非导电纱线。
基于将使用的LED类型，例如LED是单色还是多(双/三)色类型，可以使用很多种编织结构。编织结构中层的数量可能取决于所使用的纱线类型和等级以及编织的间距(pitch)。优选地，经向的层数是二，但是可以使用多层，而不脱离本发明的范围。在所示实施例中，示出的纬向上仅为一层，但是可以使用多于一层，而不脱离本发明的范围。
参考图1，以基于双层斜纹编织的单侧矩阵的示意性横截面视图的形式，示出了一个典型实施例。使用术语“单侧矩阵”以指示用于连接电部件的导电经向和纬向纱线仅呈现在织物的一面上。这适于将单色LED在阳极电极连接16和阴极电极连接17处附着到编织结构的一侧上。将理解的是，根据设计选择，“阳极”和“阴极”连接的指定可以颠倒。
在图1和随后的图中，经向纱线在横截面中示为圆圈，其中填充的圆圈指示导电纱线11，而空的圆圈指示非导电纱线12。实线13示出了导电纬向纱线，其横贯经向纱线而行进。在图1中，仅经向纱线的第一层14包含导电纱线11。经向纱线的第二层15仅包含非导电经向纱线。纬向纱线可以包括多根导电纬向纱线13和非导电纬向纱线(未示出)。导电纬向纱线13的数量n通常确定了经向上可独立寻址的线的数量。导电经向纱线11的数量m通常确定了纬向上可独立寻址的线的数量。因而，在该实例中，可以将高达n×m个可独立寻址单色LED附着至图1中所示的重复编织图案所创建的织物区域中的织物上。
图1中所示的编织在第一表面18上是1×3斜纹编织，而在第二表面19上是3×1斜纹编织。每根导电经向纱线11在同一层中具有至少两根相邻的非导电经向纱线12。借助于插入非导电经向纱线12，防止了相邻的导电经向纱线11和交错的导电纬向纱线13之间的电接触。在该实例中，相邻的导电经向纱线11被至少三根非导电经向纱线12分离。每根导电纬向纱线13具有至少两根相邻平行非导电纬向纱线，从而在相邻导电纬向纱线之间不存在电接触。
将理解的是，在此所述的所有实施例和实例中的非导电纬向纱线并非必须沿着与它们在导电和非导电经向纱线周围或之间被编织的导电纬向纱线相同的路径。
图1中的导电纬向纱线13横贯非导电经向纱线之间的经向。该横贯包括纬向纱线13从织物19的一面通过多层经向、穿过第二经向层15和第一经向层14到达织物的相对面18迁移。
导电纬向纱线两次连续横贯织物形成环20，其中导电纬向纱线13通过多层经向中至少之一并且优选所有层中的至少一根经向纱线周围。在图1中，环20总共包括经向纱线的第一和第二层14、15中的两根非导电经向纱线。环20在织物的第一表面18上形成了阳极电连接16，而导电经向纱线11的近侧部分17形成阴极电连接。
图2和3示出了两个用于双侧矩阵的编织结构实例，其允许单色LED附着。使用措辞“双侧矩阵”以指示用于连接电子部件的导电经向和纬向纱线出现在织物的两个表面上。
这些实例还采取包含第一层经向纱线24和第二层经向纱线25的双层编织的形式，其中具有交错的导电纬向纱线23。在这些双侧矩阵设置中，经向纱线的第一层24和第二层25都包含导电经向纱线21。这些导电经向纱线21还设置在多层经向的分别第一层24和第二层25中的织物的交替面26、27上，在该实例中，该多层经向仅具有两层。图3中的编织结构还包含由导电纬向纱线33在中央平面中形成的浮丝31，所述中央平面即经向纱线的第一层24和第二层25之间的平面。通过使纬向纱线33通过多层经向的不同平面中的两个相邻经向纱线之间，形成这些浮丝31。在该情况下，它们的功能是通过减少经向纱线的数量而提高编织结构的整体性，其中导电纬向纱线33从一个横断物穿越至下一个横断物。
为了允许将多色LED连接至编织纤维矩阵，需要额外的导电经向纱线，每个阴极一根。同样，由至少一根插入非导电经向纱线分离相邻的导电经向纱线，从而在相邻导电经向纱线之间以及在导电经向纱线与交错的导电纬向纱线之间不具有电接触。相邻导电纬向纱线还由至少一根非导电纬向纱线分离，从而在相邻导电纬向纱线之间不存在电接触。
除了诸如LED的电子部件之外，织物可以包括射频天线，该天线包含与电子部件电连接并且用于与其远程通信的编织导电纱线。天线可以采取包括了导电经向和纬向纱线的线圈形式。经由驱动电路可以允许远程通信。天线还可以用于提供与远程控制仪器的通信链路。这种远程控制仪器可以向天线提供信号，该信号随后可以由驱动电路转换成其它信号，该其它信号随后驱动附着至织物的电子部件。可替换地或者除此之外，天线可以将信号从织物传递至远程控制仪器。这种已发射的信号可以包括驱动电路从附着至织物的一个或多个电子部件、诸如温度、光或其它传感器接收的信息。还需理解的是，除了如上所述的以织物来编织电子电路，可以使用本领域技术人员熟知的技术。这种技术可以包括，例如，利用刺绣、印刷和电镀一种物质并且随后将电路蚀刻于其上。
有用的预定皮肤温度范围，例如约是37至41摄氏度(℃)，基本上与约37.5摄氏度的正常身体核心温度相关。皮肤表面的温度根据解剖部位而改变，但是大致上在32和35摄氏度之间。在此假设，通过穿透身体的IR辐射，体温得以升高。这意味着，为了获得恒定体温，预定温度应当比疼痛阈值水平稍高几度，并且不应接近此阈值水平，因此预定温度可能因人而异，但通常在41至45摄氏度之间。身体将向其环境辐射和传导热量，这导致了体温的降低。IR辐射源必须补偿该损失，并且在闭环系统中保持体温恒定。这可以使用具有温度传感器的反馈回路实现，所述温度传感器借助于传感器温度和实际温度之间的差产生信号以调节加热装置，例如，使用PID(比例-积分-微分)控制系统。这种系统非常熟知。本发明可以采用两个模式中的一个。首先，最初其可以用于升高患者的温度。在该情况下，使用控制机构可以设置皮肤温度在约37℃和41℃的范围中，或者更小的在39℃和41℃的范围中。在该模式中，环境和患者之间将存在正的净能量转移，导致患者身体核心温度上升。一旦患者身体核心温度已经达到可接受水平，可以以第二模式运用本发明，由此维持患者的身体核心温度。在该情况下，控制机构可以设置皮肤温度例如在37.5℃，其导致在患者和环境之间的净能量转移大致为零。在该情况下，辐射加热器仅补偿患者的热量损失。
温度感测机构是所熟知的，它包括例如耳温度计装置、IR感测装置、皮肤接触温度传感器等。
虽然已经参考其特定实施例描述了本发明，本领域普通技术人员应能理解，只要不背离本发明的精神和范围，可以对本发明进行许多修改、增强和/或改变。因而，本发明仅受权利要求书及其等效的范围的限制。
Claims (3)
1.一种红外辐射加热系统，用于在外科手术期间升高或维持患者身体的均匀核心温度，而基本上不影响所述患者身体周围区域的温度，该红外辐射加热系统包括：
红外辐射加热机构，其在使用中位于所述患者附近的不显眼位置，以向所述患者的整个身体或所述患者身体的一个或多个部分提供辐射热量；以及
与所述红外辐射加热机构通信的控制机构，其用于控制所述辐射热量在所述患者身体上的强度水平和强度分布，从而使得在使用中所述患者身体的皮肤温度升高或维持在预定范围中，从而得到均匀的核心体温，而基本上不影响所述患者身体周围区域的温度，
其中，所述红外辐射加热机构还包括红外光照明装置的像素化阵列，其被并入执行所述外科手术的手术室照明系统中，
其中，所述控制机构还包括温度感测机构，其适于感测在所述患者身体的多个位置处的皮肤温度，由此使所述控制机构控制所述红外辐射加热机构的辐射热量强度水平和分布，以使所述患者身体的皮肤温度升高或维持在所述预定范围中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述红外光照明装置包括发光二极管。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定范围从约37℃至41℃，并且所述核心温度为约37.5℃。
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