CN101574285A - 颅脑局部低温自动温控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颅脑局部低温自动温控装置，该装置采用组合多点灵敏热偶传感器，经测温电路进行热电转换，将采集到的信号经巡检电路选通后通过控制电路来控制微型步进电机的转速，进而控制闭环冷却液的瞬时流量，在局部手术区实现中深度低温状态，并自动将手术区及周围组织保持在某一恒定温度以满足手术所需，整个过程可快速降温，经试验只需3－5分钟即可将温度下降到手术所需温度。本发明不仅可以局部中深度区域降温且温度可调、保持温度恒定，而且可形成脑内温度梯度图，对评价低温脑保护效果具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于颅脑降温神经保护技术，特别是一种颅脑局部低温自动温控装置。
背景技术
目前在进行神经保护医学治疗中，为防止脑缺血的发生发展，主要使用的是全身冰毯降温方法。此方法原理是应用冷水循环的降温毯，利用病人躯干及四肢皮肤与降温毯之间的热交换作用，达到病人体温降低的目的。但这种方法有三个主要缺陷：(1)病人全身体温下降速度慢，达到浅低温状态平均需要8小时，维持低温也困难，对病人来说有可能错过治疗时机；(2)全身低温通常只能降低2℃-3℃，降温低于32℃以下，会引起心律失常等严重并发症。(3)全身大部分不需要处于低温的器官也处于低温状态，会对全身其它系统和器官功能带来较大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速、持续、稳定、对大脑神经无损伤的人体颅脑手术局部自动降温装置，特别是脑外科手术中颅脑的局部中深度降温装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种颅脑局部低温自动温控装置，包括温度传感器、测温电路、巡检电路、控制电路、驱动电路和蠕动泵，所述的温度传感器置于颅脑内部，通过有线连接至测温电路输入端，该测温电路输出端连接巡检电路输入端，该巡检电路输出端连接控制电路输入端，该控制电路输出端连接驱动电路输入端，同时输出反馈信号连接到巡检电路，该驱动电路连接电机和蠕动泵，控制含有冰水的软管蠕动，形成整体系统；通过置于颅脑内的温度传感器，将热信号提供给测温电路，该测温电路进行热电转换，将电信号提供给巡检电路，该巡检电路控制电磁继电器的通断来选择测温电路采集来的多点脑温温度信号，使之输出到控制电路，该控制电路输出四位控制信号以控制巡检电路，并对采集来的温度信号进行分析判断，输出频率方波信号驱动微型步进电机，该步进电机再把脉冲激励的变化转换成电机相应角位移的机械量使蠕动泵蠕动，进而使闭环冷却液在软管内实现循环流动，不断替换掉高温液体，达到降温的目的。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)可快速降温，经试验只需3-5分钟即可将温度下降到手术所需温度。(2)局部中深度区域降温且温度可调，只对局部手术区域进行降温。由于在控制电路设计中预留了可调参数，即目标温度参数，这样可根据手术需要，将温度降至20℃-36℃之间任意设定值，避免了正常器官受损和心律失常、感染、凝血功能障碍等问题。(3)可保持温度恒定。采用自动反馈补偿控制和自适应控制算法，控制电路可根据人体温度、冷却液温度和目标温度三个参数，自动调节蠕动泵转速，当测温电路返回温度信号符合目标温度时，使冷却效果与人体自然升温平衡。(4)可形成脑内温度梯度图，对评价低温脑保护效果具有重要意义。由于微控制器内RAM可分别存储16个温度信号各时间段数据，又由于多点传感器测得的是人脑不同部位的温度，根据存储的16组数据就可形成脑内温度梯度图。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明颅脑局部低温自动温控装置的总体框图。
图2是本发明热电偶测温电路示意图。
图3是本发明巡检电路示意图。
图4是本发明控制电路示意图。
图5是本发明电机驱动电路示意图。
图6是本发明蠕动泵与软管配合工作状态图。
具体实施方式
结合图1，本发明颅脑局部低温自动温控装置采用组合多点灵敏热偶传感器，经测温电路进行热电转换，将采集到的信号经巡检电路选通后通过控制电路来控制微型步进电机的转速，进而控制闭环冷却液的瞬时流量，在局部手术区实现中深度低温(在20℃-36℃之间可任意设定某一温度值)状态，并自动将手术区及周围组织保持在某一恒定温度以满足手术所需，整个过程只需几分钟。本发明包括温度传感器、测温电路、巡检电路、控制电路、驱动电路和蠕动泵，所述的温度传感器置于颅脑内部，通过有线连接至测温电路输入端，该测温电路输出端连接巡检电路输入端，该巡检电路输出端连接控制电路输入端，该控制电路输出端连接驱动电路输入端，同时输出反馈信号连接到巡检电路，该驱动电路连接电机和蠕动泵，控制含有冰水的软管蠕动，形成整体系统；通过置于颅脑内的温度传感器，将热信号提供给测温电路，该测温电路进行热电转换，将电信号提供给巡检电路，该巡检电路控制(本发明采用16点灵敏热偶传感器，在实际应用中可自由选择8-16个点的灵敏热偶传感器)电磁继电器的通断来选择测温电路采集来的多点脑温温度信号，使之输出1路到控制电路，该控制电路输出四位控制信号以控制巡检电路，并对采集来的温度信号进行分析判断，输出频率方波信号驱动微型步进电机，该步进电机再把脉冲激励的变化转换成电机相应角位移的机械量使蠕动泵蠕动，进而使闭环冷却液在软管内实现循环流动，不断替换掉高温液体，达到降温的目的。
结合图2，本发明的测温电路是采用热电偶进行测温电路的设计，即AD590为电流式温度传感器，用于热电偶的冷端补偿，MC1403为AD590的2.5V稳压源，OP07为功率放大器，提供电压放大功能，将所获得的温度信号进行2级放大，电阻Rp、R4、R5、R8、R7用来调节放大器倍数，调整电阻Rp对放大倍数进行微调，电阻R2、R3、R6用来限流保护；补偿电势e1由AD590和电阻R1来提供，e1＝-(1μA/℃)R1t，得到冷端温度自动全补偿。
结合图3，本发明的巡检电路选用16通道选通电路，来实现实时多点脑温测量，片型为74LS154；四位控制信号由74LS154产生16路信号，分别经驱动模块74LS04产生16路电流控制16个电磁继电器J1～J16的通断，该继电器要求切换速度快，性能稳定好且体积较小。以选择测温电路采集来的温度信号，使之输出1路到控制电路；四位控制信号控制16个电磁继电器，按1号到16号的顺序依次关断，将16路温度信号依次循环送入控制电路。
结合图4，本发明的控制电路以PHILIPS公司的LPC2132ARM微控制器为核心，包含4个32位定时器、1个10位8路ADC、1个10位DAC、6个PWM通道和47个GPIO以及9个边沿或电平触发的外部中断；选通的单路温度信号接入引脚14，经A/D转换器处理后转换为需要的脉冲信号，经引脚29送给驱动电路，控制蠕动泵的转速，根据人体温度、冷却液温度和目标温度三个参数，自动调节蠕动泵转速，当测温电路返回温度信号符合目标温度时，使冷却效果与人体自然升温平衡；引脚21、22、26、27选择为通用I/O口，产生四位选通信号来控制巡检电路，并对采集来的温度信号进行分析判断，根据需要输出一定频率方波信号以驱动步进电机，达到通过控制电机转速以控制温度的目的。循环选通16个温度信号；LPC2132 ARM微控制器内RAM分别存储16个温度信号各时间段数据，根据存储的16组数据形成脑内温度梯度图。
结合图5，本发明的步进电机驱动电路通过产生特定频率的脉冲信号使电机获得需要的转速，把脉冲激励的变化转换成电机相应角位移的机械量，采用的是MC3479。其工作于整步模式，引脚7连接控制电路引脚29，脉冲信号引入MC3479，在它的2、3引脚和14、15引脚间产生不同相位的方波信号，利用相位差的大小控制电机转速的大小。
蠕动泵可使闭环冷却液实现循环流动，使软管内经冰水混合物冷却过的液体不断替换掉高温液体，达到降温的目的。蠕动泵与软管的配合是将软管卡在泵头的压块与主动轮之间，工作时泵头主动轮由输出方向向接受方向旋转，使其滚轮周而复始地压紧和放松软管，使管内产生负压，管内液体则循环流动，如图6所示。
Claims (6)
1、一种颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于包括温度传感器、测温电路、巡检电路、控制电路、驱动电路和蠕动泵，所述的温度传感器置于颅脑内部，通过有线连接至测温电路输入端，该测温电路输出端连接巡检电路输入端，该巡检电路输出端连接控制电路输入端，该控制电路输出端连接驱动电路输入端，同时输出反馈信号连接到巡检电路，该驱动电路连接电机和蠕动泵，控制含有冰水的软管蠕动，形成整体系统；通过置于颅脑内的温度传感器，将热信号提供给测温电路，该测温电路进行热电转换，将电信号提供给巡检电路，该巡检电路控制电磁继电器的通断来选择测温电路采集来的多点脑温温度信号，使之输出到控制电路，该控制电路输出四位控制信号以控制巡检电路，并对采集来的温度信号进行分析判断，输出频率方波信号驱动微型步进电机，该步进电机再把脉冲激励的变化转换成电机相应角位移的机械量使蠕动泵蠕动，进而使闭环冷却液在软管内实现循环流动，不断替换掉高温液体，达到降温的目的。
2、根据权利要求1所述的颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于：测温电路是采用热电偶进行测温电路的设计，即AD590为电流式温度传感器，用于热电偶的冷端补偿，MC1403为AD590的2.5V稳压源，OP07为功率放大器，将所获得的温度信号进行2级放大，电阻Rp、R4、R5、R8、R7用来调节放大器倍数，调整电阻Rp对放大倍数进行微调，电阻R2、R3、R6用来限流保护；补偿电势e1由AD590和电阻R1来提供，e1＝-(1μA/℃)Rlt，得到冷端温度自动全补偿。
3、根据权利要求1所述的颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于：巡检电路选用16通道选通电路，来实现实时多点脑温测量，片型为74LS154；四位控制信号由74LS154产生16路信号，分别经驱动模块74LS04产生16路电流控制16个电磁继电器J1～J16的通断，以选择测温电路采集来的温度信号，使之输出1路到控制电路；四位控制信号控制16个电磁继电器，按1号到16号的顺序依次关断，将16路温度信号依次循环送入控制电路。
4、根据权利要求1所述的颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于：控制电路以LPC2132ARM微控制器为核心，包含4个32位定时器、1个10位8路ADC、1个10位DAC、6个PWM通道和47个GPIO以及9个边沿或电平触发的外部中断；选通的单路温度信号接入引脚14，经A/D转换器处理后转换为需要的脉冲信号，经引脚29送给驱动电路，控制蠕动泵的转速，根据人体温度、冷却液温度和目标温度三个参数，自动调节蠕动泵转速，当测温电路返回温度信号符合目标温度时，使冷却效果与人体自然升温平衡；引脚21、22、26、27选择为通用I/O口，产生四位选通信号，接入巡检电路，循环选通16个温度信号；LPC2132ARM微控制器内RAM分别存储16个温度信号各时间段数据，根据存储的16组数据形成脑内温度梯度图。
5、根据权利要求1所述的颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于：驱动电路采用MC3479，其工作于整步模式，引脚7连接控制电路引脚29，脉冲信号引入MC3479，在它的2、3引脚和14、15引脚间产生不同相位的方波信号，利用相位差的大小控制电机转速的大小。
6、根据权利要求1所述的颅脑局部低温自动温控装置，其特征在于：蠕动泵与软管的配合是将软管卡在泵头的压块与主动轮之间，工作时泵头主动轮由输出方向向接受方向旋转，使其滚轮周而复始地压紧和放松软管，使管内产生负压，管内液体则循环流动。
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