CN104856798B - 一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统，用于对小动物脑部的温度和躯干部的温度分别进行调控，包括：躯干部温度调控子系统和脑部温度调控子系统，其中，躯干部温度调控子系统包括躯体支撑面板、四个支柱、第一逆流交换装置、双温双控温控仪、两个热电偶感温探头以及计算机，脑部温度调控子系统包括脑部支撑面板、第二逆流交换装置、排水装置、集水装置、两根连接导管、常开型电磁阀、智能温控仪以及一个热电偶感温探头。本发明能够实现小动物脑部与躯干部差异性温度调控及双向温度调控，而且能够在5～10min内快速调控到目标温度，又可在目标温度允许范围内进行精确的温度调控。

Description

一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统

技术领域

本发明涉及动物实验器材技术领域，具体而言，涉及一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统。

背景技术

保持体温在正常生理范围内(如人类约为36.5℃±0.5℃)是维持机体内环境稳态的重要条件，温度过高或过低都会对组织造成永久性损害(如高热和冻伤)。另一方面，某些特定的非生理状态温度亦能够发挥常温下难以实现的特殊治疗或保护作用，如预防性低温技术通过显著延长对缺血的耐受时限而在心脏手术和脏器移植手术中实现器官保护作用。因此，目标性温度监控与适度的人为温度调控是临床上各种治疗方案的一个重要的组成部分，起着主要或辅助性的作用。

以低温技术为例，现有的大量临床和基础研究结果表明，与脑温过高可明显加重脑缺血患者的神经功能损害相反，对已经发生或可能发生的脑缺血性或缺血再灌注性损伤，治疗性亚低温技术(therapeutic hypothermia,TH)是仅次于血流重建的、唯一被明确证实具有神经保护作用的措施，但是，这一技术没有在临床上得到广泛推广，其主要障碍是降低脑温必须主要通过全身降温来实现，而全身降温具有诸多的弊端：设备条件复杂、降温速度慢、影响心脏的正常功能、血管阻力升高、长时间全身非生理状态温度导致凝血、免疫紊乱等全身不良反应增多等，增加患者的死亡率和致残率，削弱甚至掩盖了脑低温的脑保护作用。因此，通过某种选择性脑亚低温(selective brainhypothermia,SBH)进行脑部的选择性降温，而肛温却维持在正常体温可避免全身低温带来的不良反应，在保证脑低温疗效的同时最大限度提高低温治疗技术的安全性。近期的研究发现，与全身性低温组相比，在促进神经功能恢复的同时，选择性脑亚低温组全身脏器的严重并发症明显减少并具有相当高的生存率。江基尧等通过对大鼠、猪、猴等进行的系列研究也证实，选择性脑低温能够改善全脑缺血动物的生存率和神经行为学预后。小动物是重要的临床前实验研究工具，因此动物实验研究中建立科学合理的小动物选择性脑低温技术对相关机制研究和治疗性研究的开展具有重要的意义。

选择性脑温控制技术上的实现是低温脑保护研究的决定性途径，但是，组织温度与组织代谢水平、组织器官的血流灌注和周围环境的温度密切相关。通常在同一时刻，生物体全身不同部位和不同深部的温度通过血液循环的流动而达到基本均匀一致，局部温度的单独调控的结果常常出现两种相互制约的情况：一是局部温度达标延缓，二是全身温度保持艰难。因此，在不改变血流的情况下，实现血流丰富的器官(如大脑)的温度与身体其他部位产生明显的温差，需要兼顾技术设备条件和动物种属的特异性。

由于小动物头部较小，颅骨壁较薄，能够快速与周围环境之间进行热量交换，在选择性脑温快速控制技术的实施上具有明显的优势。在以往的研究中，大多采用向小动物头部表面喷淋挥发性液体或覆盖冰块的方法实现选择性脑低温，但这些方法存在动物呼吸道阻塞、温度操控不良、降温幅度个体差异大、降温速度不均匀、不能实现双向温度调控等缺点。另外，改变脑温的同时，躯体其它部位温度的维持也需要技术支持，因此有必要在小动物实验研究中建立头、体分别进行温度调控的选择性双向温度调控的一体化操作系统，以利于对脑亚低温技术的神经保护作用机制进行深入研究和临床转化。

发明内容

本发明针对现有的全身亚低温技术和选择性脑低温技术中存在的缺陷或不足，利用热传导和逆流交换原理，提供了一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统，用于在小动物实验中对小动物脑部的温度和躯干部的温度分别进行调控，从而为临床建立选择性脑温控制方法提供重要的实践基础。

为达到上述目的，本发明提供的一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统，包括：躯干部温度调控子系统和脑部温度调控子系统，其中，

躯干部温度调控子系统包括躯体支撑面板、四个支柱、第一逆流交换装置、双温双控温控仪、两个热电偶感温探头以及计算机，其中，躯体支撑面板为矩形，躯体支撑面板的中部设有一与小动物躯干部位尺寸相匹配的凹陷区域，躯体支撑面板长度方向一端的中部开有一矩形缺口，四个支柱分别设置在躯体支撑面板四个角的下部，第一逆流交换装置贴设在躯体支撑面板的下部，其位置与小动物的胸腹部对应，第一逆流交换装置内部盛有蒸馏水，且第一逆流交换装置内部设有一水温加热器，水温加热器与双温双控温控仪连接，双温双控温控仪通过一电源开关与电源连接，计算机与双温双控温控仪连接，计算机内安装有一加热控制程序，使用时其中一个热电偶感温探头置入小动物直肠内，另一个热电偶感温探头置入第一逆流交换装置内，两个热电偶感温探头进一步与双温双控温控仪连接以将感测到的温度信号发送至双温双控温控仪，双温双控温控仪根据两个热电偶感温探头感测到的温度信号以及加热控制程序设定的温度调控范围控制水温加热器的开启和关闭；

脑部温度调控子系统包括脑部支撑面板、第二逆流交换装置、排水装置、集水装置、两根连接导管、常开型电磁阀、智能温控仪以及一热电偶感温探头，脑部支撑面板为矩形，脑部支撑面板的尺寸与躯体支撑面板中的矩形缺口相匹配，以使脑部支撑面板能够架设在躯体支撑面板上，脑部支撑面板的中部设有一与小动物脑部尺寸相匹配的凹陷区域，第二逆流交换装置为一与小动物脑部形状相匹配的头帽，头帽呈一端开口较大另一端开口较小的中空管状，并在开口较大一端的边缘设有一梯形缺口，方便引出脑温测量热电偶导线，头帽包含一塑料材质的外表层和一橡胶材质的内里层，外表层与内里层之间形成一密闭的通水夹层，排水装置和集水装置用于盛放生理盐水，两根连接导管分别连接在排水装置与第二逆流交换装置之间和集水装置与第二逆流交换装置之间，且排水装置的高度高于集水装置的高度，常开型电磁阀设置在排水装置与第二逆流交换装置之间的连接导管上，使用时热电偶感温探头置入小动物的脑组织中以感测小动物脑部温度，智能温控仪连接在常开型电磁阀与热电偶感温探头之间，智能温控仪根据热电偶感温探头感测到的温度信号以及设定的温度调控范围控制常开型电磁阀的开启和关闭，以调节排水装置流入第二逆流交换装置内的生理盐水的流速和流量，常开型电磁阀和智能温控仪分别通过电源开关与电源连接。

在本发明的一实施例中，排水装置和集水装置均为储水囊。

在本发明的一实施例中，躯体支撑面板的两侧分别设有三个通孔，通孔用于固定悬挂储水囊所用的支架以及用于固定小动物的四肢。

在本发明的一实施例中，第一逆流交换装置为一储水盒。

在本发明的一实施例中，连接导管均为带有调节阀的医用输液管。

在本发明的一实施例中，第一逆流交换装置设有一换水孔和一孔塞，孔塞的大小与换水孔相匹配。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够实现小动物脑部与躯干部差异性(即选择性)温度调控，可实现脑-体温差达10℃。

2、本发明能够实现小动物脑部温度和躯干部温度的双向调控，既可降温也可升温。

3、本发明对小动物脑部温度和躯干部温度调控的操控性强，既能够在5～10min内快速调控到目标温度(如脑温32℃同时肛温38℃)，又可在目标温度允许范围内进行精确的温度调控，还可控制温度变化的速度，从而有利于维持小动物血液动力学稳定。

4、本发明整体为不透水性，能够使得整个实验过程中小动物毛发始终保持干燥，不影响术后小动物脑温和体温的长期自主变化。

5、本发明中的水流方向为双向，通过调节排水装置和集水装置之间的高度差和水温可实现二者的角色互换，可根据需要预先通过冰箱冷藏或微波炉加热将排水装置和集水装置内的水制冷或加热温度至0℃～50℃之间。

6、本发明用于小动物实验时能够使得操作方便、灵活、简洁，消耗性物品取材方便，排水装置和集水装置可采用盛有一次性生理盐水的水囊，连接导管可采用带有调节阀的医用输液管。

7、本发明中头帽的内层壳体为弹性层，能够与小动物颅骨充分接触，保证小动物脑部的热传导快速进行，从而加快小动物脑部温度调控速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的组成结构示意图；

图2为本发明中头帽的示意图；

附图标记说明：1-躯干部温度调控子系统；11-躯体支撑面板；12-支柱；13-第一逆流交换装置；131-水温加热器；14-双温双控温控仪；15-热电偶感温探头；16-计算机；2-脑部温度调控子系统；21-脑部支撑面板；22-第二逆流交换装置；221-梯形缺口；222-外表层；223-内里层；23-排水装置；24-集水装置；25-连接导管；26-常开型电磁阀；27-智能温控仪；28-热电偶感温探头；3-电源开关；4-电源；5-通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的组成结构示意图，如图所示，本发明提供的小动物脑、体温度选择性双向调控系统为一个负反馈自动温度控制系统，包括：躯干部温度调控子系统1和脑部温度调控子系统2，其中，

躯干部温度调控子系统1包括躯体支撑面板11、四个支柱12、第一逆流交换装置13、双温双控温控仪14、两个热电偶感温探头15以及计算机16，通过第一逆流交换装置13与小动物躯干部分之间的热量传导和逆流交换调控小动物躯干部分的温度，其中，躯体支撑面板11为矩形，躯体支撑面板11的中部设有一与小动物躯干部位尺寸相匹配的凹陷区域(图中未示出)，以使得小动物的躯干部分与躯体支撑面板11紧密贴合，躯体支撑面板11长度方向一端的中部开有一矩形缺口，四个支柱12分别设置在躯体支撑面板11四个角的下部，四个支柱12用以支撑躯体支撑面板11，使得躯体支撑面板11高于实验台4-5cm，第一逆流交换装置13贴设在躯体支撑面板11的下部，其位置与小动物的胸腹部对应，第一逆流交换装置13内部盛有蒸馏水，且第一逆流交换装置13内部设有一水温加热器131，水温加热器131与双温双控温控仪14连接，双温双控温控仪14通过一电源开关3与电源4连接，计算机16与双温双控温控仪14连接，计算机16内安装有一加热控制程序，两个热电偶感温探头15的直径均为0.1mm，使用时其中一个热电偶感温探头15置入小动物直肠内以感测小动物的直肠温度，另一个热电偶感温探头15置入第一逆流交换装置13以感测第一逆流交换装置13中的蒸馏水的温度，以实现肛温、水温同时监测，例如目标温度为肛温37.5℃～38.0℃之间，水温则应控制在37.0℃～45.0℃之间，两个热电偶感温探头15进一步与双温双控温控仪14连接以将感测到的温度信号发送至双温双控温控仪14，双温双控温控仪14根据两个热电偶感温探头15感测到的温度信号以及加热控制程序设定的温度调控范围控制水温加热器131的开启和关闭；

本发明中的第一逆流交换装置13还可以设置一换水孔和一孔塞(图中未标出)，并使孔塞的大小与换水孔相匹配，以方便更换第一逆流交换装置13中的蒸馏水。

在本发明中，当肛温与水温控制出现矛盾时，双温双控温控仪14将感测到的温度信号传导至计算机16中，通过计算机16中依据优先原则预写的加热控制程序通过双温双控温控仪14提供的动态连接库或rs485通讯模式进而控制水温加热器131的开启和关闭。

加热控制程序采用VB语言编写，以选择性脑低温为例，根据实际控制需要编写的加热控制程序如下：

具体而言，就是当满足肛温>38℃或水温>42℃任一条件时，关闭水温加热器131，当肛温<37℃或水温<37℃任一条件时，开启水温加热器131。

需要特别说明的是，具体温度参数设定可根据温度调控逻辑需要临时修改程序语句中的温度数值。

脑部温度调控子系统2包括脑部支撑面板21、第二逆流交换装置22、排水装置23、集水装置24、两根连接导管25、常开型电磁阀26、智能温控仪27以及一热电偶感温探头28，脑部支撑面板21为矩形，脑部支撑面板21头侧中间部分可预留有一间隙以固定连接于小动物脑内的监测线，脑部支撑面板21的尺寸与躯体支撑面板11中的矩形缺口相匹配，以使脑部支撑面板21能够架设在躯体支撑面板11上，脑部支撑面板21的中部设有一与小动物脑部尺寸相匹配的凹陷区域(图中未示出)，第二逆流交换装置22为一与小动物脑部形状相匹配的头帽，图2为本发明中头帽的示意图，如图所示，本发明中的头帽包括呈一端开口较大、另一端开口较小的中空管状，并在开口较大一端的边缘设有一梯形缺口221，头帽包含一塑料材质的外表层222和一橡胶材质的内里层223，外表层222与内里层223之间形成一密闭的通水夹层(图中未示出)，头帽与小动物脑部形状相匹配使得通水夹层能够充分的与小动物脑部之间进行热量交换，保证热传导快速进行，头帽中的梯形缺口221用于在使用时方便引出脑温测量热电偶导线，开口较小一端方便露出小动物的口鼻，不影响小动物正常呼吸，排水装置23和集水装置24用于盛放生理盐水，两根连接导管25分别连接在排水装置23与第二逆流交换装置22之间和集水装置24与第二逆流交换装置22之间，且排水装置23的高度高于集水装置24的高度，常开型电磁阀26设置在排水装置23与第二逆流交换装置22之间的连接导管25上，使用时热电偶感温探头28置入小动物的脑组织中以感测小动物脑部温度，其中热电偶感温探头28的直径为0.1mm，智能温控仪27连接在常开型电磁阀26与热电偶感温探头28之间，智能温控仪27根据热电偶感温探头28感测到的温度信号以及设定的温度调控范围控制常开型电磁阀26的开启和关闭，以控制排水装置23流入第二逆流交换装置22内的生理盐水的流速和流量，实现头帽内水温的保持或变化，继而通过头帽与小动物脑部之间的热量逆流交换保持或改变小动物脑部的温度，常开型电磁阀26和智能温控仪27分别通过电源开关3与电源4连接。

其中，排水装置23和集水装置24均可以为储水囊，由于储水囊为实验室中的常用实验器材，从而能够降低本发明的制作成本。

其中，躯体支撑面板11的两侧分别设有三个通孔5，通孔5用于固定悬挂储水囊所用的支架以及用于固定小动物的四肢，通孔5分别距离躯体支撑面板11边缘0.5cm，同一侧的通孔之间相距5cm，通孔的直径为0.3cm。

其中，第一逆流交换装置13可以为一储水盒。

其中，上述连接导管16、25均可以为带有调节阀的医用输液管，以方便定期更换。

本发明在使用时，首先根据小动物脑部温度和躯干部温度调节目标对双温双控温控仪14和智能温控仪27进行设定，接着将小动物俯卧于躯体支撑面板11上，并将两个热电偶感温探头15分别置入小动物直肠和第一逆流交换装置13，以及在小动物脑部安装监测小动物脑部温度的热电偶感温探头28，之后将小动物仰卧，将头帽戴在小动物脑部，连接与头帽相连接的排水装置23和集水装置24，使排水装置23的高度高于集水装置24的高度以产生液体流动，打开电源开关3即可进行小动物脑、体温度的定向调节。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够实现小动物脑部与躯干部差异性(即选择性)温度调控，可实现脑-体温差达10℃。

2、本发明能够实现小动物脑部温度和躯干部温度的双向调控，既可降温也可升温。

3、本发明对小动物脑部温度和躯干部温度调控的操控性强，既能够在5～10min内快速调控到目标温度(如脑温32℃同时肛温38℃)，又可在目标温度允许范围内进行精确的温度调控，还可控制温度变化的速度，从而有利于维持小动物血液动力学稳定。

4、本发明整体为不透水性，能够使得整个实验过程中小动物毛发始终保持干燥，不影响术后小动物脑温和体温的长期自主变化。

5、本发明中的水流方向为双向，通过调节排水装置和集水装置之间的高度差和水温可实现二者的角色互换，可根据需要预先通过冰箱冷藏或微波炉加热将排水装置和集水装置内的水制冷或加热温度至0℃～50℃之间。

6、本发明用于小动物实验时能够使得操作方便、灵活、简洁，消耗性物品取材方便，排水装置和集水装置可采用盛有一次性生理盐水的水囊，连接导管可采用带有调节阀的医用输液管。

7、本发明中头帽的内层壳体为弹性层，能够与小动物颅骨充分接触，保证小动物脑部的热传导快速进行，从而加快小动物脑部温度调控速度。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统，用于对小动物脑部的温度和躯干部的温度分别进行调控，其特征在于，包括：躯干部温度调控子系统和脑部温度调控子系统，其中，

所述躯干部温度调控子系统包括躯体支撑面板、四个支柱、第一逆流交换装置、双温双控温控仪、两个热电偶感温探头以及计算机，其中，所述躯体支撑面板为矩形，所述躯体支撑面板的中部设有一与小动物躯干部位尺寸相匹配的凹陷区域，所述躯体支撑面板长度方向一端的中部开有一矩形缺口，四个所述支柱分别设置在所述躯体支撑面板四个角的下部，所述第一逆流交换装置贴设在所述躯体支撑面板的下部，其位置与小动物的胸腹部对应，所述第一逆流交换装置内部盛有蒸馏水，且所述第一逆流交换装置内部设有一水温加热器，所述水温加热器与所述双温双控温控仪连接，所述双温双控温控仪通过一电源开关与电源连接，所述计算机与所述双温双控温控仪连接，所述计算机内安装有一加热控制程序，使用时其中一个热电偶感温探头置入小动物直肠内，另一个热电偶感温探头置入所述第一逆流交换装置内，两个所述热电偶感温探头进一步与所述双温双控温控仪连接以将感测到的温度信号发送至所述双温双控温控仪，所述双温双控温控仪根据两个所述热电偶感温探头感测到的温度信号以及所述加热控制程序设定的温度调控范围控制所述水温加热器的开启和关闭；

所述脑部温度调控子系统包括脑部支撑面板、第二逆流交换装置、排水装置、集水装置、两根连接导管、常开型电磁阀、智能温控仪以及一热电偶感温探头，所述脑部支撑面板为矩形，所述脑部支撑面板的尺寸与所述躯体支撑面板中的矩形缺口相匹配，以使所述脑部支撑面板能够架设在所述躯体支撑面板上，所述脑部支撑面板的中部设有一与小动物脑部尺寸相匹配的凹陷区域，所述第二逆流交换装置为一与小动物脑部形状相匹配的头帽，所述头帽呈一端开口较大另一端开口较小的中空管状，并在开口较大一端的边缘设有一梯形缺口，方便引出脑温测量热电偶导线，所述头帽包含一塑料材质的外表层和一橡胶材质的内里层，所述外表层与所述内里层之间形成一密闭的通水夹层，所述排水装置和所述集水装置用于盛放生理盐水，两根所述连接导管分别连接在所述排水装置与所述第二逆流交换装置之间和所述集水装置与所述第二逆流交换装置之间，且所述排水装置的高度高于所述集水装置的高度，所述常开型电磁阀设置在所述排水装置与所述第二逆流交换装置之间的连接导管上，使用时所述热电偶感温探头置入小动物的脑组织中以感测小动物脑部温度，所述智能温控仪连接在所述常开型电磁阀与所述热电偶感温探头之间，所述智能温控仪根据所述热电偶感温探头感测到的温度信号以及设定的温度调控范围控制所述常开型电磁阀的开启和关闭，以调节所述排水装置流入所述第二逆流交换装置内的生理盐水的流速和流量，所述常开型电磁阀和所述智能温控仪分别通过所述电源开关与电源连接。

2.根据权利要求1所述的小动物脑、体温度选择性双向调控系统，其特征在于，所述排水装置和所述集水装置均为储水囊。

3.根据权利要求2所述的小动物脑、体温度选择性双向调控系统，其特征在于，所述躯体支撑面板的两侧分别设有三个通孔，所述通孔用于固定悬挂所述储水囊所用的支架以及用于固定小动物的四肢。

4.根据权利要求1所述的小动物脑、体温度选择性双向调控系统，其特征在于，所述第一逆流交换装置为一储水盒。

5.根据权利要求1所述的小动物脑、体温度选择性双向调控系统，其特征在于，所述连接导管均为带有调节阀的医用输液管。

6.根据权利要求1所述的小动物脑、体温度选择性双向调控系统，其特征在于，所述第一逆流交换装置设有一换水孔和一孔塞，所述孔塞的大小与所述换水孔相匹配。