CN116510150A - 一种通过热刺激调控人体体温的装置 - Google Patents

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杜云飞
刘绪平
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俞园峰
石杰
陈文强
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Jiangxi Guoke Meixin Medical Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及体温调节装置领域，具体涉及一种通过热刺激调控人体体温的装置。该装置包括控制器、末梢温度采集器、核心温度采集器以及发热器；末梢温度采集器用于采集当前时段皮肤末梢温度数据；核心温度采集器用于采集当前时段人体核心温度数据；发热器用于贴合于后颈部预设位置并发热；控制器用于录入身高数据以及体重数据，且结合当前时段发热温度数据、当前时段皮肤末梢温度数据以及当前时段人体核心温度数据进行数据处理生成温度控制指令，根据温度控制指令控制发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。本发明遵照人体自身生理调节机制，不需要生物药物，没有药物副作用的顾虑。

Description

一种通过热刺激调控人体体温的装置
技术领域
本发明涉及体温调节装置，具体涉及一种通过热刺激调控人体体温的装置。
背景技术
人类属于恒温哺乳动物，基于神经反馈(中枢梯次反馈及延髓快反馈)通过神经指令及体液递质实现自身产热及散热的体温稳态调节。人体的代谢性体温是受下丘脑的体温中枢调控的，如果把人体比作一个房间(热容量体)，体温中枢就像房间空调的遥控器，在身体健康的时候，体温中枢会把体温控制在37℃左右，所以体温是相对恒定的。当细菌或病毒或其它病原体入侵身体时，它们会被人体的免疫系统发现，并作出反应来清除这些“敌人”，发现和清除这些敌人的过程中会产生一些致热源，这些致热源会通过一连串的信号传递，最终通过一些介质，比如前列腺素，将敌人入侵的信号告诉下丘脑里的体温中枢，然后体温中枢调高体温设定点做出应对，例如设定为39℃，这就导致了发烧。体温中枢一旦把体温设定点提高了，就会给身体发出信号，通过神经、激素的调节来提高身体的代谢水平，加速产热并减少热量散发，比如通过肌肉的颤动来产热，收缩皮肤的血管来减少散热。
在特定的病理诱因下，人体的体温调节能力会部分甚至全部缺失(功能障碍或者功能反馈环路受损或受抑制)，特别是中枢性体温调节能力。如严重的颅脑应激，这普遍存在于脑卒中、外伤应激、颅脑病变等病理过程中，是在全身麻醉镇静、严重感染性休克(脓毒血症引起的DIC造成的广泛梗死)、颅脑外伤等疾病救治过程中很常见的病理过程，对中枢体温调定点的医疗干预往往收效甚微。在亚低温和深低温治疗的危重症患者低温器官保护临床实践中，我们经常看到临床医生用尽了药物及生命支持手段来对“中枢性高热”的患者进行降温，却依旧有很多患者无法实现体温目标的情况。
因此，在麻醉或重病患者的救治过程中，如何有效地对“中枢性高热”的患者，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者进行体温调节，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过热刺激调控人体体温的装置，可以在麻醉或重病患者的救治过程中，有效地对“中枢性高热”的患者，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者进行体温调节，其完全遵照人体自身生理调节机制，不需要生物药物，没有药物副作用的顾虑，有着非常重要且实际的临床利益。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种通过热刺激调控人体体温的装置，包括控制器以及分别与所述控制器电连接的末梢温度采集器、核心温度采集器以及发热器；
所述末梢温度采集器，其用于采集待调控人员皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段皮肤末梢温度数据，并将所述当前时段皮肤末梢温度数据传递给所述控制器；
所述核心温度采集器，其用于采集待调控人员当前时段的人体核心温度，得到当前时段人体核心温度数据，并将所述当前时段人体核心温度数据传递给所述控制器；
所述发热器，其用于贴合于待调控人员后颈部预设位置并发热，且通过后颈部预设位置向待调控人员体内输入热量；
所述控制器，其用于录入待调控人员的身高数据以及体重数据，并获取所述发热器的当前时段发热温度数据，且结合所述当前时段皮肤末梢温度数据以及所述当前时段人体核心温度数据进行数据处理，生成温度控制指令，以及根据所述温度控制指令控制所述发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。
本发明的有益效果是：本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置通过发热器对人体后颈部加热，因为后颈部位相较于人体其他部位，离体温调节中枢下丘脑更近，所以下丘脑的热感神经元接收到从脊髓神经传递过来的体温升高信号，然后下丘脑关于体温降温调节的指令传到末梢神经和皮肤，最终汗腺分泌增加，皮肤毛细血管舒张，毛细血管的血液灌注遇到的阻力减小，血液通量增大，增加散热，以实现退烧的目的；本发明在加热后颈部的同时监测肢体末端的温度变化以控制后颈部位发热器的温度，使人体输出热量减发热器输入热量的净散热量尽可能大，在麻醉或重病患者的救治过程中，有效地对“中枢性高热”的患者，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者进行体温调节，以达到较好的退烧效果；本发明完全遵照人体自身生理调节机制，不需要生物药物，没有药物副作用的顾虑，有着非常重要且实际的临床利益。
附图说明
图1为本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置的结构框图；
图2为皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种通过热刺激调控人体体温的装置，包括控制器以及分别与所述控制器电连接的末梢温度采集器、核心温度采集器以及发热器；
所述末梢温度采集器，其用于采集待调控人员皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段皮肤末梢温度数据，并将所述当前时段皮肤末梢温度数据传递给所述控制器；
所述核心温度采集器，其用于采集待调控人员当前时段的人体核心温度，得到当前时段人体核心温度数据，并将所述当前时段人体核心温度数据传递给所述控制器；
所述发热器，其用于贴合于待调控人员后颈部预设位置并发热，且通过后颈部预设位置向待调控人员体内输入热量；
所述控制器，其用于录入待调控人员的身高数据以及体重数据，并获取所述发热器的当前时段发热温度数据，且结合所述当前时段皮肤末梢温度数据以及所述当前时段人体核心温度数据进行数据处理，生成温度控制指令，以及根据所述温度控制指令控制所述发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。
在使用本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置时，待调控人员最好在室温较为恒定的室内(例如20℃以上的室温)，待调控人员以躺或趴的姿势保持不变，为了尽量减少室内的流动空气影响，待调控人员盖上一层毯子或薄被子。人体核心一般指心脏，而人体核心温度可以通过核心温度采集器采集待调控人员腋下温度获得。人的体温包括人体内部的核心温度和人体表层的体表温度，人体内部的核心温度又叫核心温度。医学上所说的体温指的是人体内部的核心温度，但核心温度不容易测量，在实际工作和日常生活中常常用直肠、口腔和腋窝下等部位测得的温度代表体温-即核心温度。腋窝下测量温度最常用，也最方便，测量时要求腋窝必须保持干燥，将胳膊夹紧、紧贴胸部，使腋窝紧闭。人体内部的热量需要经过一定的时间才能逐渐传导到腋窝，使腋窝温度上升，升高到接近于人体内部的温度。因此，通过保持合适的姿势，较长的热平衡时间，可以认为测量腋下温度近似于核心温度。这个热平衡时间通常需要花费比较长的时间，需要坚持测15-20分钟以上。
当发热器加热量较小时，下丘脑不足以发出热刺激反应。当发热器加热量开始增加，输入热量开始增加；下丘脑开始发出热刺激反应：汗腺分泌增加，四肢末梢毛细血管扩张；输出热量也开始增加，四肢的散热是大于颈部的局部加热的。发热器加热量是可以几乎无上限增加的，但肢体散热量是有上限的，因此需要通过监测肢体皮肤末梢的温度变化以控制后颈部位发热器的温度(功率)，达到人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量尽可能大。
在本具体实施例中：所述控制器内设置有参数数据库，所述参数数据库内存储有身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据，所述参数数据库内还存储有与所述身高参考数据以及所述体重参考数据所对应的人体表面积数据，所述参数数据库内还存储有与所述身高参考数据、所述体重参考数据以及所述人体核心温度参考数据所对应的人体代谢率数据，所述参数数据库内还存储有人体导热系数和皮肤平均导出热厚度。
在本具体实施例中：所述控制器具体用于，
录入待调控人员的身高数据以及体重数据，并获取所述当前时段发热温度数据、所述当前时段人体核心温度数据和所述当前时段皮肤末梢温度数据；
根据所述身高数据、所述体重数据以及所述当前时段人体核心温度数据从所述参数数据库内筛选出对应的身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据，且根据筛选出的身高参考数据以及体重参考数据进一步从所述参数数据库内筛选出对应的人体表面积数据，以及根据筛选出的身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据进一步从所述参数数据库内筛选出对应的人体代谢率数据；
根据所述当前时段发热温度数据、所述当前时段人体核心温度数据、所述当前时段皮肤末梢温度数据、筛选出的人体表面积数据和人体代谢率数据以及所述参数数据库内存储的人体导热系数和皮肤平均导出热厚度，计算出人体活性方程中的未知参数，从而得到未知参数确定的人体活性方程；
基于人体热平衡关系和未知参数确定的人体活性方程，构建皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系；
根据所述函数关系，计算发热器发热温度在预设温度区间内的皮肤末梢温度最小值，并将皮肤末梢温度最小值对应的发热器发热温度作为所述发热器的最优发热温度数据，且根据所述最优发热温度数据生成温度控制指令，以及根据所述温度控制指令控制所述发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。
具体的，人体表面积数据与身高数据和体重数据相关；例如，身高1.7M、体重70Kg成人体表面积为1.8M2；身高1.5M、体重50Kg成人体表面积为1.4M2等。
具体的，所述人体代谢率数据是指身体利用氧气和食物来生产化学能，氧化现象发生的速率称为其代谢速率。通常用于评估代谢率的方法是基于量热测量，它包括耗氧率、等效能量消耗和身体面积。人体代谢率数据的计算公式为，
M0＝EE*VO2*1/AD；
其中，M0为所述人体代谢率数据；AD为所述人体表面积数据；VO2为耗氧率；EE为每升氧气瓦时的能量当量，且EE＝(0.23RQ+0.77)×5.88，RQ为呼吸熵。
对于特定的测试者，通过参数数据库，可以计算出他的代谢率近似值。例如身高1.7M，体重70Kg，核心体温为37℃的成人代谢率约为807W/m2。
具体的，所述人体活性方程为，
E新陈代谢+E发热器＝EC；
其中，
E新陈代谢＝M0*AD；
E发热器＝K人体*A发热器*(T发热器-T核心)/L1；
EC＝K人体*AD*(T核心-T末梢)/L2；
具体的，E新陈代谢为人体新陈代谢产热量；E发热器为发热器输入人体的热量；EC为热从人体核心传导到皮肤末梢的能量消耗；M0为所述人体代谢率数据；AD为所述人体表面积数据；K人体为所述人体导热系数，因人体含水70％，因此人体导热系数约0.432W/(m·k)，其是常量；A发热器为所述发热器与待调控人员后颈部预设位置接触的面积；T发热器为所述当前时段发热温度数据；T核心为所述当前时段人体核心温度数据；T末梢为所述当前时段皮肤末梢温度数据；L2为所述皮肤平均导出热厚度，非寒冷状态下L2约为3cm，其是常量；L1为所述人体活性方程中的未知参数，且L1代表皮肤平均导入热厚度。
根据能量守恒定律，人体热活性方程的基本形式为：能量输入-能量消耗＝能量存储+能量输出。人体散热的方式主要有热传导和热蒸发，取决于身体的核心和体表温度，以及衣服的表面(室温)。人体的传热在很大程度上依赖于血液对外周组织的灌注和人体核心和皮肤之间的温度梯度。例如，在炎热潮湿的环境中，心输出功率增加，氧化过程变得更快。因此产生更多的代谢热量。为了排除多余的热量，更多的血液流向皮肤组织，从而提高皮肤温度；因此，人体核心和皮肤之间的热梯度相对变窄。
基于人体活性方程的基本形式，人体活性方程的变体形式为：
E新陈代谢+E发热器+E吸入+E水芯+E水体表+E呼吸吸收-EC＝E存储+Ex呼出+Ex汗水+Ex呼吸辐射+E对流，
其中：E新陈代谢为新陈代谢产热量；E发热器为发热器输入人体的热量；E吸入为吸入空气的暖、冷、湿、干的能量；E水芯为核心代谢产生的液态水的暖湿能量；E水体表为排出体外的代谢产生的液态水和干空气，使液态水分散；E呼吸吸收为辐射激发被整个皮肤和衣服表面吸收；EC为热从人体核心传导到皮肤末梢的能量消耗；E存储为能量储存；Ex呼出为呼出的潮湿空气能量；Ex汗水为来自汗液的水蒸气能量；Ex呼吸辐射为从整个皮肤和衣服表面释放的辐射能；E对流为通过对流从整个皮肤和衣服表面转移到周围的空气中。
因为实际实验过程中，一些部分能量的产生/消耗很小，可以忽略不计。例如一般测试者身体的出汗量很少，所以可以省略热蒸发量计算。还有测试者的核心体温一般保持不变或变化极小，所以E存储可以认为0。最终，人体活性方程简化为：E新陈代谢+E发热器＝EC。
基于导热定律，把E发热器和EC都视为导热能量消耗，E发热器是热从发热器传导到人体核心的能量消耗，EC为热从人体核心传导到皮肤末梢的能量消耗；因此可以推导出上述人体活性方程简化的具体表达形式为，
M0*AD+K人体*A发热器*(T发热器-T核心)/L1＝K人体*AD*(T核心-T末梢)/L2；
由于M0、AD、K人体、A发热器、T发热器、T核心、T末梢、L2均为已知值，将它们代入上述公式即可计算出L1。
在本具体实施例中：所述人体热平衡关系为，
E新陈代谢+E发热器＝Qb＝Qsk；
其中，Qb＝EC；Qsk＝Q辐射+Q换热+Q蒸发；
人体热平衡关系式(参考《用火用平衡方程评价人脑热疗》，热生物学杂志93(2020)102723，作者：伊姆兰马哈茂德a，阿里拉扎，AamirMehmod,纳西尔艾哈迈德，哈立德阿里夫)；
根据斯特藩-玻尔兹曼定律：
根据牛顿冷却定律：Q换热＝hADΔT；
皮肤蒸发散热：Q蒸发＝SW*r；
具体的，Qb为人体核心向皮肤的总热传导量；Qsk为皮肤总散热量；Q辐射为皮肤辐射散热量；Q换热空气对流散热量；Q蒸发为皮肤蒸发散热量；δ为斯特藩-玻尔兹曼常量，且δ＝5.67×10-8W/m2·K4；T室温为室温，一般设为25℃，在这里需要用热力学温度表示，即T室温＝(25.0+275.15)K；h为自然对流换热系数，且h＝1.48×ΔT0.25(参考：魏润柏，人体与环境热交换计算方法[J].人类工效学,1995,001(002):39-42)；ΔT为温差，且ΔT＝T末梢-T室温；r为水的气化潜热，且r＝2260×103焦耳/kg，其为常量；SW为皮肤出汗速率，且SW＝8.47×10-5×[0.1×(T末梢-273.15)+0.9×(T核心-273.15)-36.6]。
具体的，δ、T室温和r均为常量，且预先存储在所述参数数据库内。
具体的，所述控制器还具体用于，
对Qb＝Qsk进行形式变换，得到T核心的表达式；
将T核心的表达式代入E新陈代谢+E发热器＝Qb中，得到皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系。
下面具体说明皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系的构建过程：
根据E新陈代谢+E发热器＝Qb可得，
M0*AD+K人体*A发热器*(T发热器-T核心)/L1＝K人体*AD*(T核心-T末梢)/L2 (1)
根据Qb＝Qsk可得，
将公式(1)简化为，
B+C×(T发热器-T核心)＝D×(T核心-T末梢) (3)
将公式(2)简化为，
其中，B＝Mo×AD，C＝K人体×A发热器/L1，D＝K人体*AD/L2，E＝AD×δ，F＝1.48×AD，G＝8.47×10-5×2260×103；
由公式(4)得，
将公式(5)代入公式(3)即可得到皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系T末梢＝f(T发热器)。
由于，当发热器加热量较小时，下丘脑不足以发出热刺激反应；因此，可以给所述发热器限定一个发热温度下限值，该发热温度下限值为发热器的最低加热温度，该发热温度下限值一般设定为40℃。另外，为了防止人体烫伤，发热器表面温度不宜超过发热温度上限值，该发热温度上限值一般设置为48℃。具体的，所述控制器内设有发热器发热温度下限值和发热器发热温度上限值，所述发热器发热温度下限值和所述发热器发热温度上限值构成所述预设温度区间；其中，所述控制器生成的温度控制指令控制所述发热器的发热温度不低于所述发热器发热温度下限值且不超过所述发热器发热温度上限值。
在本具体实施例中：所述末梢温度采集器包括手部皮肤末梢温度采集器和脚部皮肤末梢温度采集器；
所述手部皮肤末梢温度采集器用于采集待调控人员手部皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段手部皮肤末梢温度数据；
所述脚部皮肤末梢温度采集器用于采集待调控人员脚部皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段脚部皮肤末梢温度数据；
所述当前时段皮肤末梢温度数据具体为所述当前时段手部皮肤末梢温度数据和所述当前时段脚部皮肤末梢温度数据的平均值。
本发明采集手部和脚部的皮肤末梢温度数据，可以使得导热能量计算更加精确，从而提高发热器的温度调控精度。
下面以具体实例来说明本发明：
样本1：
被测试人员信息：男性，身高170cm，体重79.5Kg，初始核心(腋下)体温37.56℃，末梢温度34.72℃；
环境信息：室温25.24℃，加热器初始温度40.08℃，加热器表面积1.48*10-2m2；
其他信息：根据数据库取得人体表面积1.75m2，人体平躺时新陈代谢率取40.7W/m2；
样本1前10分钟的测试数据如下两表：
a)核心体温
时间 温度
2022-06-11 10:37:20 37.54
2022-06-11 10:39:00 37.14
2022-06-11 10:40:41 36.89
2022-06-11 10:42:41 36.73
2022-06-11 10:44:02 36.66
2022-06-11 10:46:02 36.61
2022-06-11 10:48:23 36.57
b)末梢体温
时间 温度
2022-06-11 10:37:18 34.73
2022-06-11 10:39:01 34.35
2022-06-11 10:40:39 34.13
2022-06-11 10:42:41 33.94
2022-06-11 10:44:01 33.86
2022-06-11 10:46:05 33.80
2022-06-11 10:48:21 33.74
根据以上数据计算出L1的值：
根据上面的式(1)和式(5)得到函数T末梢＝f(T发热器)，此时函数T末梢＝f(T发热器)的曲线如图2所示；其中，横坐标代表T发热器，纵坐标代表T末梢。
用计算机计算出T发热器在区间[40.0℃,48.0℃]的函数曲线，取T末梢的最低值对应的T发热器，样本1中的最适合的发热器温度T发热器是42.8℃左右。
人类属于体温已经进化为不随环境变化而变化的“恒温”高等哺乳动物，所谓的“恒温”并不是指体温没有变化。在生理状态下，其体温也会随着神经节率每日周期性浮动，从清晨最低的“基础代谢体温”到傍晚的体温每日最高点，周而复始；更长一些的时间跨度视角，每月、每年、乃至整个生命周期，体温也能观察到明确的节律性。在病理状态下，体温也会随着各种疾病对机体的打击进而出现很明确的变化，其根本原因是机体通过对体温内环境温度的调整，实现激活或抑制各种体内应激机制，以应对疾病对身体全系统的冲击。人类随着进化而不断进化的体温管理机制有着明确的策略，是由进化中的“环境适应性”和“获取更多生存资源”这两个主要因素来实现“物竞天择”的筛选结果。相较于通过“获取更多生存资源”的手段来实现物种生存和发展的难度，明显高于“环境适应性”这一要求所需的“成本”。“获取更多生存资源”对应着机体的产热，而“环境适应性”对应着机体对热量的管理，也就是通常意义上的“散热及保温”。因此，我们可以看到的进化结果就是，产热的能力和阈值是有限的，其方法不多；而散热(含保温)管理是与生俱来的能力且非常强大，并且会有多个脏器系统并联做功。
体温的调节依据神经及体液反馈机制进行调节，既有串联联动精密调整的中枢反馈式，也有延髓节段完成的“反射式”神经快反应调节，如避险。体温变化既是机体病生理“应激”改变的结果，也可能成为机体调整“散热”策略及方向的成因，这种由温度变化与生理预期之间差值驱动的调整，往往通过复合的灌注调整变化及呼吸频率及潮气量变化为主要实现手段，主要由神经反馈驱动实现。体温调节的神经反馈机制，也存在着快慢反应。既有由高级中枢进行精确控制的稳态机制，也有由延髓直接处理的快速避险机制。综上所述，可以看到生理状态下，体温调整的系统性构架，它们无时无刻的在对机体进行体温稳态的精确调整，以满足机体各脏器在适应当前生理功能的温度环境要求(多种酶及生物活性递质以及细胞最佳的效能温度阈值范围均在±1℃左右的狭窄阈值范围内)。
体温病理方面，体温的调控也存在着因果互生的复杂机制。在以往的描述中，体温中枢作为系统的控制器和调节器，负责设定符合当前病生理状态下的体温病生理目标，当目标没有达成时，各种产热手段梯次作用，如提高肝脏代谢以提升基础代谢率、骨骼肌抽动增加产热、调用更多的糖及蛋白等以此实现增加产热，体温提高的目标；当现实体温高于中枢设定目标时，则降低刚刚提到的代谢过程，并通过出汗蒸发以及增加皮下血供等方式加大散热，以实现体温下降这个目标。总的来说，类似一个空调遥控器，屋子冷了，打开热风，屋子热了，打开冷风等等，但是这个描述存在明确的错误。其一，病理生理性产热和散热永远都是一个并行的相互拮抗的做功过程，除非相关器官功能出现障碍甚至衰竭，永远都不会出现打开一个关掉一个的情景。第二，相对于产热，散热系统的复杂性和需要协调共同做功的器官协调性机制复杂且能力强大得多，对散热量进行管理的生物成本也比产热所需动用的生物成本要低得多，因此，更早介入实现体温调定点的中枢目标的且全程参与的，主要是通过对“热”散失的管理。
基于温度关联性很强的神经体液调整策略及调整方向，在危重病患者的救治过程中，本发明巧妙利用体温调整策略实现我们的临床救治病生理指标的目的，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者。
由此，基于体温生理性调整机制的“生理”体温调整机制，且中枢调剂功能已经出现障碍且不完整，本申请利用延髓节段的温度刺激，尝试激活生理性温度调节机制，以短路径神经反射，直接干预散热机制的激活，本发明可以在中枢体温调定点功能健全的健康人群中实现体温调整目标，更重要的是可以在麻醉或重病患者的救治过程中，有效地对“中枢性高热”的患者，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者进行体温调节，这是实现了核心温的快速调整。
本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置通过发热器对人体后颈部加热，因为后颈部位相较于人体其他部位，离体温调节中枢下丘脑更近，所以下丘脑的热感神经元接收到从脊髓神经传递过来的体温升高信号，然后下丘脑关于体温降温调节的指令传到末梢神经和皮肤，最终汗腺分泌增加，皮肤毛细血管舒张，毛细血管的血液灌注遇到的阻力减小，血液通量增大，增加散热，以实现退烧的目的，本发明在加热后颈部的同时监测肢体末端的温度变化以控制后颈部位发热器的温度，使人体输出热量减发热器输入热量的净散热量尽可能大，在麻醉或重病患者的救治过程中，有效地对“中枢性高热”的患者，特别是出现中枢性体温调整障碍的患者进行体温调节，以达到较好的退烧效果；本发明完全遵照人体自身生理调节机制，不需要生物药物，没有药物副作用的顾虑，有着非常重要且实际的临床利益。主要应用领域有：
重症救治领域：利用本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置，针对亚低温器官保护治疗过程中的浅亚低温，可以部分甚至全部取代人工降温设备(冰毯、冰帽、降温毯等)降低患者核心体温的作用(2-4℃)，同时防止中枢性高热在使用降温设备时常见的人机对抗及局部大面积皮下紫绀等严重不良反应；在深亚低温治疗过程中，可以有效减少中枢性镇静麻醉药物的使用，并辅助降温设备起到协同作用，降低降温设备应用对机体带来的应激反应强度。
麻醉领域：针对麻醉中患者频繁出现的寒战及大范围容量调整(御寒反应及假御寒反应)等将导致患者循环骤变的高危体征，本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置可以很好地通过监控体温分布的变化及趋势，识别区分御寒反应及假御寒反应，监测并抑制延迟寒战及随后的机体全身血流灌注变化骤变，降低镇静药物使用强度及剂量，使得麻醉师和手术医生得到更加宽泛的患者手术期间生命体征稳态阈值范围。
末梢灌注障碍领域：本发明一种通过热刺激调控人体体温的装置可以通过“热信号欺骗”手段，引导患者自身神经反馈“散热”机制被激活，选择性扩张末梢毛细血管，达到末梢阻力降低(流速及流量上升)而知名动静脉流量(流量及流速维持)基本稳定的目标。本发明可以大幅度降低末梢血管选择性扩张药物的使用以及相应药物的副作用，降低患者药物代谢负担，避免患者对同类药物敏感性差异造成的临床风险。
常规降温领域：日常护理中的高热降温中，这种纯物理的方法带来的临床利益也明显优于现有物理及药物降温手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：包括控制器以及分别与所述控制器电连接的末梢温度采集器、核心温度采集器以及发热器；
所述末梢温度采集器，其用于采集待调控人员皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段皮肤末梢温度数据，并将所述当前时段皮肤末梢温度数据传递给所述控制器；
所述核心温度采集器，其用于采集待调控人员当前时段的人体核心温度，得到当前时段人体核心温度数据，并将所述当前时段人体核心温度数据传递给所述控制器；
所述发热器，其用于贴合于待调控人员后颈部预设位置并发热，且通过后颈部预设位置向待调控人员体内输入热量；
所述控制器，其用于录入待调控人员的身高数据以及体重数据，并获取所述发热器的当前时段发热温度数据，且结合所述当前时段皮肤末梢温度数据以及所述当前时段人体核心温度数据进行数据处理，生成温度控制指令，以及根据所述温度控制指令控制所述发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。
2.根据权利要求1所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述控制器内设置有参数数据库，所述参数数据库内存储有身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据，所述参数数据库内还存储有与所述身高参考数据以及所述体重参考数据所对应的人体表面积数据，所述参数数据库内还存储有与所述身高参考数据、所述体重参考数据以及所述人体核心温度参考数据所对应的人体代谢率数据，所述参数数据库内还存储有人体导热系数和皮肤平均导出热厚度。
3.根据权利要求2所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述控制器具体用于，
录入待调控人员的身高数据以及体重数据，并获取所述当前时段发热温度数据、所述当前时段人体核心温度数据和所述当前时段皮肤末梢温度数据；
根据所述身高数据、所述体重数据以及所述当前时段人体核心温度数据从所述参数数据库内筛选出对应的身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据，且根据筛选出的身高参考数据以及体重参考数据进一步从所述参数数据库内筛选出对应的人体表面积数据，以及根据筛选出的身高参考数据、体重参考数据以及人体核心温度参考数据进一步从所述参数数据库内筛选出对应的人体代谢率数据；
根据所述当前时段发热温度数据、所述当前时段人体核心温度数据、所述当前时段皮肤末梢温度数据、筛选出的人体表面积数据和人体代谢率数据以及所述参数数据库内存储的人体导热系数和皮肤平均导出热厚度，计算出人体活性方程中的未知参数，从而得到未知参数确定的人体活性方程；
基于人体热平衡关系和未知参数确定的人体活性方程，构建皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系；
根据所述函数关系，计算发热器发热温度在预设温度区间内的皮肤末梢温度最小值，并将皮肤末梢温度最小值对应的发热器发热温度作为所述发热器的最优发热温度数据，且根据所述最优发热温度数据生成温度控制指令，以及根据所述温度控制指令控制所述发热器在下一时段的发热温度，以使人体输出热量减去发热器输入热量所得的净散热量达到最大。
4.根据权利要求3所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述人体活性方程为，
E新陈代谢+E发热器＝EC；
其中，
E新陈代谢＝M0*AD；
E发热器＝K人体*A发热器*(T发热器-T核心)/L1；
EC＝K人体*AD*(T核心-T末梢)/L2；
具体的，E新陈代谢为人体新陈代谢产热量；E发热器为发热器输入人体的热量；EC为热从人体核心传导到皮肤末梢的能量消耗；M0为所述人体代谢率数据；AD为所述人体表面积数据；K人体为所述人体导热系数；A发热器为所述发热器与待调控人员后颈部预设位置接触的面积；T发热器为所述当前时段发热温度数据；T核心为所述当前时段人体核心温度数据；T末梢为所述当前时段皮肤末梢温度数据；L2为所述皮肤平均导出热厚度；L1为所述人体活性方程中的未知参数，且L1代表皮肤平均导入热厚度。
5.根据权利要求4所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述人体热平衡关系为，
E新陈代谢+E发热器＝Qb＝Qsk；
其中，Qb＝EC；Qsk＝Q辐射+Q换热+Q蒸发，Q换热＝hADΔT，Q蒸发＝SW*r；
具体的，Qb为人体核心向皮肤的总热传导量；Qsk为皮肤总散热量；Q辐射为皮肤辐射散热量；Q换热空气对流散热量；Q蒸发为皮肤蒸发散热量；δ为斯特藩-玻尔兹曼常量；T室温为室温；h为自然对流换热系数，h＝1.48×ΔT0.25；ΔT为温差，且ΔT＝T末梢-T室温；r为水的气化潜热；SW为皮肤出汗速率，且SW＝8.47×10-5×[0.1×(T末梢-273.15)+0.9×(T核心-273.15)-36.6]。
6.根据权利要求5所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：δ、T室温和r均为常量，且预先存储在所述参数数据库内。
7.根据权利要求5所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述控制器还具体用于，
对Qb＝Qsk进行形式变换，得到T核心的表达式；
将T核心的表达式代入E新陈代谢+E发热器＝Qb中，得到皮肤末梢温度与发热器发热温度之间的函数关系。
8.根据权利要求3所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述控制器内设有发热器发热温度下限值和发热器发热温度上限值，所述发热器发热温度下限值和所述发热器发热温度上限值构成所述预设温度区间；其中，所述控制器生成的温度控制指令控制所述发热器的发热温度不低于所述发热器发热温度下限值且不超过所述发热器发热温度上限值。
9.根据权利要求1至8任一项所述的通过热刺激调控人体体温的装置，其特征在于：所述末梢温度采集器包括手部皮肤末梢温度采集器和脚部皮肤末梢温度采集器；
所述手部皮肤末梢温度采集器用于采集待调控人员手部皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段手部皮肤末梢温度数据；
所述脚部皮肤末梢温度采集器用于采集待调控人员脚部皮肤末梢当前时段的温度，得到当前时段脚部皮肤末梢温度数据；
所述当前时段皮肤末梢温度数据具体为所述当前时段手部皮肤末梢温度数据和所述当前时段脚部皮肤末梢温度数据的平均值。
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