CZ2016783A3 - Zařízení pro lokální chlazení tkáně - Google Patents

Abstract

Zařízení pro chlazení živé tkáně se skládá z výměnné chladící hlavice (18) s propojením (19) na řídicí box (20). Výměnná chladicí hlavice (18) má v sobě zakomponován chladicí prostředek (12) s primárním systémem (27) chlazení jež tvoří sestava kontaktního prvku (29) s chladicím prvkem (3) a v něm umístěným teplotním/datovým čidlem (8) a Peltiérovým článkem (1) propojeným chladičem (2) se sekundárním chladicím systémem (28). Propojení (19) vodičů (4, 5, 6, 7) chladicí kapaliny a napájení Peltiérova článku (6) a vodičů (9) signálů teplotního/datového čidla (8) mezi výměnnou chladicí hlavicí (18) a řídicím boxem (20) je realizováno prostřednictvím zásuvek (10) a zástrček (11) hybridních konektorů, které je umístěno v krytu (17) vodičů (4, 5, 6, 7, 9) chladící kapaliny, napájení a datových/teplotních signálů. V řídicím boxu (20) je umístěna nádrž (21) chladicí kapaliny s čerpadlem (23) a přídavným chlazením (22), zdroj (24) a řídicí jednotka (25) umožňující řídit teplotu kontaktního prvku (29). Zařízení je možno užít ve zdravotnictví např. estetická medicína, veterinární medicíně a je určeno pro profesionální i domácí péči.

Description

Oblast techniky

Zařízení pro lokální chlazení tkáně, tedy jako pomůcka pro navození lokální hypotermie, a je možné je zařadit do oblasti lékařské a veterinární techniky. Přínosem tohoto zařízení je například zkrácení doby poklesu otoků, zmírnění průběhů zánětů a zkrácení rehabilitačního období.

Dosavadní stav techniky

Při léčbě chladem se z těla odebírá teplo. Tento způsob léčby je známý např. z lidového léčitelství (studené zábaly pro snížení horečky, apod.). Léčebné působení chladem je možné použít v medicíně i při zranění končetin - zejména dolních, jako je podvrtnutí, pohmoždění, zlomeniny, natažení nebo natržení svalu, v oborech plastické a obličejové chirurgie, kosmetiky, ve veterinární oblasti se jedná o degenerativní onemocnění kloubů, artritidu, bolest, otoky a ztuhlost kloubů např. u psích plemen. Působením chladu se docílí snížení bolestivosti, neboť se chladem snižuje vodivá schopnost nervů v postižené oblasti. Zároveň se zúží krevní cévy a tím i přítok krve do postižené oblasti.

Sofistikovaným využitím tohoto principu je terapeutická hypotermie, což je označení pro řízené podchlazení, kterému je pacient vystaven. Toto je využíváno zejména u pacientů po srdeční zástavě. V podstatě se jedná o podchlazení organismu pod úroveň potřebnou pro fungování běžného metabolismu, kdy klesá potřeba kyslíku i živin. Vzhledem k tomu, že lidské tělo má za normálních podmínek stabilní teplotu, hypotermie nastává tehdy, pokud vnitřní mechanismy těla nedokáží kompenzovat ochlazování vnějším prostředím, což je nejčastěji u tělesných teplot 3234°C. Mezi nejběžnější způsoby chlazení, běžně využívané odbornou i laickou veřejností je lokální chlazení pomocí již výše zmíněných chladivých zábalů, dále podchlazených obkladů (např. sáčky s ledem), které mohou být na poranění přikládány samostatně, či jako součást bandáže/ortézy nebo je možno využít chladících sprejů. Dále existují gelové obklady, jejichž výhodou je to, že mohou být použity ke chlazení nebo naopak, jako hřejivý obklad. Gelové obklady je možné použít samostatně nebo jako součást bandáží/ortéz. Výhodou těchto chladících prostředků je jejich snadná dostupnost a jednoduchost užití. Velkou nevýhodu však představuje nemožnost řídit stupeň podchlazení extrémních případech mohou způsobit poranění - omrzliny a také jejich krátkodobý účinek zteplání/roztátí nosiče chladu, kdy je nutné je pro další použití reaktivovat.

2.

Pro ochlazování celého těla jsou často využívány řízené systémy podchlazování, jako jsou například matrace pro vodní systémy, kdy matrací proudí voda, nebo lokální obklady, kdy je chladící tekutinou gel. V těchto případech je cirkulace chladicí kapaliny i teplota podchlazení řízená. (J těchto zařízení je velkou výhodou možnost regulace stupně chlazení, nicméně nevýhodou je jejich hmotnost a náročnost na přípravu pro užití, při jejich aplikaci je zde nutná asistence druhé osoby, ideálně zdravotnického personálu.

Samostatnou kapitolou využívající princip léčebného podchlazení jsou zařízení využívající tzv. Peltierův článek. Mezi tato zařízení patří například patent CZ 303114 „Zařízení pro aplikaci hypotermie“ , který je určen pro aplikace na hlavě pacienta, dále patent CZ 306091 „Zařízenípro aplikaci hypotermie “, který je určen pro chlazení celého těla. V případě konkrétní aplikace hypotermie pro kolenní kloub je možné zmínit užitný vzor CZ 29342 „Mobilní chladící kolenní ortéza“, která je konstruována pro konkrétního pacienta na míru, při jeho rekonvalescenci nebo rehabilitaci, tedy pro mobilní pacienty. Toto individuální tvarování však představuje i omezující prvek, protože ji není možné aplikovat univerzálně - na jakoukoliv osobu. Odnímatelný Peltierův článek umístěný z venku na ortéze v tomto případě nechladí primárně pouze postižené místo kolene, ale ortézu, která chladí celou svou plochou všechna místa, která pokrývá. Nevýhodou tohoto zařízení je také omezení doby užívání, která je dána užitými napájecími články, jež jsou umístěny přímo z vnější části individuálně tvarované ortézy. Zařízení rovněž nedisponuje sekundárním chlazením. Chlazení Peltierova článkuje pravděpodobně zajištěno vzduchem.

Podstata vynálezu

Zařízení pro lokální chlazení povrchu živé tkáně umožňuje působením chladu ovlivnit v dané vymezené oblasti spotřebu kyslíku, utlumit nebo aktivovat fyziologické pochody a zabránit aktivaci patofyziologických procesů.

Podstatou vynálezu je využití Peltiérova článku v konstrukci chladicího prostředku pro zabezpečení řízeného odvodu tepelné energie ze živé tkáně. Z principu Peltierova článku vyplývá, že jeho napájením roste teplota jeho teplé strany a snižuje se teplota jeho studené strany, přičemž u dosud vyráběných Peltirových článků, činí rozdíl mezi teplou a studenou stranou cca 70°C. Dosažení žádané kontaktní teploty - teploty ve styku povrchu chlazené oblasti se zařízením závisí na teplotě teplé strany Peltierova článku a velikosti napájecího proudu odebíraného Peltiérovým článkem. Odvod tepla z povrchu chlazené oblasti je realizován primárním systémem chlazení, který převážně tvoří konstrukční sestava kontaktního prvku s chladicím prvkem a Peltiérovým článkem - jeho studenou stranou.

Kontaktní prvek může být tuhý, nebo elastický, v obou případech tepelně vodivý a biokompatibilní. Teplosměnná plocha chladicího prvku na straně kontaktního prvku musí být opatřena rovněž biokompatibilní vrstvou. Odvod tepla z primárního systému chlazení a tepla produkovaného Peltiérovým článkem zajišťuje sekundární systém chlazení prostřednictvím s výhodou průtokového kapalinového chladiče, jež je v kontaktu s teplou stranou Peltiérova článku. Toto konstrukční uspořádání vytváří chladicí prostředek.

Chladicí prostředek je umístěn ve vyměnitelné chladicí hlavici, která plní funkci madla. Součástí chladicí hlavice je s výhodou zástrčka hybridního konektoru, která umožňuje propojení chladicí hlavice s řídicím boxem zařízení. V řídicím boxu je umístěno čerpadlo, nádrž chladicí kapaliny a s výhodou přídavné chlazení chladicí kapaliny. Chladicí kapalina je dopravovaná z nádrže čerpadlem, přívodním vodičem chladicí kapaliny, z řídícího boxu do chladící hlavice a odváděna odváděcím vodičem chladící kapaliny do přídavného chladiče umístěného v řídícím boxu a z něj zpět do nádrže. V řídicím boxuje rovněž situován zdroj el. energie pro celé zařízení, napájený síťovým kabelem nebo v něm umístěným akumulátorem propojeným s řídicí jednotkou. Řídicí jednotka umožňuje, na základě informací o teplotě snímané teplotním čidlem, umístěným v chladicím prvku, s výhodou na straně kontaktního prvku a přenášených s výhodou vodiči datových signálů, řídit napájení Peltiérova článku pomocí kladného a záporného vodiče a zajistit tak žádanou výši kontaktní teploty po celou dobu chlazení. Vodiče chladicí kapaliny, vodiče napájení Peltiérova článku a vodiče teplotních signálů, mezi chladicí hlavicí a řídicím boxem, je výhodné umístit do krytu. Propojení chladicí hlavice s řídicím boxem lze opatřit s výhodou na obou koncích zástrčkami hybridních konektorů, které jsou v průběhu provozování zařízení zasunuty do zásuvek hybridního konektoru zakomponovaných do chladicí hlavice a řídicího boxu.

Plošný rozsah chladicí oblasti kontaktního prvku může být omezen nejen tvarem chladicího prvku, ale i použitím kontaktního prvku vytvořeného kombinací materiálů více či méně tepelně vodivých. V případě požadavků na zvětšení chladicí oblasti kontaktního prvku lze umístit na chlazenou stranu chladicího prvku více Peltiérových článků a jejich chladiče propojit vodiči chladicí kapaliny sériově nebo paralelně.

Minimální tloušťka kontaktního prvku je dána použitím kontaktního prvku ve formě zdravotní folie. V případě, že nebude zdravotní folie použita, funkci kontaktního prvku plní biokompatibilní vrstva na povrchu chladicího prvku.

Pro účely této přihlášky se upevňovacími prostředky myslí například šroubky.

<1 : A : - 1 'Z ' A

Výhodou zařízení dle vynálezu je nízká hmotnost zařízení a jeho malé rozměry, které zajišťují snadnou manipulaci a skladování. Rovněž je výhodné, že možné zařízení použít i pro domácí péči, bez školeného personálu. Je také důležité, že zařízení nezpůsobuje otlaky tkáně, protože intenzita přítlaku je ručně ovládaná a jeho kontaktní povrch je biokompatibilní. Výhodou je také možnost rychlého dosažení potřebné teploty chlazení.

Objasnění výkresů

Na obrázku 1 je pohled na chladící prostředek. Obrázek 2 představuje řez chladící hlavicí s bodovým chladícím prvkem, obrázek 3 je rovněž řez pro chladící hlavici s plošným chladícím prvkem. Na obrázku 4 je znázorněno napojení výměnné chladící hlavice na její propojení s chladícím boxem pomocí hybridního konektoru. Celkový pohled na zařízení pak představuje obrázek 5.

Příklady uskutečnění

Příklad 1

Zařízení pro lokální chlazení tkáně zobrazené na obrázku 2, je sestaveno z chladicího prostředku 12, který tvoří Peltiérův článek 1 na jehož studenou stranu dosedá chladicí prvek 3, jehož chladicí plocha má s výhodou kruhový průřez a chlazená plocha tkáně odpovídá svou velikostí studené straně Peltiérova článku 1. Na protilehlou stranu Peltiérova článku 1 dosedá chladič 2 Peltiérova článku 1 do něhož vstupuje chladicí kapalina přívodem 4 a vystupuje zněj odvodem 5 , přičemž přívod 4 a odvod 5 jsou svýhodou napojeny do zásuvky 10 hybridního konektoru. Pod chladicí plochou chladicího prvku 3^ v nebo blíže jejího geometrického středu, je umístěno teplotní čidlo 8 napojené vodiči 9 datových signálů, s výhodou do zásuvky 10 hybridního konektoru. Peltiérův článek 1 je napojen na kladný vodič 6 napájení a záporný vodič 7 napájení, jež jsou propojeny s výhodou se zásuvkou 10 hybridního konektoru. Spojení děleného krytu 13 chladicího prostředku 12 pomocí upevňovacích prostředků 14 se zásuvkou 10 hybridního konektoru, umožňuje nasadit na chladicí prvek 3 čelní kryt 15 chladicího prostředku 12 a propojením pomocí upevňovacích prostředků 16 s děleným krytem 13 chladicího prostředku 12 tak sestavit výměnnou chladicí hlavici 18. Propojení 19 výměnné chladicí hlavice 18 s chladicím boxem 20 je sestavené ze dvou zástrček 11 hybridního konektoru napojených na oba konce vodičů chladicí kapaliny, vodičů 6,7 napájení Peltiérova článku 1 a vodičů datových signálů datového čidla umístěných

5^- pod jejich krytem 17. V chladicím boxu 20 je umístěna nádrž 21 chladicí kapaliny, přídavné chlazení 22 chladicí kapaliny a čerpadlo 23 chladicí kapaliny, které zabezpečují průtok chladicí kapaliny chladičem 2 Peltiérova článku 1, zdroj 24 celého zařízení je propojen se síťovým kabelem 26 a řídicí jednotkou 25 s programovacím displejem.

Příklad 2

Zařízení pro lokální chlazení tkáně zobrazené na obrázku 3 se od předchozího řešení liší tím, že jeho chladicí plocha s výhodou není rovinná a může mít i jiný než kruhový průřez.

Příklad 3

Zařízení, dle příkladu 3, se od předchozích příkladů liší tím, že jeho primární chladící systém je vybaven dvěma Peltierovými články 1 jejichž studené strany jsou v kontaktu s jedním chladícím prvkem 3 v němž je ze strany kontaktního prvku umístěno teplotní čidlo 8. Průtokové chladiče Peltierových článků jsou zapojeny v sérii. Tedy každý z Peltierových článků 1 má svou vlastní infrastrukturu.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je využitelné zejména ve zdravotnictví, veterinární péči nebo kosmetickém průmyslu jako podpůrná pomůcka pro ochlazování tkáně a zamezení vzniku otoků. Zařízení je možné je použít i při individuální domácí péči.

Claims (10)

1. Zařízení pro lokální chlazení tkáně vybavené Peltierovým článkem (1) vyznačující se tím, že je složeno z alespoň jednoho Peltierova článku (1) na jehož studené straně přiléhá k variabilnímu chladicímu prvku (3) a tato chladicí plocha má, z hlediska chlazení živé tkáně, vhodnou plochu a chlazená strana přiléhá ke studené straně Peltierova článku (1), k jehož teplé straně je připevněn chladič (2) Peltierova článku (1).

2. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 1 vyznačující se tím, že tloušťka kontaktního prvku (29) je podmíněna tvarem a rozsahem chlazené oblasti, jeho tepelně fyzikálními a mechanickými vlastnostmi a zdravotní nezávadností a limitně se může blížit tloušťce povrchové úpravy chladícího prvku (3).

3. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 1 a 2 vyznačující se tím, že chladicí plocha chladicího prvku (3) tvoří souvislou plochu s kontaktní plochou děleného krytu (13) hladicího prostředku (12) nebo chladicí prvek (3) z kontaktní plochy děleného krytu (13) chladicího prostředku (12) alespoň částečně vystupuje.

4. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 2 a 3 vyznačující se tím, že kontaktní plocha chladicího prvku (3) je s výhodou anatomicky tvarované.

5. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 1 vyznačující se tím, že chladicí prostředek (12) skládající se z chladícího prvku (3) s teplotním čidlem (8) a vodiči signálů teplotního čidla (9), přiléhajícího ke studené straně Peltierova článku (1) s kladným vodičem (6) a záporným vodičem (7) napájení Peltierova článku, k jehož teplé straně je přiložen chladič Peltierova článku (2) s napojeným přívodním vodičem (4) a odváděcím vodičem chladicí kapaliny (5) po utažení chladicího prvku (3) spojovacími prostředky (16) k dělenému krytu chladicího prostředku (13) spojeného se zásuvkou, s výhodou hybridního konektoru pomocí spojovacích prostředku (14) tvoří výměnnou chladicí hlavici (18).

i

6. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 5 vyznačující se tím, že teplotní čidlo (8) je umístěno v chladícím prvku (3) v blízkosti jeho geometrického středu na straně kontaktního prvku (29).

7. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 5 vyznačující se tím, že chladicí prostředek (12) je zakrytován čelní části krytu (15) a dále děleným krytem (13) chladícího prostředku (12) spojeným spojovacími prostředky (16) a je pak spojen se zásuvkou (10) hybridního konektoru spojovacími prostředky (14) a tvoří tak výměnnou chladící hlavici (18).

8. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle nároku 7 vyznačující se tím, že dělený kryt (13) chladicího prostředku (12) je ergonomicky tvarován.

9. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle předchozích nároků vyznačující se tím, že výměnná chladící hlavice (18) je propojena s řídícím boxem (20) propojením (19).

10. Zařízení pro lokální chlazení tkáně podle předchozích nároků vyznačující se tím, že oba konce propojení (19) mezi chladící hlavicí (18) a řídícím boxem (20) jsou vybaveny zástrčkami, s výhodou zástrčkou (11) hybridního konektoru pro zasunutí zásuvek, s výhodou zásuvky (10) hybridního konektoru, které jsou v chladící hlavici (18) a řídícím boxu (20).