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Fachgebiet
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Die Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung zur selektiven Hypothermiebehandlung von Körpern, Körperteilen oder Körperregionen von Patienten.
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Mit der gleichen Vorrichtung lässt sich sowohl eine selektive Hypothermiebehandlung (Unterkühlung) wie auch eine selektive Hyperthermiebehandlung (Erwärmung) realisieren.
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Technisches Feld der Erfindung
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Die Normaltemperatur des Körperkerns eines gesunden Menschen liegt bei 36,3 bis 37,4°C. Ab 35°C hat man Untertemperatur; Unterkühlung (Hypothermie) beginnt unter 33°C. Eine Körperkerntemperatur unter 27°C kann tödlich sein und führt zu einer extremen Unterschreitung der altersüblichen physiologischen Herzfrequenz (Bradykardie). Normalerweise tritt unterhalb einer Körperkerntemperatur von 20°C der Kältetod ein.
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Gleichwarm ist beim Menschen streng genommen nur die Körperkerntemperatur. Die Temperatur außerhalb des Körperkerns, in der sogenannten Körperschale, kann deutlich niedriger liegen. Die Dicke der Schale und auch ihre Temperatur schwanken mit der Außentemperatur. Die Regulation erfolgt durch unterschiedlich starke Durchblutung und dem entsprechendem Auskühlen bei verringerter Blutzufuhr. Bei angenehmen Umgebungstemperaturen liegt die mittlere Hauttemperatur um die 32–34°C. Bei 15°C Lufttemperatur liegt die mittlere Hauttemperatur bei nur noch etwa 24°C, die Fingertemperatur sinkt auf etwa 16°C. Die Temperatur in den Fingern und Zehen kann für kurze Zeit sogar bis auf 5°C absinken, ohne dass dauerhafte Schäden eintreten. [6]
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Bei Säugetieren nimmt die Normaltemperatur des Körperkerns geringfügig andere Werte als beim Menschen an; so hat der gesunde Hund eine Körpertemperatur von 38,0 bis 38,5°C bei großen Rassen und bis zu 39,0°C bei kleinen Rassen, bei Welpen bis 39,5°C. Erwachsene Katzen weisen eine Normaltemperatur von 38,3 bis 39,0°C auf [9].
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Die therapeutische Hypothermie (Patientenkühlung) leistet einen wichtigen Beitrag innerhalb von Reanimationen und in der Traumatologie. Die therapeutische Hypothermie hat 2002 in zwei großen, randomisierten Studien bewiesen, dass signifikant das Überleben und ein gutes neurologisches Outcome gesteigert werden kann [1, 2]. Nach Herzstillstand soll daher so früh und so schnell wie möglich gekühlt werden [3, 4]. Alle 5 Minuten Verzögerung in der Einleitung der therapeutischen Hypothermie erhöht sich das Risiko eines schlechten Outcomes gemäß [5] um 3%.
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Die therapeutische Hypothermie ist inzwischen in internationalen Behandlungsleitlinien enthalten. In der Folge mehrerer klinischer Studien formulierte der ILCOR (International Liaison Committee on Resuscitation) nach Prüfung verfügbarer Evidenzen erstmals 2002 die Empfehlung der milden therapeutischen Hypothermie, welche dann 2005 vom European Resuscitation Council (ERC) in deren eigene „CPR Guidelines” aufgenommen wurde. Die Kühlung soll hierbei für 12–24 Stunden bei einer Körpertemperatur von 32–34°C erfolgen. Der Beginn dieser Therapie sollte so früh als möglich in komatösen Patienten nach präklinischem Herz-Kreislauf-Stillstand mit initialem Kammerflimmern induziert werden [14].
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Auch die selektive Kühlung von Körperteilen von Patienten z. B. nach Operationen oder einem Hitzschlag, insbesondere aber, um Schwellungen oder akute Entzündungen, Schmerzen und Blutergüsse zu reduzieren, wird bereits in Krankenhäusern durchgeführt. Dabei wird die betreffende Hautregion des Patienten zur Reduktion des Zellstoffwechsels, zur Suppression der Inflammation, zur Neuroprotektion, zur Reduktion des Reperfusionsschadens und zur Aktivierung protektiver Enzyme und Reduktion der Apoptose gekühlt [5] und [6].
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Protektive Eigenschaften der Hypothermie sind auch aus der Tiermedizin bekannt. In [16] wird berichtet, dass ein verminderter zellulärer Metabolismus während einer Hypothermie den Körper über eine kurze Zeit vor Schäden durch Sauerstoffunterversorgung schützen kann. Beim Hund sinkt der Sauerstoffverbrauch bis zur Hälfte, wenn die Kerntemperatur 30°C beträgt, bei Kerntemperaturen von 23°C auf 16% des Normalwerts. Unter diesen Hypothermiebedingungen kann der Körper eines Hundes sogar eines profunde Unterschreitung der altersüblichen physiologischen Herzfrequenz, einen Herzstillstand oder erhebliche Rhythmusstörungen überstehen.
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Leichte Hypothermie kann auch zur Behandlung von Schlafstörungen eingesetzt werden, da in einer amerikanischen Studie [17] herausgefunden wurde, dass ein täglicher Temperasturwechsel, insbesondere zur Nachtzeit fallende Umgebungstemperaturen einen potenten Regulator für den Schlaf darstellen.
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Stand der Technik invasiver Vorrichtungen
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl invasiver Methoden und Vorrichtungen zur Hypothermie-Behandlung bekannt. Stellvertretend dafür wird in der
DE 29507193 U1 eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine therapeutische Ganzkörper-Hypothermie durch extrakorporale Kühlung des Blutkreislaufes ermöglicht, bei welcher (invasiv!) ein Blutstrom aus dem Körper des Patienten abgeführt, außerhalb des Körpers über Wärmetauscher in einem Wasserbad mit einer Wassertemperatur von bis zu 2°C abgekühlt und anschließend wieder in den Körper zurückgeführt wird. Mit der gleichen Vorrichtung lässt sich auch eine Ganzkörper-Hyperthermiebehandlung für den Bereich der onkologischen Therapie erreichen.
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Aus der
WO 2014096499 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Blutpumpe mit einem Peltier-Element als thermoelektrischer Kühler kombiniert wird, womit das Blut extrakorporal gekühlt wird. Auch hier wird das Blut auf invasive Weise aus dem Körper entnommen und nach der Kühlung zurückgeführt.
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Stand der Technik nicht-invasiver Vorrichtungen
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Aus dem Stand der Technik zur selektiven therapeutischen Hypothermie über die Carotiden (= Halsschlagadern) ist ein Pad der Firma MedCooling GmbH (www.medcooling.com) unter dem Handelsnamen CaroColer bekannt. Dies kühlt den Blutstrom zum Gehirn und ist insbesondere in Fällen einer Sauerstoffunterversorgung des Gehirns geeignet, da durch Kühlung u. a. der Sauerstoffbedarf gesenkt wird. Der CaroCooler ist mit seiner autarken Kühlleistung für die wichtige erste Stunde nach cerebraler Ischämie (Herzstillstand) ausgelegt.
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Aus dem Stand der Technik bekannt, aber weniger verbreitet sind spezielle für die Patientenkühlung geeignete Kühlpads wie beispielsweise von Emcools [7]. Dies könnte einerseits an dem erhöhten Preis im Vergleich zu den normalen Kühlakkus liegen; andererseits haben diese wegen der begrenzten Wärmekapazität prinzipbedingt die gleichen Nachteile wie handelsübliche Kühlakkus. Diese Kühlpads werden allerdings direkt auf die Haut aufgelegt und können somit die für die Kühlakkus notwendigen Handtücher einsparen. Sie versprechen eine 15 mal höhere Wärmeabsorption im Vergleich zu Eis und eine 58 mal höhere im Vergleich zu Wasser [8].
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Aus der
KR 20140141087A ist eine portable Vorrichtung bekannt, welche Peltier-Elemente als Kühler benutzt, die in direktem Kontakt zur Körperoberfläche stehen.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Produkt namens Game Ready des Herstellers Cool Systems, Inc., Concord, USA, zur Hypothermiebehandlung bekannt. Game Ready besteht aus einer Steuereinheit und diversen, dem jeweiligen Einsatzort am Körper angepassten Manschetten, die in den Designanmeldungen US473948S, US473656S und US473315S beschrieben werden. Funktionsweise und Steuereinheit sind in der US-Patentschrift
US 6871878 beschrieben. In der Steuereinheit wird gekühltes Wasser zusammen mit Eis als Kältereservoir bereitgestellt, welches über einen Wärmetauscher an ein Luft- und/oder Flüssigkeitsgemisch abgegeben wird. Die Kühlflüssigkeit, das Kühlgas oder das Gemisch daraus wird unter Zuhilfenahme einer Druckpumpe durch die Manschetten gepresst. Mit diesem Verfahren wird eine kombinierte und gleichzeitige Kompressions- und Kältebehandlung erreicht. Das Verfahren kann keine Kühlung im Dauerbetrieb gewährleisten, ohne dass das Kältereservoir ständig erneuert werden müsste.
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Nachteile des Standes der Technik nicht-invasiver Vorrichtungen
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Die nicht invasive therapeutische Hypothermiebehandlung geschieht heute vorzugsweise über eine Oberflächenkühlung mit Kühlakkus (Kältematten oder Eispacks) praktisch aus dem Gefrierfach, was verschiedene Nachteile hat.
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Auch wenn die Aufrechterhaltung einer Hypothermie für 12–24 Stunden durch Oberflächenkühlung zuverlässig erfolgen kann, ist die Wärmekapazität bzw. das Kühlvermögen der einzelnen Kühlakkus begrenzt. Zur Kühlung von Körperteilen wird daher der Kühlakku auf eine niedrigere Temperatur als die gewünschte Kühltemperatur für das betreffende Körperteil heruntergekühlt und dann auf der Hautoberfläche der zu kühlenden Körperteile oder Körperregionen appliziert.
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Dies erfordert, dass der Kühlakku zu Beginn der Behandlung sehr kalt, möglicherweise so kalt ist, dass es bei der Applikation zu Erfrierungen kommen kann, zumal wenn der Patient nicht ansprechbar ist und/oder die betreffende Körperregion lokal betäubt wurde. Eine zu niedrige Kühltemperatur wirkt kontraproduktiv auf den Heilungsprozess und kann die Genesung verlangsamen [11]. Auch schon eine Anfachung von Entzündungsreaktionen und eine starke Schmerzempfindung beim Patienten durch zu starke lokale Unterkühlung muss unbedingt vermieden werden. Dazu lässt man den Kühlakku üblicherweise nicht direkt mit der Haut des Patienten in Kontakt kommen, indem unterschiedlich viele Handtücher um den Kühlakku gewickelt werden, bevor dieser auf die Hautoberfläche des zu behandelnden Körperteils gelegt wird. Die im trockenen Zustand als Wärme-Isolator wirkenden Handtücher verhindern in unerwünschter Weise auch einen guten und raschen Wärmeaustausch.
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Nach einer gewissen Zeit hat der Kühlakku Wärme gemäß seiner Wärmekapazität aufgenommen, wird dabei selbst warm und muss regelmäßig ausgetauscht werden. Wenn z. B. die Hautoberfläche über eine längere Zeit oder über die Nacht gekühlt werden muss, ist es nötig, dass die Schwester regelmäßig an den Patienten denkt, um die Kühlakkus zu wechseln. Aus persönlicher Erfahrung des Erfinders kann gesagt werden, dass eine kontinuierliche Kühlung mit dem heutigen Stand der Technik nicht funktioniert und man keine Nacht durchschlafen kann, wenn eine unzureichende Kühlung Schmerzen nicht lindert.
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Die Unkontrollierbarkeit der Kältebehandlung mit Kühlakkus oder vergleichbaren Kältedepots wird schon in der
US6871878 (in Spalte 1 Zeile 17 ff.) als Nachteil beschrieben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche, nach dem Prinzip des Kühlakkus arbeitende Systeme zur Kühlung von Körperregionen oder -teilen prinzipbedingt keine konstante Temperatur der Körperoberfläche und damit keine konstante Kühlung der zu behandelnden Körperteile oder Körperregionen ermöglichen. Durch die abnehmende Temperaturdifferenz zwischen Körperoberfläche und Kühlakku ist ein kontinuierlicher Wärmeabfluss in das Kühlpad mit seiner endlichen Wärmekapazität prinzipiell nicht möglich. Das Wiederauflegen neuer kalter Kühlpads für die erschöpften Kühlpads führt daher zu einem über der Zeit in erster Näherung sägezahnförmigen Temperaturverlauf an der Körperoberfläche und somit nicht zu dem gewünschten kontinuierlichen Wärmeabfluss aus den zu behandelnden Körperteilen oder Körperregionen. Latentwärmespeicher endlicher Kapazität sind daher für eine Hypothermiebehandlung von Körperteilen oder Körperregionen über einen längeren Zeitraum nicht geeignet.
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Zu Grunde liegende Aufgabe
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Vorrichtung, die eine konstante Kühlung eines Körperteils oder einer Körperregion über die Hautoberfläche für einen längeren Zeitraum ermöglicht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die nicht-invasive, therapeutische Kühlung eines Körperteils oder einer Körperregion über die Hautoberfläche für einen längeren Zeitraum. Die Vorrichtung soll die Aufgabe automatisch, d. h. ohne den regelmäßigen Austausch von Latentwärmespeichern durchführen können.
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Als Zieltemperatur für eine Patientenkühlung sollen 16°C bis 18°C auf der Hautoberfläche angenommen werden, was bei einer Körpertemperatur von 37°C (bei Verbrennungen 38°C [10]) eine realistische Kühltemperatur darstellt, bei der weder Schmerzen auftreten, noch der gewünschte Kühleffekt ausbleibt. Diese Temperatur wird in der einschlägigen Literatur z. B. in [7] als ideal beschrieben. In [11] heißt es dazu: ”Der Kühleffekt dieser Maßnahme ist völlig ausreichend -sehr kaltes Wasser (< 15°C) oder gar Eis ist kontraindiziert. Der Verbrennungsprozess wird dadurch zwar gestoppt und auch die Schmerzlinderung ist effizient – Kälte bewirkt aber einen lokalen Gewebeschaden, welcher den Heilungsverlauf wiederum ungünstig beeinflusst”.
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Die Vorrichtung soll es erlauben, die Kühltemperatur auf der Hautoberfläche regulieren zu können. Eine Schutzvorrichtung soll dafür sorgen, dass eine Mindesttemperatur auf der Hautoberfläche nicht unterschritten wird. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, die Kühlleistung den Gegebenheiten anzupassen. Üblicherweise lässt sich der Wärmestrom, also die pro Zeiteinheit transportierte Wärmemenge über eine kontinuierliche Messung der Temperatur des Kühlmittels und die pro Zeiteinheit transportierte Menge an Kühlmittel ermitteln und über die Pumpendrehzahl regeln. Im Fall der Verwendung eines Peltier-Elements als Wärmetransporteinrichtung lässt sich der Wärmestrom praktisch direkt über die am Peltier-Element anliegende Spannung und den dabei fließenden elektrischen Strom steuern.
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Selbstverständlich muss der Patientensicherheit Rechnung getragen werden. Dies schließt die Verwendung von giftigen Kühlflüssigkeiten aus und lässt auch keine elektrischen Ströme am Patienten zu. Das Risiko, dass bei falscher Handhabung oder bei Unfällen Giftstoffe oder elektrische Ströme in Kontakt mit dem Patienten kommen, muss ausgeschlossen sein. Als Wärmetransportmittel soll daher bevorzugt Wasser eingesetzt werden. Peltier-Elemente sollen nicht direkt am Patienten eingesetzt werden.
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Die Vorrichtung soll geräuschfrei, mindestens aber in unmittelbarer Nähe des Patienten so unbemerkbar und leise sein, dass der Patient nicht gestört wird und ein Einschlafen des Patienten möglich ist. Damit verbietet sich eine Kühlschrank-ähnliche Vorrichtung, deren Kompressor oder Verdichterpumpe regelmäßig ein- und ausgeschaltet wird.
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Die Wärme soll auf passive Weise durch Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben werden; Lüfter oder ähnliche Geräusche erzeugende Vorrichtungen zur Verstärkung der Konvektion sollen nicht in unmittelbarer Nähe zum Patienten zum Einsatz kommen.
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Die wichtigsten Betriebsparameter der Vorrichtung sollen per Fernabfrage ermittelt werden können. Hierzu zählen die Ist-Temperatur, gemessen an der Körperoberfläche, die Soll-Temperatur, die Abkühlungsrate, die Wiedererwärmungsrate (nach erfolgter Behandlungsdauer) und die pro Minute ab oder zugeführte Wärmemenge.
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Die Vorrichtung soll in der Lage sein, alle Klassen von Hypothermie ausgehend von der „milden Hypothermie” im Temperaturbereich von 36 bis 32°C, über die „mäßige/moderate Hypothermie” im Temperaturbereich bis zur „tiefen Hypothermie” im Temperaturbereich von 28 bis 15°C zu ermöglichen (Die Klassen sind aus auf Seite 12 von [13] entnommen). Eine „profunde Hypothermie” im Temperaturbereich kleiner als 15°C soll aus den o. a. Gründen der Patientensicherheit sicher ausgeschlossen werden.
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Die Vorrichtung soll zu Beginn der Behandlung die langsame kontrollierte Abkühlung mit einer einstellbaren Abkühlungsrate ermöglichen. Eine einstellbare Abkühlungsrate (einstellbar ab 0,25°C pro Stunde und schneller) soll nicht überschritten werden.
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Die Vorrichtung soll nach erfolgter Behandlung die langsame kontrollierte Wiedererwärmung mit einstellbarer Wiedererwärmungsrate ermöglichen. Die einstellbare Wiedererwärmungsrate (einstellbar ab 0,25°C pro Stunde oder schneller) soll nicht überschritten werden, da ein aggressives Erwärmen schwere Komplikationen wie das Akute Atemnotsyndrom oder kardiale Dysrhythmien und sogar einen sog. Rewarming Schock mit sich bringen kann [15].
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Wird die Vorrichtung mit sonst unveränderten Bedingungen über einen längeren Zeitraum betrieben, lässt sich an der für eine konstante Körper- oder Körperteil-Temperatur nötigen Wärmemenge ablesen, ob der Heilungsprozess einsetzt oder beendet ist. Aus der Studie [18] ist bekannt, dass sich entzündetes und/oder angeschwollenes Gewebe erwärmt. Wenn diese Entzündung/Schwellung aufgrund der Regeneration des Gewebes nachlässt, muss folglich weniger Energie aufgewendet werden, um den Körper des Patienten ein Körperteil oder eine Körperregion auf einer bestimmten Temperatur zu halten.
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Lösung der Aufgabe der Erfindung
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In ist der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung schematisch angegeben, welche zur Kühlung von Körpern, Körperteilen oder Körperregionen über die Oberfläche eines menschlichen Körpers, Körperteils oder einer Körperregion für einen längeren Zeitraum vorgeschlagen wird.
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Die Vorrichtung in besteht aus mindestens zwei getrennten Kreisläufen für fluide Wärmetransportmittel (Kühlmittel), dem Primär- und dem Sekundärkreislauf. Der Primärkreislauf transportiert Wärme über ein erstes fluides Wärmetransportmittel vorzugsweise zu einem Peltier-Element 1 hin, der Sekundärkreislauf über ein zweites fluides Wärmetransportmittel vorzugsweise vom Peltier-Element weg. Primär- und Sekundärkreislauf sind über die an dem Peltier-Element 1 als Wärmepumpe angebrachten Wärmetauscher 10 (primärseitig) und 20 (sekundärseitig) bezüglich des Wärmeflusses verbunden. Der Primärkreislauf entnimmt Wärme aus dem zu behandelnden Körper, dem Körperteil oder der Körperregion 99 über einen Wärmetauscher 11 und transportiert diese zum Peltier-Element, indem das fluide Wärmetransportmittel (die Kühlflüssigkeit) mittels einer von einem Antriebsmotor 13, der vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet ist, angetriebenen Pumpe 12 von Wärmetauscher 11 zu Wärmetauscher 10 gepumpt wird. Das Peltier-Element 1, welches auch als Stapel von Peltier-Elementen ausgebildet sein kann, wirkt als Wärmepumpe und hebt dabei das sekundärseitige Temperaturniveau an. Sekundärseitig wird die Wärme über den Wärmetauscher 20 aus der Sekundärseite des Peltier-Elements entnommen und über den Sekundärkreislauf an den Wärmetauscher 21 weitergegeben, der seinerseits die Wärme über seine Oberfläche an die Umgebung durch Strahlung und Konvektion abgeben kann. Der Transport des fluiden Wärmetransportmittels und der davon getragenen Wärmemenge wird hier ebenso mittels einer von einem Antriebsmotor 23 angetriebenen Pumpe 22 von Wärmetauscher 20 zu Wärmetauscher 21 erreicht.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Wirkung des sekundärseitigen Wärmetauschers 21 durch einen passiven Kühlkörper 40 zur Erhöhung der Oberfläche verstärkt ( ). Über diesem Kühlkörper ist auch eine Wärmeabgabe an eine flüssige oder feste Wärmesenke (oder die Umgebung) realisierbar.
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In einer weiteren besonders effizienten Ausführungsform der Erfindung für eine gasförmige Wärmesenke, insbesondere für normale Luft, wird die Wirkung des sekundärseitigen Wärmetauschers 21 durch einen passiven Kühlkörper 40 zur Erhöhung der Oberfläche zusammen mit einen Lüfter 41 verstärkt ( ); hiermit lassen sich besonders große Wärmemengen an eine gasförmige Umgebung (insbesondere an die Umgebungsluft) abgeben.
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Wärmetauscher 21, Pumpe 22 und dazu gehörender Antriebsmotor 23, Kühlkörper 40 und Lüfter 41 können weiter entfernt vom Patienten betrieben werden, indem über die selbst-abdichtenden Schnellkupplungs-Steckverbindungen 25 eine Schlauchverlängerung jeweils für den Zu- und den Ablauf von Wärmetauscher 20 vorgesehen wird. Der Patient ist dann nicht den Geräuschen der Pumpe 22, dem dazu gehörenden Antriebsmotor 23 und Lüfter 41 ausgesetzt, da diese weiter entfernt aufgestellt werden können.
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In den beiden voneinander getrennten Kühlmittelkreisläufen, dem Primär- und dem Sekundärkreislauf, können unterschiedliche fluide Wärmetransportmittel verwendet werden. Als Kühlflüssigkeit kommt wegen seiner Ungiftigkeit für den menschlichen Organismus primärseitig vorzugsweise Wasser in Betracht; es sind aber auch andere fluide Wärmetransportmedien einsetzbar.
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Für eine reine Kühlung von Körpern, Körperteilen oder Körperregionen wird die Wärmetransportrichtung 50 durch den durch das Peltier-Element fließenden Strom so vorgegeben, dass Wärme vom Körper, von der Körperregion oder vom Körperteil 99 abgeführt wird. Die Menge der abgeführten Wärmemenge lässt sich einerseits über die Pumpendrehzahl regeln, da der Zusammenhang zwischen Pumpendrehzahl und Transportvolumen bekannt ist. Andererseits lässt sich über die Höhe des Stromes im Peltier-Element ebenfalls die übertragene Wärmemenge steuern.
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Der steuernde Microcontroller 30 enthält die dazu notwendigen Kennlinienfelder und kann damit und mittels des unmittelbar an der Zuführleitung zum Wärmetauscher 11 angebrachten Temperatursensors die vom Körper, vom Körperteil oder von der Körperregion abgeführte Wärmemenge direkt bestimmen.
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Die vom Peltier-Element vorgegebene Wärmetransportrichtung bestimmt den Einsatz der Anordnung zur Hypothermiezwecken oder zu Hyperthermiezwecken. Prinzipiell lässt sich beides mit derselben Anordnung erreichen. Durch ein einfaches Umpolen der Richtung des Betriebsstromes können Kalt- und Warmseite am Ende einer Kältebehandlung zur Wiedererwärmung auf die normale Körpertemperatur bzw. am Ende einer Wärmebehandlung zur Abkühlung auf die normale Körpertemperatur vertauscht werden.
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Durch die über den Volumenstrom und die Temperatur vom Microcontroller 30 bestimmbare Wärmemenge pro Zeit lässt sich sowohl zu Beginn der Hypothermie-Behandlung eine Abkühlung mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten als auch am Ende einer Behandlung eine Wiedererwärmung der Körperoberfläche bzw. des Körpers, Körperteils oder der Körperregion mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten realisieren, da dem Microcontroller 30 die Regelaufgabe übertragen werden kann.
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Der Microcontroller übernimmt ebenfalls die Aufgabe die für den jeweiligen Behandlungsfall maximal zulässigen Abkühlungs- und Erwärmungsraten zu begrenzen.
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Innerhalb der physiologisch zulässigen Temperaturen erfolgt die Regelung der Arbeitsweise der Vorrichtung temperaturgeführt, Wärmemengen-geführt oder Abkühlungs- bzw. Erwärmungsraten-geführt.
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Eine genaue Regelung erfordert kurze Ansprechzeiten und praktisch keine Totzeiten, was durch eine geringe Menge an Kühlmittel in dem Patienten-nahen, primären Kühlmittelkreislauf und/oder dessen schnelles Umpumpen realisierbar ist. Das Peltier-Element spielt hier seinen Vorteil aus, völlig geräuschlos und in jeder Lage zu arbeiten, und dies in einer sehr kleinen Bauteilgröße bereitzustellen.
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Als Nachteil ist die hohe elektrische Leistung zu nennen, die aufgebracht werden muss um eine kalte Fläche zu erzeugen, welche mit anderen Kühlverfahren energieeffizienter erreicht werden kann. Das Verhältnis von erzeugter Wärme zu entzogener Wärme (Kalte) ist mit dem Faktor 3:1 zu nennen. Deswegen wird ein Peltier-Element bei längerem Betrieb ohne Abfuhr der Wärmeenergie heiß und kann nicht direkt auf dem Patienten angebracht werden. Das Peltier-Element erzeugt selbst Abwärme und muss gekühlt werden. Der Sekundärkreislauf ist daher gegenüber dem primären Kreislauf etwas überdimensioniert.
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Gemeinsamer Betrieb mehrerer Vorrichtungen:
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Für den stationären Einsatz zum Beispiel im Krankenhaus lassen sich zwei oder mehr Vorrichtungen der beschriebenen Art gemeinsam an einem dafür vorgesehenen Wasserleitungsnetz 26 wie in für beispielsweise drei gleichzeitig betriebene Vorrichtungen gezeigt betreiben. Das Wasserleitungsnetz sieht einen einzigen Wärmetauscher 21 und eine einzige gemeinsame Kühlmittelpumpe 22 inkl. Antriebsmotor 23, einen Kühlkörper 40 und einen Lüfter 41 vor, die von allen angeschlossenen Vorrichtungen gemeinsam benutzt werden und möglichst Patienten-fern betrieben werden. Die einmal vorhandenen Komponenten sind entsprechend der Maximalzahl an gleichzeitig betreibbaren Vorrichtungen entsprechend dimensioniert. Dabei erlauben es herkömmliche, aus einem breiten Stand der Technik bekannte, selbst-abdichtende Schnellkupplungs-Steckverbindungen 25 die Anzahl von Vorrichtungen der beschriebenen Art während des laufenden Betriebes zu variieren.
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Mehrere der einzelnen Vorrichtungen der beschriebenen Art lassen sich, ganz ähnlich wie in gezeigt, auch an einem einzigen Patienten zur Durchführung einer Ganzkörper-Hypothermie-Behandlung betreiben, wobei die Steuerteile 30 über eine Datenverbindung 31 so koppelbar sind, dass die Betriebsparameter für alle an einem Patienten angeschlossenen Vorrichtungen der beschriebenen Art nur an einem einzigen Steuerteil 32 (dem Master) einmal für alle restlichen Vorrichtungen (die Slaves) eingestellt werden müssen (Master-Slave Ganzkörper Betriebsart).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Peltier Element oder Stapel von Peltier-Elementen
- 10
- Wärmetauscher am Peltier-Element (Primärkreislauf)
- 11
- Wärmetauscher am Körper, Körperteil oder Körperregion (Primärkreislauf)
- 12
- Kühlmittelpumpe im Primärkreislauf
- 13
- Elektromotor zum Antrieb der Pumpe im Primärkreislauf
- 14
- Temperatursensor im Primärkreislauf
- 20
- Wärmetauscher am Peltier-Element (Sekundärkreislauf)
- 21
- Wärmetauscher zur Umgebungsluft (Sekundärkreislauf)
- 22
- Kühlmittelpumpe im Sekundärkreislauf
- 23
- Elektromotor zum Antrieb der Pumpe im Sekundärkreislauf
- 25
- selbst-abdichtende Schnellkupplungs-Steckverbindung
- 26
- Wasserleitungsnetz mit gemeinsamer Kühlmittelpumpe
- 30
- Micro-Controller für Steuer- und Regelzwecke
- 31
- Verbindung aller Micro-Controller
- 32
- Micro-Controller (Master für Ganzkörper-Behandlung)
- 40
- Kühlkörper zur Verbesserung des Wirkungsgrades von 21
- 41
- Lüfter zur Verbesserung des Wirkungsgrades von 40
- 50
- Wärme-Transportrichtung im Peltier-Element
- 99
- Körper, Körperteil oder Körperregion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29507193 U1 [0011]
- WO 2014096499 A1 [0012]
- KR 20140141087 A [0015]
- US 6871878 [0016, 0021]
