ITFI20010118A1 - Apparecchiatura per trattamenti di ipertermia fisioterapica - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

“APPARECCHIATURA PER TRATTAMENTI DI IPERTERMIA FISIOTERAPICA”

Settore dell’invenzione

L’invenzione si inserisce nel settore degli apparecchi per trattamenti fisioterapici mediante ipertermia.

Come noto, il termine ipertermia a partire per lo meno dagli anni settanta, e' stato associato via via in maniera sempre piu' rigorosa ai concetti di grande efficacia di riscaldamento in profondità' e di grande accuratezza nel determinare il livello e la distribuzione di temperatura di tale riscaldamento.

Dunque un apparecchio destinato a indurre ipertermia a scopo terapeutico avra' immancabilmente, fra le sue varie funzionalità', un sistema di misura della temperatura estremamente accurato e piu' o meno complesso secondo il particolare obiettivo terapeutico.

Oggi l'ipertermia fisioterapica può essere definita come quella "termoterapia che riesce a trattare i tessuti interessati nello stretto intervallo di temperatura in cui il calore ha effettivo potere terapeutico ai fini della riabilitazione fisica".

E’ anche noto che l'intervallo di temperatura di cui si parla non va oltre gli estremi 37 ÷ 45.5°C e normalmente viene utilizzato un suo sottoinsieme molto piu1 stretto e specifico del sito da trattare e della patologia.

Di norma, le termoterapie tradizionali applicabili sono ben lontane dal soddisfare questo requisito e dunque non possono essere incluse fra gli apparati per ipertermia, data la casualità dei riscaldamento che si ottiene. Stato dell'arte

Allo stato attuale, per ottenere una buona efficacia di riscaldamento, un metodo ormai ampiamente collaudato e validato consiste nell'applicazione locale simultanea di calore endogeno ad alta profondità' di penetrazione (ottenuto con onde elettromagnetiche alla frequenza di 434 MHz) e di calore esogeno ad alto potere stabilizzante in superficie (ottenuto con un liquido termostatato che viene fatto circolare in una sacca sottile messa a contatto della zona da trattare). Il controllo delle sorgenti termiche è effettuato a mezzo di misure di temperatura prelevate da sensori collocati in numero e posizioni idonee e sufficientemente indipendenti da poter controllare le due sorgenti riscaldanti, e non invasive, dato che l'invasività sarebbe improponibile nel settore fisioterapico.

Le due misure in oggetto che soddisfano questi requisiti sono relative alla temperatura della superficie di interfaccia fra la cute e la sacca che contiene il liquido termostatato, in corrispondenza della massima irradiazione elettromagnetica, e alla temperatura del liquido stesso. Sia teoricamente che sperimentalmente si dimostra che sono sufficientemente indipendenti da permettere il pilotaggio delle due sorgenti, purché’ se ne conoscano i valori con sufficiente accuratezza.

Un apparecchio di questo tipo è descritto nel brevetto italiano IT01247029. Tuttavia, gli apparecchi di tipo noto presentano alcuni limiti per quanto riguarda l'accuratezza della misura della temperatura di interfaccia fra pelle e sacca contenente il liquido termostatato, legata al controllo della sorgente endogena, limiti che poi si riflettono sul controllo del trattamento e quindi sulla qualità della terapia.

Scopo dell'invenzione

Un primo scopo della presente invenzione è pertanto quello di garantire un miglioramento del controllo, per accuratezza e affidabilità, della temperatura che si sviluppa in profondità durante l’applicazione di ipertermia fisioterapica.

Un secondo scopo è quello di ottenere tale accuratezza contenendo i costi al fine di consentire uno sviluppo diffuso della ipertermia fisioterapica effettuata con apparecchi a doppia sorgente (endogena per riscaldare in profondità ed esogena per il controllo superficiale).

Sommario dell’invenzione

A tali scopi si è pervenuti con una apparecchiatura per la ipertermia fisioterapica secondo la rivendicazione principale allegata.

Ulteriori vantaggi sono ottenuti mediante le soluzioni oggetto delle rivendicazioni secondarie.

Listadei disegni

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

- la fig. 1 mostra lo schema di una apparecchiatura per ipertermia fisioterapica;

- la fig. 2 mostra schematizzato il sistema tradizionale di misura delle temperature in una apparecchiatura del tipo in fig.1 ;

- la fig.3 mostra schematizzato un sistema di misura delle temperature in una apparecchiatura secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alla figura 1 , una apparecchiatura per la ipertermia fisioterapica, nelle sue componenti tradizionali comprende una sorgente endogena di calore 1 e una sorgente esogena 2, entrambe gestite da un controller elettronico 4 che utilizza come feedback le misure di temperatura ottenute da un primo termometro comprendente una elettronica 3A, visibile in fig.1 ed un sensore 3B illustrato in fig.2 e da un secondo temrometro costituito da una elettronica 6A, visibile in fig.1 ed un sensore 6B illustrato ancora in fig.2.

A titolo di esempio la sorgente 2 è costituita da un modulo a fluido termostatato la cui temperatura è controllata dal controller 4 mediante il termometro (3A, 3B) e che viene fatto circolare attraverso una sacca 5 da collocare a contatto del corpo S del paziente; e la sorgente 1 è costituita da un generatore di onde elettromagnetiche a frequenza intorno ai 434 MHz che attraversano un applicatore 9 (nel caso descritto costituito da una antenna "Ridged Horn" con integrata la sacca 5 in cui circola il fluido termostatato trasparente alle frequenze usate) e raggiungono la zona S del corpo del paziente da trattare.

Tra applicatore 9 e zona di trattamento viene disposto un sensore di temperatura 6B illustrato in dettaglio in figura 2, che fornisce la temperatura "cutanea" . Nel caso di fig.2 il sensore 6B è costituito da una termocoppia di tipo tradizionale.

Facendo ora riferimento alla figura 3, secondo l’invenzione, a differenza degli apparati tradizionali (Fig.2) che utilizzano canali termometrici separati per i singoli punti di misura, la presente apparecchiatura utilizza un sensore 8 specializzato per misurare accuratamente e direttamente la differenza fra temperatura del fluido della sorgente esogena e temperatura cutanea misurata all'interfaccia sacca 5 / zona S da trattare.

Con riferimento alla figura 3, un sensore di temperatura 8 secondo l'invenzione è provvisto di due termocoppie di tipo T (rame - costantana) di giunzioni G1 , G2, la prima collocata all'interfaccia sacca 5 / corpo del paziente, la seconda a contatto termico con il fluido termostatato della sorgente esogena 2.

Ai morsetti M1 , M2 del sensore 8 può pertanto essere misurata una tensione proporzionale alla differenza tra le temperature sentite dalle giunzioni G1 e G2.

Infatti vantaggiosamente, dato il tipo di termocoppie usate, ai morsetti M1 e M2 arrivano due fili di rame e quindi su detti morsetti non si verificano ulteriori effetti termoelettrici se non trascurabili.

La misura del liquido, viene quindi rilevata con un sensore assoluto 3B che permette poi di ricondurre a valori assoluti anche le misure differenziali ove occorresse.

Da quanto precedentemente descritto risulta chiara la convenienza di scegliere come prima misura di temperatura la temperatura assoluta del fluido, che viene rilevata con lo stesso sensore che ne controlla la termostatazione, mentre la differenza di temperatura fra sacca e interfaccia sacca - cute viene ottenuta come visto ponendo una termocoppia G1 in corrispondenza della suddetta interfaccia, e l'altra termocoppia G2 (giunzione di riferimento) in intimo contatto termico con il fluido stesso.

In una forma preferita di realizzazione, la giunzione di riferimento G2 viene inserita nel punto di ingresso del liquido nella sacca 5. In questo caso, imponendo una circolazione relativamente veloce del fluido, il fluido che a sua volta esce dalla sacca per tornare al modulo di termostatazione è ancora (entro circa 0.1 °C) alla stessa temperatura che aveva all'ingresso, quindi il punto di misura è ideale per lo scopo prefisso, essendo il più vicino possibile alla temperatura effettiva del liquido della sacca.

L'invenzione comprende inoltre un metodo per il controllo della temperatura in applicazioni di ipertermia fisioterapica, attuabile preferibilmente mediante l'apparecchiatura sopra descritta.

Il metodo comprende le seguenti fasi:

- determinazione di una temperatura voluta T1 da raggiungere nel sito di trattamento;

- applicazione di calore nella zona di cute S corrispondente al sito da trattare, mediante una prima sorgente endogena a radiofrequenze;

- applicazione di calore nella zona di cute S corrispondente al sito da trattare, mediante una seconda sorgente esogena a temperatura costante controllata Tes;

- misura diretta della differenza di temperatura Δ(Tes-Ts) tra Tes e la temperatura cutanea nella zona S, Ts.

- calcolo della temperatura Tt del sito da trattare, in funzione di Δ(Tes-Ts) e di Tes;

- regolazione della erogazione di energia elettromagnetica dalla sorgente endogena in funzione dei valori di temperatura rilevati e stimati.

Esempio di applicazione

A titolo di esempio, riportiamo un confronto di funzionamento della apparecchiatura rispetto allo schema tradizionale, tenendo conto che: a) Errori nelle misure indipendenti di temperatura del liquido e cutanea, tali che la differenza fra le temperature sia però esatta, si trasferiscono grosso modo di pari entità sul massimo della temperatura interna, cioè, ad esempio, un errore di 1°C sia sulla temperatura del liquido che sulla cutanea (entrambi con lo stesso segno), darà un errore di circa 1 °C sulla stima del massimo della temperatura interna;

b) Un errore nella misura della differenza fra la temperatura del liquido e quella cutanea si trasferisce grosso modo in maniera doppia sul massimo della temperatura interna, cioè, ad esempio, un errore di 1°C sulla differenza fra le due temperature darà un errore di circa 2°C nella stima del massimo della temperatura interna.

Supponiamo adesso (caso "a") che l'errore sulla temperatura dell'acqua sia trascurabile (è possibile se si costruisce un buon circuito di misura per la temperatura assoluta e se il circuito idraulico è ben progettato e realizzato), mentre l'errore sulla temperatura rilevata dalla termocoppia cutanea G1 sia 0.5 oppure -0.5°C (perché questo è un limite dei moduli di commercio ed anche della maggior parte dei circuiti proposti in letteratura, a causa della difficoltà di realizzare su un circuito stampato gli accoppiamenti termici necessari fra giunzione di riferimento e sensore assoluto di correzione, ed anche perché normalmente non viene richiesto di meglio).

Questo significa che impostando per esempio un ΔΤ = 0 il circuito di controllo 4 potrebbe "vedere" un ΔΤ = 0.5°C oppure un ΔΤ = -0.5°C, a cui corrispondono emissioni di energia elettromagnetica da parte della sorgente 1 drasticamente diverse (si può andare da zero a qualche decina di Watt). Nella zona del massimo di temperatura interno al corpo del paziente, dove l'errore è circa doppio, si può avere ± 1 °C di errore rispetto al valore aspettato. Poiché ci si può aspettare un ulteriore grado di errore legato a fattori incontrollabili esterni alla macchina, alla fine può capitare di eseguire ad esempio un trattamento per tessuto muscolare credendo di aver ottimizzato i parametri per il tessuto connettivo, e viceversa. Questo allunga il tempo di recupero della patologia.

Misurando invece (caso "b") direttamente il ΔΤ con l'apparecchiatura dell'invenzione, a parità di tutto il resto si avrà un errore estremamente limitato sul ΔΤ, ad esempio non oltre 0.15°C, e quindi i trattamenti saranno molto più accurati e permetteranno di selezionare con cura il tipo di tessuto a cui applicare il trattamento.

Vantaggiosamente, il sistema opera in un intervallo di temperatura ottimizzato per l'ipertermia fisioterapica e quindi, a parità di mezzi e costi rispetto agli apparati tradizionali, si ottiene un'accuratezza superiore nella stima della distribuzione di temperatura interna, cioè nel controllo del trattamento ipertermico eseguito.

Deve essere sottolineato che questa caratteristica è ancora più importante quando si deve scaldare "poco", cioè si deve intervenire sui tessuti scarsamente perfusi, perché in tal caso il ΔΤ da imporre e controllare è piccolo e quindi a parità di errore sulle misure si commette un errore molto maggiore per l'efficacia del trattamento.

Pertanto, in questi casi si evidenzia ulteriormente la particolare efficacia e comodità di applicazione e impiego di una apparecchiatura secondo l'invenzione

Da quanto detto risulta chiaro che, ferma restando l'importanza di contenere il più possibile gli errori di misura delle temperature, è fondamentale concentrare l'accuratezza della misura sulla differenza fra le due temperature più che sulle singole temperature a conferma della innovatività della soluzione proposta.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento a forme preferite di attuazione ma si intende che modifiche equivalenti potranno essere apportate da ogni tecnico del ramo senza comunque uscire dall'ambito di tutela accordata alla presente privativa industriale.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per trattamenti di ipertermia fisioterapica comprendente: - una sorgente endogena di calore (1 ) ed una sorgente esogena di calore (2) a temperatura controllata (Tes); - mezzi per applicare a comando detto calore ad una zona (S) della cute di un paziente, corrispondente ad un sito del corpo da trattare; - mezzi per controllare la temperatura (Tt) di detto sito da trattare raggiunta a seguito della erogazione di detto calore, come funzione di almeno la temperatura (Ts) di detta zona (S) e di Tes; caratterizzata dal fatto che detti mezzi di controllo comprendono mezzi per la misura diretta della differenza di temperatura Δ(Tes-Ts) tra temperatura della sorgente esogena e temperatura della zona di cute (S).
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi per la misura diretta di Δ(Tes-Ts) sono costituiti da un unico modulo termometrico (8) provvisto di due termocoppie in contatto elettrico (G1 , G2), di cui la prima collocata a contatto termico con la zona (S), la seconda a contatto termico con la sorgente esogena (2) a temperatura controllata.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui: - la sorgente (2) è costituita da un modulo a fluido termostatato che viene fatto circolare attraverso un applicatore a sacca (5) da collocare a contatto della zona (S); - la sorgente (1) è costituita da un generatore di onde elettromagnetiche a frequenze intorno ai 434 MHz che raggiungono la zona (S) attraverso l'applicatore (9) e la sacca (5); - deta temperatura Tes è rilevata da un sensore assoluto (3); - detti mezzi per controllare la temperatura (Tt) comprendono un controller (4) che riceve dal sensore (3) un valore di (Tes), dal modulo (8) un valore di Δ(Tes-Ts), una unità di calcolo di Tt come funzione di Δ(Tes-Ts) e di Tes, e mezzi per regolare l'erogazione di energia eletromagnetica da parte della sorgente endogena (1) in funzione dei valori di temperatura rilevati e stimati.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fato che detta giunzione di riferimento (G2) viene inserita in prossimità del punto di ingresso del liquido nella sacca (5).
5. 5. Metodo per il controllo della temperatura in tratamenti di ipertermia fisioterapica, comprendente le seguenti fasi: - determinazione di una temperatura voluta (Tt) da indurre nel sito di tratamento; - applicazione di calore nella zona di cute (S) corrispondente al sito da tratare mediante una prima sorgente endogena a radiofrequenze; - applicazione di calore nella zona (S) mediante una seconda sorgente esogena a temperatura costante controllata (Tes); caratterizzato dal fato di comprendere inoltre le seguenti fasi: - misura diretta della differenza di temperatura Δ(Tes-Ts) tra (Tes) e la temperatura cutanea nella zona (S), (Ts). - calcolo della temperatura (Tt) indota nel sito da trattare mediante l’applicazione di calore, in funzione di A(Tes-Ts) e di (Tes); - regolazione della erogazione di energia eletromagnetica da parte della sorgente endogena in funzione dei valori di temperatura rilevati e stimati.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta sorgente endogena opera ad una frequenza appartenente all'intervallo ISM (Industriale Scientifico , Medicale) centrato su 433, 920 MHz.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta misura di Δ(Tes-Ts) è effettuata mediante un modulo termometrico a termocoppie.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta temperatura (Tes) è nell’intervallo 20 C° - 50 C°.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta temperatura (T1) è nell’intervallo 37 C° - 46 C°.
10. 10. Sensore termometrico per la misura della temperatura indotta in trattamenti di ipertermia fisioterapica a doppia sorgente di calore endogena ed esogena, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per la misura diretta della differenza di temperatura Δ(Tes-Ts) tra la temperatura della sorgente di calore esogeno (Tes) e la temperatura cutanea (Ts) indotta nella zona (S) dall’applicazione del calore esogeno ed endogeno.
11. 11. Sensore secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi comprendono due termocoppie in contatto elettrico (G1, G2), di cui la prima collocata a contatto termico con la zona (S), la seconda a contatto termico con la sorgente esogena (2) a temperatura controllata (Tes).