JP2006288568A - Device for simultaneously controlling intracranial pressure and brain temperature and its controlling method - Google Patents

Device for simultaneously controlling intracranial pressure and brain temperature and its controlling method Download PDF

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Gauhua Lu
高華 陸
Hidenori Kimura
英紀 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which enables a worker with less experience to control an intracranial pressure and a brain temperature safely and simultaneously by adjusting the intracranial pressure of a homeotherm in a desired pressure region promptly and accurately and simultaneously keeping the brain temperature in a safe temperature region all the time, and its controlling method. <P>SOLUTION: The device is equipped with an intracranial pressure sensor 12 and a brain temperature sensor 14 for respectively measuring the intracranial pressure and the brain temperature of the homeotherm 1, a cooling device 20 for cooling a body of the homeotherm at a prescribed cooling temperature T, and a control device 30 for controlling the cooling temperature T from the measured intracranial pressure and brain temperature. The control device 30 is equipped with a storage device for storing safe regions of the intracranial pressure and the brain temperature and each reference value of a gain of the intracranial pressure by a change in a body temperature, of a time constant, and of a dead time, and sets a control coefficient of the cooling temperature T from each reference value and controls the setting to make the intracranial pressure reach a target value by sufficiently suppressing the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、頭部外傷患者にみられる頭蓋内圧亢進症による頭蓋内圧と脳温を安全範囲に管理するための頭蓋内圧と脳温の同時制御装置とその制御方法に関する。   The present invention relates to a simultaneous control device for intracranial pressure and brain temperature and a control method thereof for managing intracranial pressure and brain temperature due to increased intracranial pressure in a head injury patient within a safe range.

頭蓋内圧亢進症は、頭蓋内圧が異常に上昇する症状であり、頭部外傷患者の術後によくみられる合併症の一つである。この頭蓋内圧亢進症が進行すると脳虚血や脳ヘルニアを引き起こし、患者予後を悪化させるおそれがある。そのため、頭蓋内圧亢進症は、脳神経外科の臨床において非常に重要視されており、頭蓋内圧の安定制御は脳障害の治療と術後管理の基本となっている。 Intracranial hypertension is a symptom of abnormally increased intracranial pressure, and is one of the most common complications after surgery for head trauma patients. If this intracranial hypertension progresses, it may cause cerebral ischemia and cerebral hernia, which may worsen the patient prognosis. For this reason, intracranial hypertension is regarded as very important in the clinical field of neurosurgery, and stable control of intracranial pressure is the basis for treatment of brain disorders and postoperative management.

頭蓋内圧を降下させる手段としては、頭位挙上、浸透圧利尿、過換気療法、髄液誘導術、減圧開頭術等の他に、脳低温療法が知られている。脳低温療法は難治性の頭蓋内圧亢進症にその効果が認められており、時には最後の選択(治療手段)ともなる。かかる脳低温療法は、例えば非特許文献1に開示されている。 As means for lowering the intracranial pressure, cerebral cryotherapy is known in addition to head elevation, osmotic diuresis, hyperventilation therapy, cerebrospinal fluid induction, decompression craniotomy, and the like. Brain hypothermia has been shown to be effective in intractable intracranial hypertension, and is sometimes the last choice (therapeutic tool). Such cerebral cryotherapy is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

また、頭蓋内圧の測定手段は、特許文献1〜3に、本発明に関連する小動物用体温保持装置は、特許文献4に開示されている。 Moreover, the measuring means of the intracranial pressure is disclosed in Patent Documents 1 to 3, and the body temperature holding device for small animals related to the present invention is disclosed in Patent Document 4.

特許文献1の「頭蓋内圧検出装置」は、図11に示すように、被検体としての人体の頭部に取り外し可能に装着される装着体51と、装着体の内側に取り付けられており、所定圧の空気が封入されて、装着体の頭部への装着時において、頭部の頭蓋内圧変動に伴って封入された空気の圧力を変化させる受圧体52と、受圧体内部の空気圧力変化を検出して電気信号として出力する圧力検出器55とを備えるものである。 As shown in FIG. 11, the “intracranial pressure detecting device” of Patent Document 1 is attached to a mounting body 51 that is detachably mounted on the head of a human body as a subject, and is attached to the inside of the mounting body. The pressure receiving body 52 that changes the pressure of the sealed air in accordance with the fluctuation of the pressure inside the skull when the mounting body is sealed to the head of the mounting body, and the change in the air pressure inside the pressure receiving body And a pressure detector 55 that detects and outputs an electrical signal.

特許文献2の「頭蓋内圧計」は、図12に示すように、頭皮63の下に設けられて脳室62から脳脊髄液を排出するシャント経路60から脳脊髄液を頭皮63の外に取り出す針状パイプ64と、この針状パイプにより取り出された脳脊髄液を導入して頭蓋内圧力を測定する検出部65とを備えたものである。 As shown in FIG. 12, the “intracranial pressure gauge” of Patent Document 2 takes cerebrospinal fluid out of the scalp 63 through a shunt path 60 that is provided under the scalp 63 and drains cerebrospinal fluid from the ventricle 62. A needle-shaped pipe 64 and a detector 65 for introducing cerebrospinal fluid taken out by the needle-shaped pipe and measuring the intracranial pressure are provided.

特許文献3の「頭蓋内圧力を測定又は監視又は検出するための方法及び機器」は、図13に示す磁気共鳴適合カテーテル72の先端部、側部表面又は複数の位置に設けられた圧力検出隔膜に結合された磁気共鳴適合マイクロセンサ圧力変換器を磁気共鳴映像法による誘導により側脳室、脳槽、クモ膜下腔、硬膜下腔又は硬膜外腔、静脈洞、又は実質内組織位置へ挿入し、頭蓋内圧力を記録するものである。 The “method and apparatus for measuring, monitoring or detecting intracranial pressure” of Patent Document 3 is a pressure detection diaphragm provided at the tip, side surface, or a plurality of positions of a magnetic resonance compatible catheter 72 shown in FIG. Magnetic resonance-compatible microsensor pressure transducer coupled to the lateral ventricle, cerebral cistern, subarachnoid space, subdural or epidural space, venous sinus, or intraparenchymal tissue location by magnetic resonance imaging guidance And the intracranial pressure is recorded.

特許文献4の「小動物用体温保持装置」は、図14に示すように、小動物を搭載する平面を温度むらなく加熱するヒーター発熱体81を有するヒーター装置85と、このヒーター装置の中央部の表面に配置される温度センサ87と、ヒーター装置の表面に接する小動物の腹部温度を検出すると同時に、設定温度を維持するヒーターコントロール装置とを備えるものである。 As shown in FIG. 14, the “body temperature maintaining device for small animals” of Patent Document 4 includes a heater device 85 having a heater heating element 81 that heats a flat surface on which a small animal is mounted without temperature unevenness, and a central surface of the heater device. And a heater control device that detects the temperature of the abdomen of a small animal that is in contact with the surface of the heater device and maintains the set temperature at the same time.

新井達潤編集、「脳蘇生と低体温療法」、真興交易医書出版部、2000年8月改訂Edited by Tatsujun Arai, “Brain Resuscitation and Hypothermia Therapy”, Shinko Trading Medical Book Publishing Department, revised in August 2000

特開平8−84704号公報、「頭蓋内圧検出装置」JP-A-8-84704, “Intracranial Pressure Detection Device” 特開平10−276993号公報、「頭蓋内圧計」Japanese Patent Laid-Open No. 10-276993, “Intracranial Pressure Gauge” 特開2001−346767号公報、「頭蓋内圧力を測定又は監視又は検出するための方法及び機器」JP 2001-346767, “Method and apparatus for measuring, monitoring or detecting intracranial pressure” 特開2002−51662号公報、「小動物用体温保持装置」JP 2002-51662 A, “Body temperature holding device for small animals”

上述したように、脳低温療法は難治性の頭蓋内圧亢進症にその効果が認められているが、以下の問題点があった。
(1)従来の脳低温療法による頭蓋内圧の管理は、医療従事者が経験に基づき、手動で冷却温度の調節を行っていた。しかし、頭蓋内圧は、脳温、体温、代謝(水産生と熱産生)、利尿剤や麻酔薬等の影響を受けるため、経験的に頭蓋内圧を管理することは、熟練者にとっても困難であった。
(2)また、患者の体温を低く維持しても、頭蓋内圧低下の遅れ時間は非常に長い(例えば通常8時間以上)ため、医療従事者は長時間の間、体温と頭蓋内圧を監視しつづける必要があり、医療従事者の負担が非常に大きかった。
(3)さらに、脳温は、33℃以下に下がると心機能の低下や不整脈を誘発するため、頭蓋内圧を低下させるため急速に体温を下げると、脳温が心機能障害等をきたす32℃以下の危険温度になるおそれがある。
(4)また、このような頭蓋内圧亢進症の原因や治療法を確立するために、実験動物を用いた頭蓋内圧の制御が不可欠であるが、従来は実験動物の体温を正確に調整することは容易ではなく、そのため、脳低温療法による頭蓋内圧亢進症への治療効果等を実験動物で検証することが極めて困難であった。
As described above, cerebral cryotherapy has been recognized as effective for intractable intracranial hypertension, but has the following problems.
(1) In the management of intracranial pressure by conventional cerebral hypothermia, a medical worker manually adjusts the cooling temperature based on experience. However, since intracranial pressure is affected by brain temperature, body temperature, metabolism (water production and heat production), diuretics, anesthetics, etc., it is difficult for an expert to manage the intracranial pressure empirically. It was.
(2) Even if the patient's body temperature is kept low, the delay time of the decrease in intracranial pressure is very long (for example, usually 8 hours or more), so medical personnel monitor body temperature and intracranial pressure for a long time. It was necessary to continue, and the burden on the medical staff was very heavy.
(3) Furthermore, when the brain temperature falls below 33 ° C., it induces a decrease in cardiac function and arrhythmia. Therefore, if the body temperature is rapidly lowered to reduce the intracranial pressure, the brain temperature causes cardiac dysfunction and the like. The following dangerous temperatures may be reached.
(4) In addition, in order to establish the cause and treatment method of such intracranial hypertension, control of intracranial pressure using experimental animals is indispensable. Conventionally, the body temperature of experimental animals must be accurately adjusted. Therefore, it has been extremely difficult to verify the therapeutic effect of hyperthermia by intracerebral hypothermia using experimental animals.

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、恒温動物(人や実験動物)の頭蓋内圧を所望の圧力範囲に早期に正確に調節でき、かつ同時に脳温を常に安全な温度範囲に保持することができ、これにより経験の少ない従事者であっても頭蓋内圧と脳温を同時にかつ安全に制御することができる装置とその制御方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to accurately and quickly adjust the intracranial pressure of a thermostatic animal (human or laboratory animal) to a desired pressure range, and at the same time, it is possible to always keep the brain temperature within a safe temperature range. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a device and a control method thereof that can control the intracranial pressure and the brain temperature simultaneously and safely even by a less experienced worker.

本発明によれば、恒温動物の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する頭蓋内圧センサ及び脳温センサと、
恒温動物の体を所定の冷却温度Tで冷却する冷却装置と、
測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき前記冷却温度Tを制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記頭蓋内圧と脳温の安全範囲と、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値を記憶する記憶装置を備え、
制御装置により頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、前記各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定し制御する、ことを特徴とする頭蓋内圧と脳温の同時制御装置が提供される。
According to the present invention, an intracranial pressure sensor and a brain temperature sensor for measuring an intracranial pressure and a brain temperature of a thermostatic animal,
A cooling device for cooling the body of the constant temperature animal at a predetermined cooling temperature T;
A control device for controlling the cooling temperature T based on the measured intracranial pressure and brain temperature,
The control device includes a storage device for storing the reference values of the safe range of the intracranial pressure and brain temperature, the gain of the intracranial pressure due to body temperature change, the time constant, and the dead time,
The intracranial pressure and the brain are controlled by setting a control coefficient of the cooling temperature T from each of the reference values so that the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature is sufficiently reduced by the control device to reach the target value. A simultaneous temperature control device is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記制御係数は、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kであり、
前記制御装置は、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御する。
According to a preferred embodiment of the present invention, the control coefficients are a proportional coefficient K P , an integral coefficient K I and a differential coefficient K D of the cooling temperature T due to a difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P,
The control device performs PID feedback control of the cooling temperature T using the proportional coefficient K P , the integral coefficient K I and the differential coefficient K D of the cooling temperature T obtained from the respective reference values.

また、前記制御装置は、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する補正演算機能を有する。 Further, the control device corrects the proportional coefficient K P , the integral coefficient K I, and the differential coefficient K D of the cooling temperature T obtained from each reference value based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P. It has a correction calculation function.

また、恒温動物の脳に供給される血液温度を測定する血液温度センサを備え、
前記制御装置は、測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御する。
In addition, it has a blood temperature sensor that measures the blood temperature supplied to the brain of a constant temperature animal,
The control device controls the cooling temperature T of the cooling device so that the measured blood temperature is equal to or higher than the lowest temperature in the safe range of brain temperature.

前記冷却装置は、恒温動物の体を囲む包囲体と、該包囲体内に冷却媒体を供給する冷媒供給装置と、該冷却媒体の温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持する媒体冷却器とからなる。   The cooling device includes an enclosure that surrounds the body of a constant temperature animal, a refrigerant supply device that supplies a cooling medium into the enclosure, and a medium cooler that cools and holds the temperature of the cooling medium to a predetermined cooling temperature T. Become.

また、前記冷却装置は、恒温動物の体を載せる冷却プレートと、該冷却プレートの下面の一部に接触し冷却プレートを冷却する冷却用ペルチェ素子と、冷却プレートの下面の一部に接触し冷却プレートを加熱する加熱用ペルチェ素子と、冷却用ペルチェ素子又は加熱用ペルチェ素子に電流を流し、冷却プレートの温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持する冷却制御装置とからなる、ことが好ましい。   In addition, the cooling device includes a cooling plate on which a body of a constant temperature animal is placed, a cooling Peltier element that contacts a part of the lower surface of the cooling plate and cools the cooling plate, and contacts and cools a part of the lower surface of the cooling plate. It is preferable to include a heating Peltier element that heats the plate, and a cooling control device that supplies a current to the cooling Peltier element or the heating Peltier element and cools and maintains the temperature of the cooling plate at a predetermined cooling temperature T.

また本発明によれば、恒温動物の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する頭蓋内圧センサ及び脳温センサと、恒温動物の体を所定の冷却温度Tで冷却する冷却装置とを備えた装置の制御方法であって、
前記頭蓋内圧と脳温の安全範囲と、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値を記憶する記憶ステップと、
頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、前記各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定する設定ステップと、
頭蓋内圧センサ及び脳温センサで測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき、前記設定された制御係数を用いて前記冷却温度Tを制御する制御ステップとを有する、ことを特徴とする頭蓋内圧と脳温の同時制御方法が提供される。
Further, according to the present invention, control of an apparatus including an intracranial pressure sensor and a brain temperature sensor that respectively measure the intracranial pressure and brain temperature of a thermostat animal, and a cooling device that cools the body of the thermostat animal at a predetermined cooling temperature T. A method,
A storage step for storing each of the reference values of the safe range of the intracranial pressure and brain temperature, the gain of the intracranial pressure due to a change in body temperature, the time constant, and the dead time;
A setting step for setting a control coefficient of the cooling temperature T from each of the reference values so as to reach the target value while suppressing the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature sufficiently;
A control step of controlling the cooling temperature T by using the set control coefficient based on the intracranial pressure and the brain temperature measured by the intracranial pressure sensor and the brain temperature sensor. A method for simultaneous temperature control is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記設定ステップにおいて、前記各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを設定し、
前記制御ステップにおいて、設定した前記比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御する。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the setting step, the proportional coefficient K P , the integral coefficient K I, and the derivative of the cooling temperature T according to the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P from the reference values. set the coefficient K D,
In the control step, the proportional coefficient K P is set, the cooling temperature T for PID feedback control using the integral coefficient K I and the differential coefficient K D.

また、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する補正ステップを有する。 Also it has a step of correcting the proportional coefficient K P, the integral coefficient K I and the differential coefficient K D of the cooling temperature T based on the difference e between the measured value and the target value of the intracranial pressure P, determined from the respective reference value .

また恒温動物の脳に供給される血液温度を測定する血液温度センサを備え、
前記制御ステップにおいて、測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御する、ことが好ましい。
Also equipped with a blood temperature sensor that measures the temperature of blood supplied to the brain of a constant temperature animal,
In the control step, it is preferable to control the cooling temperature T of the cooling device so that the measured blood temperature is equal to or higher than the lowest temperature in the safe range of the brain temperature.

上記本発明の装置及び方法によれば、恒温動物(人や実験動物)の頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定し制御するので、頭蓋内圧を所望の圧力範囲に早期に正確に調節でき、かつ同時に脳温を常に安全な温度範囲に保持することができる。   According to the apparatus and method of the present invention, the gain of the intracranial pressure due to a change in body temperature, and the time so that the overshoot of the intracranial pressure and brain temperature of a thermostatic animal (human or experimental animal) is sufficiently suppressed to reach the target value. Since the control coefficient of the cooling temperature T is set and controlled from each reference value of the constant and the dead time, the intracranial pressure can be adjusted accurately and quickly to a desired pressure range, and at the same time, the brain temperature is always kept in a safe temperature range. be able to.

また、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを求め、これらの制御係数を用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御するので、頭蓋内圧と脳温のオーバシュートを十分小さく抑え、早期に頭蓋内圧を所望の圧力範囲に正確に調節できる。 The gain of intracranial pressure due to temperature change, from the reference value of the time constant and dead time, the proportional coefficient of the cooling temperature T due to the difference e between the measured value and the target value of the intracranial pressure P K P, the integral coefficient K I and the differential determined coefficient K D, since the cooling temperature T for PID feedback control using these control coefficient, suppresses sufficiently small overshoot of intracranial pressure and brain temperature, intracranial pressure can be adjusted exactly to the desired pressure range at an early stage .

また、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正するので、初期設定値が対象とする恒温動物にマッチしていない場合でも、実際に測定された頭蓋内圧から学習して適性化することができ、オーバシュートを抑えながた早期に頭蓋内圧を所望の圧力範囲に調節できる。 Further, based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P, proportional coefficient K P of the cooling temperature T determined from the reference value, is corrected integral coefficient K I and the differential coefficient K D, initialization Even if the value does not match the target thermostat, it can be learned and optimized from the actually measured intracranial pressure, and the intracranial pressure can be brought to the desired pressure range at an early stage without overshooting. Can be adjusted.

また、脳に供給される血液温度センサを備え、測定された血液温度が、脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御することにより、脳に供給される血液温度は脳温より常に低く脳内の熱エネルギーをwashoutするので、脳温をその安全範囲の最低温度以上に本質的に安定して制御することができる。   In addition, a blood temperature sensor supplied to the brain is provided, and is supplied to the brain by controlling the cooling temperature T of the cooling device so that the measured blood temperature is equal to or higher than the lowest temperature within the safe range of brain temperature. Since the blood temperature is always lower than the brain temperature and the heat energy in the brain is washed out, the brain temperature can be controlled essentially stably above the minimum temperature within its safe range.

また、冷却装置を、包囲体、冷媒供給装置、及び媒体冷却器で構成することにより、恒温動物(例えば人)の体全体を効果的に冷却することができる。
また、冷却装置を、冷却プレート、冷却用ペルチェ素子、加熱用ペルチェ素子、及び冷却制御装置で構成することにより、恒温動物が実験用の小動物であっても、小動物の体を容易に冷却及び加熱して温度保持することができる。
Moreover, the whole body of a constant temperature animal (for example, person) can be cooled effectively by comprising a cooling device with an enclosure, a refrigerant | coolant supply apparatus, and a medium cooler.
In addition, by configuring the cooling device with a cooling plate, a cooling Peltier element, a heating Peltier element, and a cooling control device, the body of the small animal can be easily cooled and heated even if the constant temperature animal is an experimental small animal. Temperature can be maintained.

上記本発明の装置及び方法により、従来、熟練した医療従事者にとっても困難であった脳低温療法による頭蓋内圧の管理を、経験の少ない従事者であっても安全に行うことができ、体温と頭蓋内圧を長時間継続して監視しつづける必要性を無くして、医療従事者の負担を大幅に低減でき、脳温が心機能障害等をきたす危険温度になることを本質的に防止でき、実験動物の体温を正確に調整することができ、脳低温療法による頭蓋内圧亢進症への治療効果等を実験動物で検証することが簡単にできる、等の効果が得られる。   According to the apparatus and method of the present invention, the management of intracranial pressure by cerebral cryotherapy, which has been difficult even for skilled medical workers, can be safely performed even by a less experienced worker. This eliminates the need for continuous monitoring of intracranial pressure for a long time, greatly reducing the burden on healthcare professionals, and essentially preventing brain temperature from becoming a dangerous temperature that can cause cardiac dysfunction. It is possible to accurately adjust the body temperature of the animal, and to obtain effects such as that it is possible to easily verify the therapeutic effect of hyperthermia by intracerebral hypothermia therapy in experimental animals.

従って、総合的には医療上最も困難な部分の自動化に資することができ、頭蓋内圧の計測と制御を自動化して、頭蓋内圧管理や脳温管理を精度よく自動化でき、脳低温療法の脳神経保護作用に有益なだけではなく、脳低温療法の頭蓋内圧降下に役立つことができる。
また同時に、このような生理状態の管理の自動化により、臨床における医療従事者の労力を軽減し、脳低温療法の医療コストの低減につながり、また煩雑な温度調整から医療従事者を解放し、医療従事者は、他のより専門的医療処理に集中することができる。
Therefore, comprehensively, it can contribute to the automation of the most difficult part of medical treatment, automating the measurement and control of intracranial pressure, automating intracranial pressure management and brain temperature management with high accuracy, and protecting the cranial nerves of brain cryotherapy Not only is it beneficial to action, it can also help reduce intracranial pressure in cerebral cryotherapy.
At the same time, the automation of this physiological state management reduces the labor of medical staff in clinical practice, leads to a reduction in the medical costs of brain hypothermia, and frees medical staff from complicated temperature adjustments. The practitioner can concentrate on other more specialized medical procedures.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づき説明する。なおこの発明において被検体である恒温動物とは、人(例えば頭蓋内圧亢進症の頭部外傷患者)や動物(実験用小動物)を意味する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the constant temperature animal as the subject means a human (for example, a head trauma patient with hypercranial hypertension) or an animal (small experimental animal).

図1は、本発明による装置の第1実施形態図である。この図において、本発明の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置は、人の脳低温治療用であり、頭蓋内圧センサ12、脳温センサ14、血液温度センサ16、冷却装置20、及び制御装置30を備える。   FIG. 1 is a diagram of a first embodiment of an apparatus according to the present invention. In this figure, the simultaneous control device for intracranial pressure and brain temperature of the present invention is for human brain low-temperature treatment. Intracranial pressure sensor 12, brain temperature sensor 14, blood temperature sensor 16, cooling device 20, and control device 30 Is provided.

頭蓋内圧センサ12及び脳温センサ14は、恒温動物の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する。頭蓋内圧センサ12及び脳温センサ14は、恒温動物1の脳膜やくも膜下腔に挿入され、恒温動物1の脳脊髄液の静水圧と温度を直接検出する圧力センサと温度センサであるのが好ましい。このような圧力センサと温度センサを用いることにより、頭蓋内圧及び脳温を高い精度で検出することができる。
なお、頭蓋内圧センサ12及び脳温センサ14は、脳脊髄液の静水圧と温度を直接検出するセンサに限定されず、その他の形式のセンサであってもよい。
これらの圧力センサと温度センサは、検出された圧力と温度を電気信号として出力し、その電気信号は制御装置30に入力される。
The intracranial pressure sensor 12 and the brain temperature sensor 14 measure the intracranial pressure and the brain temperature of the thermostatic animal, respectively. The intracranial pressure sensor 12 and the brain temperature sensor 14 are a pressure sensor and a temperature sensor that are inserted into the brain membrane or subarachnoid space of the thermostat 1 and directly detect the hydrostatic pressure and temperature of the cerebrospinal fluid of the thermostat 1. preferable. By using such a pressure sensor and a temperature sensor, the intracranial pressure and the brain temperature can be detected with high accuracy.
The intracranial pressure sensor 12 and the brain temperature sensor 14 are not limited to sensors that directly detect the hydrostatic pressure and temperature of cerebrospinal fluid, but may be other types of sensors.
These pressure sensors and temperature sensors output the detected pressure and temperature as electrical signals, and the electrical signals are input to the control device 30.

血液温度センサ16は、恒温動物1の脳に供給される血液温度を検出する温度センサであるのが好ましい。このような温度センサを用いることにより、脳の血管に供給される血液温度を高い精度で検出することができる。
なお、血液温度センサ16は、恒温動物1の体温を計測する体温センサであってもよい。脳に供給される血液(脳血流)は、脳の局所的熱エネルギーをwashoutする機能を有しており、脳温より常に温度が低い。また体温は、血液温度とほぼ同一又はわずかに低い値を示す。従って、後述する制御において、血液温度の代わりに体温を用いても、制御上安全サイドとなる。
The blood temperature sensor 16 is preferably a temperature sensor that detects the blood temperature supplied to the brain of the thermostatic animal 1. By using such a temperature sensor, it is possible to detect the blood temperature supplied to the blood vessels of the brain with high accuracy.
The blood temperature sensor 16 may be a body temperature sensor that measures the body temperature of the constant temperature animal 1. The blood (cerebral blood flow) supplied to the brain has a function of washing out local heat energy of the brain, and the temperature is always lower than the brain temperature. The body temperature is almost the same as or slightly lower than the blood temperature. Therefore, in the control described later, even if the body temperature is used instead of the blood temperature, it is a safe side for control.

冷却装置20は、恒温動物1の体を所定の冷却温度Tで冷却する。図1の例において、冷却装置20は、包囲体21、冷媒供給装置22、及び媒体冷却器23からなる。
包囲体21は、恒温動物1の少なくとも胴体の大部分を囲むように寝袋状又は布団状に構成されている。包囲体21の内部には、冷却媒体(水や空気)を通す可撓性のチューブが内蔵されており、冷媒供給装置22により、包囲体21内に冷却媒体を供給するようになっている。なお、包囲体21の内部を通過し温度上昇した冷却媒体は、冷媒供給装置22に戻り再循環するのがよい。
媒体冷却器23は、冷却媒体(水や空気)を冷却する冷却ユニットとその温度を制御する温度コントローラからなり、冷却媒体の温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持する。所定の冷却温度Tは、恒温動物1の脳温の安全範囲(例えば33〜36℃)よりも5〜6℃程度低い、例えば27〜31℃であるのが好ましい。
The cooling device 20 cools the body of the constant temperature animal 1 at a predetermined cooling temperature T. In the example of FIG. 1, the cooling device 20 includes an enclosure 21, a refrigerant supply device 22, and a medium cooler 23.
The surrounding body 21 is configured in a sleeping bag shape or a futon shape so as to surround at least a large part of the trunk of the thermostatic animal 1. A flexible tube through which a cooling medium (water or air) passes is incorporated inside the enclosure 21, and the cooling medium is supplied into the enclosure 21 by the refrigerant supply device 22. The cooling medium that has passed through the inside of the enclosure 21 and has risen in temperature is preferably returned to the refrigerant supply device 22 and recirculated.
The medium cooler 23 includes a cooling unit that cools the cooling medium (water or air) and a temperature controller that controls the temperature of the cooling medium, and cools and holds the temperature of the cooling medium to a predetermined cooling temperature T. The predetermined cooling temperature T is preferably about 5 to 6 ° C., for example, 27 to 31 ° C. lower than the safe temperature range (for example, 33 to 36 ° C.) of the thermostat 1.

制御装置30は、入力装置31、記憶装置32、演算装置33、及び入出力装置(A/D変換器34、D/A変換器35)を備えたPC(コンピュータ)であり、測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき冷却装置20の冷却温度Tを制御する。
入力装置31は、例えばキーボードであり、恒温動物1の頭蓋内圧と脳温の安全範囲、恒温動物1の体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値、及び頭蓋内圧の目標値を入力し、これらの各データを記憶装置32に記憶する。
これらの安全範囲や各基準値のデータは、恒温動物1の種類(人間、マウス、その他の実験用小動物)及びその特性(性別、年齢、体重、等)により、予めシミュレーション等で求めておくのがよい。
例えば、恒温動物1が人の場合、頭蓋内圧の正常範囲は、約5〜15mmHgであり、安全範囲は、約20mmHg以下である。また、脳温の正常範囲は、約36〜37℃であり、安全範囲は、約33℃以上である。また、頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間は、後述する実施例で示すように恒温動物1を対象とするシミュレーションで求めることができる。さらに、頭蓋内圧の目標値は、その安全範囲内において、医療従事者等が適宜設定する。
The control device 30 is a PC (computer) provided with an input device 31, a storage device 32, an arithmetic device 33, and an input / output device (A / D converter 34, D / A converter 35), and the measured skull The cooling temperature T of the cooling device 20 is controlled based on the internal pressure and the brain temperature.
The input device 31 is, for example, a keyboard, and includes a safe range of the intracranial pressure and brain temperature of the thermostat 1, gains of the intracranial pressure due to changes in body temperature of the thermostat 1, reference values of time constant and dead time, and a target of the intracranial pressure. A value is input, and each of these data is stored in the storage device 32.
The data of these safety ranges and each reference value is obtained in advance by simulation or the like according to the type of the thermostat 1 (human, mouse, other small animal for experiment) and its characteristics (gender, age, weight, etc.). Is good.
For example, when the thermostat 1 is a human, the normal range of intracranial pressure is about 5 to 15 mmHg, and the safe range is about 20 mmHg or less. Moreover, the normal range of brain temperature is about 36-37 degreeC, and a safe range is about 33 degreeC or more. Further, the gain, time constant, and dead time of the intracranial pressure can be obtained by a simulation targeting the thermostatic animal 1 as shown in an example described later. Further, the target value of the intracranial pressure is appropriately set by a medical worker or the like within the safe range.

制御装置30は、演算装置33により、記憶装置32に記憶された体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを求める。
さらに制御装置30は、これらを用いて、頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて頭蓋内圧の目標値に到達するように、冷却温度TをPIDフィードバック制御する。頭蓋内圧のオーバシュート量は、約2mmHg以下、脳温のオーバシュート量は、0.5℃以下であるのがよい。
The control device 30 calculates the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P from the reference values of the gain of the intracranial pressure, the time constant and the dead time stored in the storage device 32 by the arithmetic unit 33. A proportional coefficient K P , an integral coefficient K I and a differential coefficient K D of the cooling temperature T are obtained.
Furthermore, the control device 30 uses these to perform PID feedback control of the cooling temperature T so as to reach the target value of the intracranial pressure while suppressing the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature. The amount of overshoot of intracranial pressure is preferably about 2 mmHg or less, and the amount of overshoot of brain temperature is preferably 0.5 ° C. or less.

また、この制御装置30は補正演算機能を有し、PIDフィードバック制御中に測定された頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eを0に近づけるように、各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する。 Further, the control device 30 has a correction calculation function, and the cooling temperature obtained from each reference value so that the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P measured during the PID feedback control approaches 0. T proportionality factor K P, to correct the integral coefficient K I and the differential coefficient K D.

さらに制御装置30は、上述した血液温度センサ16により測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御するようになっている。   Furthermore, the control device 30 controls the cooling temperature T of the cooling device so that the blood temperature measured by the blood temperature sensor 16 described above is equal to or higher than the lowest temperature within the safe range of brain temperature.

図2は、人の脳低温療法における脳温と経過時間との関係図である。この図において、横軸は経過時間(時間:h、日数:d、週数:w)、縦軸は脳温(℃)である。
脳温は、35℃になると低体温侵襲に対するシバリングによる体内熱発生などの生体防御反応が生じ、ついで33℃以下になると心機能の低下や不整脈が発生する。また、冷却速度が速すぎると心機能障害等をきたす危険温度(32℃以下)になることがある。
従って、脳温が35℃に達したところで生体の慣らし時間を設けしばらく35℃に保った後、ゆっくりと脳温を33〜34℃まで下げるのが好ましい。シバリングの出現に対して、これを抑制するために筋弛緩薬、臭化パンクロニュームを投与してもよい。
また、脳温を33〜34℃に保つ期間は、脳の急性期病態形成の経過(約6日間)と免疫防止機構の機能低下開始時期(2〜4日)を考慮して6日以内とするのがよい。
その後、頭蓋内圧が正常範囲内に安定し、トレンド脳波がδ波からθ波へ改善された後に復温を開始する。
FIG. 2 is a relationship diagram between brain temperature and elapsed time in human brain hypothermia therapy. In this figure, the horizontal axis represents elapsed time (hours: h, days: d, weeks: w), and the vertical axis represents brain temperature (° C.).
When the brain temperature reaches 35 ° C., a biological defense reaction such as heat generation in the body due to shivering against hypothermic invasion occurs, and when the brain temperature becomes 33 ° C. or less, cardiac function decreases and arrhythmia occurs. In addition, if the cooling rate is too fast, there may be a dangerous temperature (32 ° C. or lower) that may cause cardiac dysfunction.
Therefore, it is preferable to slowly lower the brain temperature to 33-34 ° C. after a period of habituation of the living body is provided when the brain temperature reaches 35 ° C. and maintained at 35 ° C. for a while. In order to suppress the appearance of shivering, a muscle relaxant, panchronium bromide may be administered.
In addition, the period during which the brain temperature is maintained at 33 to 34 ° C. is within 6 days in consideration of the course of acute brain pathogenesis (about 6 days) and the onset of functional deterioration of the immune prevention mechanism (2 to 4 days). It is good to do.
Thereafter, after the intracranial pressure is stabilized within the normal range and the trend electroencephalogram is improved from the δ wave to the θ wave, rewarming is started.

本発明において、「脳温の安全範囲」とは、上述した温度範囲と冷却速度及び復温速度を含む。すなわち、恒温動物1が人の場合、脳温の正常範囲は、約36〜37℃であり、安全範囲は、約33℃以上であるが、脳温が35℃に達したところで2〜3時間の慣らし時間を設け、次いで、約0.5℃/h未満の冷却速度で脳温を33〜34℃まで下げるのがよい。
また、脳温を33〜34℃に保つ期間は、最長で6日以下であり、復温時には、約34℃、約35℃において、1〜3日の慣らし期間を設けながら、4日以上の日数をかけて約36℃の正常温度までゆっくりと復温するのがよい。
In the present invention, the “safe range of brain temperature” includes the above-described temperature range, cooling rate, and rewarming rate. That is, when the constant temperature animal 1 is a human, the normal range of the brain temperature is about 36 to 37 ° C., and the safe range is about 33 ° C. or more, but when the brain temperature reaches 35 ° C., it is 2 to 3 hours. And then lowering the brain temperature to 33-34 ° C. at a cooling rate of less than about 0.5 ° C./h.
In addition, the period during which the brain temperature is maintained at 33 to 34 ° C. is 6 days or less at the maximum, and at the time of recovery, at least 34 days or 35 ° C., with a break-in period of 1 to 3 days. It is recommended that the temperature be slowly restored to a normal temperature of about 36 ° C. over a period of days.

また、本発明において、頭蓋内圧と脳温は常時測定しており、脳温が上述した安全範囲にあり、かつ頭蓋内圧が目標値に到達するように冷却装置の冷却温度Tを制御する。   In the present invention, the intracranial pressure and the brain temperature are constantly measured, and the cooling temperature T of the cooling device is controlled so that the brain temperature is within the above-described safe range and the intracranial pressure reaches the target value.

図3は、本発明による装置の第2実施形態図である。この図において、本発明の装置は、小動物実験用であり、頭蓋内圧センサ12、脳温センサ14、血液温度センサ16、冷却装置20、及び制御装置30を備える。   FIG. 3 shows a second embodiment of the device according to the invention. In this figure, the device of the present invention is for a small animal experiment, and includes an intracranial pressure sensor 12, a brain temperature sensor 14, a blood temperature sensor 16, a cooling device 20, and a control device 30.

この例において、冷却装置20は、冷却プレート24、冷却用ペルチェ素子25、加熱用ペルチェ素子26、及び冷却制御装置27からなる。
冷却プレート24は、恒温動物1(この例では実験動物)の体を載せる熱伝導性の高い金属板である。
In this example, the cooling device 20 includes a cooling plate 24, a cooling Peltier element 25, a heating Peltier element 26, and a cooling control device 27.
The cooling plate 24 is a metal plate having high thermal conductivity on which the body of the thermostatic animal 1 (in this example, an experimental animal) is placed.

冷却用ペルチェ素子25は、冷却プレート24の下面の一部に接触し冷却プレートを冷却する。加熱用ペルチェ素子26は、冷却プレート24の下面の一部に接触し冷却プレートを加熱する。
冷却用ペルチェ素子25及び加熱用ペルチェ素子26は、異金属の接合面を電流が流れると熱の発生又は吸収が起こるペルチェ効果を利用したものであり、冷却用ペルチェ素子25に電流を流すことにより冷却プレート24を冷却し、加熱用ペルチェ素子26に電流を流すことにより冷却プレート24を加熱するようになっている。
ペルチェ素子25、26はそれぞれ1つでも複数でもよい。また複数の場合には、それぞれ冷却プレート24の下面に分散して貼付け、冷却プレート24の全面を均一温度に冷却又は加熱できるようにする。
The cooling Peltier element 25 contacts a part of the lower surface of the cooling plate 24 to cool the cooling plate. The heating Peltier element 26 contacts a part of the lower surface of the cooling plate 24 and heats the cooling plate.
The cooling Peltier element 25 and the heating Peltier element 26 use the Peltier effect in which heat is generated or absorbed when a current flows through a joint surface of different metals. By flowing a current through the cooling Peltier element 25 The cooling plate 24 is cooled, and the cooling plate 24 is heated by passing a current through the heating Peltier element 26.
Each of the Peltier elements 25 and 26 may be one or plural. In a plurality of cases, each of the cooling plates 24 is dispersed and pasted on the lower surface of the cooling plate 24 so that the entire surface of the cooling plate 24 can be cooled or heated to a uniform temperature.

冷却制御装置27は、この例では切替回路を有し、制御装置30からの指令により、ペルチェ素子25、26のどちらかに直流電源28からの電源を切り替え、冷却又は加熱を制御して、冷却プレート24の温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持するようになっている。   In this example, the cooling control device 27 has a switching circuit, and switches the power source from the DC power source 28 to either the Peltier element 25 or 26 in accordance with a command from the control device 30, and controls cooling or heating to cool the cooling device. The temperature of the plate 24 is cooled and held at a predetermined cooling temperature T.

さらにこの例では、恒温動物1を内部に収納する断熱ケース41を有し、実験動物用の麻酔薬や呼吸ガスを断熱ケース41内に供給できるようになっている。またこの例では恒温動物1に投与する薬を供給する微量ポンプ42を備え、その供給量を制御装置30で制御する。
その他の構成は、図1の構成と同様である。
Furthermore, in this example, it has the heat insulation case 41 which accommodates the thermostat 1 inside, and can supply the anesthetic and respiratory gas for laboratory animals in the heat insulation case 41 here. In this example, a micro pump 42 for supplying medicine to be administered to the thermostat 1 is provided, and the supply amount is controlled by the control device 30.
Other configurations are the same as those in FIG.

図4は、本発明による頭蓋内圧と脳温の同時制御方法のフロー図である。本発明の方法は、恒温動物1の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する頭蓋内圧センサ12及び脳温センサ14と、恒温動物の体を所定の冷却温度Tで冷却する冷却装置20とを備えた装置の制御方法であり、この図に示すように、入力ステップS1、記憶ステップS2、設定ステップS3、制御ステップS4、及び補正ステップS5の各ステップを有する。   FIG. 4 is a flowchart of a method for simultaneously controlling intracranial pressure and brain temperature according to the present invention. The method of the present invention includes an intracranial pressure sensor 12 and a brain temperature sensor 14 that respectively measure the intracranial pressure and brain temperature of the thermostat 1 and a cooling device 20 that cools the body of the thermostat at a predetermined cooling temperature T. As shown in the figure, the apparatus control method includes an input step S1, a storage step S2, a setting step S3, a control step S4, and a correction step S5.

入力ステップS1では、恒温動物1の頭蓋内圧と脳温の安全範囲、恒温動物1の体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値、及び頭蓋内圧の目標値をPC(コンピュータ)に入力する。
記憶ステップS2では、入力された安全範囲、ゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値及び頭蓋内圧の目標値を記憶する。
設定ステップS3では、頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを設定する。
In the input step S1, the safe range of the intracranial pressure and brain temperature of the constant temperature animal 1, the gain of the intracranial pressure due to the change in body temperature of the constant temperature animal 1, the reference values of the time constant and dead time, and the target value of the intracranial pressure are stored on the PC (computer). ).
In the storing step S2, the inputted safety range, gain, time constant, dead time reference value and intracranial pressure target value are stored.
In the setting step S3, the proportionality of the cooling temperature T based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P is determined from each reference value so that the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature are sufficiently reduced to reach the target value. coefficients K P, to set the integral coefficient K I and the differential coefficient K D.

制御ステップS4では、頭蓋内圧センサ及び脳温センサで測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき、設定された比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御する、
また、この制御ステップにおいて、血液温度センサ16で測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御する。
In the control step S4, the cooling temperature T is fed back to the PID using the set proportional coefficient K P , integral coefficient K I and differential coefficient K D based on the intracranial pressure and brain temperature measured by the intracranial pressure sensor and the brain temperature sensor. Control,
In this control step, the cooling temperature T of the cooling device is controlled so that the blood temperature measured by the blood temperature sensor 16 is equal to or higher than the lowest temperature in the safe range of brain temperature.

補正ステップS4では、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する In the correction step S4, based on the difference e between the measured value and the target value of the intracranial pressure P, and corrects the proportional coefficient K P, the integral coefficient K I and the differential coefficient K D of the cooling temperature T determined from the reference value

上述した本発明の装置及び方法によれば、恒温動物1(人や動物)の頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定し制御するので、頭蓋内圧を所望の圧力範囲に早期に正確に調節でき、かつ同時に脳温を常に安全な温度範囲に保持することができる。   According to the apparatus and method of the present invention described above, the gain of the intracranial pressure due to body temperature change so as to reach the target value while suppressing the overshoot of the intracranial pressure and brain temperature of the thermostat 1 (human or animal), Since the control coefficient of the cooling temperature T is set and controlled from each reference value of time constant and dead time, the intracranial pressure can be adjusted accurately and quickly to the desired pressure range, and at the same time the brain temperature is always kept in a safe temperature range. can do.

また、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを求め、これらの制御係数を用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御するので、頭蓋内圧と脳温のオーバシュートを十分小さく抑え、早期に頭蓋内圧を所望の圧力範囲に正確に調節できる。 The gain of intracranial pressure due to temperature change, from the reference value of the time constant and dead time, the proportional coefficient of the cooling temperature T due to the difference e between the measured value and the target value of the intracranial pressure P K P, the integral coefficient K I and the differential determined coefficient K D, since the cooling temperature T for PID feedback control using these control coefficient, suppresses sufficiently small overshoot of intracranial pressure and brain temperature, intracranial pressure can be adjusted exactly to the desired pressure range at an early stage .

また、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正するので、初期設定値が対象とする恒温動物にマッチしていない場合でも、実際に測定された頭蓋内圧から学習して適性化することができ、オーバシュートを抑えながら早期に頭蓋内圧を所望の圧力範囲に調節できる。 Further, based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P, proportional coefficient K P of the cooling temperature T determined from the reference value, is corrected integral coefficient K I and the differential coefficient K D, initialization Even if the value does not match the target thermostat, it can be learned and optimized from the actually measured intracranial pressure, and the intracranial pressure can be quickly adjusted to the desired pressure range while suppressing overshoot. .

また、脳に供給される血液温度センサを備え、測定された血液温度が、脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御することにより、脳に供給される血液温度は脳温より常に低く脳内の熱エネルギーをwashoutするので、脳温をその安全範囲の最低温度以上に本質的に安定して制御することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
In addition, a blood temperature sensor supplied to the brain is provided, and is supplied to the brain by controlling the cooling temperature T of the cooling device so that the measured blood temperature is equal to or higher than the lowest temperature within the safe range of brain temperature. Since the blood temperature is always lower than the brain temperature and the heat energy in the brain is washed out, the brain temperature can be controlled essentially stably above the minimum temperature within its safe range.

Examples of the present invention will be described below.

[仮定条件]
人(患者生体)の循環温熱系をモデル化するために、脳低温療法の臨床実際に基づき、以下の仮定条件を設けた。
(1)脳低温療法の患者は全身麻酔下に置かれているため、生体内の神経性・体液性調節機能を無視し、患者の循環温熱系を完全な受動系とする。
(2)解剖生理学に対応して、図5に示すように、患者生体を頭蓋1a(脳脊髄液、脳実質、脳血管)、心血管1b(動脈部、静脈部)、肺1c(実質、血管)、内臓1d(実質、血管)、筋肉1e(実質、血管)、その他1f(実質、血管)の6つのセグメント(13のコンパートメント)により近似し、図6に示す循環温熱系モデルを作成した。
[Assumptions]
In order to model the circulating thermal system of a human (patient living body), the following hypothetical conditions were set based on clinical practice of cerebral cryotherapy.
(1) Since patients with cerebral cryotherapy are placed under general anesthesia, the neural and humoral regulatory functions in the body are ignored, and the patient's circulatory and thermal system is made a completely passive system.
(2) Corresponding to the anatomical physiology, as shown in FIG. 5, the patient's living body is converted into a skull 1a (cerebrospinal fluid, brain parenchyma, cerebral blood vessel), cardiovascular 1b (arterial part, vein), lung 1c (parenchymal, Approximation with 6 segments (13 compartments) of blood vessel), viscera 1d (parenchyma, blood vessel), muscle 1e (parenchyma, blood vessel), and other 1f (parenchyma, blood vessel), and created a circulation thermal system model shown in FIG. .

(3)脳脊髄液の静水圧と温度を頭蓋内圧と脳温の代表とする。その理由は、これらの生理状態量が脳室やくも膜下腔に置かれるセンサにより正確に測れるからである。
(4)臨床の冷却作用に対応して、筋肉セグメントの環境温度が変化可能とし、その他のセグメントが断熱されているとする。内臓セグメントにおける人工補液と尿排泄による熱収支がない。呼吸系による熱と水の損失を無視する。
(5)セグメント同士の間の水と熱の流れは血流とリンパ流による。セグメント内の実質と血管のコンパートメント同士の間には水濾過と熱伝導がある。代謝性水産生と熱産生が実質のみに生じる。各コンパートメントの浸透圧は一定とする。
(6)心拍出力に対応して、心血管セグメントの動脈部と静脈部に圧力ポンプを取り入れ、それぞれ体循環と肺循環に一定の圧力上昇を与える。よって、各コンパートメントの静水圧は生理的に正常な範囲に設定可能となる。
これらの仮定の下で、冷却温度を入力、頭蓋内圧を出力とする患者生体の循環温熱系モデルを構築する。
(3) The hydrostatic pressure and temperature of cerebrospinal fluid are representative of intracranial pressure and brain temperature. The reason is that these physiological state quantities can be accurately measured by a sensor placed in the ventricle or subarachnoid space.
(4) Assume that the environmental temperature of the muscle segment can be changed and the other segments are insulated in response to the clinical cooling action. There is no heat balance due to artificial replacement fluid and urine excretion in the visceral segment. Ignore heat and water losses from the respiratory system.
(5) The flow of water and heat between segments depends on blood flow and lymph flow. There is water filtration and heat conduction between the parenchyma and vascular compartments in the segment. Metabolic water production and heat production occur only in parenchyma. The osmotic pressure in each compartment is constant.
(6) Corresponding to the heartbeat output, pressure pumps are introduced into the arterial and venous portions of the cardiovascular segment to give a constant pressure increase to the systemic and pulmonary circulation, respectively. Therefore, the hydrostatic pressure of each compartment can be set in a physiologically normal range.
Under these assumptions, a circulating thermal system model of the patient's living body is constructed with the cooling temperature as input and the intracranial pressure as output.

[循環温熱系モデル]
物質とエネルギーの保存則に従い、各コンパートメントにおける静水圧と温度に関する微分方程式を作成することができる。かかる微分方程式はここでは省略する。
また、脳脊髄液分泌、代謝性水産生と熱産生、コンパートメント同士間の水濾過係数は温度依存性を考慮する。
[Circulating thermal system model]
According to the conservation law of matter and energy, differential equations for hydrostatic pressure and temperature in each compartment can be created. Such differential equations are omitted here.
Cerebrospinal fluid secretion, metabolic water production and heat production, and water filtration coefficient between compartments take temperature dependence into consideration.

[パラメータの設定]
循環温熱モデルの生理的と物理的パラメータは基本的には文献に基づき、必要に応じて、推測値や仮定値も利用する。なお、温度と圧力依存性は非線形的であり、患者生体の循環温熱モデルも非線形的であるため、その理論解は、例えばRunge−Kuttaの数値解析法を用いるのがよい。
[Parameter settings]
The physiological and physical parameters of the circulating thermal model are basically based on literature, and estimated values and assumed values are also used as necessary. The temperature and pressure dependence is nonlinear, and the circulation thermal model of the patient's living body is also nonlinear. Therefore, the theoretical solution may be, for example, the Runge-Kutta numerical analysis method.

[モデルの検証]
[ステップ状冷却に対する脳温変化特性]
図7は、ステップ状の冷却入力に対する循環温熱モデルの脳温応答図である。この図において、横軸は経過時間、縦軸は脳温である。
この図からわかるように、冷却温度の変化(30℃から29℃へ)に対し、最初は脳温がほとんど変化せず、しばらくして急に変化する。その後はゆっくりとした変化となり、最後に一定値となる。すなわち、脳温変化はむだ時間と一次遅れの特性を有する。
この図より、脳温のステップ応答特性として、時定数が9.2h、むだ時間が0.6h、ゲインが2.0℃/℃と推定される。
[Model validation]
[Characteristics of brain temperature change for step cooling]
FIG. 7 is a brain temperature response diagram of a circulating thermal model with respect to a step-like cooling input. In this figure, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents brain temperature.
As can be seen from this figure, with respect to the change in the cooling temperature (from 30 ° C. to 29 ° C.), the brain temperature hardly changes at first and changes suddenly after a while. After that, it changes slowly and finally becomes a constant value. That is, the brain temperature change has the characteristics of dead time and first order lag.
From this figure, as a step response characteristic of brain temperature, it is estimated that the time constant is 9.2 h, the dead time is 0.6 h, and the gain is 2.0 ° C./° C.

脳低温療法の臨床では、目標の低温までに患者の脳温を冷却させるには3〜11hを要することが報告されている。臨床にはステップ応答や時定数などの厳密な定義がないが、「数時間」の概念において、循環温熱モデルの脳温変化は臨床の患者脳温の冷却特性に一致している。
また、環境温度変化に対する生体深部温度変化に0.5〜0.75hのむだ時間があることが報告されており、この図による0.6hの推定むだ時間と一致している。 なお、代謝性熱産生が体温低下により減少され、体温調節機構がなければ、さらなる体温の低下が起こることが考えられる。2.0℃/℃の推定ゲインはこの生理事実に矛盾しないことが明らかである。
これらのことから、循環温熱モデルの温熱系部分は妥当であるといえる。
In clinical practice of brain hypothermia, it has been reported that it takes 3 to 11 h to cool a patient's brain temperature to a target low temperature. Although there is no strict definition such as step response and time constant in the clinic, in the concept of “several hours”, the brain temperature change of the circulating thermal model is consistent with the cooling characteristics of clinical patient brain temperature.
Moreover, it has been reported that there is a dead time of 0.5 to 0.75 h in the living body deep temperature change with respect to the environmental temperature change, which is consistent with the estimated dead time of 0.6 h according to this figure. If metabolic heat production is reduced due to a decrease in body temperature and there is no body temperature regulation mechanism, a further decrease in body temperature may occur. It is clear that the estimated gain of 2.0 ° C / ° C is consistent with this physiological fact.
From these, it can be said that the thermal system part of the circulation thermal model is appropriate.

[インパルス状容積増加に対する頭蓋内圧変化特性]
脳脊髄液の循環障害の検査法として、インフュージョンテストが臨床において行われる。この検査法は循環温熱モデルの脳脊髄液に一定容積の水を短時間に注入することに相当する。
図8は、脳脊髄液の増加に対する頭蓋内圧の応答特性図である。この図において、横軸は経過時間、縦軸は頭蓋内圧の変化である。このシミュレーションでは、2mlの水を10〜12秒の間に0.66ml/sの速度で脳脊髄液コンパートメントに与えた。
この図から分かるように、頭蓋内圧は水注入の間に上昇し、注入終了時点で、約3.6mmHgの最大圧変化が生じる。その後、頭蓋内圧が注入以前の圧力状態に復帰する。
これらの結果は、従来報告されている研究結果とよく一致しており、循環温熱モデルの循環系部分も妥当であるといえる。
[Characteristics of intracranial pressure change with increasing impulse volume]
An infusion test is performed in the clinic as a test method for cerebrospinal fluid circulatory disturbance. This test method is equivalent to injecting a certain volume of water into the cerebrospinal fluid of a circulating thermal model in a short time.
FIG. 8 is a response characteristic diagram of intracranial pressure to an increase in cerebrospinal fluid. In this figure, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents changes in intracranial pressure. In this simulation, 2 ml of water was given to the cerebrospinal fluid compartment at a rate of 0.66 ml / s in 10-12 seconds.
As can be seen from this figure, the intracranial pressure rises during the water injection, and a maximum pressure change of about 3.6 mmHg occurs at the end of the injection. Thereafter, the intracranial pressure returns to the pressure state before the injection.
These results are in good agreement with previously reported research results, and it can be said that the circulatory system part of the circulating thermal model is also valid.

[モデルの適用]
[頭蓋内圧亢進症のモデル化]
術後の頭部外傷患者に見られる頭蓋内圧亢進症は血管原性脳浮腫によるものが多いと考えられる。
ここでは血管原性脳浮腫をシミュレートする。そのために、頭蓋セグメントにおける血液脳関門と血液脳脊髄液関門の水濾過係数を正常値の1000倍に設定し、それにより、循環温熱モデルの頭蓋内圧が20mmHgになる。
本発明はこれを頭蓋内圧亢進症の患者モデルとする。
[Apply model]
[Modeling of intracranial hypertension]
Intracranial hypertension seen in postoperative head trauma patients may be due to angiogenic cerebral edema.
Here we simulate angiogenic brain edema. For this purpose, the water filtration coefficient of the blood brain barrier and blood cerebrospinal fluid barrier in the skull segment is set to 1000 times the normal value, whereby the intracranial pressure of the circulating thermal model becomes 20 mmHg.
The present invention uses this as a patient model for intracranial hypertension.

[ステップ状冷却に対する頭蓋内圧亢進症の応答特性]
図9は、ステップ状冷却入力による頭蓋内圧の応答特性図である。この図において、横軸は経過時間、縦軸は頭蓋内圧である。
この図から分かるように、冷却温度に対する頭蓋内圧のステップ応答には、脳温のステップ応答と同様に、むだ時間と一次遅れの特性をもっている。臨床の実用性を念頭に、頭蓋内圧応答の非線形性を無視すると、この図の頭蓋内圧降下曲線から、ゲインが5.0mmHg/℃、時定数が9.9h、むだ時間が1.0hと特性近似することができる。
すなわち、冷却による頭蓋内圧亢進症への降下作用はこれらのデータにより定量化することができ、頭蓋内圧管理のための冷却温度調整の定量指標として、臨床への応用が期待できる。
[Response characteristics of intracranial hypertension to stepped cooling]
FIG. 9 is a response characteristic diagram of the intracranial pressure by stepped cooling input. In this figure, the horizontal axis represents elapsed time and the vertical axis represents intracranial pressure.
As can be seen from this figure, the step response of the intracranial pressure with respect to the cooling temperature has characteristics of dead time and first-order lag, similar to the step response of brain temperature. If the non-linearity of the intracranial pressure response is ignored in consideration of clinical practicality, the gain is 5.0 mmHg / ° C, the time constant is 9.9 h, and the dead time is 1.0 h from the intracranial pressure drop curve in this figure. Can be approximated.
In other words, the action of lowering intracranial pressure due to cooling can be quantified by these data, and clinical application can be expected as a quantitative index for adjusting the cooling temperature for intracranial pressure management.

[頭蓋内圧亢進症の定値制御]
上述した特性近似データを用いて、PIDフィードバック制御による頭蓋内圧亢進症の自動制御の実現可能性を示す。
具体的には、先の頭蓋内圧亢進症の患者モデルを実際の患者生体の代わりとして用い、その頭蓋内圧を予め設定した頭蓋内圧管理目標値に追従させる。そのための冷却温度設定は数1の式(1)により与える。
[Fixed value control of intracranial hypertension]
Using the characteristic approximation data described above, the feasibility of automatic control of intracranial hypertension by PID feedback control is shown.
Specifically, the above-mentioned patient model of intracranial hypertension is used as a substitute for an actual patient's living body, and the intracranial pressure is made to follow a preset intracranial pressure management target value. For this purpose, the cooling temperature setting is given by equation (1).

Figure 2006288568
Figure 2006288568

ここで、eは頭蓋内圧の目標値と循環温熱モデルによる推定値との差である。K、K、KはそれぞれPIDフィードバック制御のパラメータである。
シミュレーションでは、正常範囲にある頭蓋内圧値9.9mmHgを目標値とし、頭蓋内圧亢進症の特性近似データにより、K=1.2℃/mmHg、K=1.2h、K=0.5hと設定した。
Here, e is the difference between the target value of the intracranial pressure and the estimated value based on the circulating thermal model. K P , K I , and K D are parameters for PID feedback control, respectively.
In the simulation, the intracranial pressure value 9.9 mmHg in the normal range is set as a target value, and K P = 1.2 ° C./mmHg, K I = 1.2 h, K D = 0. Set to 5 h.

図10は、本発明による頭蓋内圧及び脳温のシミュレーション結果を示す図である。この図において、横軸は経過時間、縦軸は脳温、冷却温度、頭蓋内圧である。
この図から分かるように、本発明により与えた冷却入力(冷却温度変化)により、頭蓋内圧を亢進状態から目標値までに低下させ、安定制御することができた。またこの間、脳温も安全範囲に維持されている。
具体的には、冷却から4h以内に、目標値に頭蓋内圧を降下させ、1.7hにおいて、最大頭蓋内圧降下速度4.2mmHg/hが得られた。冷却から6hにおいて、極めて小さいオーバシュート(約1.2mmHg)の後、頭蓋内圧は目標値(誤差0.2%以内)に収められた。
FIG. 10 is a diagram showing simulation results of intracranial pressure and brain temperature according to the present invention. In this figure, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents brain temperature, cooling temperature, and intracranial pressure.
As can be seen from this figure, by the cooling input (cooling temperature change) given by the present invention, the intracranial pressure was decreased from the enhanced state to the target value, and stable control could be performed. During this time, the brain temperature is also maintained within a safe range.
Specifically, the intracranial pressure was lowered to the target value within 4 h after cooling, and a maximum intracranial pressure drop rate of 4.2 mmHg / h was obtained at 1.7 h. At 6 h after cooling, after a very small overshoot (about 1.2 mmHg), the intracranial pressure was within the target value (within 0.2% error).

また、脳温は頭蓋内圧降下と同様な時間スケールで低下し、最後に約33℃に維持されていた。このことから、脳低温療法の脳温管理と頭蓋内圧管理の一致性が考えられる。頭蓋内圧を降下させるための冷却温度については、はじめに低く設定し、その後上昇させ、最後に28℃以下に維持することが示された。このような温度調整は現在臨床に施行されている脳低温療法の温度管理にほぼ一致している。
併せて、線形特性近似データにより、臨床に応用可能なPIDフィードバック制御が適用でき、冷却温度の自動調整による頭蓋内圧の自動制御が実現可能であることが明らかとなった。
In addition, the brain temperature decreased on a time scale similar to the drop in intracranial pressure, and was finally maintained at about 33 ° C. This suggests that brain temperature management and intracranial pressure management in brain cryotherapy are consistent. It was shown that the cooling temperature for lowering the intracranial pressure was initially set low, then increased, and finally maintained at 28 ° C. or lower. Such temperature adjustment is almost consistent with the temperature management of cerebral cryotherapy currently practiced clinically.
At the same time, it became clear from the linear characteristic approximation data that PID feedback control applicable to clinical practice can be applied, and that automatic control of intracranial pressure by automatic adjustment of the cooling temperature can be realized.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

本発明による装置の第1実施形態図である。1 is a diagram of a first embodiment of an apparatus according to the present invention. 人の脳低温療法における脳温と経過時間との関係図である。It is a related figure of the brain temperature and elapsed time in a human brain cryotherapy. 本発明による装置の第2実施形態図である。FIG. 3 is a diagram of a second embodiment of the device according to the invention. 本発明による頭蓋内圧と脳温の同時制御方法のフロー図である。It is a flowchart of the simultaneous control method of the intracranial pressure and brain temperature by this invention. 人の循環温熱系の説明図である。It is explanatory drawing of a human circulation thermal system. 人の循環温熱系のモデル図である。It is a model figure of a human circulation thermal system. 冷却入力に対する循環温熱モデルの脳温応答図である。It is a brain temperature response figure of the circulation thermal model with respect to cooling input. 脳脊髄液の増加に対する頭蓋内圧の応答特性図である。It is a response characteristic figure of the intracranial pressure with respect to the increase in cerebrospinal fluid. 冷却入力による頭蓋内圧の応答特性図である。It is a response characteristic figure of the intracranial pressure by cooling input. 本発明による頭蓋内圧及び脳温のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the intracranial pressure and brain temperature by this invention. 特許文献1の「頭蓋内圧検出装置」の模式図である。1 is a schematic diagram of “Intracranial Pressure Detection Device” of Patent Document 1. FIG. 特許文献2の「頭蓋内圧計」の模式図である。6 is a schematic diagram of “Intracranial Pressure Gauge” of Patent Document 2. FIG. 特許文献3の装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus of patent document 3. FIG. 特許文献4の「小動物用体温保持装置」の模式図である。FIG. 6 is a schematic view of “Body temperature maintaining device for small animals” of Patent Document 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 恒温動物、12 頭蓋内圧センサ、14 脳温センサ、16 血液温度センサ、
20 冷却装置、21 包囲体、22 冷媒供給装置、23 媒体冷却器、
24 冷却プレート、25 冷却用ペルチェ素子、26 加熱用ペルチェ素子、
27 冷却制御装置、28 直流電源、
30 制御装置(コンピュータ)、31 入力装置、32 記憶装置、
33 演算装置、34 A/D変換器、35 D/A変換器、
41 断熱ケース、42 微量ポンプ
1 constant temperature animal, 12 intracranial pressure sensor, 14 brain temperature sensor, 16 blood temperature sensor,
20 Cooling device, 21 Enclosure, 22 Refrigerant supply device, 23 Medium cooler,
24 cooling plate, 25 Peltier element for cooling, 26 Peltier element for heating,
27 Cooling control device, 28 DC power supply,
30 control device (computer), 31 input device, 32 storage device,
33 arithmetic unit, 34 A / D converter, 35 D / A converter,
41 Insulation case, 42 Micro pump

Claims (10)

恒温動物の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する頭蓋内圧センサ及び脳温センサと、
恒温動物の体を所定の冷却温度Tで冷却する冷却装置と、
測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき前記冷却温度Tを制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記頭蓋内圧と脳温の安全範囲と、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値を記憶する記憶装置を備え、
制御装置により頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、前記各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定し制御する、ことを特徴とする頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。
An intracranial pressure sensor and a brain temperature sensor for measuring the intracranial pressure and brain temperature of the thermostat animal, respectively;
A cooling device for cooling the body of the constant temperature animal at a predetermined cooling temperature T;
A control device for controlling the cooling temperature T based on the measured intracranial pressure and brain temperature,
The control device includes a storage device for storing the reference values of the safe range of the intracranial pressure and brain temperature, the gain of the intracranial pressure due to body temperature change, the time constant, and the dead time,
The intracranial pressure and the brain are controlled by setting a control coefficient of the cooling temperature T from each of the reference values so that the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature is sufficiently reduced by the control device to reach the target value. Simultaneous temperature control device.
前記制御係数は、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kであり、
前記制御装置は、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。
The control coefficients are a proportional coefficient K P , an integral coefficient K I, and a differential coefficient K D of the cooling temperature T due to a difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P,
The control device according to claim 1, wherein the proportional coefficient K P of the cooling temperature T determined from the reference value, the PID feedback control of the cooling temperature T using the integral coefficient K I and the differential coefficient K D, characterized in that The simultaneous control device of intracranial pressure and brain temperature described in 1.
前記制御装置は、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する補正演算機能を有する、ことを特徴とする請求項2に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。 The control device corrects the proportional coefficient K P , the integral coefficient K I, and the differential coefficient K D of the cooling temperature T obtained from each reference value based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P. The simultaneous control device for intracranial pressure and brain temperature according to claim 2, which has a calculation function. 恒温動物の脳に供給される血液温度を測定する血液温度センサを備え、
前記制御装置は、測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。
Equipped with a blood temperature sensor that measures the blood temperature supplied to the brain of the thermostat animal,
2. The intracranial pressure and brain temperature according to claim 1, wherein the control device controls the cooling temperature T of the cooling device so that the measured blood temperature is equal to or higher than a minimum temperature within a safe range of brain temperature. Simultaneous control device.
前記冷却装置は、恒温動物の体を囲む包囲体と、該包囲体内に冷却媒体を供給する冷媒供給装置と、該冷却媒体の温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持する媒体冷却器とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。   The cooling device includes an enclosure that surrounds the body of a constant temperature animal, a refrigerant supply device that supplies a cooling medium into the enclosure, and a medium cooler that cools and holds the temperature of the cooling medium to a predetermined cooling temperature T. The simultaneous control device for intracranial pressure and brain temperature according to claim 1, wherein: 前記冷却装置は、恒温動物の体を載せる冷却プレートと、該冷却プレートの下面の一部に接触し冷却プレートを冷却する冷却用ペルチェ素子と、冷却プレートの下面の一部に接触し冷却プレートを加熱する加熱用ペルチェ素子と、冷却用ペルチェ素子又は加熱用ペルチェ素子に電流を流し、冷却プレートの温度を所定の冷却温度Tに冷却し保持する冷却制御装置とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御装置。   The cooling device includes a cooling plate on which the body of a constant temperature animal is placed, a Peltier element for cooling that cools the cooling plate by contacting a part of the lower surface of the cooling plate, and a cooling plate that contacts the part of the lower surface of the cooling plate. A heating Peltier element for heating, and a cooling control device for passing a current through the cooling Peltier element or the heating Peltier element and cooling and holding the temperature of the cooling plate at a predetermined cooling temperature T. Item 2. The intracranial pressure and brain temperature simultaneous control device according to item 1. 恒温動物の頭蓋内圧及び脳温をそれぞれ測定する頭蓋内圧センサ及び脳温センサと、恒温動物の体を所定の冷却温度Tで冷却する冷却装置とを備えた装置の制御方法であって、
前記頭蓋内圧と脳温の安全範囲と、体温変化による頭蓋内圧のゲイン、時定数及びむだ時間の各基準値を記憶する記憶ステップと、
頭蓋内圧と脳温をオーバシュートを十分小さく抑えて目標値に到達するように、前記各基準値から冷却温度Tの制御係数を設定する設定ステップと、
頭蓋内圧センサ及び脳温センサで測定された頭蓋内圧及び脳温に基づき、前記設定された制御係数を用いて前記冷却温度Tを制御する制御ステップとを有する、ことを特徴とする頭蓋内圧と脳温の同時制御方法。
A method for controlling an apparatus comprising an intracranial pressure sensor and a brain temperature sensor for measuring an intracranial pressure and a brain temperature of a thermostat animal, respectively, and a cooling device for cooling the body of the thermostat animal at a predetermined cooling temperature T,
A storage step for storing each of the reference values of the safe range of the intracranial pressure and brain temperature, the gain of the intracranial pressure due to a change in body temperature, the time constant, and the dead time;
A setting step for setting a control coefficient of the cooling temperature T from each of the reference values so as to reach the target value while suppressing the overshoot of the intracranial pressure and the brain temperature sufficiently;
A control step of controlling the cooling temperature T by using the set control coefficient based on the intracranial pressure and the brain temperature measured by the intracranial pressure sensor and the brain temperature sensor. Simultaneous temperature control method.
前記設定ステップにおいて、前記各基準値から、頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eによる冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを設定し、
前記制御ステップにおいて、設定した前記比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを用いて冷却温度TをPIDフィードバック制御する、ことを特徴とする請求項7に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御方法。
In the setting step, from each of the reference values, a proportional coefficient K P , an integral coefficient K I and a differential coefficient K D of the cooling temperature T according to the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P are set,
In the control step, the proportional coefficient K P set, integration coefficient K using the I and differential coefficient K D for PID feedback control of the cooling temperature T, the possible intracranial pressure and cerebral temperature according to claim 7, wherein Simultaneous control method.
頭蓋内圧Pの目標値と測定値との差eに基づき、前記各基準値から求めた冷却温度Tの比例係数K、積分係数K及び微分係数Kを補正する補正ステップを有する、ことを特徴とする請求項8に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御方法。 Based on the difference e between the target value and the measured value of the intracranial pressure P, having a correction step of correcting the proportional coefficient K P, the integral coefficient K I and the differential coefficient K D of the cooling temperature T determined from the reference value, it The method for simultaneously controlling intracranial pressure and brain temperature according to claim 8. 恒温動物の脳に供給される血液温度を測定する血液温度センサを備え、
前記制御ステップにおいて、測定された血液温度が脳温の安全範囲の最低温度以上になるように 冷却装置の冷却温度Tを制御する、ことを特徴とする請求項7に記載の頭蓋内圧と脳温の同時制御方法。

Equipped with a blood temperature sensor that measures the blood temperature supplied to the brain of the thermostat animal,
The intracranial pressure and brain temperature according to claim 7, wherein, in the control step, the cooling temperature T of the cooling device is controlled so that the measured blood temperature is equal to or higher than a minimum temperature within a safe range of brain temperature. Simultaneous control method.

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