JP5235445B2 - 硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム - Google Patents
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Description
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(3)出入口間の温度差(ΔT)と潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(2)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)のテーブルを用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(5)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(6)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法を要旨とするものである。
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(3)出入口間の温度差(ΔT)と潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(2)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)についての関数式を用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(5)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(6)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法を要旨とするものである。
(1)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(2)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(1)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)についての関数式を用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(3)(1)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせ、(2)のステップで求めた熱貫流量(A)で除することにより熱交換に関する係数(B)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルのうち、硬膜外腔に挿入されている部分の長さ(Le)、皮下組織に挿入されている部分の長さ(Lb)、冷却カテーテルの有効流路長(La)と、(3)のステップで求めた熱交換に関する係数(B)から、硬膜外腔温度推定方程式の係数(a、b及びc)を求めるステップ、
(5)入口温度(Tin)、出口温度(Tout)及び体温(Tb)と、(4)のステップで求めた硬膜外腔温度推定方程式の係数(a、b及びc)から、硬膜外腔温度推定方程式により硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法を要旨とするものである。
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)一定値の潅流液流量[重量](W)と(1)のステップで求めた出入口間の温度差(ΔT)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(3)冷却カテーテルの種類に関する情報と、一定値の潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)のテーブルを用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(4)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(5)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法を要旨とするものである。
まず本発明において採用される温度推定原理について説明する。
図1に硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムにおける基本構成回路を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,熱交換器3、冷却機4で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7、温度推定手段8を加えることで硬膜外腔の温度推定を行い、推定された温度を表示する温度表示手段30を有している。
Qe =(Te − Tin)×A (1)
また、冷却カテーテル1内で生じた潅流液9のもつ熱量の変化Qfは、
Qf =c×F×γ×(Tout − Tin)=c×W×ΔT (2)
となる。ここで、
A:単位温度差当たりの熱貫流量:カテーテル材質、寸法や潅流液流量に依存。温度による影響を受け非線形性を有する場合もある。
F:流体の流量
γ:比重量
W:重量流量(単位時間に通過する流体の重量W=Fγ)
Te :硬膜外腔温度
Tout:冷却カテーテル出口での流体温度
Tin :冷却カテーテル入口での流体温度
ΔT:冷却カテーテル出入口温度差(Tout − Tin)
である。
(Te − Tin)×A = c×W×ΔT
(Te − Tin) = c×W×ΔT/A
Te = B×ΔT + Tin (3)
となる。ここで、熱交換に関する係数B=c×W/A である。ただし、正確にはこの係数Bは流量に依存して変化するので流量の関数として示すこともある。
実際に冷却カテーテルを背中から脊髄に隣接する硬膜外腔に挿入する場合には、冷却カテーテルが背骨に至る前に皮下組織を通過することとなる。皮下組織が薄い場合はこの区間での熱の移動は無視できるが、この区間が長ければその間に無視できない量の熱の移動が起こり、硬膜外腔温度の推定の際に誤差をもたらすこととなる。そこで、次に皮下組織で流体に移動する熱量も加味して硬膜外腔温度の推定を行なう。
(ただし、熱交換に関する係数Bはカテーテルの有効長さすべてを利用した場合の値であるので、各区間の流路長さ、すなわち硬膜外腔に挿入された部分の長さLe,皮下組織部分の長さLbを、カテーテルの有効流路長Laで除した値で係数Bを除す必要がある。)
ここでa、b、c、は熱交換に関する係数Bと各区間の長さLe、Lb、Laなどの関数として表される値である。各区間の長さと潅流液流量が一定であれば定数となる。Tbはカテーテルが接触している皮下組織の温度である。この部分の温度は未知ではなく、冷却カテーテルを挿入した部位の近傍での浅い皮下温度や直腸温または腋窩温で代用できるので測定可能な値である。よって式(4)から硬膜外腔温度Teは、冷却カテーテルを流れる潅流液の出入口温度を知ることで推定できることが分かる。
サーミスタ、熱電対、白金測温抵抗体、IC化温度センサー、水晶温度計などが好ましい。
図1に本発明の実施例1を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,および冷却機4に接続された熱交換器3で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7、温度推定手段8を加えることで硬膜外腔温度Teの推定を行う。
図3に本発明の実施例2を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,および温度制御機能付冷却機16に接続された熱交換器3で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、バイパス回路17,温度検出手段18、温度推定手段8およびチューブ鉗子19,20を加えることで硬膜外腔温度Teの推定を行う。
図4に本発明の実施例3を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,および温度制御機能付冷却機16に接続された熱交換器3で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、入口温度感知部21,温度差検出手段22、温度推定手段8、熱電対23を加えることで硬膜外腔温度Teの推定を行う。
図5に本発明の実施例4を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,および温度制御機能付冷却機16に接続された熱交換器3で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、出口温度検出手段7、温度推定手段8を加えることで硬膜外腔温度Teの推定を行う。
図6に本発明の実施例5を示す。図にあって冷却カテーテル1、ポンプ2,および冷却機4に接続された熱交換器3で硬膜外腔冷却システムを構成している。この回路にさらに流量検出手段5、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7、体温検出手段27,温度推定手段8を加えることで硬膜外腔温度Teの推定を行う。
図7に本発明の実施例6を示す。図にあって冷却カテーテル選択手段29、流量検出手段5、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7からの情報を基に、温度推定手段8が硬膜外腔温度Teの推定を行う際の手順を示している。
図8に本発明の実施例7を示す。図にあって冷却カテーテル選択手段29、流量検出手段5、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7からの情報を基に、温度推定手段8が硬膜外腔温度Teの推定を行う際の手順を示している。
図9に本発明の実施例8を示す。図にあって冷却カテーテル情報入力手段31、流量検出手段5、体温検出手段27,入口温度検出手段6、出口温度検出手段7からの情報を基に、温度推定手段8が硬膜外腔温度Teの推定を行う際の手順を示している。流量検出手段5から流量Fの情報が入力されるとstep1で潅流液の比重量γを掛けた重量流量W(=F×γ)が計算される。step2で、冷却カテーテル情報入力手段31から入力された冷却カテーテルの寸法をもとに、冷却カテーテルの寸法毎に用意した、重量流量Wと係数A(単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量)の関数を選び出し、この関数にstep1で求めた重量流量を代入し係数Aを求める。step3で重量流量に比熱を掛け合わせ、係数Aで除すことで熱交換に関する係数Bを求める。step4で係数Bと冷却カテーテルの接触部位別の区間長さLe、Lbおよび有効流路長Laをもとに、硬膜外腔温度推定方程式の係数a、b、cを求める。step5でこれらの係数を入力した硬膜外腔温度推定方程式に、出口温度検出手段7、入口温度検出手段6、体温検出手段27によって測定された値を代入することで、硬膜外腔温度の推定値Teが求まる。この温度Teの経時的変化を温度表示手段30で表示する。
図10に本発明の実施例9を示す。図にあって冷却カテーテル選択手段29、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7からの情報を基に、温度推定手段8が硬膜外腔温度Teの推定を行う際の手順を示している。この実施例は潅流液9の重量流量として一定の値Wconstしか用いない場合に利用する。
図11に本発明の実施例10を示す。図にあって流量マニュアル設定または流量検出手段32、体温検出手段27、入口温度検出手段6、出口温度検出手段7からの情報を基に、温度推定手段8が硬膜外腔温度Teの推定を行う。また一方で入口温度検出手段6と流量マニュアル設定または流量検出手段5から、および体温検出手段27からの情報と、補正手段34により体重、年齢などから脊髄内熱流入量などの値を推定し補正係数αとして経時変化発生器33に入力される情報を基に、冷却が理想的に行われた場合の、硬膜外腔温度予定経時変化Tee(t)を推定する。
図12に硬膜外腔温度Te(t)の推定値の経時的変化のパターンを示す。ここでは曲線37が予定経時的変化発生器33が出力した予定経時変化Tee(t)のパターンとする。温度推定手段8が経時的に推定した温度Te(t)が、予定したTee(t)ほど低下せず曲線39で示される時間経過を取る場合は、脊髄に流入する血流量が多く、熱を奪いきれない状況と判断する。冷却カテーテルのサイズを大きくするか、潅流液のカテーテル入口温度を低下させるか、潅流液の流量を増加させることを勧告する。一方、曲線38で示された経時変化をする場合は、カテーテルの留置位置が悪く、熱移動量が少ないと判断する。冷却カテーテルの交換や再挿入を勧告する。
2 ポンプ
3 熱交換器
4 冷却機
5 流量検出手段
6 入口温度検出手段
7 出口温度検出手段
8 温度推定手段
9 潅流液
10 硬膜外腔
11 脊髄
12 硬膜
13 クモ膜
14 直線
15 直線
16 温度制御機能付冷却機
17 バイパス回路
18 温度検出手段
19 チューブ鉗子
20 チューブ鉗子
21 入口温度感知部
22 温度差検出手段
23 熱電対
24 接合部分
25 接合部分
26 プローブ
27 体温検出手段
28 皮下組織
29 冷却カテーテル選択手段
30 温度表示手段
31 冷却カテーテル情報入力手段
32 流量マニュアル設定または流量検知手段
33 予定経時変化発生器
34 補正手段
35 比較判断手段
36 表示手段
37 曲線
38 曲線
39 曲線
40 ダブルルーメンカテーテル
41 分岐部
42 カテーテル先端部
43 枝管(延長管)
44 ハブ
45 潅流液流入または潅流液流出ルーメン
46 潅流液流出または潅流液流入ルーメン
47 隔壁
48 潅流液流入ルーメンと潅流液流出ルーメン連通部
Claims (10)
- 硬膜外腔に挿入される脊髄冷却用の冷却カテーテル、ポンプ、熱交換器及び冷却機を備え、冷却カテーテルの入口における潅流液温度を検出する入口温度検出手段、冷却カテーテルの出口における潅流液温度を検出する出口温度検出手段、潅流液の流量を検出する流量検出手段、前記の各手段により得られた潅流液入口温度、潅流液出口温度及び潅流液流量の値から硬膜外腔温度を推定する温度推定手段並びに推定した温度を表示する表示手段を有することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
- 硬膜外腔に挿入される脊髄冷却用の冷却カテーテル、ポンプ、熱交換器及び冷却機を備え、潅流液を冷却カテーテル入口部位から冷却カテーテルを経由せずに冷却カテーテル出口部位に流すことのできるバイパス回路を備え、前記バイパス回路を流れる潅流液温度を検出する温度検出手段、冷却カテーテル出口から流れる潅流液温度を検出する出口温度検出手段、冷却カテーテルの入口における潅流液温度を検出する入口温度検出手段、潅流液の流量を検出する流量検出手段、前記の各手段により得られた潅流液入口温度、潅流液出口温度及び潅流液流量の値から硬膜外腔温度を推定する温度推定手段並びに推定した温度を表示する表示手段を有することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
- 硬膜外腔に挿入される脊髄冷却用の冷却カテーテル、ポンプ、熱交換器及び冷却機を備え、熱交換器及び冷却機が冷却カテーテルに流入する潅流液の温度を一定に設定し維持できるものであり、冷却カテーテルの入口における潅流液温度を検出する入口温度検出手段、冷却カテーテルの出口における潅流液温度を検出する出口温度検出手段、冷却カテーテルの入口と出口における潅流液の温度差を直接検出する温度差検出手段、潅流液の流量を検出する流量検出手段、潅流液温度設定値と前記の各手段により得られた潅流液温度差及び潅流液流量の値から硬膜外腔温度を推定する温度推定手段並びに推定した温度を表示する表示手段を有することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
- 硬膜外腔に挿入される脊髄冷却用の冷却カテーテル、ポンプ、熱交換器及び冷却機を備え、熱交換器及び冷却機が冷却カテーテルに流入する潅流液の温度を一定に設定し維持できるものであり、冷却カテーテルの入口における潅流液温度を検出する入口温度検出手段、冷却カテーテルの出口における潅流液温度を検出する出口温度検出手段、潅流液の流量を検出する流量検出手段、潅流液温度設定値と前記の各手段により得られた潅流液出口温度及び潅流液流量の値から硬膜外腔温度を推定する温度推定手段並びに推定した温度を表示する表示手段を有していることを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムにおいて、さらに冷却カテーテルが皮下組織に接触している部分での熱の移動を知るための体温検出手段を有しており、硬膜外腔温度を推定する温度推定手段が、前記の体温検出手段により得られた体温の値を加味して硬膜外腔温度を推定するものである請求項1〜4のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムを用いる方法であって、硬膜外腔温度を推定する温度推定手段が、
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(3)出入口間の温度差(ΔT)と潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(2)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)のテーブルを用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(5)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(6)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムを用いる方法であって、硬膜外腔温度を推定する温度推定手段が、
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(3)出入口間の温度差(ΔT)と潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(2)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)についての関数式を用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(5)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(6)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法。 - 請求項5記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムを用いる方法であって、硬膜外腔温度を推定する温度推定手段が、
(1)潅流液流量[容量](F)と潅流液の比重(γ)から潅流液流量[重量](W)を求めるステップ、
(2)冷却カテーテルの種類に関する情報と、(1)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)についての関数式を用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(3)(1)のステップで求めた潅流液流量[重量](W)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせ、(2)のステップで求めた熱貫流量(A)で除することにより熱交換に関する係数(B)を求めるステップ、
(4)冷却カテーテルのうち、硬膜外腔に挿入されている部分の長さ(Le)、皮下組織に挿入されている部分の長さ(Lb)、冷却カテーテルの有効流路長(La)と、(3)のステップで求めた熱交換に関する係数(B)から、硬膜外腔温度推定方程式の係数(a、b及びc)を求めるステップ、
(5)入口温度(Tin)、出口温度(Tout)及び体温(Tb)と、(4)のステップで求めた硬膜外腔温度推定方程式の係数(a、b及びc)から、硬膜外腔温度推定方程式により硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムを用いる方法であって、潅流液流量[重量](W)を一定値とした場合に、硬膜外腔温度を推定する温度推定手段が、
(1)入口温度(Tin)と出口温度(Tout)から出入口間の温度差(ΔT)を求めるステップ、
(2)一定値の潅流液流量[重量](W)と(1)のステップで求めた出入口間の温度差(ΔT)と潅流液の比熱(c)を掛け合わせることで硬膜外腔から潅流液に移動した熱量(Qf)を求めるステップ、
(3)冷却カテーテルの種類に関する情報と、一定値の潅流液流量[重量](W)から、冷却カテーテルの種類ごとの単位時間、単位温度差当たりの熱貫流量(A)のテーブルを用いて熱貫流量(A)を求めるステップ、
(4)移動した熱量(Qf)を熱貫流量(A)で除することにより硬膜外腔温度(Te)と入口温度(Tin)との温度差(ΔTe)を求めるステップ、
(5)温度差(ΔTe)に入口温度(Tin)を加算することで硬膜外腔温度(Te)を求めるステップ、
からなる処理手順を行う手段であり、推定した硬膜外腔温度を温度表示手段に表示することを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニター方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の硬膜外腔冷却時の温度モニターシステムにおいて、さらに、冷却中の硬膜外腔温度がたどると予想される経過を推定する予定経時的変化発生器、患者の情報を入力することで予定経時的変化を補正することができる補正手段、温度推定手段が示す実際の推定温度の実経時的変化と予定経時的変化とを比較して異なる経過をたどる場合に異常を検知し原因を判断する比較判断手段、および検知した異常を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする硬膜外腔冷却時の温度モニターシステム。
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