NL9000752A

NL9000752A - Cooling system for medical helmet - restores blood circulation to brain during oxygen shortage

Info

Publication number: NL9000752A
Application number: NL9000752A
Authority: NL
Original assignee: Leuven K U Res & Dev
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-10-16
Also published as: NL193581C; NL193581B

Abstract

The helmet type hood is coupled to cooling plant. The hood may include a meandering cooling element, supplied with a thermal conducting inner lining. The hood design leaves faces unobstructed and encloses front part of throat. The hood (1) includes a solid hood-shell (2) of thermal insulating plastics, also a thermal conducting spiral shaped cooling element (4). The unit includes a rubber hose (5) glued into hoodshell. Hose connects to cooling inlet (6), also to cooling outlet (7).

Description

Koelsysteem en een hoofdkap daarvoor, voor het afkoelen van het hoofdCooling system and a hood therefor, for cooling the head

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een koelsysteem en een daarin te gebruiken hoofdkap, welke bestemd zijn voor het afkoelen van het hoofd.The present invention relates to a cooling system and a hood which can be used therein, which are intended for cooling the head.

Indien de zuurstofvoorziening via de bloedcirculatie naar de hersenen gedurende enige tijd (3-10 min) is onderbroken als gevolg van hartstilstand of een onderbreking van de ademhaling, treedt een veelal irreversibele beschadiging van de hersenen op, welke beschadiging gepaard gaat met een al dan niet volledige uitval van bepaalde hersenfuncties. Bovendien kan ook een herstarten van de zuurstofvoorziening door het wederom op gang brengen van de bloedcirculatie, zodanige problemen opleveren, dat uitval van hersenfuncties is te vrezen.If the oxygen supply via the blood circulation to the brain is interrupted for some time (3-10 min) as a result of cardiac arrest or an interruption of breathing, often irreversible damage to the brain occurs, which damage is accompanied by a complete failure of certain brain functions. In addition, restarting the oxygen supply by restarting blood circulation can also cause problems such that loss of brain functions is to be feared.

De uitvinding beoogt een koelsysteem en een hoofdkap te verschaffen, waarmee in relatief korte tijd het hoofd tot een zodanige temperatuur kan worden afgekoeld, dat als gevolg van een verminderde hersencelactiviteit de daarmee corresponderende zuurstofbehoefte is verminderd en derhalve de tijdsperiode waarin een verminderde zuurstoftoevoer niet leidt tot ernstige, irreversibele schade kan worden verlengd. In dit verband wordt opgemerkt, dat de cerebrale cortex één van de gevoeligste hersenstructuren is voor wat betreft de gevolgen van zuurstoftekort. Dit betekent dat een afkoelen van het hoofd met een indringdiepte tot circa 1-2 cm voldoende is om het gewenste resultaat te benaderen.The object of the invention is to provide a cooling system and a hood, with which the head can be cooled to such a temperature in a relatively short time that, due to a reduced brain cell activity, the corresponding oxygen demand is reduced and therefore the period of time in which a reduced oxygen supply does not lead to serious, irreversible damage can be prolonged. In this regard, it is noted that the cerebral cortex is one of the most sensitive brain structures in terms of the effects of oxygen deficiency. This means that a cooling of the head with an penetration depth to about 1-2 cm is sufficient to approach the desired result.

Derhalve verschaft de uitvinding een hoofdkap bestemd voor het afkoelen van het hoofd, omvattende tenminste één met koelmiddel te vullen koelelement, dat via aansluitingen koppelbaar is met een koelmachine, alsook een koelsysteem dat een dergelijke hoofdkap en een via koelmiddelleidingen daarmee gekoppelde koelmachine omvat.The invention therefore provides a main hood intended for cooling the head, comprising at least one cooling element to be filled with coolant, which is connectable via connections to a cooling machine, as well as a cooling system comprising such a main hood and a cooling machine coupled thereto via coolant pipes.

Een in de praktijk goed werkende hoofdkap wordt verkregen indien bij voorkeur het koelelement is opgenomen in een vormvaste kapschaal, aldus is het koelelement tegen beschadiging van buitenaf afgeschermd.A hood which works well in practice is obtained if the cooling element is preferably accommodated in a form-retaining hood shell, thus the cooling element is protected against damage from the outside.

Een maximaal warmte-uitwisselend oppervlak met hoofden van verschillende vormen en afmetingen kan worden verkregen indien verder bij voorkeur het koelelement een vormbaar koelelement is. Aldus kan het koelelement enigszins gevormd worden naar het te koelen hoofd.A maximum heat-exchanging surface with heads of different shapes and sizes can be obtained if further preferably the cooling element is a moldable cooling element. Thus, the cooling element can be slightly shaped to the head to be cooled.

Een maximale vorming van het koelelement naar de vorm en grootte van het hoofd, alsook een maximaal vermijden van een risico op het blokkeren van de koelmiddelcirculatie door het koelelement wordt verkregen, indien verder bij voorkeur tussen het koelelement en de kapschaal een vormbaar kussen is opgenomen. Dit vormbare kussen, zoals een luchtkussen, verzekert dat het tussen het hoofd en de starre kapschaal ingeklemde koelelement niet zodanig vervormt, dat daarin de koelmiddelcirculatie wordt onderbroken. Het is het vormbare kussen dat een afstand tussen hoofd en kapschaal garandeert en op andere plaatsen ruimten opvult.A maximum formation of the cooling element according to the shape and size of the head, as well as a maximum avoidance of a risk of blocking of the coolant circulation through the cooling element is obtained, if a moldable cushion is further preferably arranged between the cooling element and the hood shell. This moldable cushion, such as an air cushion, ensures that the cooling element clamped between the head and the rigid hood shell does not deform to such an extent that the coolant circulation is interrupted therein. It is the moldable cushion that guarantees a distance between the head and the hood shell and fills spaces in other places.

Voor een optimale voorziening van het koelelement over een groot oppervlak met koelmiddel, kan het koelelement zijn voorzien van een spiraalvormige koelleiding, dan wel van een meanderende koelleiding.For an optimum supply of the cooling element over a large surface with coolant, the cooling element can be provided with a spiral cooling pipe or with a meandering cooling pipe.

Teneinde te vermijden dat door een onderbreken van de koelmiddelcirculatie in het koelelement de gehele hoofdkap verstoken blijft van koud koelmiddel, verdient het voorkeur dat de hoofdkap is voorzien van een aantal parallel van koelmiddel voorziene koelelementen. Aldus kan het warmte-uitwisselend oppervlak worden ingedeeld in segmenten, die elk afzonderlijk via een corresponderend koelelement parallel worden voorzien van koelmiddel.In order to avoid that the entire main hood is deprived of cold coolant by interrupting the coolant circulation in the cooling element, it is preferred that the main hood is provided with a number of cooling elements provided in parallel with coolant. The heat-exchanging surface can thus be divided into segments, each of which is separately supplied with coolant in parallel via a corresponding cooling element.

Voor een goede warmte-overdracht is het wenselijk, dat het koelelement is uitgevoerd in een elastisch, thermisch geleidend materiaal.For good heat transfer, it is desirable that the cooling element is made of an elastic, thermally conductive material.

Teneinde een verlies van koelvermogen als gevolg van warmte-opname vanuit de omgeving te vermijden, verdient het verder voorkeur dat het koelelement is omgeven door een thermisch isolerende laag. In een vereenvoudigde uitvoeringsvorm kan deze thermisch isolerende laag worden gevormd door of het vervormbare kussen, en/of door een thermisch isolerende kapschaal.In order to avoid a loss of cooling power due to heat absorption from the environment, it is further preferred that the cooling element is surrounded by a thermally insulating layer. In a simplified embodiment, this thermally insulating layer can be formed by either the deformable pad, and / or by a thermally insulating hood shell.

Om een maximale koeling van het hoofd te verkrijgen verdient het voorkeur dat de hoofdkap het hoofd zodanig omsluit dat slechts het gelaat en het voorste deel van de hals vrij blijven. Aldus is beiderzijds de bereikbaarheid van de grote halsvenen en halsarteriën verzekerd.In order to obtain maximum cooling of the head, it is preferable that the hood encloses the head in such a way that only the face and the front part of the neck remain free. Thus, the accessibility of the large neck veins and neck arteries is assured on both sides.

Voor een optimale benutting van het koelsysteem volgens de uitvinding is het verder van wezenlijk belang dat de gebruikte koelmachine draagbaar is, en derhalve werkt op batterijen.For optimum utilization of the cooling system according to the invention, it is further essential that the cooling machine used is portable, and therefore operates on batteries.

Genoemde en andere kenmerken van het koelsysteem en de hoofdkap volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden die slechts ter illustratie worden gegeven, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen.Mentioned and other features of the cooling system and the hood according to the invention will be further elucidated hereinbelow on the basis of two exemplary embodiments which are given by way of illustration only, with reference to the accompanying drawings.

In de tekeningen toont figuur 1 een perspectivisch, deels weggebroken aanzicht van een koelkap volgens de uitvinding; figuur 2 een andere koelkap volgens de uitvinding (vanaf de nekzijde); figuur 3 een koelsysteem met de koelkap uit figuur 2; en figuur 4 een grafiek die een correlatie tussen de temperatuur van de hersenen en de indringdiepte, afhankelijk van de koeltijd.In the drawings, figure 1 shows a perspective, partly broken away view of a cooling hood according to the invention; figure 2 shows another cooling hood according to the invention (from the neck side); figure 3 shows a cooling system with the cooling cap of figure 2; and Figure 4 is a graph showing a correlation between the temperature of the brain and the depth of penetration depending on the cooling time.

Figuur 1 toont een hoofdkap 1 volgens de uitvinding. De hoofdkap 1 omvat een vormvaste kapschaal 2 van een thermisch isolerende kunststof, en een thermisch geleidend koelelement 4. Dit vormbare koelelement bestaat uit een spiraalvormig, in de kapschaal 2 opgenomen, soepele, thermisch geleidende rubber slang 5, die is gelijmd in de kapschaal 2. De rubber slang 5 sluit aan op een inlaat 6 voor koelmiddel, alsook op een uitlaat 7 voor koelmiddel.Figure 1 shows a hood 1 according to the invention. The main hood 1 comprises a form-retaining hood shell 2 of a thermally insulating plastic, and a thermally conductive cooling element 4. This moldable cooling element consists of a spiral, flexible, thermally conductive rubber hose 5 incorporated in the hood shell 2, which is glued into the hood shell 2 The rubber hose 5 connects to an inlet 6 for coolant, as well as to an outlet 7 for coolant.

De hoofdkap 1 heeft een zodanige vorm dat een voorhoofdrand 8 zich uitstrekt tot vlak boven de orbita. De daarop aansluitende zijranden 9 en 10 dalen over de kaken naar de hoek van het kaakbeen en verder over de laterale zijden van de hals, waardoor het grootste deel van de nek tot aan de schouderbladen in de hoofdkap 1 ligt. Slechts het gelaat en het voorste deel van de hals liggen vrij.The hood 1 has a shape such that a forehead edge 8 extends just above the orbita. The adjoining side edges 9 and 10 descend over the jaws to the angle of the jawbone and further over the lateral sides of the neck, leaving the major part of the neck up to the shoulder blades in the hood 1. Only the face and front of the neck are exposed.

Figuur 2 toont een andere hoofdkap 13 volgens de uitvinding, waarin in de starre kapschaal 14 een aantal koelelementen zijn opgenomen, die elk bestaan uit een respectieve, meanderende koelleiding 18-20. Aldus worden segmenten van het hoofd gekoeld door middel van koelelementen, die elk parallel worden voorzien van koelmiddel dat wordt aangevoerd via de koelmiddelinlaat 21 en afgevoerd via de koelmiddeluitlaat 22.Figure 2 shows another main hood 13 according to the invention, in which a number of cooling elements, each consisting of a respective meandering cooling pipe 18-20, are incorporated in the rigid hood shell 14. Thus segments of the head are cooled by cooling elements, each of which is supplied in parallel with coolant supplied through the coolant inlet 21 and discharged through the coolant outlet 22.

Tussen de vormvaste kapschaal 14 en de koelelementen 15-17 is een vormbaar kussen, in dit geval een luchtkussen 23 opgenomen. Door het gebruik van dit thermisch isolerende luchtkussen kan worden afgezien van een uitwendige, thermisch isolerende laag, een functie die verder wordt verzekerd door de kapschaal 14.A moldable cushion, in this case an air cushion 23, is arranged between the form-retaining hood shell 14 and the cooling elements 15-17. By using this thermally insulating air cushion, an external, thermally insulating layer can be dispensed with, a function which is further ensured by the cap shell 14.

Figuur 3 toont de hoofdkap 13 uit figuur 2, die via de koelmiddelinlaat 21 en de koelmiddeluitlaat 22 is aangesloten op een van een draagriem 35 voorziene koelmachine 36. Deze koelmachine 36 werkt op batterijen, en is voorzien van signaaleenheden 25-27 voor het weergeven en instellen van de koelmiddeldruk, koelmiddelstroom en koelmiddeltemperatuur, alsook voor een afleeselement 28 voor het aflezen van de lichaamstemperatuur van de patiënt 29.Figure 3 shows the main hood 13 of Figure 2, which is connected via the coolant inlet 21 and the coolant outlet 22 to a cooling machine 36 provided with a carrying belt 35. This cooling machine 36 is battery-operated, and is provided with signal units 25-27 for display and setting the coolant pressure, coolant flow and coolant temperature, as well as for a reading element 28 for reading the patient's body temperature 29.

De koelmiddelleidingen hebben een inhoud van ongeveer 1 liter, en het reservoir dat is opgenomen in de koelmachine 36, heeft een inhoud van 2 liter. Bij een temperatuur van het koelmiddel van circa 5eC en een warmte-afvoer gedurende de eerste 200 seconden van ongeveer 30 kilocalorieën en 16 kilocalorieën voor elke 200 seconden daarna, zal bij een maximaal toelaatbare temperatuurstijging van het koelmiddel tot circa 8°C slechts een koelvermogen noodzakelijk zijn van ongeveer 110 kilocalorieën per uur ofwel 120 watt. Aldus kan een koelmachine 36 worden geconstrueerd die licht en compact is, alsook veilig voor de patiënt (geen risico op elektrokutie). Met adequate batterijen kan een werkingsduur van 2 tot 3 uur gegarandeerd worden.The refrigerant lines have a volume of about 1 liter, and the reservoir contained in the chiller 36 has a volume of 2 liters. At a coolant temperature of about 5eC and a heat dissipation during the first 200 seconds of about 30 kilocalories and 16 kilocalories for every 200 seconds thereafter, with a maximum allowable temperature rise of the coolant to about 8 ° C, only a cooling capacity will be necessary are about 110 kilocalories per hour or 120 watts. Thus, a cooling machine 36 can be constructed that is light and compact, as well as safe for the patient (no risk of electrocution). With adequate batteries, an operating time of 2 to 3 hours can be guaranteed.

Figuur 4 toont een met een hoofdkap 1 of 13 volgens de uitvinding verkregen daling van de hoofdtemperatuur afhankelijk van de koeltijd en indringdiepte. Uit deze grafiek blijkt, dat reeds na 100 seconden de temperatuur op l cm is gedaald tot 35°C. Per eC neemt de zuurstofbehoefte met circa 5% af, maar de koeling is slechts bedoeld te gaan tot een minimum temperatuur van circa 32 tot 34°C. Deze minimum temperatuur is reeds ter hoogte van de cerebrale cortex (1-2 cm) bereikt na 200-400 seconden.Figure 4 shows a decrease in the main temperature obtained with a hood 1 or 13 according to the invention depending on the cooling time and penetration depth. This graph shows that after 100 seconds the temperature has dropped to 35 ° C at 1 cm. The oxygen requirement per eC decreases by about 5%, but the cooling is only intended to go to a minimum temperature of about 32 to 34 ° C. This minimum temperature has already been reached at the cerebral cortex (1-2 cm) after 200-400 seconds.

Opgemerkt wordt dat voor een goede warmte-overdracht bij voorkeur de hoofdhuid en het haar worden voorzien van een thermisch geleidende vloeistof, bijvoorbeeld water, alvorens de hoofdkap volgens de uitvinding wordt aangebracht.It is noted that for good heat transfer, the scalp and hair are preferably provided with a thermally conductive liquid, for instance water, before the head cap according to the invention is applied.

Door gebruik te maken van één of meer vormbare koelelementen, en door het opnemen van een vormbaar kussen tussen het koelelement en de vormvaste kapschaal, is het mogelijk om met bijvoorbeeld twee hoofdkappen volgens de uitvinding in verschillende grootte en vorm voldoende uitgerust te zijn om elk adult hoofd te kunnen koelen.By using one or more moldable cooling elements, and by incorporating a moldable cushion between the cooling element and the form-retaining hood shell, it is possible to be equipped with, for example, two hoods according to the invention in different sizes and shapes to suit each adult cool your head.

Claims

1. Hood designed for cooling the head, comprising at least one cooling element to be filled with coolant, which can be coupled via connections to a cooling machine.

2. Hood as claimed in claim 1, wherein the cooling element is accommodated in a form-retaining hood shell.

The hood according to claim 1 or 2, wherein the cooling element is a formable cooling element.

4. Hood as claimed in claims 1-3, wherein a moldable cushion is included between the cooling element and the hood shell.

The hood according to claims 1-4, wherein the cooling element comprises a spiral cooling pipe.

6. Hood as claimed in claims 1-4, wherein the cooling element comprises a meandering cooling pipe.

7. Hood as claimed in claims 1-6, provided with a number of cooling elements provided in parallel with coolant.

8. Hood as claimed in claims 1-7, wherein the cooling element is made of a thermally conductive material.

9. Hood as claimed in claims 1-8, provided with a thermally conductive inner lining.

A hood according to claims 1-9, which encloses the head with the release of the face and the front part of the neck.

A cooling system for cooling the head of a patient, comprising a hood according to claims 1-10, which is coupled via coolant lines to a cooling machine.

Cooling system according to claim 11, wherein the cooling machine is portable.