RU2653794C1 - Device for induction of controlled hypothermia of the brain - Google Patents
Device for induction of controlled hypothermia of the brain Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653794C1 RU2653794C1 RU2017130167A RU2017130167A RU2653794C1 RU 2653794 C1 RU2653794 C1 RU 2653794C1 RU 2017130167 A RU2017130167 A RU 2017130167A RU 2017130167 A RU2017130167 A RU 2017130167A RU 2653794 C1 RU2653794 C1 RU 2653794C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- subject
- brain
- temperature
- cooling
- cryoapplicator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/02—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by cooling, e.g. cryogenic techniques
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
- A61B5/015—By temperature mapping of body part
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/20—Clinical contact thermometers for use with humans or animals
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к медицине, в частности, к неотложной медицинской помощи, травматологии, реаниматологии и спортивной медицине, а именно, описывает устройство, позволяющее эффективно и контролируемо производить селективное охлаждение головного мозга субъекта. The invention relates to medicine, in particular to emergency medical care, traumatology, resuscitation and sports medicine, namely, it describes a device that allows efficient and controlled selective cooling of the brain of a subject.
Уровень техникиState of the art
Терапевтическая гипотермия является хорошо известным методом защиты головного мозга от последствий гипоксии, ишемии, реперфузии и нейротравмы. Основной задачей различных методов охлаждения пациентов с церебральными поражениями является понижение температуры нейронов. Therapeutic hypothermia is a well-known method of protecting the brain from the effects of hypoxia, ischemia, reperfusion and neurotrauma. The main objective of various methods of cooling patients with cerebral lesions is to lower the temperature of neurons.
Терапевтическую гипотермию воспроизводят при применении самых разнообразных устройств, позволяющих обеспечить охлаждение мозга в соответствии с известными механизмами естественной церебральной терморегуляции – конвекции и кондукции:Therapeutic hypothermia is reproduced by using a wide variety of devices that allow for brain cooling in accordance with the known mechanisms of natural cerebral thermoregulation - convection and conduction:
1) Конвекционный механизм заключается в притоке артериальной крови к головному мозгу по внутренним сонным артериям, при этом избыток тепла уносится в общий венозный кровоток. Притекающая к мозгу по внутренним сонным артериям артериальная кровь в норме в покое холоднее крови в аорте примерно на 0,2 °С. Артериальная кровь охлаждается за счет плотного контакта внутренних сонных артерий с сосудами яремной венозной сети, собирающей кровь от слизистых оболочек верхних дыхательных путей, кожи лица и головы, обеспечивая противоточный теплообмен. Венозная кровь, оттекающая от кожи, охлаждается во внешней среде, охлаждая артериальную кровь. При дыхании охлаждаются слизистые оболочки носоглотки, и оттекающая от них кровь также обеспечивает эффективный теплообмен с артериальной кровью. Данный механизм рассматривают в качестве основного в поддержании теплового баланса мозга. Следовательно, принудительное понижение температуры притекающей к мозгу крови увеличит отведение теплоты от головного мозга и понизит его температуру. При общем охлаждении поверхности тела, венозной крови и охлаждении кожи в области проекций сонных артерий понижается температура притекающей к мозгу крови, что лежит в основе технических решений большинства устройств для терапевтической гипотермии. Кроме того, охлаждение волосистой поверхности кожи головы способствует понижению температуры оттекающей крови от кожи головы в яремную систему и повышает эффективность противоточного теплообмена. 1) The convection mechanism consists in the flow of arterial blood to the brain through the internal carotid arteries, while the excess heat is carried away into the general venous blood flow. Arterial blood flowing to the brain through the internal carotid arteries is normal at rest colder than the blood in the aorta by about 0.2 ° C. Arterial blood is cooled due to the tight contact of the internal carotid arteries with the vessels of the jugular venous network, collecting blood from the mucous membranes of the upper respiratory tract, face and scalp, providing counter-current heat transfer. Venous blood flowing from the skin cools in the external environment, cooling arterial blood. When breathing, the mucous membranes of the nasopharynx are cooled, and the blood flowing from them also provides effective heat exchange with arterial blood. This mechanism is considered as the main one in maintaining the thermal balance of the brain. Consequently, a forced decrease in the temperature of the blood flowing to the brain will increase the removal of heat from the brain and lower its temperature. With general cooling of the body surface, venous blood and cooling of the skin in the area of projections of the carotid arteries, the temperature of the blood flowing to the brain decreases, which underlies the technical solutions of most devices for therapeutic hypothermia. In addition, cooling the scalp of the scalp helps lower the temperature of the flowing blood from the scalp to the jugular system and increases the efficiency of countercurrent heat transfer.
2) Кондукционный механизм заключается в удалении избытка тепла от поверхности мозга через оболочки, плоские кости черепа и мягкие ткани головы во внешнюю среду за счет теплопроводности. Относительно низкая теплопроводность плоских костей черепа и мягких тканей головы затрудняет отведение тепла, но при понижении температуры кожи головы и увеличении разности температур кожи и коры головного мозга, интенсивность отведения тепла возрастает. Охлаждение слизистых оболочек носоглотки способствует снижению температуры костей в области основания мозга и также понижает температуру основания головного мозга путем кондукционного отведения тепла.2) The conduction mechanism is to remove excess heat from the surface of the brain through the shells, flat bones of the skull and soft tissues of the head into the external environment due to heat conduction. The relatively low thermal conductivity of the flat bones of the skull and soft tissues of the head makes it difficult to remove heat, but with a decrease in the temperature of the scalp and an increase in the temperature difference between the skin and the cerebral cortex, the intensity of heat removal increases. Cooling the mucous membranes of the nasopharynx helps lower the temperature of the bones in the area of the base of the brain and also lowers the temperature of the base of the brain by conduction heat dissipation.
3) Еще один конвекционный механизм охлаждения поверхности мозга обусловлен анатомическими особенностями кровообращения области волосистой части головы. Венозная кровь кожи головы через перфорантные отверстия напрямую попадает в сеть вен губчатого вещества плоских костей черепа в эмиссарные вены, которые несут кровь в синусы твердой мозговой оболочки непосредственно к поверхности мозга. Таким образом, охлажденная во внешней среде венозная кровь кожи головы способна понизить температуру крови в венозных синусах твердой мозговой оболочки и обеспечить понижение температуры поверхности мозга. Принудительное понижение температуры кожи головы увеличивает эффективность данного пути теплоотведения.3) Another convection mechanism for cooling the surface of the brain is due to the anatomical features of the blood circulation of the scalp. Venous blood of the scalp through perforating holes directly enters the network of veins of the spongy substance of the flat bones of the skull into the emissary veins, which carry blood into the sinuses of the dura mater directly to the surface of the brain. Thus, the venous blood of the scalp cooled in the external environment is able to lower the blood temperature in the venous sinuses of the dura mater and provide a decrease in the surface temperature of the brain. Forced lowering of the temperature of the scalp increases the efficiency of this heat removal path.
В соответствии с указанными естественными путями передачи избытка теплоты от головного мозга все известные устройства для гипотермии по принципу отведения тепла можно разделить на следующие группы:In accordance with the indicated natural ways of transferring excess heat from the brain, all known devices for hypothermia by the principle of heat removal can be divided into the following groups:
1. Устройства охлаждения поверхности больших участков тела с помощью охлаждаемых криоаппликаторов (конвекция);1. Devices for cooling the surface of large areas of the body using cooled cryoapplicators (convection);
2. Устройства охлаждения крови пациента с помощью специальных охлаждаемых внутривенных катетеров (конвекция);2. Device for cooling the blood of a patient using special cooled intravenous catheters (convection);
3. Устройства для краниоцеребрального охлаждения с помощью шлемов-криоаппликаторов (конвекция и кондукция);3. Devices for craniocerebral cooling using helmets-cryoapplicators (convection and conduction);
4. Устройства для эндоназального охлаждения слизистых оболочек носоглотки с помощью легко испаряющихся спреев, холодного воздуха или охлаждаемых баллонов (конвекция и кондукция);4. Devices for endonasal cooling of the mucous membranes of the nasopharynx with the help of easily evaporating sprays, cold air or cooled cylinders (convection and conduction);
5. Устройства охлаждения проекций сонных артерий (охлаждающие воротники) для охлаждения притекающей к головному мозгу крови (конвекция).5. Cooling devices for the projections of the carotid arteries (cooling collars) for cooling the blood flowing to the brain (convection).
1-й и 2-й типы устройств направлены на понижение температуры тела и циркулирующей крови, которая, достигая головного мозга, обеспечивает понижение его температуры. При таком методическом подходе температура тела оказывается ниже температуры мозга. The 1st and 2nd types of devices are aimed at lowering the temperature of the body and circulating blood, which, reaching the brain, provides a decrease in its temperature. With this methodological approach, body temperature is below brain temperature.
3-й, 4-й и 5-й типы устройств обеспечивают преимущественное понижение температуры мозга, но также способствуют понижению температуры тела при достаточно длительном и энергичном отведении теплоты. В этих методиках температура мозга оказывается ниже температуры тела. The 3rd, 4th and 5th types of devices provide a preferential decrease in brain temperature, but also contribute to lowering body temperature with a sufficiently long and vigorous heat removal. In these techniques, brain temperature is below body temperature.
Таким образом в каждом из перечисленных устройств отведение теплоты от головного мозга осуществляется по естественным путям теплоотдачи. Следует учитывать, что в различных клинических ситуациях вклад каждого пути теплоотведения в процесс понижения температуры мозга при индукции гипотермии может меняться. Тем не менее выбор устройства и метода для гипотермии до настоящего времени не объективизирован. В тоже время выбор адекватного метода охлаждения и оборудования применительно к конкретному пациенту является принципиальным для получения наилучшего клинического результата. В частности, у пациентов с высоким уровнем внутричерепного давления и отеком мозга снижается объемная скорость церебрального кровотока, то есть перфузия, что снижает эффективность охлаждения мозга охлажденной кровью в связи с затруднением её доставки к очагу поражения. Следовательно, в этих случаях применение оборудования и методов охлаждения, реализующих только конвекционный путь отведения теплоты (1, 2, 5) будет не высокой по сравнению с теми пациентами, у которых церебральная перфузия сохранна или лишь несколько снижена. Применение оборудования, основанного на краниоцеребральном и эндоназальном охлаждении, в условиях значительно сниженной церебральной перфузии может оказаться более эффективным, поскольку реализуют как конвекционный, так и кондукционный пути отведения теплоты от мозга. Thus, in each of the listed devices, heat is removed from the brain through the natural pathways of heat transfer. It should be borne in mind that in various clinical situations, the contribution of each heat removal path to the process of lowering brain temperature during hypothermia induction can vary. Nevertheless, the choice of device and method for hypothermia has not yet been objectified. At the same time, the choice of an adequate cooling method and equipment as applied to a particular patient is crucial for obtaining the best clinical result. In particular, in patients with a high level of intracranial pressure and cerebral edema, the volumetric rate of cerebral blood flow, i.e. perfusion, decreases, which reduces the efficiency of cooling the brain with chilled blood due to the difficulty of its delivery to the lesion. Therefore, in these cases, the use of equipment and cooling methods that implement only the convection path of heat removal (1, 2, 5) will not be high compared with those patients in whom cerebral perfusion is preserved or only slightly reduced. The use of equipment based on craniocerebral and endonasal cooling under conditions of significantly reduced cerebral perfusion can be more effective, since they realize both convection and conduction paths of heat removal from the brain.
В тоже время кондукционный путь отведения теплоты от мозга при краниоцеребральном охлаждении характеризуется невысокой эффективностью в связи с низкой теплопроводностью кожи головы, подкожных тканей и плоских костей черепа. Это увеличивает время развития гипотермии мозга по сравнению с конвекционным охлаждением. Кроме того, площадь поверхности отведения теплоты от кожи головы не велика. В свою очередь это снижает эффективность общего отведения тепла от организма и удлиняет время понижения температуры тела и крови по сравнению с общим охлаждением, то есть вклад конвекционного пути охлаждения головного мозга оказывается малозначимым. Из этого следует, что более целесообразно применять сочетанные (комбинированные) методы охлаждения и соответствующее оборудование для индукции гипотермии с учетом актуального состояния систем церебральной терморегуляции и воздействующие на конвекционный и кондукционный механизмы. At the same time, the conduction path of heat removal from the brain during craniocerebral cooling is characterized by low efficiency due to the low thermal conductivity of the scalp, subcutaneous tissue and flat skull bones. This increases the developmental time of hypothermia in the brain compared with convection cooling. In addition, the surface area of heat removal from the scalp is not large. In turn, this reduces the efficiency of the total heat removal from the body and lengthens the time for lowering the temperature of the body and blood in comparison with general cooling, that is, the contribution of the convection path of cooling the brain is insignificant. It follows from this that it is more advisable to use combined (combined) cooling methods and appropriate equipment for the induction of hypothermia, taking into account the current state of cerebral thermoregulation systems and affecting convection and conduction mechanisms.
Наиболее эффективным комбинированным воздействием является применение краниоцеребрального и воротникового охлаждения, поскольку включает конвекционный и кондукционный пути отведения теплоты. При этом авторами не рассматривалось эндоназальное охлаждение, поскольку оно не применимо у тяжелых пациентов, требующих интубации и проведения гипотермии на протяжении не менее 24 часов.The most effective combined effect is the use of craniocerebral and collar cooling, since it includes convection and conduction heat removal paths. However, the authors did not consider endonasal cooling, since it is not applicable in severe patients requiring intubation and hypothermia for at least 24 hours.
Следует иметь в виду, что интенсивные холодовые нагрузки на организм пациента, в частности при использовании общего охлаждения, несут в себе высокий риск развития побочных эффектов и осложнений, таких как депрессия кардиоваскулярной системы, расстройства водно-электролитного и кислотно-основного баланса, инфекционные осложнения. При этом риски развития осложнений при применении общего охлаждения выше, чем при воротниковом и краниоцеребральном охлаждении в связи с более высоким уровнем холодовой нагрузки на организм. Опасность развития осложнений гипотермии нашла свое отражение в Рекомендациях Американской Ассоциации Кардиологов (2015) и Рекомендациях Европейского Совета по реанимации (2015), где указано, что после сердечно-легочной реанимации при охлаждении необходимо поддерживать температуру тела на уровне нормотермии или очень мягкой гипотермии (не ниже 35°С). Однако снижение интенсивности теплоотведения от головного мозга уменьшает нейропротективные эффекты гипотермии.It should be borne in mind that intense cold loads on the patient's body, in particular when using general cooling, carry a high risk of side effects and complications, such as depression of the cardiovascular system, disorders of water-electrolyte and acid-base balance, and infectious complications. At the same time, the risks of developing complications when applying general cooling are higher than with collar and craniocerebral cooling due to a higher level of cold load on the body. The danger of the development of complications of hypothermia is reflected in the Recommendations of the American Association of Cardiologists (2015) and the Recommendations of the European Resuscitation Council (2015), which states that after cardiopulmonary resuscitation during cooling, it is necessary to maintain body temperature at the level of normothermia or very mild hypothermia (not lower 35 ° C). However, a decrease in the intensity of heat removal from the brain reduces the neuroprotective effects of hypothermia.
Для того чтобы оценить качество и адекватность применения гипотермии, выбрать оптимальный метод охлаждения, уровень холодовой нагрузки на организм и снизить риски развития осложнений, необходимо контролировать динамику изменения температуры различных отделов тела, а также температуры головного мозга. Большинство устройств, реализующих известные методы индукции гипотермии, снабжены средствами регистрации температуры различных отделов тела с помощью термодатчиков, позволяющих контактно зарегистрировать температуру тканей. В частности, температуру регистрируют в подмышечной области на поверхности кожи, в пищеводе, в мочевом пузыре, во внутренней части слухового прохода (тимпаническая температура). По данным измеряемой температуры судят о достигнутом уровне общего охлаждения отделов тела и с использованием контроллеров и систем автоматизированного управления устройств обеспечивают поддержание необходимого уровня отведения теплоты, удерживая температуру отделов тела на заданном уровне. Существенно, что температура кожи, внутренних органов или тимпаническая температура не отражают истинных значений температуры головного мозга. В остром периоде поражения головного мозга его температура всегда превышает базальную, а гипертермия мозга может развиться при нормальной температуре тела (скрытая церебральная гипертермия). Кроме того, в ряде случаев при поражении головного мозга при использовании седативных, снотворных и средств общей анестезии температура его понижается, развивается церебральная гипотермия и в этих случаях применять дополнительное охлаждение мозга не требуется.In order to assess the quality and adequacy of the use of hypothermia, choose the optimal method of cooling, the level of cold load on the body and reduce the risks of complications, it is necessary to control the dynamics of changes in temperature of various parts of the body, as well as brain temperature. Most devices that implement the well-known methods of inducing hypothermia are equipped with means for recording the temperature of various parts of the body with the help of temperature sensors, which allow contact recording of the temperature of tissues. In particular, the temperature is recorded in the axillary region on the surface of the skin, in the esophagus, in the bladder, in the inner part of the ear canal (tympanic temperature). According to the measured temperature data, the achieved level of general cooling of the departments of the body is judged and, using controllers and automated control systems of the devices, they maintain the necessary level of heat removal, keeping the temperature of the departments of the body at a given level. It is significant that the temperature of the skin, internal organs or tympanic temperature does not reflect the true values of the temperature of the brain. In the acute period of brain damage, its temperature always exceeds basal, and brain hyperthermia can develop at normal body temperature (latent cerebral hyperthermia). In addition, in some cases with brain damage using sedatives, hypnotics and general anesthesia, its temperature decreases, cerebral hypothermia develops, and in these cases, additional cooling of the brain is not required.
Известно несколько неинвазивных устройств, позволяющих селективно охлаждать головной мозг и создавать условия, при которых температура мозга оказывается ниже температуры тела; такие устройства описаны в US2013211484, US8529613, US6277143, US6183501, US8696726; Huan Wang et al., Translational Neuroscience, 2015, 6, р. 20-31; Poli S et al., Stroke, 2013 Mar;44(3):708-13; Jackson K et al., Transl Neurosci., 2015 Jun 26;6(1):131-138.Several non-invasive devices are known that selectively cool the brain and create conditions under which the temperature of the brain is below body temperature; such devices are described in US2013211484, US8529613, US6277143, US6183501, US8696726; Huan Wang et al., Translational Neuroscience, 2015, 6, p. 20-31; Poli S et al., Stroke, 2013 Mar; 44 (3): 708-13; Jackson K et al., Transl Neurosci., 2015 Jun 26; 6 (1): 131-138.
На сегодняшний день на рынке не существует устройств для индукции терапевтической гипотермии, которые бы содержали средства неинвазивного определения температуры головного мозга. Подобные устройства позволили бы осуществить индивидуальный выбор метода охлаждения и областей отведения теплоты для каждого пациента, управлять процедурой охлаждения и избегать развития осложнений, связанных с избыточными холодовыми нагрузками. Данное изобретение обладает рядом свойств, необходимых для решения поставленной задачи.To date, there are no devices on the market for the induction of therapeutic hypothermia that would contain non-invasive means of determining brain temperature. Such devices would allow an individual choice of the cooling method and heat removal areas for each patient, control the cooling procedure and avoid the development of complications associated with excessive cold loads. This invention has a number of properties necessary to solve the problem.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного и безопасного устройства для индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта. Указанная задача решается путем создания устройства, в котором сочетается комбинированная система охлаждения головного мозга с по меньшей мере одним средством неинвазивного определения температуры глубоких тканей.An object of the present invention is to provide an effective and safe device for inducing controlled hypothermia of a subject's brain. This problem is solved by creating a device that combines a combined brain cooling system with at least one non-invasive means of determining the temperature of deep tissues.
Некоторые варианты изобретения включают в себя устройство для индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта, содержащее, по меньшей мере, два криоаппликатора, один из которых выполнен в форме криоаппликатора-шлема, внутренняя поверхность которого контактирует с поверхностью кожи волосистой области головы субъекта, а другой выполнен в виде криоаппликатора-воротника, внутренняя поверхность которого контактирует с шеей субъекта, предпочтительно, в области проекции внутренних сонных артерий, при этом оба криоаппликатора выполнены с возможностью циркуляции в них жидкого хладоносителя; средство охлаждения хладоносителя и гидравлическую систему, при этом указанная гидравлическая система установлена с возможностью осуществления независимой циркуляции жидкого хладоносителя в по меньшей мере одном указанном криоаппликаторе; средства регистрации температуры по меньшей мере одного участка тела субъекта, которые включают по меньшей мере одну антенну для регистрации электро-магнитного излучения (ЭМИ) глубоких тканей указанного субъекта в СВЧ-диапазоне для неинвазивного определения температуры головного мозга субъекта; и средство управления, которое выполнено с возможностью осуществлять управление средством охлаждения хладоносителя и гидравлической системой, а также определять необходимость применения сочетанного или изолированного караниоцеребрального и/или воротникового охлаждения, а также достаточность гипотермии головного мозга субъекта в зависимости от данных, получаемых с помощью указанных средств регистрации температуры.Some embodiments of the invention include a device for the induction of controlled hypothermia of the brain of a subject, containing at least two cryoapplicators, one of which is made in the form of a cryoapplicator-helmet, the inner surface of which contacts the skin surface of the scalp of the subject's head, and the other is made in the form of a cryoapplicator-collar, the inner surface of which is in contact with the neck of the subject, preferably in the projection region of the internal carotid arteries, both cryoapplicators flax with the possibility of circulation of a liquid coolant in them; coolant cooling means and a hydraulic system, wherein said hydraulic system is arranged to independently circulate a liquid coolant in at least one cryoapplicator; means for recording the temperature of at least one part of the body of the subject, which includes at least one antenna for detecting electromagnetic radiation (EMP) of the deep tissues of the specified subject in the microwave range for non-invasive determination of the brain temperature of the subject; and a control means that is configured to control the coolant coolant and the hydraulic system, as well as determine the need for combined or isolated karaniocerebral and / or collar cooling, as well as the sufficiency of the hypothermia of the brain of the subject, depending on the data obtained using these registration tools temperature.
В предпочтительных вариантах изобретения средство управления выполнено с возможностью обеспечения независимого управления циркуляцией хладоносителя в двух криоаппликаторах по данным термомониторинга, а также обеспечения управления уровнем понижения температуры головного мозга на основании неинвазивного мониторинга температуры мозга.In preferred embodiments of the invention, the control means is configured to provide independent control of the coolant circulation in the two cryoapplicators according to thermal monitoring, as well as to control the level of decrease in brain temperature based on non-invasive monitoring of brain temperature.
В некоторых вариантах изобретения антенна для неинвазивной регистрации ЭМИ глубоких тканей субъекта в СВЧ-диапазоне сконструирована с возможностью регистрации ЭМИ в двух диапазонах частот СВЧ-излучения, а средство управления выполнено с возможностью проведения усреднения температуры головного мозга, рассчитанной на основе измеренного ЭМИ глубоких тканей субъекта указанной антенной по двум диапазонам частот СВЧ-излучения.In some embodiments of the invention, an antenna for non-invasively detecting EMR of the subject’s deep tissues in the microwave range is designed to detect EMR in two frequency ranges of microwave radiation, and the control means is capable of averaging the brain temperature calculated on the basis of the measured EMR of the subject’s deep tissues antenna over two frequency ranges of microwave radiation.
В некоторых вариантах изобретения данное устройство отличается тем, что дополнительно содержит еще по меньшей мере одну антенну, обеспечивающую регистрацию ЭМИ в СВЧ-диапазоне для неинвазивной регистрации температуры глубоких тканей субъекта, расположенную таким образом, чтобы измерять внутреннюю температуру тканей в области проекции внутренней сонной артерии. В других вариантах изобретения устройство содержит по меньшей мере две антенны для неинвазивной регистрации температуры головного мозга, которые обеспечивают регистрацию ЭМИ в двух диапазонах частот СВЧ-излучения.In some embodiments of the invention, this device is characterized in that it further comprises at least one antenna capable of detecting electromagnetic radiation in the microwave range for non-invasively recording the temperature of the deep tissues of the subject, located so as to measure the internal temperature of the tissues in the area of the projection of the internal carotid artery. In other embodiments of the invention, the device comprises at least two antennas for non-invasive recording of brain temperature, which provide registration of EMR in two frequency ranges of microwave radiation.
В предпочтительных вариантах изобретения средство управления выполнено с возможностью обеспечения предпочтительного выбора областей охлаждения – воротниковой, краниоцеребральной или комбинированной - на основании данных мониторинга температуры мозга, а также, необязательно, температуры тканей в области сонных артерий. In preferred embodiments of the invention, the control means is configured to provide a preferred choice of cooling areas — collar, craniocerebral or combined — based on monitoring data of brain temperature and, optionally, tissue temperature in the region of the carotid arteries.
В некоторых вариантах изобретения данное устройство дополнительно содержит еще по меньшей мере две антенны для регистрации ЭМИ в СВЧ-диапазоне для неинвазивного определения температуры глубоких тканей субъекта, расположенные таким образом, чтобы измерять внутреннюю температуру тканей в области обоих проекций двух внутренних сонных артерий субъекта. In some embodiments of the invention, this device further comprises at least two antennas for detecting electromagnetic radiation in the microwave range for non-invasively determining the temperature of the deep tissues of the subject, located so as to measure the internal temperature of the tissues in the region of both projections of the two internal carotid arteries of the subject.
Указанная задача также решается путем разработки способа индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта, осуществляемой при помощи вышеописанного устройства, который включает следующие стадии: а) фиксацию первого криоаппликатора (воротник) на шее субъекта, которому необходимо понижение температуры мозга, и проведение процедуры охлаждения через первый криоаппликатор в течение 15-120 минут; б) измерение скорости охлаждения головного мозга субъекта с помощью антенны для неинвазивной регистрации ЭМИ глубоких тканей субъекта в СВЧ-диапазоне; в) при определении недостаточной скорости охлаждения головного мозга субъекта фиксацию второго криоаппликатора (шлем) на голове данного субъекта и проведение процедуры охлаждения с использованием только второго криоаппликатора или совместно первого и второго криоаппликаторов в течение дополнительных 60-120 минут; г) измерение скорости охлаждения головного мозга субъекта с помощью антенны для неинвазивной регистрации ЭМИ глубоких тканей субъекта в СВЧ-диапазоне и прекращение процедуры охлаждения при достижении желаемых значений температуры головного мозга.This problem is also solved by developing a method of inducing controlled hypothermia of the brain of the subject, carried out using the above-described device, which includes the following stages: a) fixing the first cryoapplicator (collar) on the neck of the subject, which requires lowering the temperature of the brain, and performing the cooling procedure through the first cryoapplicator within 15-120 minutes; b) measuring the cooling rate of the brain of the subject using an antenna for non-invasive registration of electromagnetic radiation of the deep tissues of the subject in the microwave range; c) when determining the insufficient cooling rate of the subject’s brain, fixing the second cryoapplicator (helmet) on the head of the subject and performing the cooling procedure using only the second cryoapplicator or together the first and second cryoapplicators for an additional 60-120 minutes; d) measuring the cooling rate of the brain of the subject using an antenna for non-invasive registration of electromagnetic radiation of the deep tissues of the subject in the microwave range and terminating the cooling procedure when the desired values of the brain temperature are reached.
При осуществлении изобретения достигаются следующие технические результаты:When carrying out the invention, the following technical results are achieved:
- разработан новый принцип работы устройства для селективного охлаждения головного мозга субъекта, заключающийся в возможности выбора и контроля процедуры охлаждения с помощью неинвазивного измерения температуры мозга субъекта, при этом динамика изменения температуры мозга будет диктовать оптимальный способ охлаждения, выбранный из изолированного воротникового, изолированного краниоцеребрального или комбинированного краниоцеребрального и воротникового охлаждения;- a new principle of the device for the selective cooling of the brain of the subject has been developed, which consists in the possibility of choosing and controlling the cooling procedure by non-invasively measuring the temperature of the brain of the subject, while the dynamics of the change in brain temperature will dictate the optimal cooling method selected from an isolated collar, isolated craniocerebral or combined craniocerebral and collar cooling;
- предложенное устройство обеспечивает повышение точности регулирования температуры головного мозга во время процедуры гипотермии, позволяющее уменьшить побочные эффекты, связанные с чрезмерными холодовыми нагрузками.- the proposed device provides improved accuracy in regulating the temperature of the brain during the hypothermia procedure, which allows to reduce side effects associated with excessive cold loads.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
Рис. 1. Схема проведения процедуры индукции гипотермии головного мозга в Варианте 1 (воротниковое охлаждение), Варианте 2 (краниоцеребральное охлаждение), Варианте 3 (комбинированное воротниковое и краниоцеребральное охлаждение) при неинвазивной термометрии головного мозга с использованием двухдиапазонной антенны и термометрии тканей в области сонной артерии, и в Варианте 4 (например, комбинированное воротниковое и краниоцеребральное охлаждение) при неинвазивной термометрии головного мозга с использованием пары двух диапазонных антенн (симметрично слева и справа) и пары антенн для термометрии тканей в области сонной артерии слева и справа.Fig. 1. Scheme of the procedure for inducing hypothermia of the brain in Option 1 (collar cooling), Option 2 (craniocerebral cooling), Option 3 (combined collar and craniocerebral cooling) with non-invasive brain thermometry using a dual-band antenna and tissue thermometry in the carotid artery, and in Option 4 (for example, combined collar and craniocerebral cooling) for non-invasive brain thermometry using a pair of two band antennas (sim metric left and right) and pairs of antennas for thermometry of tissues in the region of the carotid artery on the left and right.
Обозначения: ГС – гидросистема, ХА – хладоагрегат, СУ – средство управления, К – контроллер, черные кружки – антенны для регистрации ЭМИ глубоких тканей субъекта в СВЧ-диапазоне, белые кружки – термодатчики криоаппликаторов.Designations: GS - a hydraulic system, HA - a refrigeration unit, SU - a control tool, K - a controller, black circles - antennas for registering the electromagnetic radiation of the subject's deep tissues in the microwave range, white circles - cryo-applicator temperature sensors.
Определения и терминыDefinitions and Terms
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения.For a better understanding of the present invention, the following are some of the terms used in the present description of the invention.
В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».In the description of the present invention, the terms “includes” and “including” are interpreted as meaning “includes, inter alia,”. These terms are not intended to be construed as “consists of only”.
Под «субъектом» следует понимать человека или другое млекопитающее. Под ЭМИ глубоких тканей субъекта следует понимать излучение собственных электромагнитных полей тканей организма. Под индукцией управляемой гипотермии мозга следует понимать вызывание, или индуцирование, понижения температуры мозга до заданных значений в контролируемом режиме, то есть под контролем системы управления (в автоматическом режиме) или под контролем непосредственно оператора (в ручном режиме).By “subject” is meant a human or other mammal. Under the EMP of the deep tissues of the subject should be understood the radiation of their own electromagnetic fields of body tissues. The induction of controlled hypothermia of the brain should be understood as inducing, or inducing, lowering the temperature of the brain to specified values in a controlled mode, that is, under the control of a control system (in automatic mode) or directly under the control of an operator (in manual mode).
Под регистрацией температуры следует понимать как непосредственное измерение температуры, так и определение температуры при помощи измерения собственного ЭМИ глубоких тканей в СВЧ-диапазоне и последующего расчета температуры. Определение температуры в процессе процедуры охлаждения при помощи измерения собственного ЭМИ глубоких тканей в СВЧ-диапазоне позволяет проводить неинвазивный мониторинг температуры, или термомониторинг глубоких тканей субъекта.By temperature recording, one should understand both direct temperature measurement and temperature determination by measuring the intrinsic electromagnetic radiation of deep tissues in the microwave range and subsequent temperature calculation. Determining the temperature during the cooling procedure by measuring the intrinsic electromagnetic radiation of deep tissues in the microwave range allows for non-invasive temperature monitoring, or thermal monitoring of the deep tissues of the subject.
Под криоаппликатором следует понимать компонент устройства с сильно охлаждаемой поверхностью, контактирующей с тканями при местном воздействии на них холодом. В предпочтительном варианте изобретения в устройстве для индукции управляемой гипотермии используется два криоаппликатора, один из которых выполнен в форме шлема, внутренняя поверхность которого контактирует с головой субъекта, а другой выполнен в виде воротника, внутренняя поверхность которого контактирует с шеей субъекта. Предпочтительно, воротниковый криоаппликатор контактирует с проекциями сонных артерий человека. Использование криоаппликатора-шлема обеспечивает краниоцеребральное охлаждение; криоаппликатора-воротника – воротниковое охлаждение; использование обоих криоаппликаторов обеспечивает комбинированное, или сочетанное, охлаждение.By a cryoapplicator, one should understand a component of a device with a highly cooled surface in contact with tissues when exposed to local cold. In a preferred embodiment of the invention, the device for inducing controlled hypothermia uses two cryoapplicators, one of which is made in the form of a helmet, the inner surface of which is in contact with the head of the subject, and the other is made in the form of a collar, the inner surface of which is in contact with the neck of the subject. Preferably, the collar cryoapplicator contacts the projections of the human carotid arteries. The use of a cryoapplicator helmet provides craniocerebral cooling; cryoapplicator-collar - collar cooling; the use of both cryoapplicators provides combined, or combined, cooling.
Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе. Unless defined separately, technical and scientific terms in this application have standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.
Подробное раскрытие изобретенияDetailed Disclosure of Invention
Терапевтическая гипотермия головного мозга улучшает клинические показатели пациентов с черепно-мозговой травмой, церебральной ишемией, ишемической энцефалопатией и другими заболеваниями. Вместе с тем, известны и негативные случаи применения гипотермии, связанные как с неэффективным или слишком медленным понижением температуры мозга пациента, так и с побочными эффектами, вызванными чрезмерными холодовыми нагрузками. Для обеспечения эффективности и безопасности процедуры охлаждения необходимо тщательно контролировать динамику изменения температуры мозга пациента и, при необходимости, выбирать более подходящие для конкретного пациента методы охлаждения. Therapeutic hypothermia of the brain improves the clinical performance of patients with traumatic brain injury, cerebral ischemia, ischemic encephalopathy and other diseases. At the same time, there are known negative cases of hypothermia associated with both ineffective or too slow lowering of the patient’s brain temperature, as well as with side effects caused by excessive cold loads. To ensure the efficiency and safety of the cooling procedure, it is necessary to carefully monitor the dynamics of the patient’s brain temperature and, if necessary, choose cooling methods that are more suitable for a particular patient.
Известны устройства для прямой регистрации температуры головного мозга с помощью имплантируемых (инвазивных) термодатчиков, например, Sofisa-Impressio. Однако данные устройства могут быть использованы только у нейрохирургических больных и в рутинной практике гипотермии не применимы. В настоящее время единственным неинвазивным методом регистрации температуры глубоких тканей является СВЧ-радиотермометрия. Подобные устройства позволяют зарегистрировать мощность собственного электромагнитного излучения (ЭМИ) тканей субъекта в диапазоне сверх высоких частот (СВЧ, длина волны λ = 0,8-30 см, частота - 1-10 ГГЦ) с помощью контактных антенн-аппликаторов (или просто антенн), размещаемых на поверхности кожи и расчетным путем определить значения температуры глубоких тканей (патенты RU2510236, RU2562025, RU2407429). Примером такого устройства может служить коммерческий доступный радиометр РТМ-01-РЭС, предназначенный для регистрации температуры глубоких тканей молочной железы в целях выявления температурных аномалий при заболеваниях железы.Known devices for direct recording of brain temperature using implantable (invasive) temperature sensors, for example, Sofisa-Impressio. However, these devices can only be used in neurosurgical patients and hypothermia is not applicable in routine practice. Currently, microwave radiothermometry is the only non-invasive method for recording deep tissue temperature. Such devices allow you to register the power of your own electromagnetic radiation (EMR) of the subject's tissues in the range of super high frequencies (microwave, wavelength λ = 0.8-30 cm, frequency - 1-10 GHz) using contact antennas (or just antennas) placed on the surface of the skin and by calculation to determine the temperature values of deep tissues (patents RU2510236, RU2562025, RU2407429). An example of such a device is the commercially available radiometer RTM-01-RES, designed to record the temperature of deep breast tissue in order to detect temperature anomalies in diseases of the gland.
Мощность ЭМИ пропорциональна интенсивности метаболизма и поэтому расчетным путем можно определить внутреннюю температуру тканей на разной глубине (Веснин С.Г., Седанкин М.К. Микроволновая радиотермометрия головного мозга. // Машиностроитель, 2015, №11, стр. 44-51). Глубина регистрации температуры тканей с помощью регистрации ЭМИ также зависит от частоты (длины волны) регистрируемого излучения. Так, показано, что при регистрации ЭМИ с частотой 3-4 ГГЦ удается оценить температуру головного мозга на глубине 4-5 см от поверхности кожи, что соответствует температуре поверхности коры больших полушарий в височной области. Регистрация ЭМИ с частотой 1,5-2 ГГЦ позволяет оценить температуру тканей мозга на глубине 5-7 см, то есть в объеме всего серого вещества поверхности мозга. Регистрируемая таким образом температура является усредненной в достаточно большом объеме ткани. Применение двухдиапазонных антенн позволяет повысить точность измерения и, потенциально, регистрировать термоассиметрию в различных участках мозга. The power of EMR is proportional to the metabolic rate and therefore, by calculation it is possible to determine the internal temperature of tissues at different depths (Vesnin S.G., Sedankin M.K. Microwave radio thermometry of the brain. // Mashinostroitel, 2015, No. 11, p. 44-51). The depth of registration of tissue temperature using registration EMR also depends on the frequency (wavelength) of the detected radiation. So, it was shown that when registering EMR with a frequency of 3-4 GHz, it is possible to estimate the temperature of the brain at a depth of 4-5 cm from the skin surface, which corresponds to the temperature of the surface of the cortex of the cerebral hemispheres in the temporal region. Registration of EMP with a frequency of 1.5-2 GHz allows you to estimate the temperature of brain tissue at a depth of 5-7 cm, that is, in the volume of all gray matter on the surface of the brain. The temperature recorded in this way is averaged over a sufficiently large volume of tissue. The use of dual-band antennas makes it possible to increase the accuracy of measurements and, potentially, to record thermal asymmetry in various parts of the brain.
Для того чтобы создать эффективное устройство для индукции терапевтической управляемой гипотермии головного мозга, авторами было предложено соединить один или несколько криоаппликаторов с устройством для регистрации собственного ЭМИ глубоких тканей субъекта в СВЧ-диапазоне для мониторинга температуры головного мозга субъекта в процессе процедуры охлаждения. Для повышения эффективности охлаждения в случае больных с нарушенным интрацеребральным кровообращением было предложено использовать по меньшей мере два криоаппликатора - воротниковый аппликатор для охлаждения кожи в области шеи (предпочтительно, проекций сонных артерий) и шлем-криоаппликатор для охлаждения волосистой поверхности кожи головы. Криоаппликаторы, для охлаждения которых используется циркуляция хладоносителя, хорошо известны специалистам (например, см. патент RU74563 - Аппликатор для гипотермии). Использование двух криоаппликаторов дает необходимую гибкость в выборе методов охлаждения; например, может быть использовано только краниоцеребральное, только воротниковое или сочетание воротникового и краниоцеребрального охлаждения. Мониторинг температуры головного мозга во время охлаждения позволяет оценить эффективность того или иного метода и при необходимости заменить его на более эффективный или безопасный метод. Средства регистрации температуры позволяют также вовремя отследить достаточность гипотермии головного мозга и инициировать прекращение процедуры охлаждения, тем самым уменьшая побочные эффекты, связанные с чрезмерными холодовыми нагрузками. Таким образом, отслеживая динамику изменения температуры головного мозга субъекта, подобная конструкция позволяет как выбирать оптимальный метод охлаждения, так и управлять процедурой охлаждения. In order to create an effective device for the induction of therapeutic controlled hypothermia of the brain, the authors proposed to connect one or more cryoapplicators with a device for recording the subject's own electromagnetic radiation of deep tissues in the microwave range to monitor the subject's brain temperature during the cooling procedure. To increase the cooling efficiency in patients with impaired intracerebral circulation, it was proposed to use at least two cryoapplicators - a collar applicator for cooling the skin in the neck (preferably, projections of the carotid arteries) and a helmet-cryoapplicator for cooling the scalp. Cryoapplicators, for the cooling of which refrigerant circulation is used, are well known to specialists (for example, see patent RU74563 - Applicator for hypothermia). The use of two cryoapplicators gives the necessary flexibility in the choice of cooling methods; for example, only craniocerebral, only collar or a combination of collar and craniocerebral cooling can be used. Monitoring the temperature of the brain during cooling allows you to evaluate the effectiveness of a particular method and, if necessary, replace it with a more effective or safe method. Means of recording temperature also allow you to track in time the adequacy of hypothermia in the brain and initiate the termination of the cooling procedure, thereby reducing side effects associated with excessive cold loads. Thus, by tracking the dynamics of the temperature of the brain of the subject, such a design allows you to choose the optimal method of cooling, and to control the cooling procedure.
Описываемое устройство также содержит средство охлаждения криоаппликаторов, гидравлическую систему циркуляции хладоносителя в криоаппликаторах для их охлаждения, средство контроля температуры хладоносителя, средство контроля температуры в криоаппликаторах в области контакта с кожей, средство регистрации базальной температуры (температура тела), как минимум одно средство неинвазивной регистрации температуры глубоких тканей по измерению ЭМИ, а также контроллер и средство управления работой устройства, обеспечивающее поддержание температуры криоаппликаторов, температуры тела и головного мозга на заданном уровне. Детекцию ЭМИ можно осуществлять стандартным СВЧ-регистратором РТМ-01-РЭС, или любым другим устройством, позволяющим регистрировать ЭМИ тканей в диапазоне от 2 до 6 ГГц.The described device also contains a means of cooling cryoapplicators, a hydraulic system for circulating the coolant in the cryoapplicators for cooling them, a means for controlling the temperature of the coolant, a means for controlling the temperature in the cryoapplicators in the area of contact with the skin, a means for registering basal temperature (body temperature), at least one means for non-invasive temperature recording deep tissue for measuring EMR, as well as a controller and a means of controlling the operation of the device, ensuring the maintenance of mperatury krioapplikatorov, body temperature and brain at a given level. EMR detection can be carried out using the standard microwave recorder RTM-01-RES, or any other device that allows you to register EMR of tissues in the range from 2 to 6 GHz.
В некоторых вариантах реализации изобретения возможно использование устройств, содержащих средства охлаждения жидкого хладоносителя компрессорного типа или на термоэлектрических элементах, гидравлическую систему с баком для хладоносителя, трубами подачи жидкости, насосами и клапанами, обеспечивающими замкнутую циркуляцию хладоносителя от бака к средству охлаждения, далее к криоаппликаторам с последующим возвратом жидкого хладоносителя в бак. Циркуляция жидкого хладоносителя может осуществляться независимо в каждом аппликаторе.In some embodiments of the invention, it is possible to use devices containing cooling means of a compressor-type liquid coolant or on thermoelectric elements, a hydraulic system with a coolant tank, fluid supply pipes, pumps and valves providing closed circulation of the coolant from the tank to the cooling medium, then to cryoapplicators with subsequent return of the liquid coolant to the tank. The circulation of liquid coolant can be carried out independently in each applicator.
При этом криоаппликаторы (воротник и шлем) представляют собой герметичные устройства, форма и размеры которых соответствуют конфигурации поверхности охлаждаемых областей, а внутренняя часть содержит каналы циркуляции жидкого хладоносителя. В качестве хладоносителя используется водный раствор жидкости, например, пропиленгликоля, не замерзающей при отрицательных температурах (до минус 10°С), что позволяет значительно увеличить интенсивность отведения тепла от охлаждаемых поверхностей и ускорить понижение температуры тканей. Средство автоматизированного управления обеспечивает мониторинг регистрируемых температур и поддерживает их на задаваемом уровне (уставки) путем подачи управляющего сигнала (вкл/выкл) на средство охлаждения жидкого хладоносителя, меняя интенсивность отведения теплоты от охлаждаемых областей тела субъекта и/или управляющий сигнал на насосы и/или клапаны, прерывающий циркуляцию хладоносителя в криоаппликаторах или конкретном криоаппликаторе. При этом выбор предпочтительных областей охлаждения, например, применение изолированного или сочетанного краниоцеребрального и воротникового охлаждения может быть осуществлено на основании неинвазивной регистрации температуры мозга. В этом варианте использование известных устройств осуществляется с учетом независимого применения средств неинвазивной регистрации глубоких тканей человека, основанного на локации ЭМИ в СВЧ-диапазоне и на алгоритме способа применения заявляемого устройства. In this case, cryoapplicators (collar and helmet) are sealed devices, the shape and dimensions of which correspond to the surface configuration of the cooled areas, and the inside contains the channels of circulation of the liquid coolant. An aqueous solution of a liquid, for example, propylene glycol, which does not freeze at low temperatures (up to minus 10 ° С), is used as a coolant, which can significantly increase the intensity of heat removal from cooled surfaces and accelerate the decrease in tissue temperature. The automated control tool monitors the recorded temperatures and maintains them at a preset level (settings) by applying a control signal (on / off) to the liquid coolant cooling means, changing the intensity of heat removal from the cooled areas of the subject's body and / or the control signal to the pumps and / or valves that interrupt the circulation of the coolant in the cryoapplicators or a particular cryoapplicator. Moreover, the choice of preferred areas of cooling, for example, the use of isolated or combined craniocerebral and collar cooling can be carried out on the basis of non-invasive recording of brain temperature. In this embodiment, the use of known devices is carried out taking into account the independent use of non-invasive registration of deep human tissues, based on the location of EMR in the microwave range and on the algorithm of the method of using the inventive device.
Описываемое устройство также может содержать по меньшей мере два средства неинвазивной регистрации температуры головного мозга, которые могут быть установлены, например, симметрично на границе волосистой поверхности кожи головы, предпочтительно в височной области, слева и справа. Контроллер и средство управления будут обеспечивать мониторинг и сравнение температуры головного мозга, зарегистрированной слева и справа. В этом случае возможна регистрация асимметрии температуры (термоасимметрии) разных отделов головного мозга (Δt°С) субъекта. Информация о возникновении и динамике развития термоасимметрии может быть полезна при оценке состояния головного мозга у субъектов с травматичным поражением мозга различного генеза, нарушениями мозгового кровообращения, нейроонкологией и т.д. The described device may also contain at least two means of non-invasive recording of brain temperature, which can be installed, for example, symmetrically at the border of the scalp of the scalp, preferably in the temporal region, left and right. The controller and control will monitor and compare brain temperature recorded on the left and right. In this case, it is possible to register the temperature asymmetry (thermal asymmetry) of different parts of the brain (Δt ° С) of the subject. Information on the occurrence and dynamics of the development of thermal asymmetry may be useful in assessing the state of the brain in subjects with traumatic brain damage of various origins, cerebrovascular accidents, neuro-oncology, etc.
Нижеследующие примеры работы устройства приведены в целях раскрытия характеристик настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения.The following examples of the operation of the device are provided in order to disclose the characteristics of the present invention and should not be construed as in any way limiting the scope of the invention.
Вариант 1 (см. Рис. 1 для этого и других вариантов). На границе волосистой поверхности кожи головы на поверхность кожи, предпочтительно в височной области справа или слева в проекции интересующего полушария мозга субъекта, устанавливается первое средство для неинвазивной регистрации температуры мозга – по меньшей мере одна антенна-аппликатор. На шее пациента фиксируется воротник-криоаппликатор, внутренние (охлаждаемые) части которого контактируют с кожей в области проекции сонных артерий слева и справа. В области проекции сонной артерии выше воротника может быть установлено второе средство для неинвазивной регистрации температуры в районе сонной артерии – по меньшей мере одна антенна-аппликатор слева или справа. На теле пациента фиксируется по меньшей мере один термодатчик для регистрации базальной температуры кожи. После включения средство охлаждения понижает температуру хладоносителя до заданного уровня, после чего средство управления автоматически включает насосы гидравлической системы и обеспечивает циркуляцию хладоносителя и понижение температуры воротника-криоаппликатора. Контроллер обеспечивает мониторинг температуры хладоносителя, температуры воротника-криоаппликатора в области контакта с кожей, температуры тела, температуры головного мозга и температуры сонной артерии. Первое средство неинвазивной регистрации температуры головного мозга предпочтительно обеспечивает регистрацию ЭМИ по меньшей мере в двух СВЧ-диапазонах, например, с частотой 1,5-2 ГГЦ и 3-4 ГГЦ. Второе средство неинвазивной регистрации температуры обеспечивает регистрацию излучения по крайне мере в одном диапазоне частот ЭМИ, например, 3-4 ГГЦ. Средство управления рассчитывает среднюю температуру головного мозга при помощи первого средства регистрации температуры мозга по данным мощности ЭМИ, измеренного в двух СВЧ-диапазонах после процедуры усреднения. Сигнал от второго средства регистрации температуры позволяет зарегистрировать температуру в районе сонной артерии. Понижение температуры головного мозга, зафиксированные после начала охлаждения проекций сонных артерий через интервал времени, например, через 15-30 минут, свидетельствует о достаточной церебральной перфузии, эффективности воротникового охлаждения и отсутствия необходимости дополнения процедуры гипотермии краниоцеребральным охлаждением. Средство управления формирует сигнал пользователю о достаточности охлаждения. Это уменьшает общую холодовую нагрузку на организм и способствует предупреждению развития осложнений общей гипотермии. Шлем пациенту не одевают, что способствует сохранению естественных путей поддержания теплового баланса мозга. Понижение температуры головного мозга и температуры в районе сонных артерий свидетельствует об эффективности проводимой процедуры охлаждения.Option 1 (see Fig. 1 for this and other options). At the border of the scalp of the scalp, on the skin surface, preferably in the temporal region to the right or left in the projection of the subject’s hemisphere of interest, the first means for non-invasive recording of brain temperature is installed - at least one applicator antenna. A cryoapplicator collar is fixed on the patient’s neck, the internal (cooled) parts of which are in contact with the skin in the projection area of the carotid arteries on the left and right. In the projection area of the carotid artery above the collar, a second means for non-invasively recording the temperature in the region of the carotid artery can be installed - at least one antenna applicator left or right. At least one temperature sensor is fixed on the patient’s body to record basal skin temperature. After switching on, the cooling means lowers the temperature of the coolant to a predetermined level, after which the control automatically turns on the pumps of the hydraulic system and circulates the coolant and lowers the temperature of the cryoapplicator collar. The controller monitors the temperature of the coolant, the temperature of the cryoapplicator collar in the area of contact with the skin, body temperature, brain temperature and carotid artery temperature. The first means of non-invasive recording of brain temperature preferably provides registration of EMR in at least two microwave ranges, for example, with a frequency of 1.5-2 GHz and 3-4 GHz. The second means of non-invasive temperature registration provides the registration of radiation in at least one frequency range of the electromagnetic radiation, for example, 3-4 GHz. The control tool calculates the average temperature of the brain using the first means of recording the temperature of the brain according to the power of the EMP, measured in two microwave ranges after the averaging procedure. The signal from the second means of recording temperature allows you to register the temperature in the region of the carotid artery. A decrease in brain temperature recorded after the start of cooling of the projections of the carotid arteries through an interval of time, for example, after 15-30 minutes, indicates sufficient cerebral perfusion, the effectiveness of collar cooling and the absence of the need to supplement the hypothermia procedure with craniocerebral cooling. The control means generates a signal to the user about the adequacy of cooling. This reduces the total cold load on the body and helps to prevent the development of complications of general hypothermia. The patient is not wearing a helmet, which helps to preserve the natural ways of maintaining the thermal balance of the brain. Lowering the temperature of the brain and the temperature in the region of the carotid arteries indicates the effectiveness of the cooling procedure.
Вариант 2. Применяется в случаях, когда температура мозга не понижается или недостаточно понижается после начала охлаждения проекций сонных артерий, как описано в Варианте 1. Средство управления формирует сигнал о неэффективности (низкой эффективности) воротникового охлаждения и о необходимости дополнения процедуры краниоцеребральным охлаждением. На голову пациенту одевают шлем-криоаппликатор, располагая его таким образом, чтобы не вызвать смещение первого средства неинвазивной регистрации температуры мозга. В специальных сквозных отверстиях шлема фиксируют как минимум один температурный датчик для измерения температуры в области контакта криоаппликатора с кожей, шлем подключают к гидравлической системе, которая понижает его температуру до заданного уровня. Контроллер обеспечивает мониторинг температуры, регистрируемой первым и вторым средствами неинвазивной регистрации температуры, а средство управления проводит оценку эффективности краниоцеребрального охлаждения по степени снижения температуры мозга и, необязательно, температуры в сонной артерии. Снижение температуры мозга и сонной артерии свидетельствует о достаточности краниоцеребрального охлаждения и отсутствии необходимости в воротниковом охлаждении, поскольку оттекающая от кожи головы кровь охлаждает кровь в сонных артериях, дополняя конвекционный путь отведения тепла и заменяя тем самым воротниковый тип охлаждения. Средство управления формирует сигнал пользователю после чего охлаждение воротниковой области прекращают, что уменьшает общую холодовую нагрузку. Воротник снимают.
Вариант 3. В случаях, когда температура мозга не понижается (не достаточно понижается) при изолированном краниоцеребральном охлаждении, как было описано в Варианте 2, что свидетельствует о грубых нарушениях церебральной перфузии и развитии отека мозга, средство управления формирует сигнал пользователю о необходимости дополнения процедуры воротниковым охлаждением. Такое комбинированное (сочетанное) охлаждение даже при сниженной перфузии мозга увеличивает интенсивность отведения тепла от мозга, способствуя уменьшению отека мозга и восстановлении церебральной гемоциркуляции. По факту восстановления церебральной перфузии, установленному на основании снижения температуры мозга до искомого уровня, отключают воротниковое охлаждение, а достаточность изолированного краниоцеребрального охлаждения средство управления оценивает по данным изменения температуры мозга и сонных артерий и подает сигнал пользователю.
Во всех случаях средство управления при отклонении температуры хладоносителя от заданной подает управляющий сигнал на средство охлаждения, изменяя уровень хладопроизводительности хладоагрегата. В качестве хладоагрегата может выступать компрессорная холодильная машина или термоэлектрические элементы. При отклонении температуры в области контакта криоаппликаторов с кожей и температуры тела от заданной средство управления подает управляющий сигнал на исполнительные средства гидравлической системы (насосы, клапаны), изменяя объемную скорость движения хладоносителя в каналах криоаппликаторов для поддержания температуры на заданном уровне. Гидравлическая система обеспечивает охлаждение обоих криоаппликаторов независимо друг от друга. Контроллер обеспечивает мониторинг всех регистрируемых температур на протяжении всей процедуры охлаждения. Средство управления формирует сигнал пользователю (звук/свет) в случаях отсутствия снижения температуры в сонной артерии, при повышении температуры мозга, информируя о необходимости применения комбинированного (сочетанного) или изолированного охлаждения, а также о случаях неконтролируемого отклонения регистрируемых температур от заданных. In all cases, the control means when the temperature of the coolant deviates from the set one, gives a control signal to the cooling means, changing the level of refrigerating capacity of the refrigerating unit. As a refrigeration unit can be a compressor refrigeration machine or thermoelectric elements. When the temperature deviates in the area of contact of the cryoapplicators with the skin and the body temperature from a predetermined one, the control means provides a control signal to the actuating means of the hydraulic system (pumps, valves), changing the volume velocity of the coolant in the channels of the cryoapplicators to maintain the temperature at a predetermined level. The hydraulic system provides cooling of both cryoapplicators independently of each other. The controller monitors all recorded temperatures throughout the cooling procedure. The control tool generates a signal to the user (sound / light) in cases where there is no decrease in temperature in the carotid artery, with an increase in brain temperature, informing about the need for combined (combined) or isolated cooling, as well as about cases of uncontrolled deviation of recorded temperatures from predetermined ones.
Вариант 4. В другом частном случае в устройстве используют по меньшей мере два средства неинвазивной регистрации температуры головного мозга в двух диапазонах ЭМИ, которые устанавливают симметрично на границе волосистой поверхности кожи головы, предпочтительно в височной области, слева и справа. Также используют по меньшей мере два средства неинвазивной регистрации температуры сонных артерий по крайней мере в одном диапазоне ЭМИ, которые устанавливают слева и справа в области проекций сонных артерий выше воротника-криоаппликатора. Контроллер и средство управления обеспечивают мониторинг и сравнение температуры головного мозга, зарегистрированной слева и справа, а также сонных артерий слева и справа. В случае появления асимметрии температуры головного мозга выше заданной (Дt°С), что свидетельствует о неравномерности охлаждения головного мозга, средство управления формирует сигнал пользователю о необходимости проверить положение шлема на голове (неплотное прилегание и т.п.). Появление асимметрии температуры в сонных артериях свидетельствует о неравномерности охлаждения в воротниковом криоаппликаторе и средство управления подает соответствующий сигнал пользователю.
Данный вариант реализует техническое решение, которое направлено на повышение точности регистрации температуры головного мозга и сонных артерий и обеспечение эффективности процедуры гипотермии.This option implements a technical solution that is aimed at improving the accuracy of recording the temperature of the brain and carotid arteries and ensuring the effectiveness of the hypothermia procedure.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It should be understood that various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
Claims (19)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130167A RU2653794C1 (en) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | Device for induction of controlled hypothermia of the brain |
| PCT/RU2017/000633 WO2019039956A1 (en) | 2017-08-25 | 2017-08-30 | Device for inducing controlled hypothermia in the brain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130167A RU2653794C1 (en) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | Device for induction of controlled hypothermia of the brain |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653794C1 true RU2653794C1 (en) | 2018-05-14 |
Family
ID=62152765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017130167A RU2653794C1 (en) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | Device for induction of controlled hypothermia of the brain |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653794C1 (en) |
| WO (1) | WO2019039956A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741244C1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-01-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение "Федеральный Научно-Клинический Центр Реаниматологии И Реабилитологии" (Фнкц Рр) | Device for temperature effect on hemispheres cerebral cortex |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077348C1 (en) * | 1995-07-26 | 1997-04-20 | Карев Игорь Дмитриевич | Method of treatment of abundant forms of malignant tumors |
| RU2306099C2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма РЭС" | Aerial-applicator for non-invasive measuring temperature of biological object's internal tissues (versions) |
| RU74563U1 (en) * | 2008-02-15 | 2008-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центрмед-Плюс" | HYPOTHERM APPLICATOR |
| US20130211484A1 (en) * | 2010-06-29 | 2013-08-15 | Renato Rozental | Therapeutic Brain Cooling System and Spinal Cord Cooling System |
| US20140343374A1 (en) * | 2011-12-13 | 2014-11-20 | Meridian Medical Systems, Llc | Low profile temperature transducer |
| US8934953B2 (en) * | 2011-05-04 | 2015-01-13 | Meridian Medical Systems, Llc | Dual mode temperature transducer with oxygen saturation sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6682552B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-01-27 | Vivian R. Ramsden | Brain cooling device and monitoring system |
| US20130325089A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-12-05 | Regents Of The University Of Minnesota | Method and apparatus for cooling the head or neck of a patient |
-
2017
- 2017-08-25 RU RU2017130167A patent/RU2653794C1/en active
- 2017-08-30 WO PCT/RU2017/000633 patent/WO2019039956A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077348C1 (en) * | 1995-07-26 | 1997-04-20 | Карев Игорь Дмитриевич | Method of treatment of abundant forms of malignant tumors |
| RU2306099C2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма РЭС" | Aerial-applicator for non-invasive measuring temperature of biological object's internal tissues (versions) |
| RU74563U1 (en) * | 2008-02-15 | 2008-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центрмед-Плюс" | HYPOTHERM APPLICATOR |
| US20130211484A1 (en) * | 2010-06-29 | 2013-08-15 | Renato Rozental | Therapeutic Brain Cooling System and Spinal Cord Cooling System |
| US8934953B2 (en) * | 2011-05-04 | 2015-01-13 | Meridian Medical Systems, Llc | Dual mode temperature transducer with oxygen saturation sensor |
| US20140343374A1 (en) * | 2011-12-13 | 2014-11-20 | Meridian Medical Systems, Llc | Low profile temperature transducer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741244C1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-01-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение "Федеральный Научно-Клинический Центр Реаниматологии И Реабилитологии" (Фнкц Рр) | Device for temperature effect on hemispheres cerebral cortex |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019039956A1 (en) | 2019-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11583438B1 (en) | Monitoring the cooling of subcutaneous lipid-rich cells, such as the cooling of adipose tissue | |
| US7156867B2 (en) | Uniform selective cerebral hypothermia | |
| Qiu et al. | Noninvasive selective brain cooling by head and neck cooling is protective in severe traumatic brain injury | |
| US11141310B2 (en) | Method for inducing hypothermia in a patient | |
| EP1729702B1 (en) | Cerebral temperature control | |
| Hoedemaekers et al. | Comparison of cooling methods to induce and maintain normo-and hypothermia in intensive care unit patients: a prospective intervention study | |
| US10596029B2 (en) | Intravascular heat exchange catheter with rib cage-like coolant path | |
| US10959877B2 (en) | Device and method for reducing the body core temperature of a patient for hypothermia treatment by cooling at least two body parts of the patient | |
| Crowder et al. | Jugular bulb temperature: comparison with brain surface and core temperatures in neurosurgical patients during mild hypothermia | |
| US20080077088A1 (en) | Method and apparatus for spinal cooling | |
| US20130325089A1 (en) | Method and apparatus for cooling the head or neck of a patient | |
| JP2002505156A (en) | Biological temperature control system and method | |
| BR112012033757B1 (en) | helmet to protect a user's brain and method of adapting a helmet body | |
| Neimark et al. | Brain temperature changes during selective cooling with endovascular intracarotid cold saline infusion: simulation using human data fitted with an integrated mathematical model | |
| Rasch et al. | Selective brain cooling is affected by wearing headgear during exercise | |
| Jordan et al. | Hypothermia: comparing technology | |
| RU2653794C1 (en) | Device for induction of controlled hypothermia of the brain | |
| Springborg et al. | First clinical experience with intranasal cooling for hyperthermia in brain-injured patients | |
| US20230010829A1 (en) | Patient targeted temperature management device and method | |
| Moomiaie et al. | Novel intracranial brain cooling catheter to mitigate brain injuries | |
| Elmer et al. | Temperature control after cardiac arrest | |
| KR101477612B1 (en) | Portable device for therapeutic hypothermia | |
| Iwata et al. | Brain temperature in newborn piglets under selective head cooling with minimal systemic hypothermia | |
| RU2741244C1 (en) | Device for temperature effect on hemispheres cerebral cortex | |
| Rubenstein et al. | Common carotid blood temperature |