RU2681261C1 - Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord - Google Patents
Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681261C1 RU2681261C1 RU2017144747A RU2017144747A RU2681261C1 RU 2681261 C1 RU2681261 C1 RU 2681261C1 RU 2017144747 A RU2017144747 A RU 2017144747A RU 2017144747 A RU2017144747 A RU 2017144747A RU 2681261 C1 RU2681261 C1 RU 2681261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- temperature
- spinal cord
- prosthesis
- wall
- Prior art date
Links
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 title claims abstract description 32
- 206010063036 Spinal cord oedema Diseases 0.000 title abstract description 5
- 208000020431 spinal cord injury Diseases 0.000 title abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 206010030113 Oedema Diseases 0.000 claims description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 8
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 14
- 230000002631 hypothermal effect Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 5
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 3
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 description 2
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 206010003694 Atrophy Diseases 0.000 description 1
- 101000651298 Homo sapiens TRAF-interacting protein with FHA domain-containing protein A Proteins 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 102100027651 TRAF-interacting protein with FHA domain-containing protein A Human genes 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037444 atrophy Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009414 blockwork Methods 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 210000001951 dura mater Anatomy 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000002684 laminectomy Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000004705 lumbosacral region Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001148 spastic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 208000011580 syndromic disease Diseases 0.000 description 1
- 230000008736 traumatic injury Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к спинальной нейрохирургии, вертебрологии, травматологии и ортопедии и может быть использовано для стабилизации травмированных сегментов позвоночника и для профилактики и лечения отека спинного мозга, его сосудов и корешков, при замене поврежденного позвонка протезом.The invention relates to medicine, namely to spinal neurosurgery, vertebrology, traumatology and orthopedics and can be used to stabilize injured segments of the spine and to prevent and treat edema of the spinal cord, its vessels and roots, when replacing a damaged vertebra with a prosthesis.
Известно, что при выполнении хирургических операций декомпрессии спинного мозга и стабилизации травмированных сегментов позвоночника с заменой позвонка протезом во всех случаях прогрессирует развитие отека спинного мозга с развитием ишемии и последующей гибели нейронов и проводящих путей. Одним из методов предотвращения и лечения прогрессирующего отека спинного мозга является локальная гипотермия.It is known that during surgical operations of decompression of the spinal cord and stabilization of the injured segments of the spine with the replacement of the vertebra with a prosthesis, in all cases the development of spinal cord edema progresses with the development of ischemia and subsequent death of neurons and pathways. One of the methods to prevent and treat progressive spinal cord edema is local hypothermia.
Эффекты искусственной гипотермии были описаны многими исследователями, которые обосновывали полученные положительные результаты увеличением толерантности ткани мозга к ишемии и гипоксии, уменьшением отека, снижением метаболической активности в поврежденных сегментах спинного мозга. Впервые локальная гипотермия спинного мозга во время оперативного лечения была описана в 1962 г. Д. Негрин, в 1965 г.он использовал ее при лечении спастического синдрома и отмечал положительный эффект. Так при локальной гипотермии при достижении температуры 26-27°С общее потребление кислорода тканями снижается на 40%, потребление кислорода мышцей сердца уменьшается на 50%, мозгом - на 33%, такое влияние метода обусловлено снижением метаболических процессов и уменьшением потребностей клеточных структур в кислороде.The effects of artificial hypothermia have been described by many researchers who substantiated the positive results obtained by increasing the tolerance of brain tissue to ischemia and hypoxia, reducing edema, and reducing metabolic activity in damaged segments of the spinal cord. For the first time, local hypothermia of the spinal cord during surgical treatment was described in 1962 by D. Negrin, in 1965 he used it in the treatment of spastic syndrome and noted a positive effect. So, with local hypothermia, when the temperature reaches 26-27 ° C, the total oxygen consumption of the tissues decreases by 40%, oxygen consumption by the heart muscle decreases by 50%, by the brain by 33%, this effect of the method is due to a decrease in metabolic processes and a decrease in the need for cellular structures in oxygen .
Известно устройство для проведения локальной гипотермии спинного мозга при осложненной позвоночно-спинномозговой травме (RU 122014, 2012). Устройство представляет собой жесткую трубку из теплоизолирующего материала с заглушенным дистальным концом, открытым проксимальным концом и каналом. Со стороны проксимального конца трубки размещен переходник для соединения канала с узлом для нагнетания охлажденной и отвода нагреваемой тканями жидкости в герметично закрепленный со стороны дистального конца трубки на ее боковой поверхности баллон из упругого формодержащего материала, что обеспечивает его расправление во время нагнетания жидкости и принятие формы уплощенного параллелепипеда.A device is known for conducting local hypothermia of the spinal cord in complicated spinal cord injury (RU 122014, 2012). The device is a rigid tube made of heat-insulating material with a blanked distal end, an open proximal end and a channel. On the proximal end of the tube there is an adapter for connecting the channel to the node for pumping the cooled and tissue-heated liquid into a container of elastic shaped material that is sealed from the side of the distal end of the tube on its lateral surface, which ensures its straightening during fluid injection and taking on the shape of a flattened parallelepiped.
При хирургическом лечении позвоночно-спинномозговой травмы известное устройство используется совместно со стабилизирующими устройствами. При этом недостатком конструкции является жесткость трубки, что при подводе ее к твердой мозговой оболочке не всегда обеспечивает правильную направленность баллона устройства, поэтому при нагнетании охлажденной жидкости укладка и расправление баллона вдуральном мешке часто становится помехой при установке, используемых стабилизирующих устройств. Кроме того, в послеоперационном периоде время локальной гипотермии ограничено, после чего устройство необходимо удалять.In the surgical treatment of spinal cord injury, the known device is used in conjunction with stabilizing devices. At the same time, the design flaw is the stiffness of the tube, which, when it is brought to the dura mater, does not always ensure the correct orientation of the device’s balloon, therefore, when the cooled liquid is injected, the laying and straightening of the balloon in the air bag often becomes an obstacle when installing stabilizing devices used. In addition, in the postoperative period, the time of local hypothermia is limited, after which the device must be removed.
Известно полупроводниковое термоэлектрическое устройство для локальной гипотермии спинного мозга, используемое при лечении травматических повреждений шейного и грудного отделов позвоночника (RU 2382617, 2010), содержащее сегментарную конструкцию, каждый сегмент которой имеет изогнутое теплоотводящее ребро и жидкостный теплообменник, при этом каждое теплоотводящее ребро представляет собой тепловую трубу, полость которой имеет слой капиллярно-пористого материала и заполнена теплоносителем, имеет титановое покрытие и снабжено ушками с отверстиями по боковым граням ребра, размещенными с возможностью пропускания через них стержня для стягивания сегментов. Система изменения температуры каждого теплоотводящего ребра состоит из полупроводникового термоэлектрического модуля, расположенного в прямой части теплоотводящего ребра, при этом горячий спай модуля находится в тепловом контакте с жидкостным теплообменником и совпадает с ним по размерам, а в криволинейно изогнутой части теплоотводящего ребра расположена термопара, подключенная к входу блока управления, выход которого связан с источником тока, питающим полупроводниковые электрические модули. Устройство крепится к мягким тканям.A semiconductor thermoelectric device for local hypothermia of the spinal cord is known to be used in the treatment of traumatic injuries of the cervical and thoracic spine (RU 2382617, 2010), containing a segmental structure, each segment of which has a curved heat-removing fin and a liquid heat exchanger, while each heat-removing rib is a thermal the pipe, the cavity of which has a layer of capillary-porous material and is filled with coolant, has a titanium coating and is equipped with ears with holes TIFA edges of the lateral faces, arranged with the possibility of passing therethrough a rod for tightening segments. The temperature change system of each heat-sink fin consists of a semiconductor thermoelectric module located in the straight part of the heat-sink fin, while the hot junction of the module is in thermal contact with the liquid heat exchanger and coincides in size with it, and a thermocouple connected to the curved curved part of the heat-sink fin is connected to the input of the control unit, the output of which is connected to a current source supplying semiconductor electrical modules. The device is attached to soft tissues.
Известное устройство имеет следующие недостатки: громоздкость исполнения и возможное ограничение при визуализации операционного поля, ограничение времени гипотермии временем оперативного вмешательства, отсутствие возможности управления режимами охлаждения и задания определенной программы управления. При этом, устройство является инородным телом в области хирургического лечения, что повышает риски вторичных инфекционных осложнений, необходимость выполнения ляминэктомии, что ведет к нарушению стабильности оперированных сегментов позвоночника, необратимой атрофии мышц заднего опорного комплекса. Кроме того, устройство не предназначено для стабилизации поврежденного позвоночного сегмента.The known device has the following disadvantages: cumbersome execution and possible limitation when visualizing the surgical field, limiting the time of hypothermia by the time of surgical intervention, the inability to control cooling modes and setting a specific control program. Moreover, the device is a foreign body in the field of surgical treatment, which increases the risks of secondary infectious complications, the need to perform a laminectomy, which leads to a violation of the stability of the operated segments of the spine, irreversible atrophy of the muscles of the back supporting complex. In addition, the device is not intended to stabilize the damaged vertebral segment.
Известно устройство-микрорадиатор для стабилизации позвоночника, профилактики и лечения отека спинного мозга (RU 2634641, 2017), выполненный в виде спирали из полой титановой трубки, спираль жестко соединена с вентральной пластиной, на поверхность которой выведены ее концы для соединения с Холодовыми магистралями, вентральная пластина имеет отверстия под фиксирующие винты. Устройство как протезирующий элемент стабилизирует травмированные сегменты позвоночника и одновременно осуществляет локальное охлаждение спинного мозга.A microradiator device is known for stabilization of the spine, prevention and treatment of spinal cord edema (RU 2634641, 2017), made in the form of a spiral from a hollow titanium tube, the spiral is rigidly connected to the ventral plate, the ends of which are brought out to connect with the Cold mains, ventral the plate has holes for fixing screws. The device as a prosthetic element stabilizes the injured segments of the spine and simultaneously provides local cooling of the spinal cord.
Однако в интраоперационном и послеоперационном периоде отсутствует возможность мониторинга температуры спинного мозга и прилегающих тканей в области соприкосновения, что не позволяет поддерживать оптимальную температуру охлаждения и скорость обновления теплоносителя. Невозможно дистанционно управлять процессом охлаждения с использованием программ управления режимами работы. Кроме того, необходимость вывода концов спирали через ткани организма наружу для соединения с Холодовыми магистралями создает риски инфекционных осложнений при длительном функционировании устройства, а подключение устройства к дополнительному оборудованию (насос, емкость с хладогентом) располагаемому рядом с телом человека исключает раннюю активизацию пациента и усложняет процесс реабилитации.However, in the intraoperative and postoperative period, it is not possible to monitor the temperature of the spinal cord and adjacent tissues in the area of contact, which does not allow maintaining the optimal cooling temperature and the rate of coolant renewal. It is not possible to remotely control the cooling process using operating mode programs. In addition, the need to bring the ends of the spiral out through the body tissues to connect with the Cold lines creates risks of infectious complications during long-term operation of the device, and connecting the device to additional equipment (pump, container with refrigerant) located next to the human body eliminates the early activation of the patient and complicates the process rehabilitation.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание простого в исполнении и автономного в работе протеза тела позвонка, обеспечивающего стабилизацию позвоночного сегмента, локальное охлаждение с мониторингом температуры спинного мозга и прилегающих тканей при беспроводной передаче данных и с управлением процессом охлаждения, что ускоряет процесс реабилитации пациента после операции по замене позвонка.The problem to which the invention is directed, is to create a simple-to-use and autonomous prosthesis of the vertebral body that provides stabilization of the vertebral segment, local cooling with monitoring of the temperature of the spinal cord and adjacent tissues during wireless data transfer and with control of the cooling process, which accelerates the rehabilitation process patient after vertebral replacement surgery.
Техническим результатом заявляемого технического решения является стабилизация позвоночного сегмента с обеспечением оптимальной температуры охлаждения в месте соприкосновения протеза позвонка и спинного мозга за счет беспроводного мониторинга и управления процессом охлаждения с внешней ЭВМ.The technical result of the claimed technical solution is the stabilization of the vertebral segment with the optimal cooling temperature at the point of contact between the prosthesis and the spinal cord due to wireless monitoring and control of the cooling process with an external computer.
Для достижения технического результата устройство для лечения повреждений позвоночника и отека спинного мозга выполнено в виде протеза тела позвонка с полым корпусом, в дорзальной (передней) и вентральной (задней) стенках которого выполнены отверстия для датчиков температуры, вентральная стенка имеет округлую поверхность, в дорзальной стенке выполнен желобообразный канал, в полом корпусе протеза установлена система охлаждения, которая включает блок, содержащий, по меньшей мере, один модуль связи; блок, содержащий, по меньшей мере, один микроконтроллер; блок, содержащий, по меньшей мере, один аккумулятор; блок, содержащий по меньшей мере, один элемент Пельтье; блок, содержащий, по меньшей мере, один датчик температуры; блок, содержащий, по меньшей мере, одну антенну зарядного устройства; при этом каждый из указанных блоков соединен входом питания с выходами питания, содержащегося в системе охлаждения блока коммутации и питания; выход управления блока, содержащего, по меньшей мере, один модуль связи, соединен с выходом управления блока, содержащего, по меньшей мере, один микроконтроллер; выход управления блока, содержащего, по меньшей мере, один микроконтроллер, соединен с выходами управления блока коммутации и питания; выход данных блока, содержащего, по меньшей мере, один датчик температуры, соединен с выходом данных блока, содержащего, по меньшей мере, один микроконтроллер; причем память блока, содержащего, по меньшей мере, один микроконтроллер, имеет программу управления температурой охлаждения и связи с внешней ЭВМ; блок, содержащий, по меньшей мере, один датчик температуры, содержит, по меньшей мере, один датчик температуры для измерения температуры спинного мозга, расположенный в отверстии(ях) дорзальной стенки корпуса протеза позвонка и, по меньшей мере, один датчик температуры для измерения температуры прилегающих тканей в отверстии(ях) вентральной поверхности стенки протеза, при этом датчики изолированы от основного материала корпуса теплоизолирующей подкладкой, а блок, содержащий, по меньшей мере, один элемент Пельтье расположен вдоль дорзальной стенки протеза.To achieve a technical result, a device for treating injuries of the spine and edema of the spinal cord is made in the form of a prosthesis of the vertebral body with a hollow body, in the dorsal (front) and ventral (back) walls of which holes are made for temperature sensors, the ventral wall has a rounded surface, in the dorsal wall a gutter-shaped channel is made, a cooling system is installed in the hollow prosthesis body, which includes a unit containing at least one communication module; a unit comprising at least one microcontroller; a unit containing at least one battery; a block containing at least one Peltier element; a unit comprising at least one temperature sensor; a unit comprising at least one antenna of a charger; wherein each of these units is connected by a power input to the power outputs contained in the cooling system of the switching unit and power; the control output of the unit containing at least one communication module is connected to the control output of the unit containing at least one microcontroller; the control output of the unit containing at least one microcontroller connected to the control outputs of the switching and power unit; the data output of the block containing at least one temperature sensor is connected to the data output of the block containing at least one microcontroller; moreover, the memory of the block containing at least one microcontroller has a program for controlling the temperature of cooling and communication with an external computer; the unit containing at least one temperature sensor contains at least one temperature sensor for measuring the temperature of the spinal cord located in the hole (s) of the dorsal wall of the vertebral prosthesis body and at least one temperature sensor for measuring temperature adjacent tissues in the hole (s) of the ventral surface of the prosthesis wall, while the sensors are isolated from the main body material by a heat-insulating lining, and the block containing at least one Peltier element is located along the dorsal Second prosthesis wall.
Выполнение устройства в виде протеза тела позвонка с полым корпусом, позволяет использовать устройство как протез позвонка для замены поврежденного позвонка и надежной стабилизации позвоночного сегмента, так и размещение в нем системы охлаждения. Выполнение в дорзальной стенке корпуса желобообразного канала с отверстиями позволяет приблизить, расположенные в них датчики температуры к спинному мозгу для измерения его температуры. Выполнение отверстий на вентральной стенке позволяет максимально приблизить датчик температуры к аорте для измерения температуры стенки аорты.The implementation of the device in the form of a prosthesis of the vertebral body with a hollow body, allows you to use the device as a prosthesis of the vertebra to replace the damaged vertebra and reliable stabilization of the vertebral segment, and the placement of a cooling system in it. Performing in the dorsal wall of the body of the trough channel with holes allows you to bring the temperature sensors located in them to the spinal cord to measure its temperature. The holes on the ventral wall make it possible to bring the temperature sensor as close to the aorta as possible to measure the temperature of the aortic wall.
Размещение в полом корпусе устройства блока, который содержит по меньшей мере один датчик температуры, расположенный в отверстии(ях) дорзальной стенки корпуса протеза и, по меньшей мере, один датчик температуры в отверстии(ях) вентральной поверхности стенки протеза, блока, содержащего по меньшей мере один микроконтроллер, блока, содержащего по меньшей мере, один модуль связи позволяет обеспечить мониторинг температуры спинного мозга и прилегающих тканей в области соприкосновения с беспроводной передачей данных на внешнюю ЭВМ для оптимального выбора температуры. Установка датчиков температуры в определенных местах корпуса протеза позвонка позволяет осуществлять снятие температурных данных в точках спинного мозга и получать контрольные данные по температуре прилегающих тканей. Установка блока микроконтроллеров, блока модулей связи и блока элементов Пельтье позволяет обеспечить охлаждение спинного мозга и прилегающих тканей в области соприкосновения с протезом позвонка, а также осуществлять беспроводную передачу данных на внешнюю ЭВМ и беспроводное управление режимами охлаждения по заданной программе как во время оперативного вмешательства, так и пролонгировано в послеоперационном периоде.Placing a block in the hollow body of the device, which contains at least one temperature sensor located in the hole (s) of the dorsal wall of the prosthesis body and at least one temperature sensor in the hole (s) of the ventral surface of the prosthesis wall, a block containing at least at least one microcontroller of a block containing at least one communication module allows monitoring the temperature of the spinal cord and adjacent tissues in the area of contact with wireless data transfer to an external computer for optimal temperature selection. The installation of temperature sensors in certain places of the vertebral prosthesis body allows the temperature data to be taken at the points of the spinal cord and to obtain control data on the temperature of adjacent tissues. The installation of a microcontroller block, a block of communication modules, and a block of Peltier elements allows for cooling of the spinal cord and adjacent tissues in the area of contact with the vertebral prosthesis, as well as wireless data transmission to an external computer and wireless control of cooling modes according to a given program during surgery, either and prolonged in the postoperative period.
Использование программы, установленной в памяти блока, содержащего по меньшей мере один микроконтроллер позволяет автоматизировать сбор данных с датчиков температуры, связываться с внешней ЭВМ для управления режимами работы охлаждения с поддержанием оптимальной температуры.Using a program installed in the memory of a unit containing at least one microcontroller allows you to automate the collection of data from temperature sensors, communicate with an external computer to control cooling operation modes while maintaining the optimum temperature.
Установка блока, содержащего по меньшей мере один аккумулятор, блока, содержащего по меньшей мере, одну антенну зарядного устройства, блока коммутации и питания позволяет обеспечить автономную работу устройства, беспроводную зарядку без контакта через ткани организма с наружными устройствами, что снижает риски инфекционных осложнений при длительном функционировании устройства, а также позволяет проводить раннюю активизацию пациента, упрощая процесс реабилитации. Наличие рядом с телом пациента дополнительного оборудования требуется только на время подзарядки.The installation of a unit containing at least one battery, a unit containing at least one antenna of a charger, a switching and power unit allows for autonomous operation of the device, wireless charging without contact through body tissues with external devices, which reduces the risk of infectious complications during prolonged the functioning of the device, and also allows for early activation of the patient, simplifying the rehabilitation process. The presence of additional equipment near the patient’s body is required only for the time of recharging.
Таким образом, предлагаемое устройство просто в исполнении, автономно в работе и обеспечивает надежную стабилизацию позвоночного сегмента и локальное охлаждение места соприкосновения спинного мозга и прилегающих тканей с поверхностью протеза тела позвонка с поддержанием оптимальной температуры охлаждения за счет беспроводного мониторинга и управления процессом охлаждения с внешней ЭВМ.Thus, the proposed device is simple in execution, autonomous in operation and provides reliable stabilization of the vertebral segment and local cooling of the place of contact of the spinal cord and adjacent tissues with the surface of the prosthesis of the vertebral body while maintaining the optimum cooling temperature due to wireless monitoring and control of the cooling process from an external computer.
На Фиг. 1 приведена схема конструкторского расположения блоков системы охлаждения (отверстия в стенках корпуса не показаны): А - вид 3D; Б - вид сверху; В - сечение под блоком коммутации и питания (вид сверху).In FIG. 1 shows a diagram of the design arrangement of the cooling system blocks (holes in the walls of the case are not shown): A - 3D view; B - top view; B - section under the switching and power unit (top view).
На Фиг. 2 - блок-схема системы охлаждения.In FIG. 2 is a block diagram of a cooling system.
Устройство для лечения повреждений позвоночника и отеков спинного мозга выполнено в виде протеза тела позвонка (Фиг. 1) и содержит полый корпус, с установленной в него системой охлаждения (Фиг. 2). Корпус устройства имеет вентральную стенку 1 с округлой поверхностью и дорзальную стенку 2, в которой выполнен желобообразный канал 3. В дорзальной и вентральной стенках корпуса протеза позвонка выполнены отверстия (на Фиг. не показаны). Например, для грудного отдела позвоночника на вентральной стенке выполнено отверстие, расположенное на середине высоты корпуса с отклонением от центральной линии влево по радиусу на 45 градусов в аксиальной плоскости, а в желобообразном канале дорзальной стенки протеза выполнены два отверстия, расположенные на расстоянии 5 мм от верхнего и нижнего края корпуса. Количество отверстий в стенках протеза позвонка выполняется индивидуально и зависит от типоразмера протеза позвонка (шейный, грудной, поясничный) и количества датчиков температуры системы охлаждения, что обеспечивает передачу достоверной информации о температуре в точках спинного мозга и прилегающих тканей.A device for treating injuries of the spine and edema of the spinal cord is made in the form of a prosthesis of the vertebral body (Fig. 1) and contains a hollow body with a cooling system installed in it (Fig. 2). The device body has a
Блок-схема системы охлаждения (Фиг. 2) содержит блок коммутации и питания 4, блок, содержащий, по меньшей мере один модуль связи 5, блок, содержащий по меньшей мере, один микроконтроллер 6, блок, содержащий, по меньшей мере, один аккумулятор 7, блок, содержащий, по меньшей мере один элемент Пельтье 8, блок, содержащий, по меньшей мере один датчик температуры 9, блок, содержащий, по меньшей мере одну антенну зарядного устройства 10. Каждый из блоков: модулей связи 5, микроконтроллеров 6, аккумуляторов 7, элементов Пельтье 8, датчиков температуры 9, антенн зарядного устройства 10, соединены входом питания с выходами питания блока коммутации и питания 4, выход управления блока модулей связи 5 соединен с выходами управления блока микроконтроллеров 6, выход управления блока микроконтроллеров 6 соединен с выходами управления блока коммутации и питания 4, выход данных блока датчиков температуры 9 соединен с выходом данных блока микроконтроллеров 6. В памяти блока микроконтроллеров 6 расположена программа управления температурой охлаждения и связи с внешней ЭВМ, имеющая несколько режимов работы (в интраоперационном и в послеоперационном периодах). Датчики температуры расположены в отверстиях корпуса протеза тела позвонка в местах соприкосновения со спинным мозгом и прилегающими тканями. Например, для протеза грудного отдела позвоночника датчики расположены: один - в отверстии вентральной стенки корпуса для измерения температуры стенки аорты и два - в отверстиях дорзальной стенки корпуса для измерения температуры спинного мозга. Датчики изолированы от основного материала корпуса теплоизолирующей подкладкой. Блок элементов Пельтье расположен вдоль дорзальной стенки протеза.The block diagram of the cooling system (Fig. 2) contains a switching and
Протез тела позвонка выполнен различных типоразмеров по длине, высоте и ширине для шейного, грудного и поясничных отделов, а встраиваемая система охлаждения может иметь: блок содержащий, один модуль связи или более модулей связи, блок, содержащий один микроконтроллер или более микроконтроллеров, блок, содержащий один аккумулятор или несколько аккумуляторов, блок, содержащий один элемент Пельтье или несколько элементов Пельтье, блок, содержащий одну антенну зарядного устройства или несколько антенн, блок, содержащий один датчик температуры или несколько датчиков температуры для измерения температуры спинного мозга и измерения прилегающих тканей.The prosthesis of the vertebral body is made of various sizes in length, height and width for the cervical, thoracic and lumbar regions, and the built-in cooling system may have: a unit containing one communication module or more communication modules, a unit containing one microcontroller or more microcontrollers, a unit containing one battery or several batteries, a unit containing one Peltier element or several Peltier elements, a unit containing one charger antenna or several antennas, a unit containing one temperature sensor ry or more temperature sensors for measuring the temperature of the spinal cord and surrounding tissues measurement.
В работоспособное состояние устройство перед операцией приводят следующим образом: перед установкой протеза тела позвонка включают блок коммутации и питания, герметизируют корпус, помещают устройство на беспроводную зарядную станцию, полностью заряжают, дезинфицируют и устанавливают пациенту. Во время операции локальное охлаждение спинного мозга осуществляют по заданной программе, контролируя температуру спинного мозга и прилегающих тканей. По завершению операции с помощью внешней ЭВМ устанавливают связь с устройством и задают рабочий режим охлаждения, управление которым осуществляют при мониторинге за значениями температуры, передаваемые с блока датчиков температуры в послеоперационном периоде.The device is brought into working condition before the operation as follows: before installing the prosthesis of the vertebral body, they include a switching and power unit, seal the case, place the device on a wireless charging station, fully charge, disinfect and install the patient. During the operation, local cooling of the spinal cord is carried out according to a predetermined program, controlling the temperature of the spinal cord and adjacent tissues. Upon completion of the operation, an external computer is used to establish a connection with the device and set the operating cooling mode, which is controlled by monitoring the temperature values transmitted from the block of temperature sensors in the postoperative period.
Установленная в блоке микроконтроллеров программа, работает следующим образом: после включения блока микроконтроллеров настраивает работу блок модулей связи, переходит в режим приема информации в блок микроконтроллеров от модулей связи. После получения команды, происходит анализ команды, в зависимости от полученного номера рабочего режима, происходит следующее, блок микроконтроллеров дает команду на включение блока элементов Пельтье, путем установления логической единицы в один из логических портов, при этом блок контроллеров получает температуру от блока датчиков температуры, при выходе за границы температуры рабочего режима, переданного в команде, происходит отключение блоков элементов Пельтье, и продолжается мониторинг температуры, с включением и отключением элементов Пельтье. При этом блок микроконтроллеров осуществляет проверку команд приходящих от блока модулей связи, при поступлении определенной команды программа может быть переведена на исполнение другого режима.The program installed in the microcontroller block works as follows: after switching on the microcontroller block, the block of communication modules sets up the operation, switches to the mode of receiving information in the block of microcontrollers from the communication modules. After receiving the command, the command is analyzed, depending on the received operating mode number, the following occurs, the microcontroller block gives the command to turn on the Peltier element block by setting the logical unit to one of the logical ports, while the controller block receives temperature from the temperature sensor block, when the temperature of the operating mode transmitted in the command is exceeded, the blocks of Peltier elements are turned off, and temperature monitoring continues, with the elec ENTOV Peltier. In this case, the block of microcontrollers checks the commands coming from the block of communication modules, when a certain command is received, the program can be transferred to another mode.
Возможны следующие режимы работы:The following operating modes are possible:
Режим 1 - программа измеряет температуры и передает ее на внешнюю ЭВМ, при этом ожидает прием команды на переход в другой режим;Mode 1 - the program measures the temperature and transfers it to an external computer, while waiting for the receipt of a command to switch to another mode;
Режим 2 - программа поддерживает значение температуры, полученное вместе с командой, при невозможности достижения заданной температуры продолжает охлаждение;Mode 2 - the program maintains the temperature value obtained with the command; if it is not possible to reach the set temperature, it continues cooling;
Режим 3 - программа поддерживает значение температуры в ручном режиме;Mode 3 - the program supports the temperature value in manual mode;
Режим 4 - программа обеспечивает максимальное охлаждение в импульсном режиме по достижению значение температуры, полученное вместе с командой, в случае невозможности достижения режим продолжается исполнятся;Mode 4 - the program provides maximum cooling in a pulsed mode upon reaching the temperature value obtained together with the command; if it is impossible to achieve, the mode continues to be executed;
Режим 5 - программа переходит в режим полного отключения имплантата;Mode 5 - the program switches to the complete shutdown mode of the implant;
При необходимости возможно устанавливать дополнительные режимы работы.If necessary, it is possible to set additional operating modes.
Устройство работает следующим образом: после включения блока коммутации и питания, блок подает питание на блок модулей связи, блок микроконтроллеров, блок датчиков температуры. Блок микроконтроллеров начинает выполнение программы, настраивает беспроводную передачу данных с помощью блока модулей связи. Далее блок микроконтроллеров опрашивает блок датчиков температуры, преобразует информацию и постоянно передает данные на внешнюю ЭВМ, и переходит в режим ожидания команды от управляющей ЭВМ для включения режима охлаждения. Блок микроконтроллеров при получении команды от внешней ЭВМ через блок модулей связи о включении режима охлаждения осуществляет включение блока элементов Пельтье путем подачи управляющего сигнала на блок коммутации и питания. При достижении заданной в программе температуре блок микроконтроллеров отключает элементы Пельтье через блок коммутации и питания до момента пока температура не начнет расти, и снова включает охлаждение. Действие происходит циклично до получения команды от внешней ЭВМ на отключение или разрядки аккумуляторов, после беспроводной зарядки работа устройства может быть продолжена.The device operates as follows: after switching on the switching and power supply unit, the unit supplies power to the communication module unit, the microcontroller unit, and the temperature sensor unit. The microcontroller block starts the program, sets up wireless data transfer using the block of communication modules. Next, the block of microcontrollers polls the block of temperature sensors, converts information and constantly transmits data to an external computer, and goes into standby mode from a host computer to turn on cooling mode. When receiving a command from an external computer through a block of communication modules to turn on the cooling mode, the microcontroller block activates the block of Peltier elements by supplying a control signal to the switching and power block. When the temperature set in the program is reached, the microcontroller block disconnects the Peltier elements through the switching and power unit until the temperature starts to rise, and turns on the cooling again. The action takes place cyclically until a command is received from the external computer to disconnect or discharge the batteries; after wireless charging, the operation of the device can be continued.
Для технической реализации заявленного устройства используют готовые модули (один или более):For the technical implementation of the claimed device using ready-made modules (one or more):
1) блок модулей связи - модули BluetoothHC-05;1) block of communication modules - BluetoothHC-05 modules;
2) блок микроконтроллеров - микроконтроллеры ArduinoProMini;2) microcontroller unit - ArduinoProMini microcontrollers;
3) блок аккумуляторов - аккумуляторы LP601730-РСМ;3) battery pack - LP601730-PCM batteries;
4) блок элементов Пельтье - элементы Пельтье ТВ-66-0.45-1.3;4) a block of Peltier elements - Peltier elements TV-66-0.45-1.3;
5) блок датчиков температуры - датчики температуры DS18b20;5) block of temperature sensors - temperature sensors DS18b20;
Таким образом, заявляемое устройство используется как протезирующий элемент для надежной стабилизации позвоночника и одновременно обеспечивает локальное охлаждение спинного мозга, при автономной беспроводной работе в организме, осуществляя мониторинг температуры, беспроводную передачу данных на внешнюю ЭВМ, беспроводное управление режимом охлаждения и беспроводную зарядку аккумуляторов.Thus, the inventive device is used as a prosthetic element for reliable stabilization of the spine and at the same time provides local cooling of the spinal cord during autonomous wireless work in the body, monitoring temperature, wireless data transfer to an external computer, wireless control of the cooling mode and wireless charging of batteries.
Используемые источникиSources used
1. Negrin J: Selective local hypothermia in neurosurgery / J.Negrin // Neurology. 1965. Vol. 15, №1. p. 272.1. Negrin J: Selective local hypothermia in neurosurgery / J. Negrin // Neurology. 1965. Vol. 15, No. 1. p. 272.
2. Карасев C.A. с соавт. Перкутанная транслюминальная локальная фармакоперфузия в лечении вертеброгенных стенозирующих поражений // II съезд нейрохирургов РФ. - СПб., 1998. - С. 287.2. Karasev C.A. et al. Percutaneous transluminal local pharmacoperfusion in the treatment of vertebrogenic stenotic lesions // II Congress of Neurosurgeons of the Russian Federation. - SPb., 1998 .-- S. 287.
3. CASAS СЕ. et al. Effects of epidural hypothermic saline infusion on locomotor outcome and tissue preservation after moderate thoracic spinal cord contusion in rats // Neurosurg Spine. - 2005 Mar; 2(3): 308-18.3. CASAS CE. et al. Effects of epidural hypothermic saline infusion on locomotor outcome and tissue preservation after moderate thoracic spinal cord contusion in rats // Neurosurg Spine. - 2005 Mar; 2 (3): 308-18.
4. DIETRICH W.D. et al. Systemic hypothermia for the treatment of acute cervical spinal cord injury in sports // Curr Sports Med Rep. - 2011 Jan-Feb; 10(1): 50-4.4. DIETRICH W.D. et al. Systemic hypothermia for the treatment of acute cervical spinal cord injury in sports // Curr Sports Med Rep. - 2011 Jan-Feb; 10 (1): 50-4.
5. ТУМАКАЕВ Р.Ф. Гипотермия спинного мозга // Вопросы нейрохирургии. - 2010, 2, с. 51-54.5. TUMAKAEV R.F. Hypothermia of the spinal cord // Questions of neurosurgery. - 2010, 2, p. 51-54.
6. IUMASHEV G.S. ет al. Use of local hypothermia in complicated spinal injuries (clinical and experimental studies). Vesty Ross. Akad. Med. Nauk. 1995; (10): 24-9.6. IUMASHEV G.S. et al. Use of local hypothermia in complicated spinal injuries (clinical and experimental studies). Vesty Ross. Akad. Med. Nauk. 1995; (10): 24-9.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144747A RU2681261C1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144747A RU2681261C1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2681261C1 true RU2681261C1 (en) | 2019-03-05 |
Family
ID=65632710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144747A RU2681261C1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681261C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1198208A1 (en) * | 1999-05-05 | 2002-04-24 | MICHELSON, Gary Karlin | Nested interbody spinal fusion implants |
| RU2382617C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-02-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric device for local spinal marrow hypothermia |
| RU122014U1 (en) * | 2012-06-13 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ФГБУ "СарНИИТО" Минздравсоцразвития России) | DEVICE FOR LOCAL HYPOTHERMIA OF THE SPINAL CORD |
| RU2634641C1 (en) * | 2016-09-20 | 2017-11-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ОРФО" (ООО "ОРФО") | Method for stabilising spinal column, preventing and treating spinal cord swelling and device for its implementation |
-
2017
- 2017-12-19 RU RU2017144747A patent/RU2681261C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1198208A1 (en) * | 1999-05-05 | 2002-04-24 | MICHELSON, Gary Karlin | Nested interbody spinal fusion implants |
| RU2382617C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-02-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric device for local spinal marrow hypothermia |
| RU122014U1 (en) * | 2012-06-13 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ФГБУ "СарНИИТО" Минздравсоцразвития России) | DEVICE FOR LOCAL HYPOTHERMIA OF THE SPINAL CORD |
| RU2634641C1 (en) * | 2016-09-20 | 2017-11-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ОРФО" (ООО "ОРФО") | Method for stabilising spinal column, preventing and treating spinal cord swelling and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10772760B2 (en) | Implantable devices for thermal therapy and related methods | |
| US8523930B2 (en) | Methods and devices for cooling spinal tissue | |
| US10456187B2 (en) | Modulating nerves within bone using bone fasteners | |
| US11123222B2 (en) | Methods and devices for applying localized thermal therapy | |
| US8721642B1 (en) | Tissue cooling clamps and related methods | |
| US20210236328A1 (en) | Apparatus and method for thermal blockade of nerves | |
| US20220071802A1 (en) | Systems and methods for treatment of obstructive sleep apnea | |
| WO2016004295A1 (en) | Cryotherapy devices and methods with alternating cooling and heating to limit ischemic injury and to enhance wound healing | |
| RU2681261C1 (en) | Device for treatment of spinal cord injuries and edema of spinal cord | |
| RU2634641C1 (en) | Method for stabilising spinal column, preventing and treating spinal cord swelling and device for its implementation | |
| RU177347U1 (en) | Device for local hypothermia of the spinal cord and restoration of stability of the spine during traumatic injuries | |
| EP4076632B1 (en) | Apparatus for thermal blockade of nerves | |
| KR200186504Y1 (en) | Therapy device for prostate diseases by using thermoelectric element | |
| US11395698B2 (en) | System and method for measuring heat transfer due to local tissue perfusion prior to an ablation procedure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201220 |