RU2382617C1 - Thermoelectric device for local spinal marrow hypothermia - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: device contains segmented construction, each segment of which has curved heat-eliminating rib and liquid heat-exchanger. Each heat-eliminating rib represents heat pipe, whose cavity has layer of capillary-porous material and is filled with heat-carrier, has titanium coating and is provided with eyes with holes on lateral faces of rib, located with possibility of passing through them of rod for drawing segments together. System of changing temperature of each heat-eliminating rib consists of semiconductor thermoelectric unit, located in straight part of heat-eliminating rib. In curvilinearly bent part of heat-eliminating rib located is thermocouple connected to inlet of control unit, whose outlet is connected with current source, feeding semi-conductor electric units.

EFFECT: application of invention allows to increase accuracy of task and regulation of heat-eliminating rib temperature in process of operative intervention.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, может быть использовано в нейрохирургии и предназначено для лечения травм и заболеваний спинного мозга.The invention relates to medicine, can be used in neurosurgery and is intended for the treatment of injuries and diseases of the spinal cord.

Гипотермия спинного мозга, осуществляемая в процессе оперативного вмешательства, по мнению многих авторов, позволяет снизить отек спинного мозга во время охлаждения, уменьшить кровотечение в операционной ране, что существенно облегчает течение оперативного вмешательства и улучшает послеоперационный исход больных.Hypothermia of the spinal cord during surgery, according to many authors, can reduce spinal cord edema during cooling, reduce bleeding in the surgical wound, which greatly facilitates the course of surgical intervention and improves the postoperative outcome of patients.

Известно устройство для локальной гипотермии спинного мозга и прилегающих тканей [1], содержащее корпус с каналом для прохождения хладагента и патрубками для его подвода и отвода, выполненный из титана в форме криволинейно изогнутого теплоотводящего ребра, поверхности которого образованы пересечением двух окружностей одного радиуса с межцентровым расстоянием, равным 1/4-1/5 радиуса, и с фиксационными отверстиями на выпуклой поверхности корпуса.A device for local hypothermia of the spinal cord and adjacent tissues [1], comprising a housing with a channel for passing the refrigerant and pipes for its supply and removal, made of titanium in the form of a curved curved heat-removing rib, the surfaces of which are formed by the intersection of two circles of the same radius with the center distance equal to 1 / 4-1 / 5 of the radius, and with fixing holes on the convex surface of the housing.

Указанное устройство обладает рядом недостатков, а именно: недостаточной точностью регулировки температуры теплоотводящего ребра, связанной с невозможностью точной регулировки температуры охлаждающей его жидкости; инерционностью процесса в результате использования жидкого хладагента; стационарной длиной устройства, что делает его использование недостаточно удобным в связи с возможностью варьирования длины операбельного участка.The specified device has several disadvantages, namely: insufficient accuracy of temperature control of the heat-removing ribs, associated with the inability to accurately adjust the temperature of the cooling liquid; the inertia of the process as a result of the use of liquid refrigerant; the stationary length of the device, which makes its use insufficiently convenient due to the possibility of varying the length of the operable area.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности задания и регулировки температуры теплоотводящего ребра в процессе оперативного вмешательства, позволяющего варьировать длину устройства благодаря секционной конструкции.The aim of the invention is to increase the accuracy of setting and adjusting the temperature of the heat-removing ribs during surgery, which allows you to vary the length of the device due to the sectional design.

Для достижения этой цели предлагается устройство с сегментарной сборной конструкцией, каждый сегмент которого содержит теплоотводящее ребро, прилегающее к тканям операционной раны. Ребро представляет собой тепловую трубу, выполненную из меди с титановым покрытием, полость которой имеет слой капиллярно-пористого материала и заполнена теплоносителем, а также имеет прямую и криволинейно изогнутую части. Система изменения температуры теплоотводящего ребра состоит из полупроводникового термоэлектрического модуля, имеющего индивидуальное питание от источника тока, управляющее воздействие на который формируется блоком управления в соответствии с сигналами, поступающими от термопары, расположенной в криволинейно изогнутой части теплоотводящего ребра, и жидкостного теплообменника, который охлаждает горячий спай полупроводникового термоэлектрического модуля.To achieve this goal, a device with a segmental prefabricated structure is proposed, each segment of which contains a heat-removing rib adjacent to the tissues of the surgical wound. The rib is a heat pipe made of copper with a titanium coating, the cavity of which has a layer of capillary-porous material and is filled with coolant, and also has a straight and curved part. The system for changing the temperature of the heat sink fin consists of a semiconductor thermoelectric module that is individually powered by a current source, the control action of which is generated by the control unit in accordance with the signals from a thermocouple located in the curved curved part of the heat sink fin, and a liquid heat exchanger that cools the hot junction semiconductor thermoelectric module.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.The structural diagram of the proposed device is shown in the drawing.

Устройство состоит из сборных сегментов. Каждый сегмент содержит теплоотводящее ребро 1, представляющее собой тепловую трубу, выполненную из меди с титановым покрытием. Внутренняя полость теплоотводящего ребра 1 покрыта слоем 2 капиллярно-пористого материала. Теплоотводящее ребро 1 состоит из изогнутой части 3 и прямой части 4. Прямая часть 4 находится в тепловом контакте с холодным спаем 5 полупроводникового термоэлектрического модуля 6. Горячий спай 7 термоэлектрического модуля 6, в свою очередь, находится в тепловом контакте с высокотеплопроводным жидкостным теплообменником 8, совпадающим по площади с горячим спаем 7. Теплообменник 8 имеет канал 9 для прохождения по нему охлаждающей жидкости (это может быть и проточная вода) и штуцеры 10 для подключения к нему гибких шлангов. Изогнутая часть 3 теплоотводящего ребра 1 выполнена с определенным для аналога устройства [1] радиусом окружности 80 мм и имеет термопару 11, сигналы с которой поступают на вход блока управления 12, выход последнего связан с входом источника тока 13, который питает полупроводниковые термоэлектрические модули 6. Теплоотводящее ребро 1 каждого сегмента содержит фиксационные отверстия 14 для крепления устройства к тканям организма и ушки с отверстиями 15 по боковым граням теплоотводящего ребра 1 для пропускания стержня 16 при стягивании сегментов.The device consists of prefabricated segments. Each segment contains a heat sink rib 1, which is a heat pipe made of copper with a titanium coating. The inner cavity of the heat sink rib 1 is covered with a layer 2 of capillary-porous material. The heat-removing rib 1 consists of a curved part 3 and a straight part 4. The direct part 4 is in thermal contact with the cold junction 5 of the semiconductor thermoelectric module 6. The hot junction 7 of the thermoelectric module 6, in turn, is in thermal contact with a highly heat-conducting liquid heat exchanger 8, coinciding in area with the hot junction 7. The heat exchanger 8 has a channel 9 for the passage of coolant through it (it can also be running water) and fittings 10 for connecting flexible hoses to it. The curved part 3 of the heat-removing rib 1 is made with a circle radius of 80 mm defined for the analog of the device [1] and has a thermocouple 11, the signals from which are fed to the input of the control unit 12, the output of the latter is connected to the input of the current source 13, which supplies the semiconductor thermoelectric modules 6. The heat-removing rib 1 of each segment contains fixation holes 14 for attaching the device to body tissues and ears with holes 15 along the lateral faces of the heat-removing rib 1 for passing the rod 16 when pulling together the segments.

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.The principle of operation of the proposed device is as follows.

Перед началом работы определяют необходимое для данного оперативного вмешательства количество сегментов и стягивают их при помощи стержня 16, который пропускают через отверстия 15 в ушках, расположенных по боковым граням теплоотводящего ребра 1. Через фиксационные отверстия 14 устройство пришивается к мягким тканям. При этом изогнутую часть 3 теплоотводящего ребра 1 вводят под ствол спинного мозга. Далее устанавливают на блоке управления 12 необходимую температуру воздействия и начинают процедуру охлаждения. При этом определенная блоком управления 12 величина тока, питающего от источника тока 13 полупроводниковые термоэлектрические модули 6, задает температуру воздействия, которая контролируется при помощи термопар 11, расположенных в изогнутой части 3 теплоотводящего ребра 1. В соответствии с поступившими от термопар 11 сигналами на вход блока управления 12, в случае несоответствия фактических и установленных температур, происходит корректировка величины тока, питающего полупроводниковые термоэлектрические модули 6. Холодный спай 5 полупроводникового термоэлектрического модуля 6 охлаждает прямую часть 4 теплоотводящего ребра 1 и, соответственно, расположенный в этой части слой 2 капиллярно-пористого материала до температуры конденсации теплоносителя, которым заполнено теплоотводящее ребро. Наличие слоя 2 капиллярно-пористого материала будет способствовать продвижению теплоносителя в изогнутую часть 3, контактирующую с биологическими тканями, где при повышении температуры теплоноситель будет испаряться. Горячий спай 7 охлаждается при помощи жидкостного теплообменника 8, находящегося с ним в тепловом контакте и имеющего канал 9 для прохождения по нему охлаждающей жидкости и штуцеры 10 для подключения к нему гибких шлангов.Before starting work, determine the number of segments necessary for this surgical intervention and tighten them using a rod 16, which is passed through holes 15 in the ears located along the lateral edges of the heat-removing rib 1. Through the fixation holes 14, the device is sewn to soft tissues. In this case, the curved part 3 of the heat-removing rib 1 is inserted under the spinal cord trunk. Next, the necessary exposure temperature is set on the control unit 12 and the cooling procedure is started. In this case, the amount of current determined by the control unit 12, which supplies semiconductor thermoelectric modules 6 from the current source 13, sets the exposure temperature, which is controlled by thermocouples 11 located in the curved part 3 of the heat-removing ribs 1. In accordance with the signals received from the thermocouples 11 to the input of the unit control 12, in case of discrepancy between the actual and the set temperatures, the current that feeds the semiconductor thermoelectric modules is corrected 6. Cold junction 5 semiconductor nickel thermoelectric module 6 cools the direct part 4 of the heat-removing ribs 1 and, accordingly, the layer 2 of the capillary-porous material located in this part to the condensation temperature of the coolant with which the heat-removing rib is filled. The presence of a layer 2 of capillary-porous material will promote the advancement of the coolant into the curved part 3 in contact with biological tissues, where the coolant will evaporate with increasing temperature. The hot junction 7 is cooled by means of a liquid heat exchanger 8, which is in thermal contact with it and having a channel 9 for passage of coolant through it and fittings 10 for connecting flexible hoses to it.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР №1769864, кл. А61В 17/36, 1990.1. USSR author's certificate No. 1769864, cl. A61B 17/36, 1990.

Claims (1)

Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для локальной гипотермии спинного мозга, содержащее сегментарную конструкцию, каждый сегмент которой имеет изогнутое теплоотводящее ребро и жидкостный теплообменник, отличающееся тем, что 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. A semiconductor thermoelectric device for local hypothermia of the spinal cord, containing a segmental design, each segment of which has a curved heat sink fin and a liquid heat exchanger, characterized in that each heat sink fin is a heat pipe, the cavity of which has a layer of capillary-porous material and is filled with a coolant, has a titanium the cover and is equipped with ears with holes along the side faces of the ribs, placed with the possibility of passing through them the rod for the banner 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 is located in the curved curved part of the heat-sink fin connected to the input of the control unit, the output of which is connected to a current source supplying semiconductor electrical modules.

Images