Устройство для локального охлаждения биообъекта

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам, предназначенным для локального охлаждения, используемого при физиотерапевтическом лечении ограниченных областей тела пациента. Устройство для локального охлаждения биообъекта состоит из установленных в корпусе съемного контактного элемента, термоэлектрического модуля, к спаю которого присоединен накопитель холода, и термодатчика, блока управления. Накопитель холода выполнен из материала с высокой теплопроводностью и присоединен к охлаждающему спаю термоэлектрического модуля, со стороны нагревающего спая которого установлены радиатор и присоединенный к нему вентилятор, накопитель холода выполнен с участком контакта со съемным контактным элементом, на котором закреплен термодатчик, соединенный с сигнальным входом микроконтроллера блока управления. Один выход микроконтроллера соединен с первым входом дисплея, другой - с сигнальным входом регулируемого источника вторичного электропитания. Каждая кнопка регулирования температуры соединена своим выходом с соответствующим входом микроконтроллера, выход регулируемого источника вторичного электропитания соединен с нагревающим спаем термоэлектрического модуля, а опорный вход - с одним выходом нерегулируемого источника вторичного электропитания, второй выход которого соединен со вторым входом дисплея, опорным входом микроконтроллера, входом каждой кнопки регулирования температуры и вентилятором. Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы устройства за счет повышения точности регулирования требуемой температуры и стабильного поддержания на контактном элементе температуры, соответствующей необходимому значению для проведения медицинской процедуры по заданной программе. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам, предназначенным для локального охлаждения, используемого при физиотерапевтическом лечении ограниченных областей тела пациента (биообъекта).

Воздействие осуществляется контактным элементом.

Устройство применяется для местной анестезии в физиотерапии, травматологии, косметологии, малой хирургии в амбулаторно-поликлинической сети, особенно в сельской местности, полевых и домашних условиях.

Известно устройство (а.с. СССР №1045888, А 61 F 7/00, 1983 г.), содержащее термопроводящий контактный элемент, термоэлектрический модуль, охладитель, выполненный в виде радиатора, и термодатчик, установленный на контактном элементе.

Устройство работает в диапазоне ограниченного температурного воздействия, поэтому не может широко использоваться в различных случаях медицинской практики.

Прототипом является устройство по патенту РФ №2084211, А 61 F 7/00 1997 г., при работе которого обеспечивается расширение диапазона рабочих температур.

Устройство содержит блок питания и регулирования температуры, а также термоэлектрический модуль, теплопроводящий сменный контактный элемент и охладитель, выполненный в виде сменного термоаккумулятора, заполненного хладагентом в твердой фазе.

Термоаккумулятор, поджатый с помощью теплопровода к нагревающему спаю полупроводника модуля, выполнен в виде сильфона. На контактном элементе, который прикреплен к охлаждающему спаю полупроводника модуля, закреплен термодатчик, указывающий температуру воздействия; другой термодатчик, прикрепленный к теплопроводу, показывает температуру на границе хладагент - охлаждающий спай полупроводника модуля. Значения этих температур используются для регулирования температурой воздействия, проводимого по заданной программе, причем пока хладагент находится в исходной твердой фазе и не перейдет в жидкую, термодатчик на теплопроводе указывает температуру, близкую к точке таяния хладагента, которая используется как опорная точка в процессе получения и поддержания температуры на контактном элементе.

В данном устройстве регулирование и поддержание параметров режима воздействия (времени и температуры) зависит от объема выбранного хладагента, определяемого размерами сменного термоаккумулятора, что отрицательно сказывается на лечебном процессе, а необходимость подготовки и замены термоаккумулятора приводит к неудобствам эксплуатации; причем в связи с необходимостью использования хладагента устройство не может применяться в различных климатических зонах, в разное время года, при оказании скорой медицинской помощи, экстремальных ситуациях, что является недостатком прототипа.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства, предназначенного для локального охлаждения за счет повышения точности регулирования требуемой температуры и стабильного поддержания ее на контактном элементе, соответствующей необходимому значению для проведения медицинской процедуры по заданной программе, а также расширение области применения устройства.

Для решения поставленной задачи в устройстве для локального охлаждения биообъекта, состоящего из установленных в корпусе съемного контактного элемента, термоэлектрического модуля, к спаю которого присоединен накопитель холода, и термодатчика, блока управления, накопитель холода выполнен из материала с высокой теплопроводностью и присоединен к охлаждающему спаю термоэлектрического модуля, со стороны нагревающего спая которого установлены радиатор и присоединенный к нему вентилятор, накопитель холода выполнен с участком контакта со съемным контактным элементом, на котором закреплен термодатчик, соединенный с сигнальным входом микроконтроллера блока управления, при этом один выход микроконтроллера соединен с первым входом дисплея, другой - с сигнальным входом регулируемого источника вторичного электропитания (ИВЭ), каждая кнопка регулирования температуры соединена своим выходом с соответствующим входом микроконтроллера, выход регулируемого источника вторичного электропитания соединен с нагревающим спаем термоэлектрического модуля, а опорный вход - с одним выходом нерегулируемого источника вторичного электропитания, второй выход которого соединен со вторым входом дисплея, опорным входом микроконтроллера, входом каждой кнопки регулирования температуры и вентилятором.

Дополнительно накопитель холода выполнен в виде цилиндрической втулки и установлен в шайбе из материала с низкой теплопроводностью, торцевая поверхность втулки со стороны охлаждающего спая термоэлектрического модуля выполнена прямоугольной, при этом другая торцевая поверхность втулки контактирует с поверхностью съемного контактного элемента, закрепленного на шайбе, прикрепленной винтами к радиатору.

Накопитель холода может быть выполнен с пазом для установки термодатчика.

Вентилятор устройства устанавливается со стороны торцевых поверхностей ребер радиатора.

Корпус выполнен из материала с низкой теплопроводностью.

В связи с тем, что устройство снабжено накопителем холода, в зоне между охлаждающим спаем полупроводника термоэлектрического модуля и контактным элементом образуется дополнительная промежуточная область, наличие которой способствует стабильности поддержания требуемой температуры на контактном элементе, причем расположение термодатчика на участке соединения контактного элемента с накопителем холода позволяет повысить точность регулирования температуры на контактном элементе, что приводит к повышению эффективности воздействия, проводимого по заданной программе, и является техническим результатом.

Устройство является переносным, малогабаритным, не требующим дополнительных источников питания, простым в изготовлении, удобным в эксплуатации, это позволяет широко использовать его в различных областях медицины, разных случаях проведения лечения не только в амбулаторно-стационарной сети, а и в сельской местности, полевых, домашних условиях, в экстремальных ситуациях.

Изобретение представлено на чертежах, где на фиг.1 изображена конструкция предложенного устройства, а на фиг.2 - блок-схема.

Предложенное устройство для локального охлаждения биообъекта содержит корпус с ручкой-держателем (на чертеже не показаны), в котором установлен термоэлектрический полупроводниковый модуль 1.

К охлаждающему спаю полупроводника модуля 1 присоединен накопитель холода, представляющий собой цилиндрическую втулку 2 из алюминия (материала с высокой теплопроводностью), которая установлена в шайбе 3 из пенополиуретана (материала с низкой теплопроводностью), причем шайба 3 с помощью винтов 4, 5 прикреплена к радиатору 6 охладителя; а к торцевым поверхностям ребер радиатора 6 присоединен вентилятор 7 охладителя. Торцевая поверхность втулки 2 для соединения с охлаждающим спаем полупроводника модуля 1 имеет прямоугольную форму, а к другой торцевой поверхности втулки 2 присоединен съемный контактный элемент 8, который закреплен на шайбе 3 с помощью резьбы, выполненной на внутренней поверхности элемента 8, зацепленной с ответной резьбой, образованной на наружной поверхности шайбы 3 в части контактирования ее с элементом 8. Поверхность 9 элемента 8 предназначена для контактирования с участком кожи пациента при лечении и для каждого выбранного заменяемого контактного элемента 8 имеет форму, соответствующую наиболее эффективному воздействию.

Втулка 2 на участке соединения с контактным элементом 8 выполнена с пазом 10 для размещения термодатчика 11, который соединен с сигнальным входом микроконтроллера 12, содержащегося в блоке регулирования температуры, причем каждая кнопка 13, 14, 15 блока регулирования своим выходом присоединена к каждому соответствующему входу микроконтроллера 12, выход которого соединен с сигнальным входом регулируемого ИВЭ 16, выход которого соединен с нагревающим спаем полупроводника модуля 1; другой выход микроконтроллера 12 присоединен к входу дисплея 17. Нерегулируемый ИВЭ 18 одним выходом соединен с опорным входом регулируемого ИВЭ 16, а другим - с вторым входом дисплея 17, опорным входом микроконтроллера 12, входом каждой кнопки блока регулирования температуры и вентилятором 7.

Использованы покупные изделия: микроконтроллер 12-AT90S2313 фирма Analog Device, Россия "Платан", термодатчик 11-DS1821 фирма Dallas Secincondactop, регулируемый ИВЭ 16-LM2576 фирма National Semiconductop, Россия "Платан", нерегулируемый ИВЭ 18-KN30A-220S15-L фирма "Александер электрик".

Устройство работает следующим образом.

При подключении нерегулируемого ИВЭ 18 к сети переменного напряжения 50 Гц, 220 В он вырабатывает постоянное напряжение, необходимое для работы вентилятора 7, микроконтроллера 12 и элементов, воздействующих на работу микроконтроллера-кнопок 13, 14, 15, термодатчика 11, а также дисплея 17 и регулируемого ИВЭ 16. Начинает работать вентилятор 7, создающий воздушный поток вдоль ребер радиатора 6, в результате чего происходит отвод тепла от совмещенного с радиатором 6, разогреваемого током, поступающим от регулируемого ИВЭ 16, пая полупроводника модуля 1. Одновременно в центре экрана дисплея 17 появляется слово "Выключено". После нажатия кнопки регулирования 13, на которой написано слово "Включение", в центре дисплея 17 слово "Выключено" изменится на слово "Включено", причем слева от этого слова появляется цифра, характеризующая температуру сменного контактного элемента 8 в настоящий момент, а справа - цифра, показывающая требуемую температуру контактного элемента 8. Кнопка 14, на которой имеется слово "Выше", и 15, на которой имеется слово "Ниже", при нажатии на них устанавливают требуемую температуру на контактном элементе 8 в пределах от +5°С до -5°С. Осуществляется регулирование за счет того, что регулируемый ИВЭ 16 по сигналу от микроконтроллера 12 устанавливает ток через разогреваемый спай полупроводника модуля 1, соответствующий его максимальной холодопроизводительности при использованных в данном устройстве вентиляторе 7, радиаторе 6 и модуле 1. Накопитель холода - втулка 2, имеющая контакт с вырабатывающим пониженную по сравнению с окружающей средой паем полупроводника модуля 1, передает эту температуру на контактный элемент 8. Термодатчик 11, помещенный между накопителем холода и контактным элементом 8, передает значение температуры, соответствующее температуре поверхности контактного элемента 8, на микроконтроллер 12 в цифровом коде. В левой от оператора стороне дисплея 10 появляются меняющиеся цифры, характеризующие температуру поверхности контактного элемента 8. После достижения этой температуры поверхности контактного элемента 8, после того, как температура контактного элемента 8 изменится на 1°С от установленного значения, микрокотроллер 12 выдает команду на установку величины тока через модуль 1, соответствующей его максимальной холодопроводительности; таким образом поддерживается заданная температура контактного элемента 8. Корпус (на чертеже не показан), закрывающий со всех сторон модуль 1, накопитель холода - втулку 2, термодатчик 11 и сменный элемент 8 от воздействия температуры окружающей среды, изготовлен из материала, имеющего низкую теплопроводность, например из пенополиуретана, на время воздействия холодом на охлаждаемый участок поверхности кожи пациента, внешняя сторона сменного контактного элемента 8 освобождается от корпуса. Диаметр сменных элементов 8 имеет размер от 5 мм до 50 мм, причем элементы 8 заменяют в зависимости от требуемой степени воздействия на охлаждаемую поверхность.

Формула изобретения

1. Устройство для локального охлаждения биообъекта, содержащее установленные в корпусе съемный контактный элемент, термоэлектрический модуль, к спаю которого присоединен накопитель холода, и термодатчик, и блок управления, отличающееся тем, что накопитель холода выполнен из материала с высокой теплопроводностью и присоединен к охлаждающему спаю термоэлектрического модуля, со стороны нагревающего спая которого установлены радиатор и присоединенный к нему вентилятор, накопитель холода выполнен с участком контакта со съемным контактным элементом, на котором закреплен термодатчик, соединенный с сигнальным входом микроконтроллера блока управления, при этом один выход микроконтроллера соединен с первым входом дисплея, другой - с сигнальным входом регулируемого источника вторичного электропитания, каждая кнопка регулирования температуры соединена своим выходом с соответствующим входом микроконтроллера, выход регулируемого источника вторичного электропитания соединен с нагревающим спаем термоэлектрического модуля, а опорный вход - с одним выходом нерегулируемого источника вторичного электропитания, второй выход которого соединен со вторым входом дисплея, опорным входом микроконтроллера, входом каждой кнопки регулирования температуры и вентилятором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что накопитель холода выполнен в виде цилиндрической втулки и установлен в шайбе из материала с низкой теплопроводностью, торцевая поверхность втулки со стороны охлаждающего спая термоэлектрического модуля выполнена прямоугольной, при этом другая торцевая поверхность втулки контактирует с поверхностью съемного контактного элемента, закрепленного на шайбе, прикрепленной винтами к радиатору.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что накопитель холода выполнен с пазом для установки термодатчика.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вентилятор установлен со стороны торцевых поверхностей ребер радиатора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен из материала с низкой теплопроводностью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2