CC BY
20
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 612 616 67 А. В. МИХАЙЛОВ
Н. Ф. РОЖКОВ А. В. ЛЕОНОВ
Омский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ
В работе рассматривается устройство для измерения и регулирования температуры при хирургических операциях. Показано, что существующий метод поддержания температуры тела человека грелкой и контроля температуры ртутным термометром не обеспечивает точность поддержания температуры в пределах Э6-37'С в силу остывания грелки. Предлагаемое устройство обеспечивает автоматическое поддержание температуры с погрешностью, не превышающей 0,1 'С.
При проведении длительных хирургических one- приведёт к гибели человека, находящегося под дейст-
раций встаёт проблема искусственного поддержа- вием наркоза.
ния нормальной температуры человеческого тела. В настоящее время в большинстве отечественных
Такая ситуация возникает вследствие того, что у че- клиник применяется следующий метод поддержания
ловека, длительное время находящегося под действи- нормальной температуры тела больного: ем наркоза, блокируется терморегулирующий центр — через определённые промежутки времени (10-
головного мозга. Это приводит к тому, что организм 15 минут) производится контроль температуры тела
человека становится не в состоянии поддерживать оперируемого (обычно используется ртутный меди-
нормальную температуру и начинается процесс его цинский термометр как наиболее точный измери-
охлаждения. Если при этом не проводить принуди- тельный инструмент):
тельный нагрев извне, температура организма за срав- - в случае, если температура снизилась до (34-
нительно небольшой промежуток времени (5 - 6 часов) 33)°С, под спину больного, в области почек, подкла-
сравняется с температурой окружающей среды, что дывается резиновая грелка с водяным наполнением;
Рис. 1. Структурная схема устройства дли измерения и регулирования температуры при хирургических операциях.
— подогрев проводится до тех пор, пока температура тела, измеряемая ртутным термометром, не достигнет (36-37)°С.
Далее весь процесс повторяется. Естественно, что такой способ терморегуляции неудобен. Во-первых, используемая грелка с водяным наполнением не способна поддерживать свою температуру постоянной вследствие остывания, поэтому приходится регулярно менять воду. Во-вторых, неудобно само измерение с помощью ртутного термометра, т.к. желательно контролировать температуру тела постоянно и за малые промежутки времени от единиц до десятых долей секунд, а не в какие-то фиксированные моменты времени (поскольку процесс её снижения может протекать достаточно быстро, а за интервал времени между измерениями температура может упасть гораздо ниже (34-33) 'С. В-третьих, для организации такого способа терморегуляции приходится задействовать, по крайней мере, 2-х человек. Для устранения перечисленных недостатков и автоматизации процесса терморегуляции было разработано устройство, структурная схема которого приведена на рис. 1.
Схема включает в себя:
ИСТ — источник стабильного тока. Предназначен для питания датчика температуры преобразователя температура-напряжение.
ПТН — преобразователь температура-напряжение. Состоит из датчика температуры (ДТ) и усилителя напряжения (УН). Датчик температуры включен в обратную связь усилителя напряжения таким образом, что усиливается приращение падения напряжения на датчике, вызванное изменением температуры тела оперируемого в процессе проведения операции.
УС1 — устройство сравнения. Предназначено для включения устройства звуковой сигнализации, если температура тела оперируемого превысит (в силу каких-либо причин) 4ГС.
УЗИ — устройство звуковой сигнализации. Предназначено для оповещения операционной бригады о превышении температуры тела оперируемого 41 ° С,
УС2 — устройство сравнения. Предназначено для управления работой нагревателя (Н). Включение нагревателя происходит, если температура тела оперируемого падает ниже установленного предела, выключение — если температура превысит этот предел.
Н — нагреватель. Предназначен для доведения температура тела оперируемого до установленной с помощью УС2.
ИОН1 — источник опорного напряжения. Задаёт напряжение срабатывания (оно соответствует температуре 4ГС) устройства сравнения УС 1.
ИОН2, ИОНЗ, ИОН4 — источники опорных напряжений. Задают напряжения срабатывания, соответствующие выбранным пределам регулирования температуры (т.е. 33,37,39 °С) устройства сравнения УС2.
ПНЧ — преобразователь напряжение-частота. Преобразует напряжение с выхода УН в последовательность счётных импульсов (их частота, без учёта младшего знака, показывает значение температура тела оперируемого), поступающих на вход блока измерения частоты (БИЧ).
БИЧ — блок измерения частоты. Предназначен для измерения и индикации значения частоты счётных импульсов с выхода ПНЧ. Для этого в состав БИЧ включены счётчики импульсов (СИ), цифровое от-счётное устройство (ЦОУ), блок управления работой (БУР) и электронный ключ (ЭК).
Работает устройство следующим образом.
При подключении питания к схеме терморегулятора ИСТ устанавливает ток через датчик температуры, равный 0,1 мА (такой ток выбирается для того, чтобы устранить возможность саморазогрева датчика питающим током). Этот ток вызывает зависимое от температуры падения падение напряжения на датчике. Датчик подключён в обратную связь УН таким образом, что с достаточно высоким коэффициентом усиления усиливается изменение падения напряжения на нём, вызванное изменением температуры тела оперируемого. Поскольку выход УН непосредственно связан со входом ПНЧ, то вызываемое изменением температуры тела оперируемого изменение напряжения навыходе УН, вызовет прямо пропорциональное изменение частоты счётных импульсов на выходе ПНЧ.
Схема устройства настроена таким образом, что при изменении выходного напряжения УН на 1 мВ частота на выходе ПНЧ изменится на 1 Гц. Это обеспечивает коэффициент преобразования температуры в частоту, равным 100 Гц/°С. Погрешность преобразования не превышает 0,1 %. С выхода ПНЧ последовательность счётных импульсов поступает на вход блока измерения частоты, на индикаторе ЦОУ которого высвечивается значение выходной частоты ПНЧ, соответствующее значению температуры тела оперируемого в градусах Цельсия.
Процесс терморегулирования заключается в поддержании стабильной температуры тела оперируемого в пределах установленного значения. В разработанном устройстве терморегулирование осуществляется с помощью устройства сравнения (УС2) напряжения на выходе УН с напряжением срабатывания устройства сравнения, задаваемым одним из источников опорного напряжения (ИОН2, ИОНЗ, ИОН4), напряжение навыходе которых соответствует заданному пределу регулирования. В случае, когда напряжения на выходе УН становится меньше напряжения срабатывания УС2 (это соответствует падению температуры тела оперируемого ниже установленного предела), происходит включение нагревателя, в результате чего через небольшой промежуток времени (не более 40 секунд) температура тела оперируемого достигает установленного, в зависимости от выбранного режима терморегулирования предела, то есть 33, 37 или 39°С. После этого УС2 выключает нагреватель из работы. При следующих снижениях температуры тела оперируемого описанный процесс повторяется. Для предохранения больного от пере-
грева (в случае отказа УС2) и для сигнализации операционной бригаде о высокой (41°С и выше) температуре тела больного в исходном состоянии, то есть при начале операции, в разработанном приборе предусмотрено устройство звуковой индикации (УЗИ), управляемое устройством сравнения УС1. В случае повышения температуры тела больного уменьшается падение напряжения на датчике температуры, что приводит к повышению напряжения на выходе УН. Когда выходное напряжение УН сравняется с напряжением срабатывания У С1, задаваемым источником опорного напряжения ИОН1 (напряжение выхода этого источника соответствует выходному напряжению УН при температуре 41°С) произойдёт включение УЗИ. УС1 выключит УЗИ только при падении температуры тела оперируемого ниже 41 °С. Таким образом, разработанный прибор осуществляет защиту организма оперируемого от охлаждения в результате блокады терморегулирующего центра головного мозга наркозом и от критического для него перегрева (в силу каких-либо причин).
Для обеспечения удобства наблюдения за показаниями устройство располагается в непосредственной близости от операционного стола. Датчик температуры помещается в одну из точек тела оперируемого, где расположены сосудистые пучки (в этих точках температура соответствует истинной температуре тела), например, в подмышечную область. Для установления хорошего термического контакта корпус датчика снабжён держателями, что даёт возможность обеспечить плотное прилегание датчика к телу оперируемого. Нагреватель расположен внутри резинового валика, который во время операции подкла-дывается под спину оперируемого для фиксации его тела в нужном положении. Благодаря тому что нагреватель находится в области прохождения стволов крупных сосудов, при его работе температура тела больного начинает быстро подниматься. Этот процесс происходит до тех пор, пока температура датчика не достигнет установленного предела.
При проведении операции, после того как оперируемому дан наркоз, с помощью термометра регулятора температуры измеряется исходная температура тела больного. В зависимости от того, какой она оказалась, врач-анестезиолог выбирает один из пределов регулирования температуры (33,37,39 °С). Переключатели пределов расположены на передней панели прибора. Там же находится и кнопка "Стоп нагрев", обеспечивающая возможность аварийного отключения нагревателя при неправильной его работе.
Разработанный прибор позволяет обеспечить достаточно высокую точность измерения и регулирования температуры и даёт возможность проследить динамику её изменения,
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА
— основная погрешность измерения(не более)
— дополнительная погрешность измерения (не более)
— пределы терморегулирования
0,1 %
0,1 %
33 'С, 37 "С, 39 "С
— основная погрешность
терморегулирования (не более) 0,5%
— дополнительная погрешность терморегулирования (не более) 0,5%
— напряжение питающей сети 220 В
— частота питающей сети 50 Гц
— мощность, потребляемая
от питающей сети (не более) 7,5 ВА
— вес устройства
(вместе с нагревателем) 2,0 кг
В результате испытаний, проведённых в травма-толого-ортопедической больнице города Омска, было сделано заключение о целесообразности применения разработанного прибора при проведении длительных хирургических операций. Применение данного прибора возможно также и в практике детской хирургии, что обеспечивается надёжной электроизоляцией нагревателя и низким значением напряжения, питающего обмотку нагревателя. Кроме того, следует заметить, что применение разработанного прибора возможно не только в качестве отдельной единицы медицинского оборудования, но и в комплексе электронной медицинской аппаратуры различного назначения, имеющей единую систему управления. В настоящее время в нашем институте ведутся разработки в этом направлении.
Библиографический список
1. Михайлов А. В., Рожков Н.Ф. Метод и устройство для малоинерционных измерений температур параметрическими измерительными преобразователями/Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 1999. - 16с.:ил. -Деп. в ВИНИТИ 10.03.99, №707 - В99.
2. Ярышев НА Теоретические основы измерения несгационар-нойтемпературы.Л.:Энергоатомиздат.Ленингр. отд-ние, 1990. — 256 с.
— диапазон измеряемых температур
10 °С - 55 °С
МИХАИЛОВ Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры информационно-измерительной техники.
РОЖКОВ Николай Фёдорович, кандидат технических наук, доцент кафедры информационно-измерительной техники.
ЛЕОНОВ Андрей Викторович, аспирант кафедры информационно-измерительной техники.
