DE69728261T2

DE69728261T2 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE69728261T2
Application number: DE69728261T
Authority: DE
Inventors: Patrick Keith HEATON
Original assignee: KCI Medical Ltd
Current assignee: KCI Licensing Inc
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: GB9710138D0; EP0898473A1; GB9610233D0; EP0898473B1; CA2254999C; JP4255987B2; HK1019300A1; JP2000510724A; WO1997042919A1; ATE262306T1; DE69728261D1; DK0898473T3; GB2313549B; US6730115B1; GB2313549A; PT898473E; CA2254999A1

Description

Die Erfindung betrifft Kühlsysteme zum Kühlen einer auf dem Rücken liegenden Person. Es gibt Umstände, unter denen es erstrebenswert ist, einen Patienten als Teil einer klinischen Behandlung aktiv zu kühlen. Zum Beispiel haben neue Untersuchungen gezeigt, dass Vorteile daraus erwachsen können, dass Patienten, die einen Schlaganfall oder Herzstillstand erlitten haben, leichter Unterkühlung ausgesetzt werden, z. B. einer Temperatur im Bereich von 32 bis 34°C für eine Dauer von mehr als etwa 1 Stunce nach dem Herzstillstand. Dieses klinische Verfahren wird in der Veröffentlichung von Fritz Sterz et al. im Journal of Neurological Anaestheology, Band 8, Nr. 1, S. 88-96, veröffentlicht 1996, beschrieben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Ausführen eines derartigen klinischen Verfahrens sowie zum Kühlen von Patienten zu anderen Zwecken bereitzustellen.
US 4,638,519 offenbart ein Kühlsystem zum Kühlen einer Person in einer auf dem Rücken liegenden Position, die umfasst: eine Matte, die aufblasbare Kammern zum Stützen der Person aufweist, und eine Luftzufuhr zum Zuführen von Druckluft, die gekühlt oder erwärmt sein kann, zu den Kammern. Allerdings schlägt dieses Dokument kein Kühlsystem vor, das eine leichte Unterkühlung des Patienten erzeugen kann, wie sie für das oben genannte Verfahren erforderlich ist.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem bereit zum Kühlen einer Person, die währenddessen auf dem Rücken liegend gestützt ist, umfassend eine Matte mit aufblasbaren Kammern zum Stützen der Person, Luftzufuhrmittel zum Zuführen von Druckluft zu den Kammern, und einen Wärmeaustauscher zum Kühlen der Luftzufuhr, wodurch eine Quelle gekühlter Luft vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine aufblasbare Kühljacke oder ein Tuch, dafür angepasst, den Patienten zu überziehen, wobei die Kühljacke oder das Tuch mit der Quelle gekühlter Luft verbunden ist, und Steuerungsmittel zum Einstellen der Temperatur der gekühlten Luft auf eine Temperatur von ungefähr 1 bis 3°C.
Die Jacke oder das Tuch weist vorzugsweise Öffnungen auf, die das Entweichen von Kühlluft ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Jacke ausgelegt, die Person zu überziehen und zumindest ihren Torso zu bedecken. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bedeckt die Jacke oder das Tuch die Person im Wesentlichen von Kopf bis Fuß.
Das Kühlsystem umfasst einen Wärmeaustauscher, wobei der Wärmeaustauscher mit einer Quelle gekühlten Fluids, wie beispielsweise Wasser, verbindbar ist, so dass der Patient durch Verbinden des Wärmeaustauschers mit einer Quelle gekühlter Flüssigkeit, wie beispielsweise einem Kühlmittel, wie erforderlich gekühlt werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Luftquelle eine Pumpeneinheit mit einem Auslass zur Verbindung mit den aufblasbaren Kammern und einem Auslass zur Verbindung mit einer aufblasbaren Kühljacke oder einem Tuch.
Der Wärmeaustauscher kann in einem Gehäuse angeordnet sein, das körperlich mit der Matte oder mit einem Bett, auf dem die Matte gestützt ist, verbunden ist. Alternativ kann der Wärmeaustauscher in einer separaten Einheit enthalten und mit der Matte (und/oder Kühljacke oder Tuch) durch Leitungen verbunden sein, die in der Regel flexibel sind.
Dem Wärmeaustauscher wird in geeigneter Weise Kühlflüssigkeit zugeführt, entweder dadurch, dass er in einen Kältekreislauf eingegliedert wird, bei dem der Wärmeaustauscher auf der Expansionsseite ist, oder dass ihm Kühlfluid von einem Kältesystem zugeleitet wird. Im zweiten Fall ist das Kühlfluid normalerweise Wasser oder eine wässrige Flüssigkeit wie beispielsweise Sole und wird durch Kontakt mit dem Wärmeaustauscher eines Kältekreislaufs gekühlt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Kreislauf von Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser, einen Wärmespeicher bereitstellt, der abrupte Temperaturfluktuationen im System ausgleicht. Allerdings funktioniert das erste, direktere Kühlsystem zufriedenstellend, hat eine schnelle Anlaufphase und erreicht schneller einen stabilen Zustand. Vorzugsweise ist ein Einstellungsventil in den Kältekreislauf einbezogen und steuert/regelt den Durchfluss von Külmittelfluid wie erforderlich zum Erhalten einer erwünschten Temperatur an der stützenden Oberfläche der Matte. Dies kann zum Beispiel durch die Nutzung eines Magnetsteuerungs-Heißgas-Bypass-Ventils im Kältekreislauf erreicht werden, das durch ein digitales PID Steuer-/Regelgerät gesteuert/geregelt wird, das mit einem oder mehreren Temperatursensoren am Auslassende des Wärmeaustauschers verbunden ist.
Es ist zweckmäßig, Wärme von einem Luftstrom zu entfernen, indem Luft über den Wärmeaustauscher geblasen wird und der Matte, wie auch der Kühljacke oder dem Tuch, kalte Druckluft zugeleitet wird. Normalerweise ist vorgesehen, dass die der Matte zugeführte Luft ausreicht, sowohl um den Patienten zu stützen als auch um den erwünschten Kühleffekt bereitzustellen. Wenn dasselbe Gebläse genutzt wird, um Luft sowohl zu der Matte als auch zu der Jacke/dem Tuch zuzuführen, wird der Großteil der Luft zur Matte geleitet werden.
Etwas von der der Matte zugeführten Luft kann durch Auslassventile in der Matte an die Atmosphäre abgegeben werden, um Luftdrücke in den aufgeblasenen Kammern oder Beuteln der Matte zu steuern/regeln. Weitere Luftmangen entweichen durch Einstichlöcher in der Mattenoberfläche und bilden Luftströme, die den Patienten kühlen, indem sie über seine Haut strö men. Wärme wird dem Patienten auch durch Wärmeleitung durch die Mattenoberfläche entzogen und durch Kühlluft, die aus Öffnungen in der Kühljacke oder dem Tuch entweicht.
Es kann notwendig sein, Mittel zum Einzwängen des Patienten bereitzustellen, um Zittern zu verhindern.
Bei Betrieb des Patientenkühlsystems der Erfindung, ist es die Aufgabe, eine mittelmäßige bis leichte Unterkühlung hervorzurufen, d.h. eine Körpertemperatur von etwa 32-34°C. Es hat sich herausgestellt, dass das mit der Matte und der Jacke/dem Tuch der Erfindung erreicht werden kann, wenn eine Lufteinlasstemperatur zur Vorrichtung von etwa 1-3°C, vorzugsweise etwa 2° C, genutzt wird. Die Mattenoberflächentemperatur sollte weniger als 10°C betragen, vorzugsweise etwa 510°C. Studien haben gezeigt, dass klinische Vorteile im Sinne von einer Verringerung des Gehirnschadens erzielt werden, wenn die Temperatur des Patienten, der einen Herzstillstand erlitten hat, innerhalb von wenigen Stunden, vorzugsweise innerhalb von 2 bis 4 Stunden nach der Wiederherstellung des selbsttätigen Blutkreislaufs („restoration of spontaneous circulation", ROSC), auf eine Temperatur im Bereich von 32-34°C verringert wird. Eine Unterkühlungsbehandlung muss schnell nach der ROSC begonnen werden, z. B. innerhalb von etwa 15 Minuten.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 eine schematische Abbildung eines erfindungsgemäßen Patientenkühlsystems ist;
1A eine schematische Abbildung eines alternativen Systems ist;
2 eine schematische Darstellung der Anwendung des Systems von 1 oder 1A bei einer Kühljacke ist;
3 eine Ansicht, die die Kühl- und die Gebläse-Pumpeinheit zeigt, ist;
3A eine Einheit zur Unterbringung eines Kühlsystems der in 1A gezeigten Art mit einer Gebläse-Pumpeinheit illustriert;
4 eine Draufsicht auf eine Kühljacke der in 2 gezeigten Art ist;
5 eine Ansicht der in 4 gezeigten Jacke in Richtung des Pfeils X in 4 ist, und
6 ein modifiziertes Kühlsystem nach der Erfindung zeigt.
Mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen, und insbesondere zu 1, umfasst eine Ausführungsform des Kühlsystems im Wesentlichen eine Kälteeinheit 1, die einen Kompressor 2, einen Kondensor 3 und eine Verdampfungsspirale 4 umfasst, durch die das Kühlmittel zirkuliert. Wasser wird durch die Verdampfungsspirale zirkuliert und das gekühlte Wasser wird durch Leitungen 5 und 6 zu einem Wärmeaustauscher 7 zirkuliert. Luft wird von einer (nicht gezeigten) Pumpe durch den Wärmeaustauscher 7 geleitet, wie schematisch durch den Pfeil 8 gezeigt und die gekühlte Luft wird dann, wie durch den Pfeil 9 gezeigt, zur Matte geleitet.
Mit Bezug auf 1A wird hier ein alternatives System zum Bereitstellen eines geregelten/gesteuerten Stroms von Kühlluft gezeigt. Ein Wärmeaustauscher 100 weist einen Einlass 101 für Luft von einem Gebläse 98 und einen mit einer flexiblen Leitung 16 verbundenen Auslass 102 für einen Strom gekühlter Luft auf, zur Verbindung mit einer Matte und einer Kühljacke, wie z. B. in 2 gezeigt. Der Wärmeaustauscher 100 ist direkt mit einem Kältekreislauf verbunden, der einen Kompressor 103, einen Kondensor 104, ein Expansionsventil 105 und ein Bypass-Ventil 106 umfasst. Das Bypass-Ventil wird durch ein Steuer-/Regelmittel 107 gesteuert/geregelt, das mit einem Thermistor gekoppelt ist, der mit dem Kühlkreislauf am Auslass des Wärmeaustauschers verbunden ist, so dass z. B. ein Temperaturabfall am Wärmeaustauscher-Auslass dem Bypass-Ventil signalisiert zu öffnen, wodurch die Systemkühlleistung reduziert wird. Dem Ventil, das vorzugsweise ein Magnetventil ist, kann signalisiert werden, sich zyklisch zu öffnen und zu schließen als Antwort auf eine am Wärmeaustauscherausgang gemessene Temperatur. Dem Ventil 106, das vorzugsweise ein Magnetventil ist, kann signalisiert werden, sich zyklisch zu öffnen und zu schließen als Antwort auf eine am Wärmeaustauscherauslass gemessene Temperatur. Wenn die Matte einen geringen Luftverlust aufweist und einzelne Luftzufuhrleitungen mit verschiedenen Abschnitten des Betts, z. B. den Kopf-, Torso-, Sitz- und Fuß-Abschnitten, verbunden sind, kann es erwünscht sein zur Erhaltung von für jedes Körperteil angemessenen Luftdrücken das Luftvolumen, das durch jeden Abschnitt strömt, zu steuern/regeln. Einstellung und Steuerung/Regelung der Luftströmungsrate in den Abschnitten kann genutzt werden, um jeden Abschnitt bei einer gewünschten Zieltemperatur zu erhalten.
Ein Kühlsystem der in 1A gezeigten Art kann in einer in 3A gezeigten Gebläse/Kühleinheit untergebracht werden. 3A zeigt eine Einheit 110, in der die Kälteeinheit einen Kompressor 103 und einen Wärmeaustauscher 100 umfasst, die im unteren Teil untergebracht sind, und in der ein Gebläse 98 und Luftventile 114 zum Steuern/Regeln des Stroms gekühlter Luft zu der Matte und zu dem Tuch/der Jacke angeordnet sind. Thermoelemente können an verschiedenen Positionen an der Matte bereitgestellt sein, z. B. in Abständen vom Kopf zum Fuß angeordnet und mit dem Gebläse 98 oder den Luftventilen 114 verbunden. Eine Steuerkonsole 115 ist an der Vorderseite der Einheit 110 montiert und umfasst die gezeigten Steuer-/Regeleinrichtung und Instrumente. Die Kühlung und das Gebläse sind daher in einer einzigen Einheit kombiniert und flexible Schläuche (nicht gezeigt) verbinden die Einheit mit der Matte und dem Tuch. Die Steuerkonsole kann Temperaturen, die an der Mattenstützoberfläche gemessen wurden, ausgeben und kann eine Anzeige der Körperinnentemperatur des Patienten umfassen.
Das Luftsystem ist in 2 gezeigt, die die Verbindung der Pumpeneinheit 10 oder 98 mit dem Wärmeaustauscher 7 oder 100 und dann der Kühljacke 11 illustriert. Die Pumpeneinheit umfasst eine Luftpumpe oder einen Kompressor, der Mittel zum Leiten von Druckluft durch ein Rohr in den Wärmeaustauscher enthält. Die Luftpumpe 10 kann Druckregulier-Steuer-/Regelungsmittel umfassen, einschließlich von Mitteln, die eine pulsierende Druckströmung zum Wärmeaustauscher zirkulieren. Der Wärmeaustauscher und die Luftkühlungseinheit können einen Thermostat 13 umfassen, ein Niedrigtemperatur-Warnlicht 14 und einen Wasserstandsanzeiger 15, der die Wassermenge im Behälter anzeigt. Die Nutzung eines Wasserbehälters gleicht Fluktuationen in der Temperatur des Kühlluftstroms aus.
Nachdem er durch den Wärmeaustauscher geleitet wurde, strömt der Luftstrom durch die Leitung 16 in die Kühljacke 11. Die Kühljacke kann Durchfluss- und Rückführröhren 32 und 33 (4 und 5) umfassen und/oder Öffnungen (nicht gezeigt) in der Kühljacke, die vorzugsweise auf die Haut des Patienten gebracht wird, um Kühlung durch Konvektion und Wärmeleitung zu bewirken.
6 zeigt ein modifiziertes System, das eine Kühleinheit 110 umfasst (z. B. die in 3A gezeigte), die mit einer aufblasbaren Matte 17 mit geringen Luftverlusten und einer aufblasbaren Überdecke 200 verbunden ist. Separate flexible Leitungen 16 und 18 sind zur Zufuhr von gekühlter Luft von der Kühleinheit jeweils zur Matte und Überdecke bereitgestellt. Wie in 6 gezeigt, wird die gekühlte Luft dem Fußende der Überdecke 200 zugeführt. Es ist hierbei ersichtlich, dass die Zufuhr 16 zur Matte aus verschiedenen Leitungen zu verschiedenen Gruppen von Luftbeuteln in der Matte bestehen kann, wobei jede Leitung Luft unter einem für das jeweilige Körperteil des Patienten angemessenen Druck zuführt.
Wie in 2 und 6 gezeigt, wird die Kühljacke 11 oder Überdecke 200 vorzugsweise auf einer Matte 17 platziert, die aufblasbar sein kann. Bevorzugte Matten sind so genannte Matten mit niedrigem Luftverlust, bei denen Luft durch die Matte zirkuliert und die Oberfläche der einzelnen Beutel oder Kammern mit Feuchtigkeitsdampf-durchlässigem Material versehen sind, so dass vom Patienten erzeugte Feuchtigkeit in die Beutel strömt und mit dem Luftstrom weggetragen wird. Aufblasbare Stützmatten dieses Typs werden in US-Patentschrift Nr. 4,525,885, EP-0034954 und EP-0260087 beschrieben. Die Matte kann alternativ ausgelegt sein, um eine pulsierende Therapie durch zyklisches Verändern von Drücken zur Matte für den Patienten bereitzustellen, wie z. B. in der US-Patentschrift Nr. 5396671 beschrieben.
Um die Rate der Wärmeleitung vom Patienten zu erhöhen, kann die gekühlte Luft vom Wärmeaustauscher 7 oder 100 auch zu den Polstern der Matte zugeleitet werden, wodurch der Patient sowohl von unten als auch von oben gekühlt wird. Die Pumpeneinheit 10 oder 98 kann mit zusätzlichen Luftauslässen versehen sein, die die Kühleinheit umgehen, wenn Kühlung von unter nicht erforderlich ist. Ferner kann die Pumpeneinheit Druckreguliereinrichtungen umfassen, so dass die einzelnen Polster oder Polstergruppen in der Matte bis zu einem gewünschten Druck mit Druck beaufschlagt werden können, um den Patienten über die maximale Hautfläche zu stützen.
4 und 5 zeigen die Konstruktion der Kühljacke im Einzelnen. Wie aus 2 und 4 ersichtlich, erstreckt sich die Jacke über die Breite der Matte, und hat eine Fläche, die ausgelegt ist, den Torso, die Oberarme und den Kopf des Patienten zu bedecken. Die Nase und der Mund des Patienten sind durch die Öffnung 20 erreichbar, so dass eine Beatmungskanüle und andere Intensivbehandlungsgeräte durch diese Öffnung am Patienten angewendet werden können.
Die äußeren Kanten der Jacke sind mit Schnallen und Riemen 21, 22 und 23 versehen, die um die Matte und den Patienten geführt werden können, um die Jacke in engem Kontakt mit dem Patienten zu halten.
Die Jacke umfasst eine obere und eine untere Schicht aus luftundurchlässigen Materialien, wobei die beiden Schichten an ihren Kanten verschweißt sind, so dass die Jacke ein aufblasbares Kissen bildet. Vorzugsweise sind die obere und die untere Schicht in Abständen zusammengeschweißt wie bei 30 gezeigt, um einen gesteppten Effekt zu erzeugen.
Obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, kann die untere Schicht 31 mit einer Anzahl von kleinen, z.B. Nadelloch-artigen Öffnungen gebildet sein, durch die Aufblasluft entweichen kann um einen Strom von Kühlluft, die über den Körper des Patienten strömt, zu erzeugen.
Eine Art von Kühljacke, die zu den Zwecken der Erfindung verwendet werden kann umfasst eine Einweg-Papierjacke. Die kann aus solchem Papier hergestellt werden, wie es für Papierhandtücher oder Kittel und Kappen für den Operationssaal verwendet wird. Die Jacke wird mit einer inneren und einer äußeren Schicht gebildet und umfasst gestanzte Löcher, die das Entweichen von Kühlluft ermöglichen. Weil die Papierjacke leicht ist, wird ein starker Luftstrom bei niedrigem Aufblasdruck erreicht.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Matte einen zugeordneten Wärmeaustauscher aufweisen, z. B. unter der Matte verbunden oder mit der Pumpe 10 oder 98 verbunden. Im normalen Gebrauch braucht dieser Wärmeaustauscher nicht eingesetzt werden sondern kann mit dem Luftzufuhrsystem zur Matte verbunden sein. Ferner kann die Pumpeneinheit einen Anschluss umfassen, der geöffnet werden kann, um einen getrennten Luftstrom z. B. zu einer Kühljacke, zuzuführen. Wenn Kühlung erforderlich ist, kann eine separate Kühleinheit zugeführt werden, die Verbindungen zum Wärmeaustauscher aufweist. Die Kühleinheit kann einen Kompressor, Kondensor und eine Verdampfungsspirale umfassen, zusammen mit einem Wasserbehälter, der mit dem Wärmeaustauscher verbindbar ist.
Im allgemeinen wird die Kälteträgerquelle ein Kältesystem sein, das unter Nutzung eines Kompressors und eines verdampfbaren Kühlmittels betrieben wird. Allerdings können auch andere Kältesysteme eingesetzt werden, wie beispielsweise thermoelektrische Kühler, die mittels des Peltier-Effekts funkfonieren. Diese haben den Vorteil, dass sie mit einer elektrischen Gleichstromzufuhr einfach betrieben werden können.

Claims

Kühlsystem zum Kühlen einer Person, die währenddessen auf dem Rücken liegend gestützt ist, umfassend eine Matte (17) mit aufblasbaren Kammern zum Stützen der Person, Luftzufuhrmittel (98) zum Zuführen von Druckluft zu den Kammern, und einen Wärmeaustauscher zum Kühlen der Luftzufuhr, wodurch eine Quelle gekühlter Luft vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine aufblasbare Kühljacke oder ein Tuch (11), dafür angepasst, den Patienten zu überziehen, wobei die Kühljacke oder das Tuch mit der Quelle gekühlter Luft verbunden ist, und Steuerungsmittel (107) zum Einstellen der Temperatur der gekühlten Luft auf eine Temperatur von ungefähr 1 bis 3°C.
System nach Anspruch 1, wobei die Kühljacke oder das Tuch Öffnungen aufweisen, durch die Luft entweichen kann, um über den Körper der Person zu strömen.
System nach Anspruch 1 oder 2, welches Mittel zum Einzwängen der Person umfasst, um Zittern zu verhindern.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekühlte Luft eine Mattenoberflächentemperatur von weniger als 10 °C erreichen kann.
System nach Anspruch 4, wobei die Matte Ventile zur Steuerung des Luftdrucks in den aufgeblasenen Kammern und zum Einstellen des Luftstroms durch die Matte umfasst, um in den Kammern der Matte den gewünschten Druck aufrecht zu erhalten und an der Mattenoberfläche die gewünschte Temperatur aufrecht zu erhalten.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quelle gekühlter Luft (110) eine Pumpeneinheit mit einem Auslass (16) zur Verbindung mit der Matte und einen Auslass (18) zur Verbindung mit der Jacke oder dem Tuch umfasst.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Jacke oder das Tuch bemessen sind, um wenigstens den Torso der Person zu bedecken.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kühlmittel einen Wärmeaustauscher (100) umfasst, der mit einem Kühlkreislauf (103, 104, 105) verbunden ist, wobei der Kreislauf ein Einstellungsventil (106) umfasst, das dazu eingerichtet ist, den Kühlfluidfluss zu dem Wärmeaustauscher abhängig von Temperaturerfassungsmitteln (107) in der Matte oder an ihrer Oberfläche zu steuern.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Matte ein Bett mit geringem Luftverlust ist.