МЕДИЦИНСКИЙ ТЕРМОПАРНЫЙ ДАТЧИК

Полезная модель относится к измерителям температуры с использованием термопар и может быть использована преимущественно для локального контроля температуры в теле человека при проведении электромагнитной гипертермии.
В настоящее время электромагнитная гипертермия (ЭМ гипертермия) рассматривается как общепризнанный и наиболее мощный модификатор радио- и химиотерапии злокачественных опухолей, значительно повышающий эффективность лечения.
Обязательным при проведении ЭМ гипертермии является термометрический контроль, который должен обеспечить получение информации об абсолютном значении температуры в опухоли и окружающих ее здоровых тканях в динамике на протяжении всего сеанса лечения.
Известны датчики температуры, основанные на термоэлектрическом эффекте, возникающем в спае разнородных металлов или сплавов (RU №2485460, опубл. 20.06.2013, RU №2393442 опубл. 27.06.2010, RU №2289107, опубл. 10.12.2006, US №7891870, опубл. 22.02.2001, RU №2090848, опубл. 20.09.1997, А.с. СССР №134118, 1960 г.)
Зонд для измерения температуры по патенту RU №2393442, 2010 г. имеет тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде дугообразной пластинчатой пружины, к которой приварен спай термопары. Каждый термоэлектрод выполнен в виде компенсационной спирали и приварен к пластинчатой пружине, соединенной с изолированным сердечником. Изолированный сердечник встроен в стакан. Зонд по патенту RU №2393442 обеспечивает измерения температуры поверхности тел, но не обеспечивает измерение температуры в глубине тела.
Термопара согласно патенту RU №2289107, 2006 г., содержит термоэлектроды, с одной стороны образующие спай, а с другой через узел разводки - подсоединительные провода, подключенные к источнику питания и через узел разводки и термоэлектродные провода к измерителю термо-ЭДС. Термоэлектроды через дополнительные спаи, образованные термоэлектродами и дополнительными проводами, подключены к дополнительным подсоединительным проводам, а через них к узлу разводки, причем сопротивление термоэлектродов, образующих спай, намного больше сопротивления подсоединительных проводов. Термопара по патенту RU №2289107 требует дополнительного источника питания и может использоваться в схемах, использующих нагрев спая термопары, например, для определения скорости однофазного потока жидкости, однако не может быть использована в медицинской практике.
В температурном датчике по патенту US №7891870, 2001 г. термопара встроена в спеченный изолирующий керамический материал, что обеспечивает хорошую чувствительность и долговечность датчика при измерении выхлопных газов автомобиля.
В медицинском термометре по патенту RU №2090848, опубл. 20.09.1997 чувствительный элемент выполнен в виде соединенных последовательно термопар. Четные спаи термопар выведены за торец одного корпуса зонда, а нечетные за торец второго корпуса зонда. Термопарные провода изолированы, а в конце корпусов зонда оканчиваются неизолированными спаями. Один из корпусов зонда может быть выполнен в виде манжеты с возможностью фиксирования положения на теле или упругого браслета. На внутренней их стороне закреплена металлическая пластинка, на которую выведены соответствующие спаи термопар. Кисть из термопарных проводов, оканчивающихся спаями, позволяет в процессе измерения изменять площадь контакта спаев с контролируемой поверхностью и, следовательно, изменять время тепловой инерции. Однако медицинский термометр по патенту RU №2090848, 1997 г. не обеспечивает измерение температуры в глубине тела.
В швейной машинной игле - термопаре по а.с. СССР №134118, 1960 г. в углубленную большую канавку иглы, тело которой служит одним из электродов термопары, помещена изолированная проволока из константана, платины или другого материала, один конец которой прикреплен к телу иглы в непосредственной близости от ушка, другой конец пропущен через отверстие в колбе иглы и соединен с клеммой измерительного прибора, а колба иглы посредством отводка соединена с другой клеммой измерительного прибора. Игла - термопара по а.с. СССР №134118 предназначена для определения температуры нагрева иглы при переходе ее через ткань и не может быть использована в медицинской практике. Кроме того термометрические характеристики датчиков от экземпляра к экземпляру сильно разнятся из-за отличия электрических свойств тела иглы, поэтому к каждому датчику требуется индивидуальная градуировочная характеристика.
В качестве прототипа принят термопарный датчик по патенту RU №2485460, 2013 г., который содержит защитный корпус с герметизированной внутренней полостью, в которой расположены проволочные термоэлектроды. В верхней части корпуса размещен герметизированный вывод термоэлектродов с подсоединительными элементами. Датчик содержит цилиндрический керамический диэлектрический, выполненный из нитрида алюминия или алунда элемент, на котором с торцов цилиндрического элемента выполнена встречная намотка термоэлектродов, образующая плотную двухзаходную спираль с чередующимися витками термоэлектродов. Термопарный датчик - прототип предназначен для использования в системах контроля технологических процессов, сложен в изготовлении и не может быть использован в медицинской практике.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание одноразового термопарного датчика для локального контроля температуры в теле человека.
Поставленная задача решается тем, что в медицинском термопарном датчике, содержащем корпус с внутренней полостью, в которой расположена термопара с проволочными термоэлектродами, согласно полезной модели, в качестве корпуса используют медицинскую инъекционную трубчатую иглу, спай проволочных термоэлектродов расположен вблизи герметично закупоренного среза тела иглы, а проволочные термоэлектроды пропущены через тело иглы, головку иглы, трубчатый удлинитель и соединены с клеммами измерительного прибора, при этом трубчатый удлинитель со стороны головки иглы снабжен герметичным соединителем, а с другой стороны загерметизирован.
Технический результат достигается также тем, что:
в качестве проволочных термоэлектродов используют пару железо-константан, при этом по крайней мере на проволочный термоэлектрод из константана нанесено электроизоляционное покрытие;
спай проволочных термоэлектродов образуют точечной лазерной сваркой;
срез иглы закупоривают заглушкой из медицинского герметика с высоким значением теплопроводности;
в качестве трубчатого удлинителя используют пластмассовую трубку, например из поливинилхлорида или полиэтилена;
в качестве герметичного соединителя головки иглы с трубчатым удлинителем используют соединитель типа Luer Lock;
проволочные термоэлектроды соединены с клеммами измерительного прибора с помощью стандартного разъема термопар;
в качестве измерительного прибора используют прибор, имеющий встроенную схему компенсации температуры холодного спая.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена конструкция предлагаемого устройства.
Медицинский термопарный датчик содержит медицинскую инъекционную трубчатую иглу 1, состоящую из тела 2 иглы и головки 3 иглы. Вблизи среза 4 иглы расположен спай 5 проволочных термоэлектродов 6 и 7 из разнородных материалов, который образуют точечной лазерной сваркой. Предпочтительным является использование пары железо-константан (термопара J-типа), обладающей достаточно большой термо-ЭДС в рабочем диапазона температуры при небольшой стоимости. Для предотвращения электрического контакта между термоэлектродами, по крайней мере, на проволочный термоэлектрод из константана нанесено электроизоляционное покрытие 8, например полипараксилиленовое.
Преимуществами такого покрытия являются: его малая толщина (порядка десятка микрон), относительная дешевизна, хорошие электроизоляционные свойства, отсутствие внутренних напряжений в покрытии.
Срез 4 иглы закупоривают, что может быть выполнено, например, с помощью сварки. Более технологичным решением является закупорка среза 4 иглы заглушкой 9 из медицинского герметика с высоким значением теплопроводности.
К головке 3 иглы через герметичный соединитель 10 подключен трубчатый удлинитель 11 в виде пластмассовой трубки, выполненной, например, из поливинилхлорида или полиэтилена. В качестве герметичного соединителя 10 головки 3 иглы с трубчатым удлинителем 11 предпочтительно использовать соединитель типа Luer Lock. С другой сторона трубчатый удлинитель 11 заканчивается герметичной пробкой 12, созданной, например, путем оплавления пластмассовой трубки.
Проволочные термоэлектроды 6 и 7 пропущены через тело 2 иглы, головку 3 иглы, трубчатый удлинитель 11 и подсоединены с помощью стандартного разъема термопар 13 к клеммами измерительного прибора. В качестве измерительного прибора используют прибор, имеющий встроенную схему компенсации температуры холодного спая и температурной компенсации линейности, например типа ATT-2002 (http://www.aktakomspb.ru/katalog/catalog_sect=624_id=272.html), который обрабатывает сигнал термодатчика за время порядка 2,5 сек с погрешностью измерения (±0,1%, ±0,2°C) и выводит температуру на индикатор или на персональный компьютер по последовательному интерфейсу RS-232.
При изготовлении термопары использовались проволочные термоэлектроды из проволоки диаметром 0,2 мм, что позволяет уместить термопару в стандартную медицинскую инъекционную иглу диаметром от 0,6 мм.
Для локального измерения температуры в теле человека, например при проведении электромагнитной гипертермии, вводят термопарный датчик как обычную инъекционную иглу в области воздействия и контролируют температуру с помощью измерительного прибора. Высокая чувствительность комплекса термопарный датчик - измерительный прибор позволяет контролировать температуру в области опухоли с высокой точностью и скоростью.
Простота и низкая стоимость изготовления предложенной конструкции термопарного датчика обеспечивают возможность его одноразового использования.