外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法和控制系统

摘要

本发明公开了一种人体温度调节系统的温度控制方法，所述人体温度调节系统包括半导体加热制冷芯片、水循环系统和温度传感器，所述控制方法包括：根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温，然后根据第二预期水温控制变温速度；变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关，所述温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。本发明还提供了与上述方法对应的温度控制系统。该方法和系统能够根据不同手术环境和患者的自身条件调整变温的速度。

权利要求

1.外科手术用人体温度调节系统的温度控制系统，所述人体温度调节系统包括半导体加热制冷芯片、水循环系统和温度传感器，其特征在于，所述温度控制系统包括：温度计算模块，用于根据用户设定的体温计算得到第一预期水温；

温度计算模块具体用于：按照如下公式计算第一预期水温：

第一预期水温=(设定的体温-6*(测得的温度-设定的体温)-∑((测得的温度-设定的体温)/5))；所述测得的温度为通过算法得到的将人体当前体温降到设定的体温的预期水温，∑指的是按照预定的周期对参数进行累加；当根据上述公式前两项算得的预期水温，经过预定的时间周期后，没有将人体的温度降低到设定的体温，则通过第三项的累加进行修正，累加的目的在于，当人体的温度经过预定的时间周期后，没有达到设定的体温时，通过第三项的修正进一步降低预期水温；

温度调整模块，用于根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温；

控制模块，用于根据第二预期水温控制变温速度；变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关，所述温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。

2.根据权利要求1所述的外科手术用人体温度调节系统的温度控制系统，其特征在于，所述温度调整模块具体用于：当需要快速变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与测得的实际水温之间的产生较大的差值；当需要缓慢变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与测得的实际水温之间的产生较小的差值。

说明书

外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法和控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及温度控制领域，特别是一种外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法和控制系统。

背景技术

[0002] 许多外科手术需要在低温条件下进行。尤其是对于神经外科和心脏外科等手术，通常需要对患者的脑部和身体进行降温后手术，以起到保护中枢神经系统、防止大出血等作用。

[0003] 常见的外科手术降温装置包括半导体制冷片、水路、水泵、温度传感器等部分。如CN 204501188 U公开的一种温度调节系统，就包括半导体制冷片和水循环系统。在水泵的作用下，水循环系统中的水流过半导体制冷片，起到降温的作用。半导体制冷片可以通过改变电流方向起到制热的作用，以恢复人体的温度。

[0004] 现有的人体温度控制系统只有单一的加热和制冷两种模式，但是在一些手术中，温度的变化速度过快或过慢都有可能对手术造成不利影响。而现有技术中温控系统模式单一，没有针对不同手术环境和不同患者的自身条件采用不同的降温速度，对手术效果造成了不利影响。

[0005] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0006] 本发明的一个目的是提供一种外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法，能够根据不同手术环境和患者的自身条件调整变温的速度。

[0007] 本发明的另一个目的是提供一种基于上述温度控制方法的外科手术用人体温度调节系统的温度控制系统。

[0008] 为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法，所述人体温度调节系统包括半导体加热制冷芯片、水循环系统和温度传感器，所述控制方法包括：

[0009] 根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温，然后根据第二预期水温控制变温速度；变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关，所述温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。

[0010] 可选地或优选地，所述根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温包括：

[0011] 当需要快速变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较大的差值；

[0012] 当需要缓慢变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较小的差值。

[0013] 可选地或优选地，在改变第一预期水温的大小之前，所述方法还包括：

[0014] 根据用户设定的体温计算得到第一预期水温。

[0015] 可选地或优选地，所述根据用户设定的体温计算得到第一预期水温包括：

[0016] 按照如下公式计算第一预期水温：

[0017] 第一预期水温＝(设定温度-6*(测得的温度-设定的温度)-∑((测得的温度-设定的温度)/5))；所述测得的温度为根据输入的人体温度变化范围测得的预期水温，∑指的是按照预定的周期对参数进行累加。

[0018] 可选地或优选地，所述根据第二预期水温控制变温速度包括：

[0019] 根据PID算法处理第二预期水温得到PID值，再根据PID值控制变温速度。

[0020] 可选地或优选地，变温速度的需求包括全速降温需求、人体发热状态下的降温需求和人体在常温下的降温需求；其中全速降温需求中需要的降温速度＞人体发热状态下的降温需求中的降温速度＞人体在常温下的降温需求的降温速度。

[0021] 可选地或优选地，在根据全速降温需求和人体在常温下的降温需求控制变温速度时，所述方法还包括：

[0022] 当达到预期水温时，控制温度保持恒定。

[0023] 可选地或优选地，所述方法还包括复温步骤，所述复温步骤包括：提供多个预设的复温速度，在一个预设的复温速度被选择时，按照该复温速度升温。

[0024] 第二方面，本发明提供了一种外科手术用人体温度调节系统的温度控制系统，所述人体温度调节系统包括半导体加热制冷芯片、水循环系统和温度传感器，所述温度控制系统包括：

[0025] 温度调整模块，用于根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温；

[0026] 控制模块，用于根据第二预期水温控制变温速度；变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关，所述温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。

[0027] 可选地或优选地，所述温度调整模块具体用于：

[0028] 当需要快速变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较大的差值；

[0029] 当需要缓慢变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较小的差值。

[0030] 本发明提供的外科手术用人体温度调节系统的温度控制方法和系统，是将通过改变预期水温，并利用预期水温与实际水温的差值与降温速度的正相关关系来改变降温速度，这样就可以根据实际的手术需求灵活调整降温速度。

附图说明

[0031] 图1为本发明实施例一所提供的一种人体温度调节系统的温度控制方法的流程图；

[0032] 图2为本发明实施例一自动控温步骤的流程图；

[0033] 图3为本发明实施例一复温步骤的流程图；

[0034] 图4为本发明实施例二所提供的一种人体温度调节系统的温度控制系统的结构示意图；

[0035] 图5为在用户侧执行本发明实施例提供的人体温度调节系统的温度控制系统的流程图。

具体实施方式

[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

[0037] 实施例一

[0038] 本发明实施例提供了一种基于人体温度调节系统的温度控制方法。该方法中涉及的人体温度调节系统通常包括半导体加热制冷芯片、循环水路、温度传感器、压力传感器、水位传感器、水泵、风扇、电磁阀等部分。其中：

[0039] 半导体加热制冷芯片是温度调节系统的冷源和热源，通过控制电流的方向来切换制冷和加热的工作模式，通过控制电流的大小来控制半导体加热制冷芯片的升温或降温速度。

[0040] 循环水路，用于传导半导体加热制冷芯片的热量。在系统中通常匹配有水泵来带动水循环，电磁阀开控制水路的导通和闭合。在循环水路中通常还包括水位传感器。

[0041] 温度传感器主要包括体温传感器、水温传感器、内外部温度传感器。体温传感器用于检测患者的温度，水温传感器用于测量循环水路中的实际水温。内外部温度传感器可以检测系统内外部的温度。

[0042] 请参考图1-3，本发明实施例提供的一种人体温度调节系统的温度控制方法包括如下的步骤：

[0043] S1：根据用户设定的体温计算得到第一预期水温。

[0044] 第一预期水温可以按照如下公式计算：(设定温度-6*(测得的温度-设定的温度)-累加((测得的温度-设定的温度)/5))。公式当中，测得的温度指的是根据人体温度调节系统既有的传感器和控制器根据用户的降温范围而测得的预期温度。例如当患者的当前体温为38℃，需要降低到35℃时，降温范围为38℃-35℃，系统会根据既有的算法测得一个能够将人体温度从38℃降到35℃的水温，这个温度即为测得的温度。这一部分的工作本领域技术人员能够通过现有的人体温度调节系统来实现。但是，在实际工作过程中，这一测得的温度并不一定能满足降温的需要。为此，本发明根据设定的温度和上述测得的温度进行进一步计算，确定更为准确的预期水温。公式中的第二项首先计算出测得的温度与设定的温度的差值，然后乘以6作为经验的修正系数，这样第二项对第一项的设定温度起到修正的作用。第三项的累加的目的在于，当人体的温度始终没有达到预期的温度时，可以通过第三项的修正进一步降低预期温度，来使得人体温度降低。例如，假设设定的温度为34℃，测得的温度为34.5℃时，根据公式的前两项可得：34-6*(34.5-34)＝31℃。如果一个预设时间后人体的体温仍然没有达到预期的温度，则通过第三项计算得到修正值0.1℃，减去后为30.9℃，即通过第三项进一步降低了预期水温。如果再经过一预设的时间后，人体温度仍然没有降到预期的温度，则对第三项进行累加，继续降低预期水温。

[0045] S2：根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温。

[0046] 改变第一预期水温大小的最终目的在于调整温度的变化速率。在本实施例当中，控制半导体加热制冷芯片电流大小，即控制半导体加热制冷芯片温度变化快慢的规则是：变温速度应当与预期水温和实际水温之间的差值呈正相关关系(如下文S3中述)。其中，实际水温是一个通过温度传感器测量得到的客观值，而预期水温是可调的，因此本发明的技术构思就在于改变预期水温，以改变所述差值，从而调整半导体加热制冷芯片的温度变化速率。

[0047] S3：根据第二预期水温控制变温速度。如前所述，变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关的关系，其中温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。当温度差值越大时，变温速度就越快，温度差值越小，变温速度就越慢。例如，当第一预期水温为30℃，需要将人体降至的温度也为30℃，此时实际的水温为45℃时，如需要快速降温，则可以将第一预期水温降低至20℃(即得到的第二预期水温)，这样就加大了预期水温和实际水温之间的差值，从而根据上述变温规则提高了降温速度。当需要缓慢降温时，可以提高第一预期水温的值至28℃-35℃之间的较高的温度(即得到的第二预期水温)，此时缩小了预期水温和实际水温的差值，即减缓了降温速度。需要说明的是，正相关关系中的具体系数并不构成对本发明的限定，可以根据实际经验灵活调整。

[0048] 在步骤S3中，在向半导体加热制冷芯片发送控制温度信号时，可以根据PID算法处理第二预期水温，得到PID值，再根据PID值控制变温速度。PID算法是应用很广泛的一种自动控制算法，其通用公式为：△u(k)＝Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)。在温度控制领域，PID算法可以通过公知的PID控制器实现。将第二预期水温发送给PID控制器后，第二预期水温作为PID算法中的一个参数直接影响所得PID值的大小。在获得PID值后，PID控制器进一步向半导体加热制冷芯片发出控制信号，通过按周期调节脉冲宽度输出等方式来改变电流大小，最终实现温度变化快慢的控制。

[0049] 本实施例中所述的变温速度需求主要包括快速降温需求和缓和降温需求等。这种需求可以事先按照预定的规则划分，当接收到来自用户对某一需求的请求信号时，则按照相应的变温速度控制策略来调整预期水温。在一些实施例中。变温速度的需求包括全速降温需求、人体发热状态下的降温需求和人体在常温下的降温需求；其中全速降温需求中需要的降温速度＞人体发热状态下的降温需求中的降温速度＞人体在常温下的降温需求的降温速度。

[0050] 根据全速降温需求采用的变温策略是加大预期水温和实际水温的差值，以实现全速降温模式。在该模式下，当患者体温需要快速达到指定温度才能进行手术，现有温控算法无法使患者体温最快速度达到指定温度。全速降温模式通过上述变温策略控制水温，可以使患者体温快速达到手术需要的温度，从而达到最佳治疗效果，需要说明的是，此模式下不考虑患者寒战等应激反应。

[0051] 根据人体在常温下的降温需求采用的变温策略是使得预期水温和实际水温保持较小的差值，以实现常温降温模式。在该模式下，患者病情基本稳定，体温接近人体正常温度，降温过程要避免寒战等应激反应发生，现有温控算法在降温过程中会导致患者发生寒战等应激反应。该模式会根据上述变温策略，控制水温达到既能降温又不会使患者出现寒战等应激反应的一个温度。

[0052] 根据人体发热状态下的降温需求采用的变温策略介于以上两种需求之间，其温度差值适中，以使得变温速度也介于以上两种模式之间。在患者处于发热状态下，需要对其进行快速的降温，但由于此时患者的体温和身体状态通常不是很稳定，不能采用过快的降温速度，因此本实施例设计的这种需求可以实现折中的降温速率，以适用于发热的患者。

[0053] 更为优选地，在根据全速降温需求和人体在常温下的降温需求控制变温速度时，所述方法还包括：

[0054] S4：当达到预期水温时，控制温度保持恒定，实现自动控温模式。

[0055] 在达到预期水温后，水温可能还会随着外界的换热而发生变化，导致温度的不稳定。本发明实施例对水温进行实时的检测，当检测到实际的水温与预期水温的差值再次超过某一阈值时，则判定温度发生了变化，通过控制半导体加热制冷芯片重新调整水温。这样实现了温度的恒定。

[0056] 在一些实施例中，温度控制方法还包括复温步骤，所述复温步骤具体包括：

[0057] S5：提供多个预设的复温速度，在一个预设的复温速度被选择时，按照该复温速度升温。当患者做完手术或手术过程中需要恢复到指定体温，但由于患者个体差异及病情差异，对恢复体温的速度有严格要求，现有温控算法只有一种恢复体温模式，无法满足复温的要求。本发明实施例中，按照预定规则设定多个升温速度，例如可以设定四种档位，控制每小时恢复体温0.1℃、0.25℃、0.5℃、1℃。当用户选择某一档位时，则向半导体加热制冷芯片发出对应温度变化速度的控制信号，以满足不同患者恢复体温的要求。

[0058] 实施例二

[0059] 本实施例提供了一种与实施例一中所述方法对应的人体温度调节系统的温度控制系统，如图4所示，该系统包括：

[0060] 温度计算模块101，用于根据用户设定的体温计算得到第一预期水温。

[0061] 温度计算模块101具体用于：按照如下公式计算第一预期水温：

[0062] 第一预期水温＝(设定温度-6*(测得的温度-设定的温度)-∑((测得的温度-设定的温度)/5))；所述测得的温度为根据输入的人体温度变化范围测得的水温，∑指的是按照预定的周期对参数进行累加。

[0063] 温度调整模块102，用于根据对变温速度的需求改变第一预期水温的大小，得到第二预期水温；

[0064] 温度调整模块102具体用于：

[0065] 当需要快速变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较大的差值；

[0066] 当需要缓慢变温时，改变第一预期水温，使得到的第二预期水温与实际水温之间的产生较小的差值。

[0067] 控制模块103，用于根据第二预期水温控制变温速度；变温速度的控制规则包括：变温速度与温度差值为正相关，所述温度差值指的是第二预期水温和测得的实际水温之间的差值。

[0068] 控制模块103具体用于根据PID算法处理第二预期水温得到PID值，再根据PID值控制变温速度。

[0069] 变温速度的需求包括全速降温需求、人体发热状态下的降温需求和人体在常温下的降温需求；其中全速降温需求中需要的降温速度＞人体发热状态下的降温需求中的降温速度＞人体在常温下的降温需求的降温速度。

[0070] 在根据全速降温需求和人体在常温下的降温需求控制变温速度时，所述系统还包括：

[0071] 自动控温模块104，用于当达到预期水温时，控制温度保持恒定。

[0072] 复温模块105，用于提供多个预设的复温速度，在一个预设的复温速度被选择时，按照该复温速度升温。

[0073] 本实施例提供的系统用于执行实施例一中的方法，上述各功能模块与实施例一中的各步骤相对应，其可能实现的具体方式和工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。

[0074] 上述各功能模块可以集成作为一个软件来实现，其中可以按照医疗机构的实际需求配置其他合适的模块。下面，站在用户侧来阐述本发明实施例提供的人体温度调节系统的温度控制系统执行流程(如图5所示)：

[0075] 步骤一：启动系统。

[0076] 系统会加在配置文件，图片等相关信息，加载完毕后进入自检界面。

[0077] 步骤二：自检。

[0078] 进入自检界面后，系统会与下位机通信，检测与下位机通信状态、水泵、电磁阀、风扇是否能够正常运行；体温传感器、核心传感器、水温传感器、压力传感器、内外部温度传感器、水位传感器获取的信息是否正确。如果自检失败用户可以选择重新自检，自检成功则进入系统设置界面。

[0079] 步骤三：科室选择。

[0080] 进入系统设置界面可以录入患者年龄、性别、床位号、当前时间日期、患者所在科室。科室包括通用和神外两个科室。

[0081] 步骤四：模式选择

[0082] 不同的科室对应的模式不同，通用科室包括：制冷模式、制热模式，神外科室包括：低温模式、常温降温模式、发热模式，其中低温模式下还包括：全速降温、自动控温、复温三种模式。在其他一些实施例中，常温降温模式下也包括自动控温模式。系统会根据温控不同模式对变温速度的需求对加热制冷半导体片进行控制。

[0083] 以上对本发明所提供的人体温度调节系统的温度控制方法和控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。