Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини
Наведено результати комп’ютерного моделювання теплофізичних процесів голови людини при заданих теплових потоках на її поверхні. Виявлено недоліки існуючих комп’ютерних моделей голови людини та запропоновано шляхи їх вдосконалення. Розроблено конструкцію та виготовлено експериментальний зразок терм...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117327 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини / Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов, О.А. Крикунов, Р.Р. Кобилянський, В.А. Тюменцев, І.А. Москалик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 60-67. — Бібліогр.: 30 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117327 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Анатичук, Л.І. Книшов, Г.В. Крикунов, О.А. Кобилянський, Р.Р. Тюменцев, В.А. Москалик, І.А. 2017-05-22T14:00:40Z 2017-05-22T14:00:40Z 2016 Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини / Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов, О.А. Крикунов, Р.Р. Кобилянський, В.А. Тюменцев, І.А. Москалик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 60-67. — Бібліогр.: 30 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.05.060 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117327 Наведено результати комп’ютерного моделювання теплофізичних процесів голови людини при заданих теплових потоках на її поверхні. Виявлено недоліки існуючих комп’ютерних моделей голови людини та запропоновано шляхи їх вдосконалення. Розроблено конструкцію та виготовлено експериментальний зразок термоелектричного приладу «АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини. Прилад перспективний для гіпотермії головного мозку людини. Приведены результаты компьютерного моделирования теплофизических процессов головы человека при заданных тепловых потоках на ее поверхности. лены недостатки существующих компьютерных моделей головы человека и предложены пути их совершенствования. Изготовлен экспериментальный образец термоэлектрического устройства «АЛТЕК-7012» для охлаждения головы человека. Прибор перспективный для гипотермии головного мозга человека. The paper presents the results of computer simulation of thermophysical processes in human head under given heat fluxes on its surface. The disadvantages of the existing physical models of human head are revealed and the ways for their improvement are proposed. With regard to computer simulation results, an experimental sample of thermoelectric device for human head cooling «ALTEC-7012» which is promising for human brain hypothermia has been designed and manufactured. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини Термоэлектрический прибор «АЛТЕК-7012» для охлаждения головы человека Thermoelectric Device «ALTEC-7012» for Human Head Cooling Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини |
| spellingShingle |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини Анатичук, Л.І. Книшов, Г.В. Крикунов, О.А. Кобилянський, Р.Р. Тюменцев, В.А. Москалик, І.А. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title_short |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини |
| title_full |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини |
| title_fullStr |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини |
| title_full_unstemmed |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини |
| title_sort |
термоелектричний прилад "алтек-7012" для охолодження голови людини |
| author |
Анатичук, Л.І. Книшов, Г.В. Крикунов, О.А. Кобилянський, Р.Р. Тюменцев, В.А. Москалик, І.А. |
| author_facet |
Анатичук, Л.І. Книшов, Г.В. Крикунов, О.А. Кобилянський, Р.Р. Тюменцев, В.А. Москалик, І.А. |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Термоэлектрический прибор «АЛТЕК-7012» для охлаждения головы человека Thermoelectric Device «ALTEC-7012» for Human Head Cooling |
| description |
Наведено результати комп’ютерного моделювання теплофізичних процесів голови людини при заданих теплових
потоках на її поверхні. Виявлено недоліки існуючих комп’ютерних моделей голови людини та запропоновано шляхи
їх вдосконалення. Розроблено конструкцію та виготовлено експериментальний зразок термоелектричного приладу
«АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини. Прилад перспективний для гіпотермії головного мозку людини.
Приведены результаты компьютерного моделирования теплофизических процессов головы человека при
заданных тепловых потоках на ее поверхности. лены недостатки существующих компьютерных моделей головы человека и предложены пути их совершенствования. Изготовлен экспериментальный образец термоэлектрического устройства «АЛТЕК-7012»
для охлаждения головы человека. Прибор перспективный для гипотермии головного мозга человека.
The paper presents the results of computer simulation of
thermophysical processes in human head under given heat
fluxes on its surface. The disadvantages of the existing
physical models of human head are revealed and the ways for
their improvement are proposed. With regard to computer
simulation results, an experimental sample of thermoelectric
device for human head cooling «ALTEC-7012» which is
promising for human brain hypothermia has been designed and manufactured.
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117327 |
| citation_txt |
Термоелектричний прилад "АЛТЕК-7012" для охолодження голови людини / Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов, О.А. Крикунов, Р.Р. Кобилянський, В.А. Тюменцев, І.А. Москалик // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 60-67. — Бібліогр.: 30 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT anatičuklí termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT knišovgv termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT krikunovoa termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT kobilânsʹkiirr termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT tûmencevva termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT moskalikía termoelektričniipriladaltek7012dlâoholodžennâgolovilûdini AT anatičuklí termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT knišovgv termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT krikunovoa termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT kobilânsʹkiirr termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT tûmencevva termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT moskalikía termoélektričeskiipriboraltek7012dlâohlaždeniâgolovyčeloveka AT anatičuklí thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling AT knišovgv thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling AT krikunovoa thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling AT kobilânsʹkiirr thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling AT tûmencevva thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling AT moskalikía thermoelectricdevicealtec7012forhumanheadcooling |
| first_indexed |
2025-11-25T20:35:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:35:26Z |
| _version_ |
1850523644753608704 |
| fulltext |
60
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5): 60—67 doi: http://dx.doi.org/10.15407/scin12.05.060
Наведено результати комп’ютерного моделювання теплофізичних процесів голови людини при заданих теплових
потоках на її поверхні. Виявлено недоліки існуючих комп’ютерних моделей голови людини та запропоновано шляхи
їх вдосконалення. Розроблено конструкцію та виготовлено експериментальний зразок термоелектричного приладу
«АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини. Прилад перспективний для гіпотермії головного мозку людини.
К л ю ч о в і с л о в а: комп’ютерне моделювання, термоелектричне охолодження, охолодження голови людини, гі-
поксія головного мозку.
© Л.І. АНАТИЧУК, Г.В. КНИШОВ,
О.А. КРИКУНОВ, Р.Р. КОБИЛЯНСЬКИЙ,
В.А. ТЮМЕНЦЕВ, І.А. МОСКАЛИК, 2016
Л.І. Анатичук 1, Г.В. Книшов 2 , О.А. Крикунов 2,
Р.Р. Кобилянський 1, В.А. Тюменцев 1, І.А. Москалик 1
1 Інститут термоелектрики НАН та МОН України,
вул. Науки, 1, Чернівці, 58029, Україна, тел. +38 (03722) 4-44-22, факс +38 (03722) 4-19-17
2 Національний Інститут серцево-судинної хірургії ім. М.М. Амосова НАМН України,
вул. М. Амосова, 6, Київ, 03110, Україна, тел. +38 (044) 275-43-22
ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ПРИЛАД «АЛТЕК-7012»
ДЛЯ ОХОЛОДЖЕННЯ ГОЛОВИ ЛЮДИНИ
Однією з актуальних проблем у медичній
практиці є гіпоксія головного мозку [1—8].
Вона спостерігається при порушеннях мозко-
вого кровообігу, шокових станах, гострій сер-
це во-судинній недостатності, повній попере-
чній блокаді серця, травмах голови, отруєнні
окисом вуглецю та при асфіксії різного похо-
дження. Гіпоксія головного мозку може також
виникати як ускладнення при операціях на
серці та магістральних судинах, а також у ран-
ньому післяопераційному періоді. При цьому
розвиваються різноманітні неврологічні син-
дроми та психічні розлади.
При тривалості кисневого голодування біль-
ше 3—4 хв відновлення діяльності мозку стає
неможливим. Однак відомо, що локальна гіпо-
термія мозку знижує його потребу в кисні, під-
вищує стійкість до гіпоксії, а також зменшує
або навіть усуває небезпеку тимчасової ішемії
мозку, чим збільшує допустиму тривалість кис-
невого голодування [9—10]. Так, наприклад,
охолодження лише на 5 °С збільшує час життя
мозку у кілька разів. Гіпотермія рекомендована
у випадках різного роду травм голови, опера-
тивних втручань на серці, а також у післяопера-
ційний період — при гіпоксичних набряках го-
ловного мозку, інтоксикації і травмах централь-
ної нервової системи.
Як правило, існуюча апаратура для охоло-
дження голови людини — це габаритні стаціо-
нарні прилади на основі компресорних холо-
дильних агрегатів [11—17]. Хоча останнім ча-
сом з’являються розробки приладів на основі
термоелектричного охолодження, які попри
очевидні переваги не досягли широкого прак-
тичного використання [18—20].
Тому метою даної роботи є визначення пер-
спективності використання термоелектрики
для охолодження голови та розробка термо-
елект ричного приладу для гіпотермії мозку
людини.
61ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Термоелектричний прилад «АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини
ФІЗИЧНА МОДЕЛЬ ГОЛОВИ ЛЮДИНИ
Фізична модель голови людини створена на
основі існуючих моделей та представляє со-
бою напівсферу, радіус якої R дорівнює серед-
ньому радіусу голови дорослої людини (рис. 1).
Ця сфера має приповерхневі шари 1—3, тов-
щини яких дорівнюють середнім товщинам
скальпу h1, підшкірного шару h2 та кісток чере-
па h3 відпо відно. Всередині напівсфери знахо-
диться мозок 4 радіусом R4. Відповідні шари
1—4 розглядають ся як об’ємні джерела тепла,
в кожному з яких рівномірно по об’єму шару
генерується теп ло метаболізму qmetі (i = 1—4)
та відбувається теп ло обмін з циркулюючою
кров’ю, що задається кое фіцієнтом перфузії
крові ωbі. При цьому мозок є біологічною тка-
ниною з високою перфузією кро ві, а темпера-
тура крові є незмінною Тb = 37 °С. Температу-
ри на границях відповідних шарів складають
T1, T2, T3, T4. Теплофізичні властивості цих біо-
логічних шарів наведені в табл. 1 [21].
Верхня поверхня напівсфери знаходиться в
стані теплообміну з оточуючим середовищем
(шляхом випромінювання та конвекції) або з
охолоджуючим шоломом (із заданим інте-
гральним коефіцієнтом теплопередачі). При
цьому q1 — це густина теплового потоку, що
розсіюється з голови людини в оточуюче се-
редовище. Нижня поверхня напівсфери має
температуру Т5 = 37 °С.
МАТЕМАТИЧНИЙ ОПИС ФІЗИЧНОЇ МОДЕЛІ
Загальне рівняння теплообміну в біологіч-
ній тканині має такий вигляд [21—26]:
, (1)
де і = 1—4 — відповідні шари фізичної моделі
голови людини; ρі — густина відповідного ша-
ру біологічної тканини, кг/м3; Сі — питома те-
плоємність відповідного шару біологічної
ткани ни, Дж/кг · К; ρb — густина крові, кг/м3;
Сb — питома теплоємність крові, Дж/кг · К;
ωbі — швидкість перфузії крові відповідного
шару біологічної тканини, м3 · c–1 · м–3; Тb — тем-
пература крові людини, К; qmetі — кількість те-
пла від метаболізму відповідного шару, Вт/м3;
Т — абсолютна температура, К; κі — коефіцієнт
теплопровідності шару біологічної тканини,
Вт/м · К; t — час, с.
Доданок у лівій частині рівняння (1) пред-
ставляє собою швидкість зміни теплової енер-
гії, що міститься в одиниці об’єму біологічної
Таблиця 1
Теплофізичні властивості біологічних шарів голови людини [21]
Анатомічна структура
голови людини
Теплопровідність
k, Вт/м·К
Густина ρ,
кг/м3
Питома теплоємність
Cp, Дж/кг·К
Перфузія
Wb, л·с-1 м-3
Метаболізм qmet,
Вт/м3
Скальп 0,47 1000 3680 1,5 363
Підшкірний шар 0,16 850 2300 0,2 130
Череп 1,16 1500 1591 0,15 130
Мозок 0,49 1080 3850 8,5 10437
Кров 0,5 1069 3650 — —
Рис. 1. Фізична модель голови людини
q1
T1 T2 T3 T4
4
3
2
1
T5
86
2
1,5
10
62 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов , О.А. Крикунов та ін.
тканини. Три доданки у правій частині цього
рівняння являють собою відповідно швидкість
зміни теплової енергії за рахунок теплопровід-
ності, перфузії крові та тепла метаболізму.
Рівняння теплообміну в біологічній тканині
(1) необхідно розв’язувати з такими гранич-
ними умовами (2)—(3):
(2)
T5 = 310 K, (3)
де q1 — густина теплового потоку, що розсію-
ється з голови людини в оточуюче середови-
ще; qrad — густина теплового потоку шляхом
випромінювання; qconv — густина теплового по-
току шляхом конвекції; ε — ступінь чорноти;
σ — стала Больцмана; Т — абсолютна темпера-
тура; Т0 — температура оточуючого середови-
ща; hconv — коефіцієнт конвективного теплооб-
міну; hfluid — коефіцієнт конвективного тепло-
обміну з рідиною; Тfluid — температура рідини.
РЕЗУЛЬТАТИ
КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
З метою визначення теплового впливу на
голову людини було створено тривимірну ком-
п’ю терну модель голови, поверхня якої кон-
тактує з охолоджуючим шоломом. Для побу-
дови ком п’ютерної моделі використано пакет
прикладних програм Comsol Multiphysics [27],
що дає мож ливість проводити моделювання
теплофізичних процесів у біологічній тканині
тіла людини з врахуванням кровообігу та ме-
таболізму. Роз ра хунок розподілів температур
та густини теплових потоків всередині голови
людини здійснювався методом скінченних еле-
ментів (рис. 2).
За допомогою об’єктно-орієнтованого ком-
п’ю терного моделювання було визначено роз-
поділ температури всередині голови людини.
Як приклад на рис. 3 (див. кольорову вклейку)
наведено розподіл температури в осьовому пе-
рерізі голови людини при загальному тепло-
вому потоці з її поверхні Q = 10 Вт.
Діапазон значень теплових потоків з по-
верхні голови людини складає Q = 10÷100 Вт,
що обмежено мінімально допустимою темпе-
ратурою поверхні голови на рівні +2 °С. Для
зручності порівняння вказаних теплових ре-
жимів на рис. 4 (див. кольорову вклейку) на-
ведено розподіл температури вздовж радіуса
півсфери голови при відповідних значеннях
теплових потоків з поверхні голови людини.
З рис. 4 видно, що за умови дотримання
міні мально допустимої температури зовніш-
ніх по кривів голови (+2 °С) до необхідної
температури +32 °С можна охолодити лише
3 мм приповерхневого шару головного мозку
людини. При цьому температура ядра голов-
ного мозку залишається незмінною (+37 °С).
У такому випадку від голови відводиться 90
а
б
Рис. 2. Сітка методу скінченних елементів у комп’ютерній
програмі COMSOL MULTIPHYSICS
50
0
–50
x
z
y
x
z
y
500–50
50
0
–50
40
0
20
80
60
Рис. 3. Розподіл температури в осьовому перерізі голови людини
при загальному тепловому потоці з її поверхні Q = 10 Вт
50
0
z
y
–50 500
–50
50
35
▼34,714
35,5
36
36,5
37
▲37,001
Рис. 4. Вплив потужності охолодження Q на розподіл температури T вздовж радіуса R півсфери голови людини
20
15
10
5
0
T, °C
40
35
30
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 R, мм
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q1 = 10Вт
Q2 = 20Вт
Q3 = 30Вт
Q4 = 40Вт
Q5 = 50Вт
Q6 = 60Вт
Q7 = 70Вт
Q8 = 80Вт
Q9 = 90Вт
Q10 = 100Вт
63ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Термоелектричний прилад «АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини
Вт тепла, що згідно з [28] становить 90 % те-
плопродукції всьо го організму людини. Але
насправді повинно ма ти місце охолодження
головного мозку, оскільки тепловідведення на
рівні 90 Вт у 6 разів пе ревищує загальну те-
плопродукцію голови людини. Внаслідок цьо-
го кров, що пройшла через голову, повин на
охолоджуватися, а проходячи через тіло лю-
дини — охолоджувати весь організм людини.
Після повернення до голови кров повинна ма-
ти дещо нижчу температуру, ніж +37 °С, яка в
існуючих моделях задається константою. Оче-
видно, що саме ця обставина і є основним не-
доліком існуючих фізичних та ком п’ютер них
моделей голови людини.
Отже, існуючі підходи щодо створення фі-
зичних моделей та комп’ютерного моделюван-
ня голови людини, в яких температура артері-
Рис. 5. Охолоджуючі шолом для голови та манжет для шиї
Рис. 6. Термоелектричний блок охолодження
Рис. 7. Термоелектричний прилад для охолодження голови людини «АЛТЕК-7012»
64 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов , О.А. Крикунов та ін.
альної крові є незмінною Ткрові = 37 °С, потре-
бують вдосконалення шляхом врахування по-
ступового охолодження циркулюючої крові та
теплоємності всього організму людини.
У роботах [29—30] було встановлено, що для
підвищення ефективності охолодження голов-
ного мозку людини термоелектричний прилад
повинен містити і охолоджуючий шолом для
голови, і охолоджуючий манжет для шиї. Такі
прилади потенційно можуть бути перспектив-
ними у медицині в екстрених ситуаціях (при
інсультах, інфарктах, порушеннях мозкового
кровообігу, гострій серцево-судинній недостат-
ності, травмах голови та гіпоксії головного моз-
ку людини).
ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ПРИЛАД
ДЛЯ ОХОЛОДЖЕННЯ ГОЛОВИ ЛЮДИНИ
ТА ЙОГО ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Термоелектричний прилад для охолоджен-
ня голови людини «АЛТЕК-7012» (рис. 5—7)
було розроблено в Інституті термоелектрики
НАН та МОН України в рамках договору про
співробітництво з Національним Інститутом
серцево-судинної хірургії ім. М.М. Амосова
НАМН України.
Прилад призначений для охолодження го-
лови людини при гіпоксії головного мозку, по-
рушеннях мозкового кровообігу, шокових ста-
нах, гострій серцево-судинній недостатності,
поперечній блокаді серця, а також при опе-
раціях на серці та магістральних судинах, у
ранньому післяопераційному періоді та в екс-
трених ситуаціях (гіпоксія, інфаркт, інсульт,
травми голови тощо). Технічні характеристи-
ки приладу наведено в табл. 2.
Прилад складається з термоелектричного
блоку охолодження (рис. 6), охолоджуючої шап-
ки для голови (рис. 5), охолоджуючого манже-
ту для шиї (рис. 5), медичної каталки (рис. 7) та
датчика температури головного моз ку людини.
В свою чергу, блок охолодження містить роз-
роблений в Інституті термоелектрики вузол
термоелектричного охолодження, блок керу-
вання на основі 4-канального мікропроцесор-
ного регулятора температури, модульне джере-
ло живлення та циркуляційний насос.
Вузол термоелектричного охолодження міс-
тить 20 термоелектричних модулів Алтек-127—
1,8×1,8×2,5, розміщених між рідинними тепло-
обмінниками і колекторами, які утво рюють два
окремих рідинних контури: в «холодному» кон-
турі під дією циркуляційного насосу циркулює
теплоносій, що відводить теп ло від тіла люди-
ни, а «гарячий» контур під’єднаний до системи
центрального водопостачання.
За допомогою шлангів до термоелектрич-
ного блоку охолодження послідовно під’єд-
нані охолоджуюча шапка для голови та охо-
лоджуючий манжет для шиї. Запас холодо-
продуктивності блоку охолодження дозво ляє
під’єднання за необхідності охолоджуючої ковд-
ри для тіла людини. Для зручності транс пор-
тування пацієнта разом з приладом для охо-
лодження голови в комплект приладу додана
медична каталка. Зовнішній вигляд термое-
лектричного приладу для охолодження голо-
ви людини в повній комплектації приведений
на рис. 7.
Таблиця 2
Технічні характеристики приладу
Технічні характеристики Значення
Діапазон робочих температур (–5 ÷ +40) °С
Стабільність підтримання тем-
ператури ±0,1 °С
Дискретність відліку ви мі рю ва-
ної і заданої температури ±0,01 °С
Похибка вимірювання темпера-
тури ±0,2 °С
Холодопродуктивність приладу 250 Вт
Напруга живлення:
мережа змінного струму 50 Гц
мережа постійного струму
220±10 В
12—14 В
Загальна споживана потужність 450 Вт
Габарити термоелектричного
бло ку охолодження (305×250×360) мм
Вага термоелектричного блоку
охо лодження 6 кг
65ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Термоелектричний прилад «АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини
ВИСНОВКИ
1. Встановлено, що існуючі підходи щодо
створення фізичних моделей та комп’ютер-
ного моделювання голови людини, в яких
температура артеріальної крові є незмінною
Ткрові = 37 °С, потребують вдосконалення шля-
хом врахування поступового охолодження цир-
кулюючої крові та теплоємності всього орга-
нізму людини.
2. Встановлено, що для підвищення ефек-
тивності охолодження головного мозку люди-
ни термоелектричний прилад повинен місти-
ти охолоджуючий шолом для голови, охоло-
джуючий манжет для шиї і за необхідності —
охолоджуючу ковдру для тіла. Такий прилад
перспективний при гіпоксії головного мозку,
порушеннях мозкового кровообігу, шокових
станах, гострій серцево-судинній недостатнос-
ті, при операціях на серці та магістральних су-
динах та в екстрених ситуаціях (інфаркт, ін-
сульт, травма голови тощо).
ЛІТЕРАТУРА
1. Неговский В.А. Оживление организма и искусст-
венная гипотермия. — М.: Медгиз, 1960. — 302 с.
2. Буков В.А. Холод и организм. Вопросы общего глу-
бокого охлаждения животных и человека. — Л.:
Изд-во Военно-медицинской академии им. С.М. Ки-
рова, 1964. — 216 с.
3. Угрюмов В.М. Тяжелая закрытая травма черепа и
головного мозга. — М.: Медицина, 1974. — С. — 328 с.
4. Гипотермия искусственная // Большая Медицин-
ская Энциклопедия: у 29-ти т. / глав. ред. Петров-
ский Б.В. — 3-е изд. — М: Советская энциклопедия,
1989. — Т.5. — С. 568.
5. Иващенко Е.И. Изменение УПП головного мозга у
больных геморрагическим ОНМК при воздейст вии
локальной краниоцеребральной гипотермии в пер-
вые часы инсульта: Мат. лаб. возрастной физиоло-
гии мозга ГУ НИИ мозга РАМН. — М., 1995. — С. 23.
6. The hypothermia after cardiac arrest study Group. Mild
therapeutic hypothermia to improve the neurologic out-
come after cardiac arrest // NEJM. — 2002. — Vol. 364. —
№ 8. — P. 549—556.
7. Prandini M.N., Neves Filho A., Lapa A.J., Stavale J.N.
Mild hypothermia reduces polymorphonuclear leu ko-
cytes infiltration in induced brain inflammation // Arq.
Neuropsiquiatr. — 2005. — Vol. 63. — № 3B. — P. 779—
784.
8. Усенко Л.В., Царев А.В. Искусственная гипотер-
мия в современной реаниматологии // Общ. реа-
ниматол. — 2009. — Т. V., № 1. — С. 21—23.
9. Белоус А.М., Грищенко В.И. Криобиология. — К.:
Наук. думка, 1994. — 431 с.
10. Шевелёв О.А., Бутров А.В. Технологии лечебной
гипотермии в интенсивной терапии и реанимато-
логии // Неотложная медицина. — 2010. — № 3. —
С. 45-49.
11. Harris B., Andrews P.J.D., Murray G..D., Forbes J.,
Moseley O. Systematic review of head cooling in adults
after traumatic brain injury and stroke // Health Tech-
nology Assessment. — 2012. — Vol. 16, № 45. — 175 р.
12. Смирнов О. Новый способ охлаждения (или нагре-
ва) тела и устройство для черепно-мозговой гипо-
термии // Биомед. — 1968. — № 2. — P. 343—347.
13. Смирнов О. Способ повышения эффективности
воздушной гипотермии и устройство для охлажде-
ния мозга // Биомед. — 1969. — №3. — P. 257—260.
14. Cincinnati Sub-Zero. [Електронний ресурс]: Web-
сайт. — Режим доступу: http://www.cszmedical.com/
15. Harris O.A., Muh C.R., Surles M.C., Pan Y., Rozycki G.,
Macleod J. and Easley K. Discrete cerebral hypother-
mia in the management of traumatic brain injury: a
ran domized controlled trial // J. Neurosurg. — 2009. —
Vol. 110. — P. 1256—1264.
16. Patent US 20100168825 A1. Device for cooling a body
part / Ingrid Barbknecht. — 2010.
17. Центрмед. [Електронний ресурс]: Web-сайт. — Ре-
жим доступу: http://www.cmed-plus.ru/atg.html.
18. Cool-Cap System Gets FDA Nod. Medgadget.com.
Retrieved 2009-10-13.
19. Cool-Cap System — Children’s Hospital — Scott & White —
Central Texas. Sw.org. Retrieved 2009-10-13.
20. Ахиска Р., Гулер І., Явуз A.Х., Топрак А. Система
контролю термоелектричного охолоджувача мозку з
нечітким алгоритмом // Термоелектрика. — 2008. —
№ 2. — С. 64—70.
21. Fiala D., Lomas K.J., Stohrer M.A. Computer model of
human thermoregulation for a wide range of envi ron men-
tal conditions: the passive system // J. Appl. Physiol. —
1985. — 87(5). — P. 1957—1972.
22. Xiaojiang Xu, Tikuisis P. and Giesbrecht G. A mathe-
ma tical model for human brain cooling during cold-
water near-drowning // J. Appl. Physiol. — 1999. — 86. —
P. 265—272.
23. Brian H.D., Eberhar R.C., Dulikravich G.S., Radons S.W.
Finite element simulation of cooling of realistic 3-d hu-
man head and neck // J. of Biomechanical Engineering. —
2004. — № 125 — P. 832-840.
24. Matthew A., Konstas A-A., Choi J.H., Laine A.F., Pile-
Spellman J. Brain cooling maintenance with cooling
cap following induction with intracarotid cold saline
66 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Л.І. Анатичук, Г.В. Книшов , О.А. Крикунов та ін.
infusion: A quantitative model // J. of Theoretical
Biology. — 2008. — № 253 — P. 333-344.
25. Christiansen M., Rakhilin N., Tarakanova A., Wong K.
Modeling brain cooling treatment approved for hypo-
xic-ischemic encephalopathy in infants to treat stroke
and cardiac arrest in adult patients // Cornell Universi-
ty. — 2010. — 24 р.
26. Harris B.A., Andrews P.J.D., Marshall I., Robinson T.M.
and Murray G.D. Forced convective head cooling de-
vice reduces human cross-sectional brain temperature
measured by magnetic resonance: a non-randomized heal-
thy volunteer pilot study // British J. of Anaesthe sia. —
2008. — 100 (3). — P. 365—72.
27. COMSOL Multiphysics User’s Guide // COMSOLAB. —
2010. — 804 p.
28. Jiang S.C., Ma N., Li H.J., Zhang X.X. Effects of ther-
mal properties and geometrical dimensions on skin burn
injuries. Beijing, China. — 2002. — P. 713—117.
29. Кобилянський Р.Р., Москалик І.А. Про перспектив-
ність використання термоелектрики для лікуван-
ня голови людини охолодженням // Термоелект-
ри ка. — 2015. — № 4. — С. 85—94.
30. Кобилянський Р.Р., Москалик І.А. Про розподіл тем-
ператури в голові людини при заданих теплових
потоках на її поверхні // Термоелектрика. — 2015. —
№ 5. — С 89-95.
REFERENCES
1. Negovsky V.A. Resuscitation and artificial hypother-
mia. Moscow: Medgiz, 1960 [in Russian].
2. Bukov V.A. Cold and Organism. Issues of Deep Cooling
of Animals and Humans. Leningrad: S.M. Kirov Mili-
tary Medical Academy, 1964 [in Russian].
3. Ugriumova V.M. Heavy closed trauma of the skull and
brain (diagnosis and treatment). Moscow: Meditsina
Publ., 1974 [in Russian].
4. Artificial Hypothermia. Great Medical Encyclopedia in
29 volumes, Ed.by B.V. Petrovsky, 3-d ed. Moscow:
Soviet Encyclopedia, 1989, Vol. 5, P. 568.
5. Ivaschenko E.I. Change in Constant Potential Level for
Pa tients Suffering from Brain Hemorrhage on Expo-
sure to Local Craniocerebral Hypothermia During the
First Hours of Stroke: Proc. of Age-Specific Physiology
La bo ratory of the Brain Research Institute of Russian
Aca demy of Medical Sciences. Moscow, 1995. 23 p. [in
Russian].
6. The hypothermia after cardiac arrest study Group. Mild
therapeutic hypothermia to improve the neurologic out-
come after cardiac arrest. NEJM. 2002. 364(8): 549—556.
7. Prandini M.N., Neves Filho A., Lapa A.J., Stavale J.N.
Mild hypothermia reduces polymorphonuclear leuko cy-
tes infiltration in induced brain inflammation. Arq.
Neu ropsiquiatr. 2005. 63(3B): 779—784.
8. Usenko L.V., Tsarev A.V. Artificial Hypothermia in Mo-
dern Resuscitation Science. Obschaya Reanimatolo giya.
2009. V(1): 21—23 [in Russian].
9. Belous A.M., Grischenko V.I. Cryobiology. Kyiv: Nau-
ko va Dumka, 1994 [in Russian].
10. Shevelyov O.A., Butrov A.V. Curative Hypothermia Tech-
nologies in the Intensive Therapy and Resuscitation.
Emergency Medicine. 2010. No. 3: 45-49 [in Russian].
11. Harris B., Andrews P.J.D., Murray G.D., Forbes J., Mo-
seley O. Systematic review of head cooling in adults after
traumatic brain injury and stroke. Health Technology
Assessment. 2012. 16(45). 175 р.
12. Smirnov O. New Method of Body Cooling (or Heating)
and Craniocerebral Hypothermia Device. Biomedical J.
1968. No. 2: 343-347 [in Russian].
13. Smirnov O. Method for Improving the Efficiency of Air
Hypothermia and Brain Cooling Device. Biomedical J.,
1969. No. 3: 257-260 [in Russian].
14. Cincinnati Sub-Zero. [Electronic Resource]: Web-сайт.
Mode of access: http://www.cszmedical.com/. Title from
the screen.
15. Harris O.A., Muh C.R., Surles M.C., Pan Y., Rozycki G.,
Macleod J. and Easley K. Discrete cerebral hypother mia in
the management of traumatic brain injury: a ran do mi zed
controlled trial. J Neurosurg. 2009. No. 110: 1256—1264.
16. Patent US 20100168825 A1. Device for cooling a body
part. Ingrid Barbknecht. 2010.
17. Centermed. [Electronic Resource]: Web-сайт. Mode of
access : http://www.cmed-plus.ru/atg.html. Title from
the screen.
18. Cool-Cap System Gets FDA Nod. Medgadget.com. Re-
trie ved 2009-10-13.
19. Cool-Cap System — Children’s Hospital — Scott & White —
Central Texas. Sw.org. Retrieved, 2009. pp. 10-13.
20. Ahiska R., Gűler İ., Yavuz A. H., Toprak A. Neuro-fuzzy
inference system for control of a thermoelectric brain
cooler. Journal of Thermoelectricity. 2008. No. 2: 64—70
[in Ukrainian].
21. Fiala D., Lomas K.J., Stohrer M.A. Computer model of
human thermoregulation for a wide range of envi ron-
mental conditions: the passive system. J. Appl. Physiol.
(1985). 1999 Nov; 87(5): 1957—1972.
22. Xiaojiang Xu, Peter Tikuisis and Gordon Giesbrecht. A
mathematical model for human brain cooling during
cold-water near-drowning. J Appl Physiol. 1999. No. 86:
265—272.
23. Brian H. Dennis, Robert C. Eberhart, George S. Du-
likravich, Steve W. Radons. Finite element simulation
of cooling of realistic 3-d human head and neck. Journal
of biomechanical engineering. January 2004. No. 125:
832—840.
24. Matthew A. Neimark, Angelos-Aristeidis Konstas, Jae H.
Choi, Andrew F. Laine, John Pile-Spellman. Brain cool ing
maintenance with cooling cap following induction with
67ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Термоелектричний прилад «АЛТЕК-7012» для охолодження голови людини
intracarotid cold saline infusion: A quantitative model.
Journal of Theoretical Biology. 2008. No. 253: 333—344.
25. Michael Christiansen, Nikolai Rakhilin, Anna Tara ka-
nova, Kevin Wong. Modeling brain cooling treatment
approved for hypoxic-ischemic encephalopathy in in-
fants to treat stroke and cardiac arrest in adult patients.
Cornell University. Fall. 2010. 24 р.
26. Harris B.A., Andrews P.J.D., Marshall I., Robinson T.M.
and Murray G.D. Forced convective head cooling devi-
ce reduces human cross-sectional brain temperature mea-
su red by magnetic resonance: a non-randomized healthy
volunteer pilot study. British Journal of Anaesthesia.
2008. 100(3): 365—72.
27. COMSOL Multiphysics User’s Guide. COMSOLAB,
2010. 804 p.
28. Jiang S.C., Ma N., Li H.J., Zhang X.X. Effects of thermal
properties and geometrical dimensions on skin burn in-
juries. Beijing, China, 2002. pp.713—117.
29. Kobylianskyi R.R., Moskalyk I.A. The prospects of using
thermoelectricity for human head cryotherapy. Journal
of Thermoelectricity. 2015. No. 4: 85—94 [in Ukrainian].
30. Kobylianskyi R.R., Moskalyk I.A. On temperature dist-
ri bution in human head at given thermal fluxes on its
surface. Journal of Thermoelectricity. 2015. No. 5: 89—
95 [in Ukrainian].
L.I. Anatychuk 1, G.V. Knyshov 2 , О.А. Krykunov 2,
R.R. Kobylianskyi 1, V.A. Tyumentsev 1, І.А. Moskalyk 1
1 Institute of Thermoelectricity of the NAS and MES of Ukraine,
1, Nauky Str., Chernivtsi, 58029, Ukraine,
Tel. +38 (03722) 4-44-22, Fax +38 (03722) 4-19-17,
2 M.M.Amosov National Institute of Cardiovascular
Surgery of the NAMS of Ukraine,
6, Amosov Str., Kyiv, 03110, Ukraine,
Tel. +38 (044) 275-43-22.
THERMOELECTRIC DEVICE «ALTEC-7012»
FOR HUMAN HEAD COOLING
The paper presents the results of computer simulation of
thermophysical processes in human head under given heat
fluxes on its surface. The disadvantages of the existing
physical models of human head are revealed and the ways for
their improvement are proposed. With regard to computer
simulation results, an experimental sample of thermoelectric
device for human head cooling «ALTEC-7012» which is
promising for human brain hypothermia has been designed
and manufactured.
Keywords: computer simulation, thermoelectric cool-
ing, human head cooling, brain hypoxia.
Л.И. Анатычук 1, Г.В. Кнышов 2 , А.А. Крикунов 2,
Р.Р. Кобылянский 1, В.А. Тюменцев 1, И.А. Москалик 1
1 Институт термоэлектричества
НАН и МОН Украины,
ул. Науки, 1, Черновцы, 58029, Украина,
тел. +38 (03722) 4-44-22, факс +38 (03722) 4-19-17,
2 Национальный институт
сердечно-сосудистой хирургии им. Н.М. Амосова
НАМН Украины,
ул. Н. Амосова, 6, Киев, 03110, Украина,
тел. +38 (044) 275-43-22.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР
«АЛТЕК-7012» ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА
Приведены результаты компьютерного моделирова-
ния теплофизических процессов головы человека при
заданных тепловых потоках на ее поверхности. Выяв-
лены недостатки существующих компьютерных моде-
лей головы человека и предложены пути их совер-
шенствования. Изготовлен экспериментальный обра-
зец термоэлектрического устройства «АЛТЕК-7012»
для ох лаждения головы человека. Прибор перспектив-
ный для гипотермии головного мозга человека.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, тер-
моэлектрическое охлаждение, охлаждение головы че ло-
века, гипоксия головного мозга.
Стаття надійшла до редакції 06.06.16
|