温热疗法应用和控制系统的制作方法

专利名称：温热疗法应用和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于有效地将温热疗法应用于人体或动物身体部分，以降低、升高或者保持治疗部位的体温的改进的温热疗法应用和控制系统。
背景技术：
公知地，通过在受伤和/或手术之后应用冷冻疗法降低人体或动物身体器官的温度而降低肿胀和疼痛，并且促进愈合。同样地，在手术过程中保持恒温对于降低内出血、挫伤以及肿胀是极其重要的。当在运动赛事和剧烈运动期之前和之后应用时，冷冻疗法还公知地有利的作为运动训练计划的一部分。研究显示，通过在受伤发生之后或手术开始之后尽快降低受影响区域的温度而实现通过冷却和保持体温而获得的最佳利益。研究还显示，将极低温度简单应用于目标区域并不能实现最佳冷却效果，并且由于其会引发寒冷灼伤或冻伤而对患者造成伤害。用于使人体各部分局部温度降低的公知的方法需要使用笨重的冷却垫、冰袋、冷冻凝胶等。快速降低体温的这种方法的问题在于降低体温的速率较慢。进一步的问题是，由于体温降低的这种低速率，存在尝试将极低温度应用于受伤部位，以实现降温的更快速率， 并且使得治疗更有效的趋势。进一步的问题是，当将冰袋等放置于受伤部位，冰开始融化， 并且提供连续变化、不可控的温度。已知的是，热传递延迟和无效的主要原因是由于在施用器和治疗部位之间微观级别接触的极小“实际”区域。研究显示，接触的‘实际’区域小于大约5%的总区域，在其上可能发生最优热传递，剩余区域由气隙构成。接触点处的热流汇集产生“热点”，这增加了局部温度，并且融化了周围的冰或冷冻凝胶。申请人:认识到，冷冻疗法的全部潜在优势并未通过已知的用于快速冷却应用的设备而开发。申请人:还认识到，为了提高施用器和治疗部位之间的热传递效率，存在对改进的施用器和治疗部位之间的界面的需要，该界面在治疗过程中紧密地与患者身体区域的轮廓相吻合，从而使得施用器和治疗部位之间的真实接触最大化。发明人之前还认识到，界面的导热性必须高，并且阻碍热传递最小化，从而优化热传递的效率，并且因此允许最大冷却效果在最短时间间隔中应用。英国专利申请号GB0416879. 5描述了解决这些问题的设备。

发明内容
本发明在第一方面提供一种根据现将提及的独立权利要求1和32所限定的用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分的施用器。本发明在第二方面提供一种根据现将提及的独立权利要求23和33所限定的阀单元，该阀单元用于将施用器连接至控制系统，该施用器用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分。
本发明在第三方面提供一种根据现将提及的独立权利要求27和34所限定的热交换器，该热交换器用于改变将要被通过施用器循环的热能传递流体的热能，该施用器用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分。本发明在第四方面提供一种根据现将提及的独立权利要求四和35所限定的控制系统，该控制系统用于控制将温热疗法应用于人体或动物体的一部分的施用器。本发明的各个方面的优选特征在其各个方面由现将提及的从属权利要求提出。本发明在第一方面提供一种改进的用于应用温热疗法的施用器，该施用器具有导电支撑层，该导电支撑层用于支撑界面层，并且用于从控制系统接收电信号。这使得能够通过来自控制系统的电流为支撑层供电。这是有利的，因为界面材料的分子可以被激活，从而增强界面层和患者皮肤之间的分子接触，并且增加界面层的导热性。优选地，导电支撑层定位于界面层之中，以使得当支撑层由控制系统供电压，支撑层任一侧上的界面层的分子容易地并且有效地被激活。优选地，初级、测量电路将导电支撑层与用于将施用器连接至控制系统的连接器连接，以方便将例如温度数据的数据从定位于界面处的传感器传输至控制系统。优选地，次级、驱动电路将支撑层连接至连接器，以使得电流可以容易地从控制系统直接传递至导电支撑层。优选地，具有多个孔和/或流管网络的中间层设置在护罩中，以提供热能传递流体的复杂流动路径，以产生紊流，以增加传递流体的热传递特性，并且分配流体。本发明在第二方面提供一种用于应用温热疗法的施用器的阀单元，其将运动传给施用器的护罩中的热能传递流体。搅拌器是有利的，因为其搅拌流体，以引起紊流，并且因此增强了流体的热能传递特性。本发明在第三方面提供一种与应用温热疗法的施用器一起使用的热交换器，其具有改进的吸热器，该吸热器具有多个不规则定位的和/或不规则成形的突出物，该突出物延伸进入热能传递流体的流动路径，以扰乱流体的流动，并且产生紊乱的非层流流体流动。 这是有利的，因为紊流流动增强了流体的热能传递特性，使其在与连接至吸热器的热能源交换热能时更有效。本发明在第四方面提供一种用于控制应用温热疗法的施用器的控制器，其具有用于给施用器的电敏支撑层供电的电流源以及用于控制来自电流源的电流特性的控制器。当提供对于施用器和治疗区域之间的界面材料行为的准确控制时，特别有利，这增强了施用器和治疗部位之间的热能传递效率。


现将通过示例，参照附图对本发明的优选实施例进行说明，其中图1为用于体现本发明的温热疗法应用的系统的示意图；图2为用于冷却热能传递流体的图1的冷却源的顶部透视图；图3为图2的冷却源的分解图；图4为图2和3的冷却源的吸热器的仰视图；图5示出了处于患者膝盖位置上的图1的施用器的示例；图6为图5的施用器的顶部透视图7为穿过图6的施用器的离散的热传递部分的放大的横截面；图8为具有定位于界面层中的支撑层的图6和7的施用器的复合界面层的放大的图像；图9为存在于患者的皮肤和已知的热能施用器之间的界面处的气隙的放大视图；图10为患者的皮肤和施用器之间的界面的放大视图，该施用器具有体现本发明的连接的复合界面层；图11为图5的施用器的离散的热能传递部分的分解图；图12为图5和11的施用器的离散的热能传递部分的又一分解图；图13为体现本发明的膝盖施用器的分解图；图14的左手侧示出了图13的膝盖施用器的离散层，右手侧示出了用于将图13和 14的施用器的各个层连接在一起的连接方式；图1 为包括用于热能传递流体的入口和出口的图13的膝盖施用器部分的放大视图；图15b为穿过图15a的线A_A，的放大横截面；图15c为穿过图15a的线B_B，的放大横截面；图16为复合界面层和导电支撑层的展开图；图17为图16的复合界面层和导电支撑层的放大视图；图18为示出了连接至导电支撑层的初级和次级电路的图16和17的复合界面层和导电支撑层的又一放大视图；图19为用于连接至施用器的控制系统的示意图；图20为图19的控制系统和施用器的分解图；图21示出了用于将图19和20的控制系统连接至施用器的阀单元；图22为图21的阀单元的分解图；以及图23为图21和22的阀单元的旋转推进器的透视图；图M为图23的旋转推进器的侧视图；以及图25为图M的旋转推进器沿线B-B的截面视图。
具体实施例方式为了避免疑问，本发明的优选实施例的以下描述涉及冷冻疗法或冷却的应用，以降低人体部分的温度和/或保持降低的体温，值得注意的是，该系统还可以用于热能的应用，以增加人体部分的温度和/或保持升高的体温。该系统还可以用于选择性地应用热能以改变身体部分的温度，并且将其保持在理想的温度。而且，以下描述涉及将冷却应用于身体部分或患者的治疗部位，这也旨在覆盖动物体部分以及动物上的治疗部位。其中“热能”指的是以下描述，其表示热或动能处于比治疗区域处的体组织更低的温度。已知的是，用于提供温热疗法施用器和身体上的治疗部位之间的界面的材料导热性对治疗部位和热能源之间的热能传递的效率具有显著影响。已知的影响热能传递过程效率的因素是i)热能如何有效地从施用器传递出去；ii)热能如何有效地从热能传递介质
6释放至热交换器；iii)热能如何可以容易地从热交换器释放，即，热能如何容易地消散到吸热器；iv)施用器的热阻抗；以及ν)施用器和治疗部位之间的物理接触的‘真实’区域。 这些因素由如下所述的本发明的优选实施例陈述。如图1所示，用于控制身体的一部分温度的温热疗法系统10包括用于向系统提供电力的电源20，用于循环热能传递流体的热能传递流体再循环系统30，用于冷却热能传递流体的冷却系统40，用于监视和控制温热疗法系统10的各部件的监视和控制系统50以及用于将热能应用于身体部分的施用器60。电源20可以是本领域技术人员公知的许多类型的电源之一，因此不作详细描述。 燃料电池尤其适合于为温热疗法系统10的部件提供电力。热能传递流体再循环系统30包括泵70，其可以是本领域技术人员公知的许多类型的泵之一，因此不作进一步描述。再循环系统30还包括用于存储热能传递流体的供给的贮存器80。在将热能传递流体返回至贮存器80之前，泵70通过冷却系统40和施用器60 从贮存器80泵送热能传递流体。热能传递流体优选地为非水性氟流体，其可以比水冷却地更快，并且比水更长时间保持热能，因此提供了更有效的从冷却系统40至施用器60的热能传递。优选地，热能传递流体保持在至少-20°C至+30°C温度范围内的流体状态。冷却系统40包括在图2和3中详细示出的冷却源90。冷却源90包括具有上部和下部外罩区段100和110的外罩。外罩区段100和110之间为图4中更详细示出的吸热器120。吸热器120具有多个从板140突出的突出物130。突出物130大致为有序的矩阵形式，但至少某些为不规则地成形的和/或至少某些相对于其他突出物不规则地定位，从而某些突出物130不与大致有序的矩阵结构对齐。上部和下部外罩区段100和110 —起围绕吸热器120封闭，吸热器120的突出物 130接收在下部外罩区段110中的通道180内。密封件190设置于下部外罩区段110和吸热器120之间，以防止流体从上部和下部外罩区段100，110连接处溢出。通道180布置于下部外罩区段110中，以为冷却源入口 200和出口 210之间的流体提供连续流动路径。沿流动路径流过的热能传递流体被迫围绕突出物130流动，并且突出物130的不规则形状和/或不规则位置引起热能传递流体的紊乱非层流流动，并且增加了从热能传递流体至吸热器120的热能传递速率。优选地，冷却源90以热电致冷原理工作，因此包括一对连接至晶体管的板150， 160。当由电源20在晶体管上施加电位差时，上部板150的温度增大，并且下部板160的温度减小。产生于板160处的热能由通过吸热器120的传导传递至突出物130，以冷却流体。 翼片165设置于上部外罩区段100上，增加了暴露于环境空气的表面积，并且使空气流动， 以将热能从冷却源90带走。冷却风扇170还设置于上部外罩区段100的顶面中，优选地， 在翼片165中间，以提供附加的空气运动和板150，160以及吸热器120的冷却。通过反向晶体管的极性，上部板150的温度减小，下部板160的温度增大，以使得产生于板160处的热能由通过吸热器120的传导传递至突出物130，以加热流体。如图5所示，施用器60可以定位于患者身体的一部分，以将热能从冷却源90应用于患者。施用器60还可以成形为与特定身体部分相符。在图6中所示的一个实施例中，施用器60由许多离散的热能传递部分215构成，其中之一在图7的横截面中示出。
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在其最简单的形式中，施用器60包括囊状袋，该袋由一对聚酯薄膜220制成。优选地，这些薄膜大约12微米厚，并且由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyKhylene Tetrapthalate)构成。薄膜220限定出腔室230，在腔室230中，热能传递流体可以在泵70 的压力下循环。施用器60具有热能传递流体入口和出口管(未示出)，用于通过腔室230 循环热能传递流体。管通过卡扣装配类型连接器连接至施用器60，该连接器包含阀或其他快速释放类型的阀配件。这使得与被治疗的特定身体部分的通常形状相符的不同形状和尺寸的施用器60快速和方便地连接至冷却系统40。柔性凝胶状材料的界面层240设置于施用器60的表面上，用于接触患者的皮肤。 界面层240的宽度优选地，但并不限于1. 5mm至5mm厚度之间。如图8中所示，提供支撑网状层250，以支撑凝胶状界面层M0。优选地，支撑层250通过界面层240定位。网状层可以是稀疏或紧密的编织物，并且下文将详细论述。支撑层250的一部分从界面层240突出， 并且围绕着包围界面层240的边缘部分粘结或连接至薄膜220之一，以靠着施用器60的表面保持界面层M0。如图9中所示，缺少界面层M0，气隙存在于施用器60和患者皮肤260之间。气隙对于有效热能传递提供了阻碍，并且导致接触区域的热能传递的集中或‘热点’，其加热了周围的热能传递流体。如图10中箭头图案所示，特别设计的复合界面层240在显微程度工作，以填充气隙，从而降低对热能流体的阻碍，并且优化了施用器60和患者皮肤260之间的热能传递。发明人的测试显示界面层240能够将显微级程度的表面接触增加至公知的冰或凝胶包的20倍。申请人:已经意识到，当颗粒之间的柔性互连为患者皮肤提供界面层的最佳一致性时，颗粒之间的紧固互连提供了界面层240的最佳导热性。基于这些原则，发明人开发了凝胶状材料，其可以被认为是粘弹性固体，但其具有流体状、胶粘的、然而干的表面。这给予材料唯一、并且特殊的能力，以在显微程度上与身体表面相一致并且与身体表面相接触，同时，提供施用器60和患者皮肤之间的高热效率界面。界面层240通常包括具有横向连接的硅形式的复合材料，其加有高导电离子，优选地为微粒。颗粒优选地为陶瓷，并且可以是氧化铝、氮化硼、镀银铜和无定形碳之一或其组合。然而，其他材料的导电颗粒可以单独使用或与其他材料的颗粒组合使用，以提供热能传递特性中的变化。界面材料MO的特定特性可以通过改变对凝胶状材料、嵌入凝胶中的高导电颗粒，以及支撑层250的编织物特性和材料的选择来控制。在优选的复合物中，界面层为硅基凝胶，该凝胶加有氮化硼颗粒。优选地，硅基凝胶与氮化硼颗粒的比率为0. 5至0. 8范围内的硅比0. 5至0. 2范围内的氮化硼。更优选地， 硅基凝胶与氮化硼颗粒的比率为0. 6至0. 7的硅比0. 4至0. 3范围内的氮化硼。图11和12为根据施用器60的可替换的实施例的许多离散的热能传递部分300 之一的展开图。每个热能传递部分300均由囊状袋限定出，该囊状袋由一对限定出热能传递流体腔室的聚酯薄膜310制成。腔室中为多个用于承载热能传递流体的流管320，流管夹在一对凝胶状界面层330之间，该凝胶状界面层330由与以上参照图7至10描述的材料相同的材料制成。热能传递流体分配回路包括流管335，其在热能传递部分300之间经过，并且将热能传递流体传递至每个传递部分300的入口。冷的热能传递流体回路340和热的热能传递流体回路350围绕由薄膜310限定的腔室的内周经过，并且经由流管320的网络彼此流体连通。流管320允许相对更冷的热能传递流体在压力下从贮存器80流出，并且在每个离散的部分300的入口处进入冷的流体回路340，以从热能传递部分的一侧横向流动至另一侧， 并且进入热的热能传递流体回路350。随后热能传递流体从每个离散的部分300的出口流出，并流入流管335，返回至贮存器80。多个流管320横跨尽可能大的腔室区域分配热能传递流体，并且优选地实质上横跨每个热能传递部分300的腔室的整个区域，以使得热能传递流体和治疗部位之间的热能传递均勻地发生在每个热能传递部分300上。然而，通过改变每个离散的部分300上的流管320的数量和样式和/或通过改变从一个离散的部分300至下一个离散的部分的流管的数量和样式，可以控制施用器60的热能传递特性，以使得横跨施用器60和治疗部位之间的接触区域而以不同速率施加冷却。可以提供用于压缩施用器60的一个或多个装置，以促使施用器60采用特定形状， 并且更紧密地与被治疗的特定身体部分相符。在一个实施例中，网状层250的编织物的样式可以横跨施用器60不同部分而改变，以形成更紧密地与身体部分相符的形状，例如用于围绕患者手臂和腿部的管。可以替换地、或附加地提供弹性条、带或管，Nylex 材料的索或带或例如Velcro 的钩和环紧固件的薄带，以围绕应用温热疗法的身体部分成形和压缩施用器60。在另一实施例中，一个或更多气袋255 (参见图7)或通道设置于施用器60至界面层240的相反侧上， 以使得可以通过袋应用气压，以迫使施用器60和附着的界面层240与治疗部位相接触。在又一替换中，电介质弹性体悬浮于施用器60至界面层240的相反侧上的填充有流体的袋255中。当通过应用的电流而激活弹性体时，减少流体可获得的封闭体积，因此流体向外施加压力，使得在治疗时袋更有效地与身体表面相符。返回图1，监视和控制系统50由电源20提供电力，并且连接至施用器60、泵70以及冷却源90。监视和控制系统50接收来自定位于治疗部位处的热敏电阻的温度数据，并且使得可以如以下将进一步描述的对治疗部位处的温度进行调节。图13示出了应用于患者膝盖上的施用器400的优选结构的示例。膝盖施用器400 由许多层构成。冷层410和热层420定位于中间层430的相反侧上。中间层具有多个孔 440，其通过图13和14中的例子以矩形缝示出。孔440的样式和形状并不旨在限于缝，并且还可以使用其他孔形状和位置，例如，圆形孔或切口。冷层410和热层420围绕其周边连接至中间层430的相反侧，例如通过焊线或其他合适的连接部450，以形成中央容膝孔任一侧的密封袋。当安装施用器时，容膝孔安装在患者的膝盖上，并且密封袋接触膝盖的侧面。焊接具有支撑网状层250的凝胶状界面层 M0，或者将其连接至热层420的外侧表面，用于提供施用器和患者膝盖之间的界面。冷层410和热层420还例如通过焊接连接至中间层430的相反侧，以限定出流体通道的样式。如图14所示，焊线460将冷层410连接至中间层430，并且焊线470将热层 420连接至中间层430。这提供了冷层和热层中的每个与中间层之间的连续和弯曲的平面流动路径。冷层410和热层420在这样的位置焊接至中间层430，在该位置上，流动路径在中间层的孔440上面。这为经过中间层的热能传递流体提供了三维流动路径。如图I^u 1 和15c大致示出，热能传递流体在压力下从入口 480进入限定在冷
9层410与中间层430之间的流动路径，通过中间层430中的孔440，进入限定在热层420与中间层430之间的流动路径。该流体还可以通过中间层中的下游孔返回并且返回至限定在冷层410与中间层430之间的流动路径。热能传递流体通过出口 490离开施用器并且返回至贮存器80。在操作中，循环泵70将热能传递流体从处于相对高温的贮存器80泵送至下部外罩区段110的入口 200。热能传递流体沿由下部外罩区段110中的通道180提供的连续流动路径经过，并且从已经由下部板160保持在相对低的温度下而冷却至较低温度的出口 210 流出。应用于板160和170的直流的极性可以通过操作者根据需要而控制和改变，其使用监视和控制系统50的控制器，以改变下部板160的温度，因此改变热能传递流体离开出口 210的温度。当热能传递流体沿由通道180提供的连续流动路径流动时，不规则形状和/或不规则定位的突出物130扰乱热能传递流体的流动。这引起热能传递流体的紊流，这激活了热能传递流体分子，并且迫使分子彼此碰撞。碰撞产生并辐射额外的热能，该热能由热能源 90的相对低温的外罩吸收。冷却风扇170使空气循环经过翼片160，并且将热辐射至周围的冷空气中。冷却源90提供了热能从冷却源90的低温板160至在入口 200处进入的较高温度热能传递流体的快速和可控传递。参照图11和12中示出的，并且由许多离散的热能传递部分300构成的施用器60 的实施例，以相对低的温度离开冷却源90的热能传递流体通过泵70在压力下沿流线(未示出)泵送至施用器60的入口。随后热能传递流体经过流管335流到每个离散的部分300 的入口，并且进入冷的流体回路340。流体经过冷的流体回路340，并且沿流管网络进入热的流体回路350。当处于相对低的温度的热能传递流体流过流管320，冷却了与离散的部分 300相接触的身体表面，并且热能由流体携带远离治疗区域。随后，以相对高的温度离开热的流体回路的热能传递流体沿流管335流回，并且通过返回管(未示出)返回至贮存器80。参照图13至15c所示的膝盖施用器400，热能传递流体由泵70沿流线(未示出) 泵送至相对低温的施用器入口 480，并且经过由冷层410和中间层430之间以及热层420和中间层430之间的焊接样式限定的三维流动路径而循环。实质上横跨一对形成于热层420 和冷层410之间的密封的袋的每一个的整个区域而分配热能传递流体，以最大化施用器 400和治疗区域之间的热能传递。穿过中间层430中的孔440的复杂的三维流动路径扰乱热能传递流体的流动，从而释放额外的热能，并且提高热能传递流体和治疗区域之间的热能传递效率。随后，以相对低的温度离开施用器出口 490的热能传递流体经由返回管(未示出)返回至贮存器80。无论温热疗法系统10连接至施用器60或者膝盖施用器400，进入施用器的热能传递流体的温度由监视和控制电路50的控制器中的微处理器监视和控制。微处理器接收来自定位于界面层240任一侧的传感器以及来自施用器的冷却流体入口和出口的温度数据。 温度数据使得微处理器能调整冷却系统40的操作参数，以改变热能传递流体的温度，并且因此改变治疗部位处的温度。微处理器可以对离开冷却源的热能传递流体的温度、循环泵压力、经过吸热器120的突出物130的热能传递流体流速以及通过冷却风扇170影响的冷却源处的空气循环的速率中的一个或多个进行调整，以影响治疗部位处的温度。在前的描述涉及基本温热疗法系统10的结构和操作，其可以与施用器60或膝盖
10施用器400使用，以管理温热疗法。发明人还认识到，提高施用器和治疗部位之间的热能传递效率的关键因素是能够准确地控制和操纵构成施用器和治疗部位之间界面的分子以及热能传递流体的分子的行为。发明人认识到，公知的用于温热疗法施用器的设备不提供这种对分子行为的主动控制和操纵，同样地，它们不能优化温热疗法的应用。因此开发了可替换的温热疗法系统600(参见图17)，其使用调制的高频电流，以操纵热能传递流体和界面材料的分子行为。现将详细说明该系统。如图16至18中大致所示的，由金属条编织的导电支撑网状层510支撑界面层 500。优选地，支撑层510位于中间位置处的界面层500中。金属网状层510提供对柔性、 凝胶状界面层500的支撑，并且通过界面材料500提供导电介质。充满孔的薄的导电片可以作为支撑层510而替换使用，然而，编织结构的优势在于其提供提高的界面层500的柔性和一致性。优选地，编织物为稀疏编织物。更优选地，编织物处于大约5% -25%材料区域对 95%-75%空隙或稀疏区域的范围中。然而，可以修改编织物，以改变支撑层的导电特性，并且可以如下面进一步论述的在某些区域中比在其他区域中更紧密。优选地，支撑层510由马氏体时效钢的细线制成，线具有大约10% -25%的镍含量。更优选地，线具有大约15% -20%的镍含量。热敏电阻连接至金属支撑层510，其实质上横跨整个治疗部位测量界面层500的温度。初级电路520连接至支撑层，以将即将传递的来自热敏电阻的温度数据传递至控制器，如下将进一步描述的。次级、驱动电路530分开地连接至支撑层510，并且使得通过网状层510施加调制高频电流，以影响界面层500的分子行为，如下进一步描述的。如图19和20中所示，提供监视和控制系统605，用于连接至合适的施用器610。施用器610具有与膝盖施用器400相同的分层结构，然而可以用于将治疗应用于可选择的身体部分。控制系统605包括电源620，其可以是例如燃料电池的许多公知的电源之一，用于提供电流供给，以给导电支撑层510供电。控制系统605还包括用于控制系统各种部件的控制器630，用于产生调制的高频电流的振荡器640，以及用于将控制系统605连接至施用器610并且控制热能传递流体通过施用器610的流动的阀单元650。控制器630连接至电源620、振荡器640以及阀单元650。阀单元650还连接至振荡器640和电源620。阀单元650和振荡器640形成相变泵。相变泵具有如下所述的两个主要功能。第一功能是搅动通过施用器610循环的热能传递流体，以通过对流冷却而冷却流体。第二功能是在以下描述的可替换实施例中改变形成施用器610和治疗部位之间的高导电界面的界面材料的相位。在图21和22中详细示出的阀单元650包括用于容纳搅拌器670的外壳660，这在图23至25中详细示出。搅拌器用于搅拌，并且引起热能传递流体经过阀单元650的紊流， 从而冷却热能传递流体。搅拌器优选地为旋转推进器。优选地，旋转推进器包括三维轮廓的可变旋转盘，其具有可连接的叶片或翼片，或与叶片或翼片整体形成，例如涡轮、叶轮或螺旋桨。旋转推进器由磁性驱动耦合器680驱动。磁性驱动耦合器680转动旋转推进器 670，并且还允许旋转推进器响应于由振荡器640产生的调制高频信号的轴向振动。旋转推进器的旋转和过渡运动的结合，例如，轴向振动搅拌流经旋转推进器的热能传递流体，从而冷却流体。阀单元650通过卡扣装配或其他快速释放类型的连接部连接至施用器610中的相应成形的连接器690 (参见图20)。当阀单元650连接至施用器610时，连接部700将阀单元650连接至初级、测量电路520的相应连接部705。这使得由热敏电阻传递来的温度测量数据传递至控制器630，该热敏电阻连接至导电支撑层510。连接部715还将阀单元外壳 660连接至次级、驱动电路530，其分开地连接至金属网状编织物510。这使得由振荡器640 产生的高频调制信号穿过导电支撑层510。当阀单元600连接至施用器610的连接器690时，热能传递流体借助于旋转推进器670从在热层410和中间层430之间限定出的流动路径，穿过阀单元660，并且返回至在冷层410和中间层430之间限定出的流动路径来循环。可以对控制器630编程，以连续地或者离散的时间周期操作旋转推进器670，从而改变施用器610中的热能传递流体的温度。如图23中所示，旋转推进器670具有多个翼片，每个翼片包括一个或多个孔隙 730，其在图23中仅作为缝的例子示出。其他形状的孔隙，例如圆孔，或从翼片突出的突出物可以用于提供与以下进一步论述相同的结果。当旋转推进器670旋转和轴向振动时，热能传递流体经过旋转推进器670循环，迫使热能传递流体的一部分通过孔隙730，这进一步搅动流体，并且增加了相变泵的对流冷却效果。在操作中，相变泵的旋转推进器670循环热能传递流体通过施用器610。通过振荡器将调制高频信号应用于磁性驱动耦合器660，这引起旋转推进器670相对于阀单元外壳 660的轴向振动。由于借助于翼片720迫使热能传递流体通过阀单元660，迫使一部分流体通过孔隙730。这搅动并且扰乱了热能传递流体以产生紊流，并且在热能传递流体中产生微泡。微泡膨胀并且最终破灭。已经发现微泡的产生和破灭从热能传递流体释放热能，因此通过对流冷却来降低热能传递流体的温度。耦合至控制器630的振荡器640还传递调制高频电信号，其还可以具有通过次级、 驱动电路530至导电支撑层510的变化振幅。调制高频信号激活界面层500的分子，这增强了界面层以分子级接触治疗区域的患者皮肤的能力。这增加了热能传递流体和治疗区域之间的热能传递速率。应用于导电支撑层510的电流还使得支撑层振动，这进一步激活界面层500的分子，并且增强了界面层和治疗部位之间的热能的传递。由振荡器640产生的信号的频率和振幅可以由操作者在控制器630的用户界面处根据需要来调节，或者根据预编程的治疗轮廓来改变。应用于旋转推进器670和直接应用于界面层500的调制高频信号的效果在于热能更深地渗透入治疗部位处的组织，改善冷冻疗法治疗的效果。因此可以准确地控制温热疗法系统，以保持最适合于特定伤害或情况治疗的环境。已经开发了之前根据图17至25描述的许多温热疗法系统600的变形，并且现将进行描述。许多阀单元650可以连接至控制系统605，这允许相同或不同形状的施用器610连接至阀单元650中的每一个。这使得系统可用于同时对患者的身体的两个或多个部分实施温热疗法。振荡器640和旋转推进器670可以远离阀单元650而任意地定位，其中，用于热能传递流体的管(未示出)将相变泵连接至施用器610。
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除温热疗法系统10的热能传递流体再循环系统30和冷却系统40之外，温热疗法系统还可以包括相变泵。在这种系统中，相变泵可以用于搅动来自贮存器80的穿过阀单元 660进入施用器610的热能传递流体的连续流，并且从而提供热能传递流体的附加冷却。导电支撑层510可以由形状记忆合金构造，以使得当驱动电流从电流源由次级电路530传递，以为导电支撑层510供电时，其改变形状，并且围绕治疗部位压缩施用器610， 确保其更加紧密地符合特定身体部分的轮廓。在替换实施例中，与施用器60、400或610 —起使用的界面层为胶体，该胶体包含在膜状护罩中，通过该膜状护罩定位支撑层，以支撑膜状护罩，并且使其连接至施用器610 的外侧表面。在未激活的形式中，胶体为液体状态，其包括悬浮支撑的导电颗粒。当由次级、 驱动电路530或另一合适的供给装置，穿过导电支撑层将电流传递至膜状护罩，激活胶体， 以使得其变成更具有粘性和凝胶状高导电层，该高导电层具有与以上描述的界面层240或 500相似的热能传递特性。在又一替换实施例中，或结合以上提及的任意实施例，超声波发生器740包括在控制系统50或605中(例如，参见图19)。在操作中，超声波信号从超声波发生器通过支撑层250或510传递至界面材料层240或500，或者经由替换的连接部传递至界面层。随后将超声波信号连续地或者以离散脉冲应用于界面层，从而激活界面材料的分子，并且增强界面层的导热性。在这个或者又一替换实施例中，处于未激活形式的界面层500为胶体，其包括悬浮的化合物，并且包含在由支撑层支撑的膜状护罩中，支撑层焊接或连接至施用器610的外表面。在操作中，界面层材料通过由超声波发生器740产生的超声波短脉冲激活，并且变得更加具有粘性和凝胶状。超声波信号将界面材料的状态从透明液体改变成不透明胶体， 在透明液体中，形成化合物的二聚物分子通过芳香叠加相互作用而弯曲和自锁，在不透明胶体中，该结构为具有互锁聚集体的平面，其提供了具有与界面层240或500相似特性的高导电层。
权利要求
1.一种用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分的施用器，包括柔性护罩，热能传递流体可以在该柔性护罩中循环；连接器，用于将所述施用器连接至控制系统；界面层，连接至所述柔性护罩的外表面，用于提供所述柔性护罩与人体或动物体的一部分之间的导热界面；以及导电支撑层，用于支撑所述界面层，并且用于接收来自所述控制系统的电信号。
2.根据权利要求1所述的施用器，其中，所述导电支撑层定位于所述界面层中。
3.根据权利要求1或2所述的施用器，具有初级、测量电路，其将所述导电支撑层连接至所述连接器，从而数据可以从所述导电支撑层传递至所述控制系统。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的施用器，具有次级、驱动电路，其将所述导电支撑层连接至所述连接器，从而电流可以从所述控制系统传递至所述导电支撑层。
5.根据前述任一权利要求所述的施用器，包括通过所述护罩的中间层，其具有多个孔， 以允许热能传递流体从所述中间层的一侧流至另一侧。
6.根据前述任一权利要求所述的施用器，包括定位于所述护罩中的流管网络，用于引导热能传递流体通过所述护罩的流动，以覆盖尽可能大的所述护罩的区域。
7.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，所述导电支撑层连接至所述柔性护罩， 以相对于所述护罩保持所述界面层。
8.根据权利要求7所述的施用器，其中，所述导电支撑层邻近所述界面层的边缘连接至所述柔性护罩。
9.根据权利要求7或8所述的施用器，其中，所述柔性护罩和导电支撑层通过焊接连接。
10.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，所述连接器为卡扣装配或其他快速释放类型的连接器。
11.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，在操作中，所述导电支撑层由控制系统供电以激活所述界面层的分子，并且增加所述界面层的导热性。
12.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，所述界面层为由加有氮化硼颗粒的硅基凝胶制成的弹性体。
13.根据权利要求12所述的施用器，其中，硅基凝胶与氮化硼颗粒的比例为大约0.5至 0. 8范围内的硅比大约0. 5至0. 2范围内的氮化硼颗粒。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的施用器，其中，所述界面层为胶体，其包括悬浮的导电颗粒并且保持在由所述导电支撑层支撑的膜状护罩中，所述胶体可响应于电流而激活，以变得更加具有粘性和凝胶状。
15.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，所述界面层可响应于从所述控制系统接收的超声波信号而激活，以变得更加导热。
16.根据权利要求15所述的施用器，当从属于权利要求1至11任一项时，其中，所述界面层为胶体，该胶体保持在膜状护罩中并且可响应于从所述控制系统接收的超声波信号而激活，以变得更加具有粘性和凝胶状。
17.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，所述支撑层为导电材料的编织网。
18.根据权利要求17所述的施用器，其中，所述支撑层由具有大约10%至25%的镍含量的马氏体时效钢的细线制成。
19.根据权利要求17或18所述的施用器，其中，所述编织物为实质上稀疏的编织物。
20.根据前述任一权利要求所述的施用器，该施用器通常成形为符合人体或动物体的特定部分。
21.根据前述任一权利要求所述的施用器，包括用于压缩所述施用器的压缩器，以使得其更加紧密地符合人体或动物体的特定部分。
22.根据前述任一权利要求所述的施用器，其中，适合于通过所述护罩的循环的热能传递流体为非水性氟流体。
23.一种用于将施用器连接至控制系统的阀单元，该施用器用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分，所述阀单元包括外壳，接收在所述施用器的所述连接器中；以及搅拌体，可活动地连接至用于将运动传给所述护罩中的所述热能传递流体的所述外tJXi O
24.根据权利要求23所述的阀单元，其中，所述搅拌体为旋转推进器。
25.根据权利要求M所述的阀单元，其中，所述搅拌体具有用于将运动传给所述热能传递流体的多个翼片。
26.根据权利要求25所述的阀单元，其中，所述翼片具有孔隙，当所述旋转推进器通过所述柔性护罩传递热能传递流体的运动时，该孔隙允许热能传递流体从每个翼片的一侧至另一侧经过。
27.一种用于改变将要被通过施用器循环的热能传递流体的热能的热交换器，所述施用器将温热疗法应用于人体或动物体的一部分，所述热交换器包括外罩，其限定了热能传递流体的流动路径；以及吸热器，具有多个不规则定位的和/或不规则成形的突出物，其延伸进入热能传递流体的流动路径；其中，在使用中，不规则定位的和/或不规则成形的突出物扰乱热能传递流体通过流动路径的流动，以产生紊乱的、非层流流体流动。
28.根据权利要求27所述的热交换器，进一步包括连接至所述吸热器的热能源，用于改变沿经过所述吸热器的所述突出物的所述流动路径流动的所述热能传递流体的温度。
29.一种用于控制施用器的控制系统，所述施用器将温热疗法应用于人体或动物体的一部分，所述控制系统包括连接器，用于将所述控制系统连接至所述施用器连接器；电流源，用于为电敏支撑层供电；以及控制器，用于控制自所述电流源流来的电流的特性。
30.根据权利要求四所述的控制系统，其中，所述控制器包括振荡器，该振荡器用于将调制电流源提供至所述电敏支撑层。
31.根据权利要求四或30所述的控制系统，进一步包括由所述控制器控制的超声波发生器，用于将超声波信号提供至所述施用器的所述界面层，以改变所述界面材料的状态，并且使其变得更加具有粘性和凝胶状。
全文摘要
一种用于将温热疗法应用于人体或动物体的一部分的设备，包括施用器(610)，其具有柔性护罩，热能传递流体可以在其中循环，连接器，用于将施用器连接至控制系统，界面层，用于提供柔性护罩和治疗部位之间的导热界面以及导电支撑层，用于支撑界面层，并且能够由来自控制系统的电信号提供电压，以改进界面层的导热性。该装置还包括阀单元(650)，用于将施用器连接至控制系统，热能交换器，用于冷却热能传递流体，以及控制系统(605)，用于控制温热疗法的施用器。该设备允许操纵和控制界面层以及热能传递流体的分子，以改进施用器和治疗部位之间的热能传递效率。
文档编号A61F7/10GK102215794SQ200980145928
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月17日
发明者N·J·罗丝 申请人:麦蒂廓德有限公司