Development of a system for induction and maintenance of moderate therapeutic hypothermia for traumatic brain injury treatment

Orientadores: José Antonio Siqueira Dias, Antonio Luis Eiras FalcãoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Hipotermia Terapêutica é uma técnica que envolve o resfriamento corpóreo sistêmico ou seletivo, de maneira intencional e controlada, para o tratamento de acometimentos como Traumatismo Cranioencefálico, Acidente Vascular Encefálico e Pós-parada Cardiorrespiratória. A diminuição da temperatura do corpo para valores abaixo da normalidade é uma intervenção clínica de comprovada eficácia, sendo empregada em salas de cirurgia desde os anos 1950 e que no início do século XXI ganhou reconhecimento como agente neuroprotetor. Atualmente existem diversas técnicas de resfriamento que podem ser invasivas ou não-invasivas, cada uma com suas vantagens e desvantagens. O método ideal seria aquele capaz de induzir rapidamente a hipotermia, sem risco de hiper resfriamento, manter a temperatura alvo durante a fase de manutenção, com pouquíssima ou nenhuma oscilação, propiciar um reaquecimento controlado e lento e ser minimamente invasivo. Cada caso deve ser avaliado individualmente para se definir o melhor método de resfriamento a ser utilizado. Neste trabalho é apresentado um novo equipamento de indução e manutenção de hipotermia terapêutica moderada de baixo custo, seguro e de fácil operação. O sistema compreende dois métodos de resfriamento, um invasivo e outro não-invasivo. O sistema invasivo envolve o resfriamento direto do sangue através de circulação extracorpórea, utilizando os mesmos circuitos de sangue dos procedimentos de hemodiálise, que são justapostos em trocadores de calor (placas de cobre e alumínio) de maneira que o resfriamento do sangue acontece dentro do próprio circuito, sem contato com qualquer outro equipamento. O não-invasivo utiliza pads autocolantes de hidrogel (da Arctic Sun®) posicionados nas costas, laterais do abdome e tórax e coxas do paciente para atingir a temperatura sistêmica alvo da hipotermia através do resfriamento superficial. Por estes pads circula água resfriada previamente em um reservatório e dissipadores de calor de cobre e alumínio. Ambos os sistemas utilizam as mesmas estruturas de módulos Peltier e ventoinhas para o resfriamento dos trocadores de calor. A função central deste equipamento é diminuir a temperatura sistêmica do paciente, de maneira a atingir a temperatura alvo pré-definida de hipotermia o mais breve possível (fase de indução), fazer o controle rigoroso para manter a temperatura hipotérmica com pouquíssima ou nenhuma flutuação (fase de manutenção) e por fim, reaquecer o paciente lenta e controladamente até a normotermia (fase de reaquecimento)Abstract: Therapeutic Hypothermia is a technique that involves an intentional and controlled, systemic or selective body cooling, for the treatment of conditions such as traumatic brain injury, stroke, and post-cardiac arrest. Decreasing body temperature to below normal levels is a proven clinical intervention and has been used in operating rooms since the 1950s and in the early 21st century gained recognition as a neuroprotective agent. There are currently several cooling techniques available which can be invasive or non-invasive, each one with its advantages and disadvantages. The ideal method would be one capable of rapidly inducing hypothermia without risk of overcooling, maintaining the target temperature during the maintenance phase, with little or no oscillation, providing controlled and slow rewarming and being minimally invasive. Each case should be evaluated individually to define the best cooling method to be used. This paper presents a new low cost, safe and easy operation equipment of induction and maintenance of moderate therapeutic hypothermia. The system comprises two cooling methods, an invasive one and a noninvasive one. The invasive system involves direct cooling of the blood through cardiopulmonary bypass, using the same blood lines of hemodialysis procedures, which are fitted in heat exchangers (copper and aluminum plates) so that blood cooling occurs within the circuit itself, and no contact with any other equipment. The noninvasive one utilizes self-adhesive hydrogel pads (from Arctic Sun®) placed on the patient's back, sides of abdomen and chest and thighs to achieve the target systemic temperature of hypothermia through surface cooling. Through these pads circulate previously cold water cooled in a tank and heatsinks made of copper and aluminum. Both systems use the same Peltier module structures and fans for cooling heat exchangers. The central function of this equipment is to decrease the patient's systemic temperature in order to reach the pre-set target temperature of hypothermia as rapid as possible (induction phase), make the precise control to keep little or no fluctuation in the hypothermic temperature (maintenance phase) and, finally, rewarm the patient slowly and controlled until normothermia (rewarming phase)DoutoradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaDoutor em Engenharia Elétrica1224922CAPE