Средство индивидуальной защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов
PERSONAL PROTECTIVE MEAN AGAINST PATHOGENIC MICROORGANISMS AND VIRUSES

Изобретение относится к медицине, а именно к средству индивидуальной защиты органов дыхания, глаз, кожного и волосяного покрова головы людей от вирусных и бактериальных инфекций, передающихся воздушно–капельным и контактным путем. Изобретение также может служить для защиты атмосферы помещения, в котором пребывает пользователь, от бактерий и вирусов, выделяемых пользователем при дыхании.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является известное средство индивидуальной защиты (далее – СИЗ) (RU2644097, опубл. 07.02.2018), состоящее из маски индивидуальной защитной, включающей в себя выполненный из прозрачного материала щиток, защищающий органы зрения и дыхания пользователя, и отдельного портативного устройства для обработки и подачи воздуха встроенным вентилятором, соединенных друг с другом посредством гибкого воздуховода, из которого воздух переходит во внутренний канал маски, расположенный на ее внутренней лицевой стороне либо в верхней части, либо – в нижней. Согласно изобретению, маска выполнена с возможностью подачи в нее пригодного (улучшенного по своим составу и свойствам) воздуха для дыхания в объеме, компенсирующем фазу вдоха. Благодаря принудительной подаче воздуха и созданию избыточного давления в подмасочном пространстве, воздух из окружающей среды не попадает в органы зрения и дыхания, а постоянное движение воздуха предотвращает запотевание прозрачного материала маски. Вместе с тем, в патенте RU2644097 подчеркивается, что принудительная подача воздуха, пригодного для дыхания, предусмотрена в объеме, компенсирующем фазу вдоха. Подобное ограничение может иметь отрицательные последствия как для создания повышенного давления в подмасочном пространстве, так и в формировании постоянного движения воздуха под маской. Портативное устройство обработки воздуха состоит из корпуса с крышкой, выполненной в виде сменного картриджа. Внутри сменного картриджа расположены шесть типов фильтрующих средств, включая фотокаталитический фильтр, а также средства физической и химической обработки, в частности, ароматического изменения поступающего извне воздуха. Кроме того, в картридж может быть вставлено средство для увеличения влажности воздуха, например, микропористая воздухопроницаемая ткань, смоченная водой, с хорошей капиллярной проницаемостью. Уменьшение влажности воздуха может быть осуществлено за счет, например, устройства с влагопоглощающими веществами (силикагель, некоторые безводные соли). Источник ультрафиолетового излучения (далее – УФИ) – ультрафиолетовые светодиоды – использован для активации фотокаталитического фильтра. Питание светодиодов и вентилятора осуществляется от установленного в корпусе портативного устройства компактного аккумулятора. Кроме того, в портативном устройстве размещены электронный блок изменения физических параметров поступающего извне воздуха. Охлаждение воздуха может осуществляться посредством термоэлектрического модуля, нагревательная часть которого сообщена с внешней средой (место расположения модуля не конкретизировано). Как внутри основного корпуса, так и в воздуховоде конструкции возможна установка нагревательных элементов. На корпусе портативного устройства установлены магниты, индикатор заряда и разряда аккумулятора, а также блок управления электроникой.
Средство–прототип обладает следующими недостатками:
– избыточность и удорожание фильтрующего комплекта для воздуха медицинских учреждений;
– использование УФИ только для активации фотокаталитического фильтра, требующего большой тщательности контроля и регулярной замены;
– ограничение расхода воздуха величиной подачи на фазу вдоха;
– невозможность непрерывного длительного использования СИЗ без многократной замены средства для увеличения влажности воздуха в составе картриджа (например, микропористой воздухопроницаемой ткани, смоченной водой, с хорошей капиллярной проницаемостью);
– энергозатратность использования для охлаждения воздуха термоэлектрического модуля, нагревательная часть которого сообщена с окружающей средой;
– неудобства, связанные с необходимостью размещения и фиксации портативного устройства на защитном костюме пользователя на поясе или за спиной в виде ранца;
– отсутствие устройства вывода из подмасочного пространства приборов и инструментов, необходимых пользователю в процессе работы, например, трубки фонендоскопа или окуляра фибробронхоскопа;
– невозможность регулировать положение очков на лице пользователя;
– отсутствие защиты атмосферы помещения, в которой пребывает пользователь СИЗ, от бактерий и вирусов, выдыхаемых пользователем.
Технической проблемой является необходимость разработки надежного противовирусного и противобактериального СИЗ, способного длительное время в непрерывном режиме сохранять высокую степень защиты и обеспечивать комфортное состояние пользователю как в части дыхания, так и в части устранения неудобств, связанных с размещением и фиксацией портативного устройства на защитном костюме, а также неудобств, связанных с невозможностью регулировать положение очков на лице пользователя, а также обеспечивать вывод встроенных приборов и инструментов, необходимых пользователю в процессе работы.
Технический результат состоит в повышении времени безотказной работы как в части защиты от патогенных микроорганизмов, так и в части улучшения пользовательских характеристик СИЗ, удобства эксплуатации и поддержания длительного времени работоспособности пользователя.
Технический результат достигается тем, что в средстве индивидуальной защиты, включающем несущий каркас с прозрачной лицевой панелью, механизм фиксации и регулирования установки средства индивидуальной защиты на голове пользователя, съемную тканевую накидку, выполненную с возможностью фиксации с уплотнением на лицевой панели и частях каркаса, а также с уплотняющим пояском в области шеи, блок подготовки воздуха, воздушный тракт которого состоит из камеры всасывания, средств обеззараживания воздуха и вентилятора, выполненного с возможностью обеспечения подачи воздуха в подмасочное пространство и поддержания в нем избыточного давления и расхода, превышающего величину, необходимую для осуществления фазы вдоха, а также устройства выпуска воздуха из подмасочного пространства, источник питания, блок управления, согласно изобретению блок подготовки воздуха установлен на каркасе, а воздушный тракт блока подготовки соединен воздуховодом с подмасочным пространством таким образом, что выходная часть воздуховода ориентирована вытекающей струей к внутренней поверхности лицевой панели.
Вышеприведенная конструкция обеспечивает надежное СИЗ, способное длительное время сохранять высокую степень защиты (в частности, обеззараживание на 99,9%) и обеспечивать комфортное состояние пользователю, как в части дыхания (совершение вдоха и выдоха без напряжений), так и в части устранения неудобств, связанных с необходимостью размещения и фиксации блока подготовки на защитном костюме (на поясе или за спиной) или невозможностью регулировать положение очков на лице пользователя в процессе работы. Кроме того, в тканевой накидке и в лицевой панели выполнены уплотнительные устройства вывода встроенных приборов и инструментов, необходимых пользователю в процессе работы. Основным аспектом заявляемого изобретения является присоединение блока подготовки воздуха к каркасу и прямая подача подготовленного воздуха через воздуховод в подмасочное пространство. Это обеспечивает эффективное обеззараживание, а также позволяет повысить время безотказной работы как в части защиты от патогенных микроорганизмов, так и в части поддержания длительного времени работоспособности пользователя.
В наиболее предпочтительном варианте реализации изобретения устройство характеризуется следующим:
– средство индивидуальной защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов, включающее несущий каркас с прозрачной лицевой панелью, механизм фиксации и регулирования установки средства индивидуальной защиты на голове пользователя, съемную тканевую накидку, фиксируемую с уплотнением на лицевой панели и частях каркаса, а также с уплотняющим пояском в области шеи, блок подготовки воздуха, состоящий из камеры всасывания со средством обеззараживания воздуха, вентилятора, обеспечивающего подачу воздуха в подмасочное пространство и поддерживающего в нем избыточное давление и расход, превышающий величину, необходимую для осуществления фазы вдоха, устройства выпуска воздуха из подмасочного пространства, источник питания, блок управления,
– блок подготовки воздуха установлен на каркасе, например, через виброгасящие прокладки, а воздушный тракт блока подготовки соединен воздуховодом с подмасочным пространством таким образом, что выходная часть воздуховода ориентирована вытекающей струей к внутренней поверхности лицевой панели.
Другие аспекты изобретения включают следующее:
– блок подготовки воздуха расположен в верхней части каркаса;
– механизм фиксации и регулирования установки средства индивидуальной защиты на голове пользователя пристегнут к несущему каркасу и выполнен в виде гибких тяг с изменяемой длиной, охватывающих голову и ограничивающих смещение от индивидуально установленного положения средства на голове по трем степеням свободы независимо от ориентации головы относительно силы гравитации;
– средство обеззараживания воздуха включает, при необходимости, источник ультрафиолетового излучения, размещенный в воздушном тракте блока подготовки, при этом стенки воздушного тракта вокруг источника излучения покрыты материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение в рабочем диапазоне длин волн;
– вентилятор и его крепление контактируют с блоком подготовки через виброгасящие прокладки;
– воздушный тракт блока подготовки, включая воздуховод, экранирован звукоизолирующим материалом;
– устройства выпуска воздуха из подмасочного пространства расположены на элементах средства индивидуальной защиты и могут быть выполнены в виде обратных клапанов или в виде постоянно открытых отверстий с регулируемыми проходными сечениями, а также снабжены сменными фильтрами;
– как минимум, часть внутренней поверхности воздуховода выполнена с покрытием из водопоглощающего материала, причем в стенке имеются каналы для подвода дистиллированной воды, осуществляющей испарительное охлаждение воздуха, при этом вода дозированно подается в покрытие из съемной емкости, закрепляемой на каркасе;
– в тканевой накидке выполнен уплотнительный вывод встроенных приборов и инструментов, необходимых пользователю в процессе работы, например, трубки фонендоскопа, подпружиненные ушные наконечники которого расположены внутри накидки и устанавливаются в уши или переводятся в свободное положение руками пользователя, контактирующего с ними через тканевую накидку;
– лицевая панель выполнена в форме, ширина и охват лица которой позволяют в подмасочном пространстве регулировать положение корректирующих зрение очков на лице руками пользователя, контактирующего с ними через тканевую накидку;
– на лицевой панели размещены приспособления для установки фибероптических устройств, необходимых пользователю в процессе работы, например, окуляра фибробронхоскопа.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид сбоку устройства СИЗ без тканевой накидки с расположением частей каркаса на голове пользователя, на фиг.2 – вид сбоку СИЗ с тканевой накидкой, на фиг.3 – вид сверху.
На фиг.1 показано СИЗ на голове пользователя 1 (тканевая накидка не показана). Лицевая пластина 2 выполнена из прозрачного материала и зафиксирована в рамке 3 несущего каркаса 4. Блок подготовки воздуха 5 установлен на каркасе 4 и расположен в его верхней части. В воздушном тракте блока подготовки 5 установлен вентилятор 6, обеспечивающий подачу воздуха в подмасочное пространство и поддерживающий в нем избыточное давление и расход, превышающий величину, необходимую для осуществления фазы вдоха. В воздушном тракте блока подготовки 5 размещаются также средства обеззараживания воздуха, в частности, сменные фильтры 7. Фильтры могут быть выполнены наборными со ступенями фильтрования от грубой до тонкой очистки. Несколько ступеней обеззараживания (фильтрования) могут быть объединены в одном устройстве, например, в бактериально-вирусном электростатическом (мембранном) фильтре. Кроме того, в состав средств обеззараживания могут быть включены источники УФИ (на фиг.1 не показаны) в диапазоне длин волн 220 – 260 нм, наиболее губительных для всех видов патогенов. Воздушный тракт блока 5 связан воздуховодом 8 с подмасочным пространством таким образом, что струя из воздуховода 8 направлена на пластину 2 (стрелки В). Устройства выпуска воздуха 9, расположенные на элементах средства индивидуальной защиты, например, на элементах каркаса 4 (стрелки С), могут быть выполнены в виде обратных клапанов, постоянно открытых отверстий с регулируемыми проходными сечениями и оборудованы сменными фильтрами (на фиг.1 не показаны) для очистки выдыхаемого пользователем воздуха. В структуре блока подготовки находятся также компактный аккумулятор и электронный блок управления (на фиг.1 не показаны).
Механизм фиксации и регулирования установки средства индивидуальной защиты на голове пользователя пристегивается к несущему каркасу и выполнен в виде гибких тяг 11 с изменяемой длиной, охватывающих голову и ограничивающих смещение от индивидуально установленного положения средства на голове по трем степеням свободы, независимо от ориентации головы относительно силы гравитации. Механизм регулирования позволяет варьировать комфортный наклон лицевой панели к лицу пользователя относительно несущего каркаса в процессе работы. Форма лицевой панели (в частности, ширина и охват лица) позволяет в подмасочном пространстве регулировать положение корректирующих зрение очков на лице руками пользователя, контактирующего с ними через тканевую накидку.
На фиг. 2 показано СИЗ со съемной тканевой накидкой 13, фиксируемой с уплотнением на лицевой панели 2 и частях каркаса 4, а также с уплотняющим пояском в области шеи 14. В тканевой накидке 13 выполнен уплотнительный вывод 15 для встроенных приборов и инструментов, необходимых пользователю в процессе работы, например, трубки фонендоскопа 16, подпружиненные ушные наконечники которого расположены внутри накидки и устанавливаются в уши (как показано на фиг.1) или переводятся в свободное положение руками пользователя, контактирующего с ними через тканевую накидку 13.
Возможны разные конструкции лицевой панели 2. Например, для обеспечения, преимущественно фронтального обзора фронтальная часть панели изготавливается, либо плоской, либо с большим радиусом изгиба, обеспечивающим неискаженный фронтальный вид. Боковые части этой панели, напротив, загнуты под относительно малым радиусом. Такая панель может использоваться, например, хирургом во время операции. При необходимости использования объектива, как, например, при фибробронхоскопии, в панели 2 может быть выполнено отверстие 12 со съемной заглушкой (см. фиг.3). Плоская во фронтальной части панель удобна также для передачи картины, спроектированной фибробронхоскопом непосредственно на панель 2 или, в виде голограммы, перед панелью. На лицевой панели 2 могут быть также размещены иные приспособления для установки фибероптических устройств, необходимых пользователю в процессе работы. Для обеспечения «панорамного» вида фронтальная часть панели 2 может быть несколько изогнута, а боковые части плавно отогнуты от фронтальной. Конструкция и «панорамной», и «фронтальной» панели предусматривает удобное пользование очками, корректирующими зрение.
Устройство работает следующим образом. Перед использованием СИЗ пользователь осуществляет индивидуальную подгонку изменением длины тяг 11 для ограничения смещений от установленного положения средства на голове по трем степеням свободы, независимо от ориентации головы относительно силы гравитации. При необходимости головка фонендоскопа 16 пропускается через уплотнительный вывод 15 тканевой накидки 13. Ушные наконечники фонендоскопа устанавливаются в уши (как показано на фиг.1) или переводятся в свободное положение руками пользователя, контактирующего с ними через тканевую накидку 13. Перед надеванием СИЗ пользователь включает вентилятор, устанавливая требуемую частоту вращения, а значит, расход воздуха и давление в зависимости от вида выпускного отверстия: обратного клапана, отверстия с регулируемым проходным сечением и / или фильтром. После надевания СИЗ пользователь затягивает уплотнительный поясок 14 накидки 15.
Воздух всасывается из окружающей атмосферы и проходит через средства обеззараживания: сменные фильтры 7 (стрелки А) и около источника УФИ (при его наличии). Подготовленный воздух нагнетается вентилятором 6 через воздуховод 8 в подмасочное пространство под углом к лицевой панели 2 (стрелки В). Двигаясь вдоль лицевой панели 2, воздух омывает лицо пользователя, расходуется на вдох, вместе с выдохом растекается под тканевой накидкой, разворачивается и уходит в устройства выпуска воздуха 9 (стрелки С). Гидравлическое сопротивление устройств 9 при работающем вентиляторе 6 поддерживает избыточное давление в подмасочном пространстве. При наличии выходного фильтра в устройстве 9 выдыхаемый воздух, разбавленный избыточным расходом, выходит в помещение очищенным от возможных патогенных микроорганизмов пользователя. Обратный клапан в устройстве 9 предотвращает попадание в подмасочное пространство наружного (зараженного) воздуха при осуществлении пользователем вдоха в случае остановки вентилятора.
Заявляемое изобретение поясняется примером.
Было проведено экспериментальное исследование влияния основных отличительных признаков изобретения на повышение времени безотказной работы как в части защиты от патогенных микроорганизмов, так и в части поддержания длительного времени работоспособности пользователя. Для этого был собран образец, в основу которого были заложены конструктивные признаки, характерные заявляемому СИЗ. В качестве средства обеззараживания воздуха были использованы
фильтры бактериально-вирусные электростатические фирмы Mederen (4 фильтра) при установленном расходе воздуха через воздушный тракт блока подготовки воздуха 98 л/мин.
3
Испытание проводилось в два этапа. На первом этапе исследовалась эффективность обеззараживания воздуха, подаваемого в подмасочное пространство. Для этого работающее СИЗ отдельно от пользователя помещалось на 10 часов в «грязную» зону, воздух которой отличался высокой патогенной микрофлорой. Отбор воздуха из СИЗ для исследования осуществлялся 4 раза через каждые 2,5 часа. Контроль обсемененности воздуха помещения и проб проводился седиментационным методом в соответствии с методикой Руководства Р.3.5.1904 - 04. На рабочий стол в объеме отобранного воздуха (в том числе, первоначально загрязненного воздуха) ставят 2 чашки Петри с 2%-ным питательным агаром и открывают их на 15 минут. Посевы инкубируют при 37°С в течение 48 час. При росте не более 3 колоний на чашке уровень микробной обсемененности воздуха считается допустимым. При большем числе колоний определяют количество микроорганизмов в 1 мвоздуха по формуле Омелянского, согласно которой в чашки с питательной средой площадью 100 см2 в течение 5 мин оседает столько микробных клеток, сколько их содержится в 10 л воздуха:
Х = а*100*1000*5/b*10*Т
3
2
3
2
где Х - количество микробов в 1 м (1000 л) воздуха; а - количество выросших колоний в чашках; b - площадь чашки (80 см); 5- время экспозиции по правилу Омелянского; Т-время, в течение которого чашка была открыта; 10 - 10 л воздуха по правилу Омелянского; 1000 - 1 м воздуха; 100 - 100 смпитательной среды.
3
При начальной загрязненности воздуха в рабочем помещении порядка 2000 микроорганизмов в м во всех четырех отборах воздуха из СИЗ не было зафиксировано в чашках Петри более двух колоний. Результат испытаний положительный.
На втором этапе СИЗ испытывалось непосредственно пользователем, работавшим в течение 8 часов в «грязной» зоне больницы. Подтверждено наличие постоянного избыточного давления во всех частях подмасочного пространства, что исключало контакт органов дыхания, глаз, кожного и волосяного покрова головы с атмосферой помещения. Подтверждена свобода вдоха и выдоха в течение всего времени работы. Подтверждено отсутствие запотевания лицевой части шлема и ограничение поля зрения. Подтверждена работоспособность и комфортное состояние пользователя в течение всего времени работы. Подтверждена возможность пользования очками, корректирующими зрение и фонендоскопом.