УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОЙ ПОДГОТОВКИ КРИОКОНСЕРВАНТА ПЛАЗМЫ КРОВИ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ

Полезная модель относится к области медицины, а именно, к устройствам для размораживания и последующего нагрева криоконсерванта плазмы крови, хранящегося при низких (порядка минус 40°С), и может быть использовано в лечебных учреждениях для оперативного восстановления кровопотери.
В медицинской практике для забора и длительного сохранения плазмы крови (криоконсерванта) используются специальные контейнеры (гемаконы), изготавливающиеся из высокоэластичных и износостойких материалов, биосовместимых с кровью. Они обеспечивают высокую надежность швов и отсутствие нарушений целостности и герметичности при замораживании (RU 2381783, A61J 1/05; RU 2259191, A61J 1/05; RU 2175227, A61J 1/05). Они, как правило, снабжены магистральными узлами для подключения технологического оборудования (штуцеры, соединительные трубки, запирающие устройства, порты), в которых также находится небольшое количество криоконсерванта.
Существующие устройства размораживания и нагрева криоконсерванта в гемаконах перед введением ее пациенту основаны, в большинстве, на принципе «водяной бани». Недостатком этих устройств является длительное время доведения плазмы до требуемой температуры, так как в их основе лежат медленные процессы теплопередачи через поверхность пакета с плазмой.
Известно использование в качестве источника энергии для размораживания криоконсерванта в гемаконах энергии микроволнового излучения. Одной из проблем данных устройств является неравномерный прогрев криоконсерванта в различных областях гемакона, связанный с его конструктивными особенностями.
Для исключения перегрева отдельных областей контейнеров предлагается подавать к ним энергию, используемую для размораживания, пропуская ее внутри и вдоль диэлектрического волновода, размещенного вокруг биологической среды (SU 1571796, H05B 6/64, 1990), или располагать излучатели напротив друг друга по обе стороны емкости с криоконсервантом (RU 2254850, A61J 3/00, 2005), или излучатели располагать под углом 90° друг к другу (SU 1830197. H05B 6/64, 1993), или средство для направления микроволновой энергии на материал выполняют в виде двух волноводов, расположенных по бокам камеры с вводами, размещенными по высоте камеры (RU 2001128013, H05B 6/64, 2002). Известно устройство (US 5616268, А61М 5/44, H05B 6/80, 1997) для размораживания продуктов крови, хранящихся в контейнере. Оно имеет корпус с полостью для размещения контейнера, источник микроволновой энергии, множество антенн, расположенных внутри контейнера смежно с полостью и напротив различных областей указанного продукта, и соединенных с источником микроволновой энергии, систему управления. Такое выполнение устройства позволяет регулировать уровень энергии поступающей на различные участки контейнера.
Наиболее эффективные и оперативные методы подготовки криоконсерванта основаны на применении микроволновых печей. Их существенным преимуществом является то, что СВЧ поле проникает вглубь криоконсерванта, и передача энергии происходит не только через поверхность, но и непосредственно в размораживаемый или нагреваемый объем.
Успешное применение микроволновой печи для размораживания и нагрева плазмы описано в статье J. Hirsch et al Anaesthesia v. 58, pp 444-447 (2003). Авторы измеряли температуру, как на поверхности, так и внутри пакета с плазмой, что позволяло контролировать температуру во всем объеме и не допускать перегрева. Однако для этого пришлось вводить измерительные элементы внутрь пакета. Этот факт препятствует широкому внедрению метода, так как требует переоснащения всей службы крови специальными пакетами для длительного хранения плазмы с введенными внутрь измерительными элементами.
По патенту РФ 108970 устройство для размораживания плазмы крови состоит из рабочей камеры и расположенной в ней плоской платформы из диэлектрического материала, выполненной с возможностью ее вращения при помощи электродвигателя. Пакет с плазмой крови устанавливается на платформу и помещается в рабочую камеру, которая через волновод связывается с источником СВЧ-излучения. Платформа приводится во вращение вокруг наклонной оси, с закрепленным на ней гемаконом.
Недостатком данного устройства является неравномерности нагрева различных областей гемакона. В первую очередь это касается его магистральных узлов. Поскольку диаметр магистралей мал, и составляет 0,3…0,5 мм, в зависимости от производителя пластиковых гемаконов, возможно свертывание белков в магистрали. Визуально это должно наблюдаться в виде плотного жгута, причем жгут из магистрали может переместиться в гемакон.
Известно устройство для размораживания криоконсервированного продукта - крови (US 4503307), в котором теплопередача осуществляется активным образом, путем воздействия на размораживаемый продукт микроволновой энергией. Устройство представляет собой металлический короб для размещения контейнера с размораживаемой кровью, имеющий дно, боковые стороны и металлическую крышку. Короб установлен на вращающемся поддоне внутри микроволновой печи. В крышке и дне короба выполнены отверстия для прохода микроволнового излучения. Вдоль отверстий установлены абсорбирующие излучение полоски и отражающие его на контейнер с кровью. Отверстия позволяют микроволновой энергии концентрироваться на большей части контейнера с кровью, в то время как края контейнера защищаются металлическим коробом (прототип).
Известно устройство для размораживания пакетов (гемаконов) с кровью (US 4503307, A61M 5/44, H05B 6/64, 1985) с использованием микроволновой энергии, содержащее устройство для нагрева, в корпусе которого имеется камера для приема гемаконов, металлическую коробку с откидной крышкой для замороженных гемаконов с кровью, двигатель с валом, который пропущен в полость устройства для нагрева, лотки (поддоны) для размещения коробок с гемаконом, закрепленными на механизме для придания лоткам перемещения в двух встречных направлениях. Данный механизм через переходник соединен с валом двигателя и установлен внутри полости устройства для нагрева. Металлическая коробка в крышке и дне имеет проемы для пропуска и направления излучения на более объемную часть компонентов крови в центральной части гемакона. В конечном итоге, данное устройство представляет собой модернизированную микроволновую печь в сочетании с защитным от излучения устройством (коробки) для размещения подлежащего размораживанию гемакона без какой-либо опасности перегрева крови на его периферии и в магистралях.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность всей конструкции и в, первую очередь, экрана для защиты от облучения;
- наличие стоячих электромагнитных волн в объеме коробки, приводящее к неравномерности нагрева криоконсерванта в объеме гемакона.
Задачей полезной модели является снижение интенсивности нагрева магистральных узлов гемакона при использовании для их размораживания СВЧ-излучения и повышение равномерности нагрева криоконсерванта в объеме гемакона.
Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства за счет устранения избыточности используемых приспособлений для размораживания гемакона, снижением неравномерности нагрева при формировании стоячих электромагнитных волн с сохранением качества получаемого продукта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве оперативной подготовки криоконсерванта плазмы крови для инъекций, содержащего устройство для нагрева, в корпусе которого имеется камера для приема гемаконов и вращающийся поддон, узел для установки гемакона с экраном для защиты от излучения, устройства для нагрева, установленный под дном корпуса двигатель с валом, который пропущен в камеру устройства для нагрева и соединен с поддоном, согласно полезной модели, устройство содержит блок управления и подключенные к нему источник СВЧ-излучения и датчик температуры, узел для установки гемакона выполнен в виде съемной платформы, установленной на поддоне под углом к нему, с зажимами для крепления гемакона и экраном с высокой электропроводностью, выполненным в виде петли из гибкой ленты проводящей фольги, закрепленным частично на платформе в области размещения магистральных узлов гемакона с возможностью защиты этих узлов от СВЧ-излучения со всех сторон, поддон соединен с валом двигателя с помощью фрикционной передачи.
Для упрощения процедуры установки гемакона на платформу, экран состоит из двух частей. Нижняя часть экрана непосредственно закреплена на поверхности платформы в районе размещения магистральных узлов гемакона. Верхняя его часть закреплена на гибкой ленте и выполнена с возможностью отсоединения и закрепления на платформе над верхней частью магистральных узлов гемакона. Верхняя часть экрана может быть закреплена с помощью, застежек, например, таких как «велкро».
Толщина материала фольги должна быть больше скин-слоя, глубина которого для большинства металлов при стандартных частотах СВЧ-излучения составляет единицы микрометров (Vollmer Μ. Physics of the microwave oven / M. Vollmer // Physics education. - 2004. - vol. 39, №1. - P. 74-81).
В качестве материала экрана могут быть использованы металлы и сплавы с высокой электропроводностью: нержавеющая сталь, алюминий и др.
Датчик температуры расположен вне корпуса устройства для нагрева, причем его ось ориентирована перпендикулярно плоскости платформы.
Вращение платформы под углом к горизонтали обеспечивает эффективное перемешивание нагреваемого вещества за счет не только конвекции, но и механического перемешивания твердой и жидкой фаз из-за разницы в плотностях последних.
В качестве датчика температуры гемакона используется инфракрасный детектор (пирометр), расположенный вне корпуса устройства для нагрева, где в процессе нагревания существует интенсивное СВЧ поле.
Блок управления задает изменение интенсивности СВЧ-излучения в устройстве для нагрева со временем. Это изменение определяется не только поверхностной температурой гемакона в данный момент, но зависит также от теплового режима, в котором он находился при транспортировке от места хранения до места размораживания и нагрева.
Многочисленные эксперименты, проведенные авторами при выполнении работы, посвященной изучению качества плазмы крови в процессе размораживания и нагрева (Д.Ю. Бугримов и др. Анализ параметров плазмы, размороженной СВЧ-излучением // Вестник ВГУ, СЕРИЯ: ХИМИЯ. БИОЛОГИЯ. ФАРМАЦИЯ. - 2014. - №1. - С. 47-51) показали, что наиболее рискованной с точки зрения перегрева криоконсерванта областью гемакона являются магистрали, предназначенные для связи его объема с аппаратурой закачки и контроля. Несмотря на то, что остальная часть гемакона неоднородна по толщине, ее равномерный нагрев обеспечивает вращение платформы, на которой он установлен.
На фиг. 1 изображена схема устройства с гемаконом; на фиг. 2 -платформа с экраном и гемаконом.
Полезная модель состоит из устройства для нагрева 1, в корпусе 2 которого имеется камера 3, с размещенными в ней вращающимся поддоном 4 и съемной платформы 5, установленной на поддоне 4 под углом к нему, с зажимами 6 для крепления гемакона 7 и проводящим экраном 8, выполненным в виде петли из гибкой ленты проводящей фольги, закрепленной на платформе 5 в области размещения магистральных узлов 9 гемакона 7 с возможностью защиты узлов со всех сторон, блока управления 10, к которому подключен инфракрасный детектор пирометра 11 и источник СВЧ-излучения 12. Все детали внутри корпуса 2 выполнены из диэлектрических материалов, чтобы избежать их нагрева СВЧ-полем. Экран 8 может быть выполнен из двух частей. В этом случае нижняя часть 13 экрана 8 непосредственно закреплена на поверхности платформы 5 в районе размещения магистральных узлов 9 гемакона 7. Верхняя часть 14 экрана 8 закреплена на гибкой ленте 15 из диэлектрического материала с возможностью ее отсоединения и закрепления на платформе 5. С помощью верхней части 14 и зажимов 6 гемакон 7 удерживается на платформе 5. Поддон 4 с помощью фрикционной передачи соединен с валом 16 двигателя 17, установленного под дном корпуса 2 устройства для нагрева 1.
Устройство работает следующим образом.
Гемакон 7 с криоконсервантом устанавливается на платформу 5 и закрепляется зажимами 6, причем магистральные узлы 9 гемакона 7 изолируются экраном 8 путем их размещения внутри его петли или путем их закрепления верхней частью 14 экрана 8. Платформа 5 закрепляется любым возможным способом на поддоне 4 устройства для нагрева 1. Платформа 5, установленная на поддоне 2, приводится во вращение вокруг наклонной оси, с закрепленным на ней гемаконом 5, и включается источник СВЧ-излучения 10. Излучение многократно отражается от стенок, в результате чего в камеры 3 устройства для нагрева 1 создается многомодальное СВЧ-поле. Под действием этого поля заряженные частицы (ионы) нагреваемого объема совершают колебания, а дипольные моменты молекул изменяют ориентацию. Энергия СВЧ поля при этом переходит в тепло, что приводит к нагреву гемакона 7 с криоконсервантом, помещенным на платформу 5. Текущий контроль температуры гемакона 7 проводится длиннофокусным инфракрасным детектором пирометра 11, имеющим точность измерения температуры не хуже 1°C. Текущая температура поверхности гемакона подается в блок управления 10, регулирующий мощность СВЧ излучения с учетом немарковости процесса. Тем самым осуществляется обратная связь для автоматизации процесса размораживания и нагрева.
Такое выполнение устройства позволяет избежать перегрева криоконсерванта в магистральных узлах гемакона и свертывания белков, приводящее к невозможности в дальнейшем использовать их содержимое в лечебных учреждениях для оперативного восстановления кровопотери.