УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Полезная модель относится к области медицины, а именно к устройствам для размораживания и нагрева плазмы крови, и может быть использована в лечебных учреждениях.
Существующие устройства для размораживания и нагрева плазмы крови перед введением ее пациенту основаны, в большинстве, на принципе «водяной бани» (модели Р-01262-17, З12-201-10, каталог фирмы Valtex International Corp).
Известно устройство для размораживания препаратов крови, включающего ванну с дисциллированной водой, наревательное и охлаждающее устройство, датчик температуры и схему управления, мешалку с приводом, датчика уровня жидкости (патент РФ № 2280460, А61К 3514, 2006).
Известно также предложение об использовании в качестве теплоносителя парафина, стеарина, церезина, имеющих низкую температуру плавления (Патент РФ 2254850, А61J 3/00, 2005).
Недостатком этих методов является длительное время доведения плазмы до требуемой температуры, так как они основаны на сравнительно медленном процессе теплопередачи через поверхность пакета с плазмой.
Неоднократно предлагались более быстрые методы размораживания и нагрева плазмы с помощью СВЧ излучения - микроволновые печи (US Patent 5616268). Их существенным преимуществом является то, что СВЧ поле проникает вглубь плазмы, и передача энергии происходит не только через поверхность, но и непосредственно в размораживаемый или нагреваемый объём. Возникающие здесь трудности связаны с тем, что вследствие неоднородности электромагнитного поля в микроволновой печи в некоторых областях плазма прогревается сильнее, а образовавшаяся после первоначального расплавления жидкая фаза нагревается быстрее, чем твёрдая (положительная обратная связь). В результате в отдельных областях плазмы возможен локальный перегрев, после чего вся данная порция плазмы оказывается непригодной для использования.
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.
Известно устройство для размораживания криоконсервированного биопродукта (патент РФ №2254850, A61J 3/00, 2004). Устройство содержит рабочую камеру и расположенный в ней цилиндрический сосуд из диэлектрического материала, выполненный с возможностью вращения в горизонтальной плоскости с помощью электродвигателя и помещенный в емкость заполненную диэлектриком с низкой температурой плавления, нагреватели, расположенные в диэлектрике, два источника микроволновой энергии с излучателями, датчики температуры, соединенные с блоком управления. Датчики температуры подключены к блоку управления через регулятор температуры и размещены в диэлектрике около сосуда.
Недостатком данного устройства является длительное время доведения плазмы до требуемой температуры, так как он основан на сравнительно медленном процессе теплопередачи через поверхность пакета с плазмой и регулирование температурного режима осуществляется с помощью датчиков, установленных в диэлектрике вблизи сосуда с биопродуктом.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в создании устройства для размораживания крови с использованием СВЧ излучения. Технический результат заключается в уменьшении времени размораживания и обеспечении равномерности температуры по объему размораживаемого объект.
Технический результат достигается тем, что устройство для размораживания плазмы крови состоит из рабочей камеры и расположенной в ней плоской круглой платформы из диэлектрического материала, выполненной с возможностью ее вращения при помощи электродвигателя под углом α к горизонтали, причем π/2>α>arctg (h/L), где h - эффективная толщина пакета, L - длина пакета, платформа снабжена диэлектрическими зажимами и соединена с электродвигателем с помощью фрикционной передачи, источника СВЧ излучения, инфракрасным детектором, расположенным вне рабочей камеры, причем ось детектора ориентирована перпендикулярно плоскости платформы, блока управления, к которому подключен детектор и источник СВЧ излучения.
Вращение платформы под углом α к горизонтали обеспечивает эффективное перемешивание нагреваемого вещества за счет не только конвекции, но и механического перемешивания твёрдой и жидкой фаз из-за разницы в плотностях последних.
Использование фрикционной передачей от стационарно закрепленного электродвигателя облегчает выемку платформы вместе с пакетом, содержащим нагреваемое вещество, и ее загрузку.
Поверхностная температура пакета измеряется инфракрасным детектором (пирометром), расположенным вне камеры, в которой происходит нагревание, и где в процессе нагревания существует интенсивное СВЧ поле.
Блок управления задает изменение интенсивности СВЧ излучения в микроволновой печи со временем. Это изменение определяется не только поверхностной температурой пакета в данный момент, но зависит также от теплового режима, в котором находился пакет при транспортировке от места хранения при температуре -40°С до места размораживания и нагрева, который, разумеется, для каждого пакета может быть разным. Таким образом, мы имеем здесь дело с немарковским процессом, и изменение интенсивности во времени определяется стандартным алгоритмом управления немарковским процессом с оптимизацией по быстродействию [Лившиц Н.А., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления: В 2-х т. - М: Советское радио, 1963].
На фиг. 1 изображена принципиальная блок схема устройства; на фиг 2 а, б представлена кинематическая схема вращения пакета с плазмой (а - вид со стороны дверцы, б - вид по стрелке А).
Устройство состоит из рабочей камеры (резонаторной камеры) 1, с размещенной в ней платформой 2 из диэлектрического материала с зажимами 3 для крепления пакета с плазмой крови, установленной под углом α и удерживаемой в этом положении роликами 4, свободно вращающимися на осях 5, электродвигателя 6 с диском 7, соединенного с платформой 2 с помощью фрикционной передачи , источника СВЧ излучения 8 (магнетрона или СВЧ-транзистора), инфракрасного детектора (пирометра) 9, которые подключены к блоку управления 10. Все детали внутри камеры 1 выполнены из диэлектрических материалов для избежания их нагрева СВЧ полем.
Устройство работает следующим образом.
Пакет 11 с плазмой крови устанавливается на платформу 2 и они помещаются в рабочую камеру 1. Платформа 2 приводится во вращение вокруг наклонной оси О, с закреплённым на ней пакетом 11 с плазмой крови и включается источник СВЧ-излучения 8. СВЧ излучение Е претерпевает в резонаторной камере 1 многократные отражения от стенок, в результате чего в камере создаётся многомодальное СВЧ поле. Под действием этого поля заряженные частицы (ионы) совершают колебания, а дипольные молекулы меняют ориентацию. Энергия СВЧ поля при этом, затрачиваемая на преодоление сил трения, переходит в тепло, что приводит к нагреву пакета 11 с плазмой крови, помещенного на платформу 2. Пространственное распределение поля в камере 1 носит характер стоячих волн. Поэтому, несмотря на многомодальность, оно не вполне однородно, то есть имеются узлы и пучности поля. Вращение нагреваемого пакета 11 с плазмой крови позволяет избежать связанных с этим проблем и достичь более однородного распределения температуры по всему объему плазмы.
Текущий контроль температуры пакета 1 с плазмой проводится длиннофокусным инфракрасным детектором (пирометром) 9, имеющим точность измерения температуры не хуже 1°С. На фиг.1 тепловое излучение пакета с плазмой обозначено символом hv. Текущая температура поверхности пакета с плазмой подается в блок управления 10, регулирующий мощность СВЧ излучения с учетом немарковости процесса. Тем самым осуществляется обратная связь для автоматизации всего устройства.