СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ВОЗДУХА В СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ
SYSTEM FOR MONITORING AND CONTROLLING MEDICAL-BIOLOGICAL PARAMETERS OF AIR IN DENTAL INSTALLATION

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологических установках, а также в составе систем очистки и стерилизации воздуха в медицинских помещениях различного назначения.
Воздушная среда является одним из основных путей передачи инфекции и при значительной части заболеваний болезнетворные микроорганизмы, такие как корь, чума, сибирская язва, туберкулез, грипп и др., проникают в организм человека посредством воздушно-капельного пути. В воздушной среде микроорганизмы находятся обычно в состоянии бактериального аэрозоля, который представляет собой мельчайшую капельку жидкости или частицу твердого вещества, взвешенную в воздухе, с обитающими в ней бактериями и вирусами. Пылевые частицы размером 5 и менее мкм проникают глубоко в легкие (до альвеол), частицы 5-10 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях и в бронхах, частицы 10 мкм и более не проникают в легкие, задерживаются в верхних дыхательных путях и быстро осаждаются. Обеспыливание воздуха в воздуховодах стоматологических установок позволяет удалить из пыли до 90% микроорганизмов и снизить ее раздражающее действие на глаза, кожу и желудочно-кишечный тракт.
Среди наиболее известных технологических процессов очистки и стерилизации воздуха в стоматологических установках и объектах другого медицинского назначения, как это показано в работе Штокмана Е.А. Очистка воздуха. Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ. 1998. - 320 с. - [1], наиболее часто используются принципы механической, химической и лучевой фильтрации и очистки воздуха с последующим электростатическим и ионизационным воздействием на состав и свойства воздуха, подаваемого через стоматологический пистолет в полость рта пациента.
К группе аналогов заявленного технического решения относятся устройства для очистки и обеззараживания воздуха, защищенные патентами РФ на изобретения №1824240, №2033272, №2121629.
Известен электрофильтр по патенту РФ №1824240, МПК B03C 3/14, опубл. в бюл. №24, 30.06.1993 - [2], содержащий воздуховодный канал в виде цилиндрического корпуса с входным патрубком для загрязненного воздуха, снабженным завихрителем потока и выходным патрубком для очищенного воздуха, а также расположенные внутри воздуховодного канала цилиндрические осадительные электроды, установленные коаксиально с образованием кольцевых каналов, а также коронирующие электроды, установленные в кольцевых каналах и выполненные из отдельных элементов с остриями, изогнутыми относительно своей оси, бункер для сбора пыли и регенерирующее устройство. При загрязнении осадительных электродов включается регенерирующее устройство, под влиянием которого, за счет мелкомасштабных деформаций, происходит скол пылевых агрегатов в бункер для сбора пыли, размещенный непосредственно за осадительными электродами. Остальная часть за счет центробежных сил прижимается к стенкам корпуса и также ссыпается в бункер пыли.
Среди недостатков данного технического решения можно указать пониженную эффективность обеззараживания воздуха при повышении влажности воздуха за счет уменьшения напряженности коронирующего разряда и отсутствие дезодорирующего свойства вследствие недостаточного окисления газообразных продуктов жизнедеятельности.
Известно устройство для очистки и обеззараживания воздуха по патенту РФ №2033272, МКИ B03C 3/12, A01K 1/01, A01K 1/00, A61L 9/015, опубликованного в бюл. №11, 20.04.1995. - [3], содержащее корпус, высоковольтный блок питания, электродные системы: зарядную, ускоряющую, осадительную и нейтрализующую, делитель напряжения, бактерицидную лампу. Зарядная и осадительная электродные системы выполнены в виде параллельных пластин, которые поочередно связаны с отрицательным и заземленным выводами высоковольтного блока питания. Заземленный вывод блока питания связан с корпусом устройства. Нейтрализующая электродная система выполнена в виде N секций, которые размещены одна за другой и посредством делителя напряжения подключены к положительному выводу блока питания. При этом использование нескольких электродов с разными потенциалами, что достигается применением делителя напряжения, позволяет практически полностью нейтрализовать все аэроионы и разложить озон. Бактерицидная лампа, установленная в выходной части корпуса, позволяет дополнительно осуществить обеззараживание выходящего воздуха, так как частично микрофлора и бактерии уничтожаются в электростатическом поле электродной системы, характеризующимся значительным градиентом напряженности на входе и выходе из этой системы и отсутствием градиента напряженности поля внутри ее.
Недостатком устройства для очистки и обеззараживания воздуха является необходимость использования озона для очистки электродов, содержание которого в воздухе стоматологической установки регламентировано санитарными нормами СанПиН 2.1.3.2524-09 «Санитарно-гигиенические требования к стоматологическим медицинским организациям» - [4]. Кроме того, к существенным недостаткам данного решения следует отнести низкую эффективность обеззараживания и ограниченную производительность, обусловленную высоким сопротивлением воздуховода в стоматологическом пистолете в условиях нерегулируемой подачи в него воздуха.
Известно устройство для очистки воздуха в помещении по патенту РФ №2121629, МКИ F24F 003/16, опубликованному в бюл. №32, 10.11.1998. - [5], содержащее фильтрующее средство, источники ультрафиолетового излучения и вентиляционное средство, базовое средство, в котором размещены фильтрующее средство, источники ультрафиолетового излучения и вентиляционное средство, при этом базовое средство снабжено дистанционными управляемыми средствами, выполненными с возможностью приведения при соответствующем сигнале базового средства, с одной стороны, в положение полного или частичного пассивного режима фильтрования и безвредных ультрафиолетовых закрытых очистки и облучения воздуха, проходящего через базовое средство, и, с другой стороны, в положение активного режима, в частности, для ультрафиолетового открытого облучения предметов и поверхностей в помещении и предпочтительно в комбинации с фильтрованием и очисткой комнатного воздуха, все еще проходящего через базовое средство. Базовое средство состоит из корпуса, содержащего одну или несколько управляемых крышек, которые под действием соответствующего сигнала принимают закрытое положение для ультрафиолетовых закрытых очистки и облучения воздуха и открытое положение для комбинированного ультрафиолетового открытого облучения предметов и поверхностей в помещении и очистки воздуха соответственно.
Недостатком данного технического решения является низкая надежность механически переключаемых крышек, расположенных в базовом средстве и обеспечивающих регулирование подачи воздуха в устройство.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является устройство очистки и обеззараживания воздуха по патенту РФ №2149704, МПК B03C 3/00, опубликованному в бюл. №15, 27.05.2000 - [6], содержащее исполнительный орган в составе воздуховода, вентилятора и блок управления. В исполнительный орган входят безозоновый источник ультрафиолетового излучения с мощностью суммарного бактерицидного потока не менее 10 Вт, защитные решетки входа и выхода воздуховода, первый электрод, закрепленный вместе с безозоновым источником ультрафиолетового излучения внутри второго электростатического электрода-воздуховода. Блок управления содержит генератор высокого напряжения, схему включения источника ультрафиолетового излучения и узел включения устройства. Исполнительные выходы узла включения устройства соединены соответственно через схему включения источника ультрафиолетового излучения с безозоновым источником ультрафиолетового излучения, с входами вентилятора и с входами генератора высокого напряжения, первый и второй выход которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого электрода.
Недостатком этого решения является ограниченные функциональные возможности при использовании устройства очистки и обеззараживания воздуха в составе стоматологической установки в связи с отсутствием управления процессом обеззараживания и фильтрации воздуха, также визуального контроля параметров дезинфицирующего излучения в воздуховоде стоматологического пистолета.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности процесса обеззараживания и пылефильтрации воздуха в стоматологическом пистолете в зависимости от его объема и степени загрязненности как механическими частицами, так и микроорганизмами.
Технический эффект достигается тем, что в системе контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологической установке, содержащей блок исполнительных органов, состоящий из источника ультрафиолетового излучения, системы коронирующих электродов и системы осадительных электродов, вентилятор с электроприводом, входные и выходные защитные решетки, размещенные в воздуховоде, и блок управления, состоящий из схемы включения источника ультрафиолетового излучения, схемы включения устройства,
новым является то, что в состав блока управления дополнительно введены
схема управления электроприводом вентилятора, выход которой является первым выходом блока управления и подсоединен к входу электропривода вентилятора,
канал управления работой коронирующих электродов, состоящий из последовательно соединенных высоковольтного выпрямителя, сглаживающего фильтра, повышающего трансформатора и умножителя напряжения, выход с которого является выходом канала управления работой коронирующих электродов и подсоединен ко второму выходу блока управления, подключенному к входу системы коронирующих электродов, а вход высоковольтного выпрямителя является входом канала управления работой коронирующих электродов и соединен с выходом схемы включения устройства,
канал управления работой осадительных электродов, состоящий из последовательно соединенных высоковольтного выпрямителя, сглаживающего фильтра, повышающего трансформатора и умножителя напряжения, выход с которого является первым выходом канала управления работой осадительных электродов и подсоединен к третьему выходу блока управления, подключенного к входу системы осадительных электродов, а второй выход канала управления работой осадительных электродов подсоединен к выходу сглаживающего фильтра канала управления работой осадительных электродов,
при этом вход высоковольтного выпрямителя является первым входом канала управления работой осадительных электродов и соединен с выходом схемы включения устройства, а второй вход этого канала связан со вторым входом повышающего трансформатора,
канал контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения, состоящий из последовательно соединенных фотоприемника излучения, преобразователя ток-напряжение, цифрового потенциометра, усилителя напряжения, компаратора и схемы управления осадительными электродами, первый, второй, третий и четвертый выходы которой являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами канала контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения, его пятый выход соединен со вторым выходом цифрового потенциометра,
при этом первый вход канала контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения, связанный с вторым выходом канала управления работой осадительных электродов, соединен со вторым входом схемы управления осадительными электродами, а второй вход этого канала, являющийся информационным входом блока управления, оптически через световой поток от источника ультрафиолетового излучения связан с фотоприемником излучения,
кроме того, выход схемы включения источника ультрафиолетового излучения является четвертым выходом блока управления,
и в структуру системы контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологической установке введен блок индикации, состоящий из первого светового индикатора «Выше нормы», второго светового индикатора «Норма», третьего светового индикатора «Ниже нормы», электроакустического извещателя, входы которых являются первым, вторым, третьим и четвертым входами блока индикации и подключены к пятому, шестому, седьмому и восьмому входам блока управления соответственно.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где показана структурно-функциональная схема системы контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологической установке.
Здесь:
1 - блок исполнительных органов;
2 - источник ультрафиолетового (УФ) излучения;
3 - система коронирующих электродов;
4 - система осадительных электродов;
5 - вентилятор;
6 - электропривод;
7 - входные решетки;
8 - выходные решетки;
9 - воздуховод стоматологического пистолета;
10 - блок управления;
11 - схема включения источника ультрафиолетового излучения;
12 - схема включения устройства;
13 - схема управления электроприводом вентилятора;
14 - канал управления работой коронирующих электродов;
15 - высоковольтный выпрямитель канала управления работой коронирующих электродов;
16 - сглаживающий фильтр канала управления работой коронирующих электродов;
17 - повышающий трансформатор канала управления работой коронирующих электродов;
18 - умножитель напряжения канала управления работой коронирующих электродов;
19 - канал управления работой осадительных электродов;
20 - высоковольтный выпрямитель канала управления работой осадительных электродов;
21 - сглаживающий фильтр канала управления работой осадительных электродов;
22 - повышающий трансформатор канала управления работой осадительных электродов;
23 - умножитель напряжения канала управления работой осадительных электродов;
24 - канал контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения;
25 - фотоприемник излучения;
26 - преобразователь ток-напряжение;
27 - цифровой потенциометр;
28 - усилитель напряжения;
29 - компаратор;
30 - схема управления осадительных электродов;
31 - блок индикации;
32 - первый световой индикатор «Выше нормы»;
33 - второй световой индикатор «Норма»;
34 - третий световой индикатор «Ниже нормы»;
35 - электроакустический извещатель.
Система контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха содержит блок 1 исполнительных органов, состоящий из источника 2 ультрафиолетового излучения, системы 3 коронирующих электродов и системы 4 осадительных электродов, вентилятор 5 с электроприводом 6, входные 7 и выходные 8 защитные решетки, размещенные в воздуховоде 9, и блок управления 10, состоящий из схемы 11 включения источника ультрафиолетового излучения, схемы 12 включения устройства.
В состав блока 10 управления дополнительно введены схема 13 управления электроприводом вентилятора, канал 14 управления работой коронирующих электродов, канал 19 управления работой осадительных электродов и канал 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения.
Выход схемы 13 управления электроприводом вентилятора является первым выходом блока 10 управления и подсоединен к входу электропривода 6 вентилятора 5.
Канал 14 управления работой коронирующих электродов состоит из последовательно соединенных высоковольтного выпрямителя 15, сглаживающего фильтра 16, повышающего трансформатора 17 и умножителя напряжения 18. Выход умножителя напряжения 18 является выходом канала 14 управления работой коронирующих электродов и подсоединен ко второму выходу блока управления 10, подключенному к входу системы 3 коронирующих электродов. Вход высоковольтного выпрямителя 15 является входом канала 14 управления работой коронирующих электродов и соединен с выходом схемы 12 включения устройства.
Канал 19 управления работой осадительных электродов состоит из последовательно соединенных высоковольтного выпрямителя 20, сглаживающего фильтра 21, повышающего трансформатора 22 и умножителя напряжения 23. Выход умножителя напряжения 23 является первым выходом канала 19 управления работой осадительных электродов и подсоединен к третьему выходу блока управления 10, подключенного к входу системы 4 осадительных электродов. Второй выход канала 19 управления работой осадительных электродов подсоединен к выходу сглаживающего фильтра 21 канала управления работой осадительных электродов. Вход высоковольтного выпрямителя 20 является первым входом канала 19 управления работой осадительных электродов и соединен с выходом схемы 12 включения устройства, а второй вход этого канала связан со вторым входом повышающего трансформатора 22.
Канал 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения состоит из последовательно соединенных фотоприемника 25 излучения, преобразователя 26 ток-напряжение, цифрового потенциометра 27, усилителя напряжения 28, компаратора 29 и схемы 30 управления осадительными электродами, первый, второй, третий и четвертый выходы которой являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения, его пятый выход соединен со вторым выходом цифрового потенциометра 27. Первый вход канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения, связанный с вторым выходом канала 19 управления работой осадительных электродов, соединен со вторым входом схемы 30 управления осадительными электродами, а второй вход этого канала, являющийся информационным входом блока 10 управления, оптически через световой поток от источника 2 ультрафиолетового излучения связан с фотоприемником 25 излучения. Первый выход канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения соединен с вторым входом канала 19 управления работой осадительных электродов и с управляющим входом схемы 11 включения источника ультрафиолетового излучения. Второй, третий, четвертый и пятый выходы канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения являются пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока 10 управления.
Выход схемы 11 включения источника ультрафиолетового излучения является четвертым выходом блока 10 управления.
В структуру системы контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологической установке введен блок 31 индикации, состоящий из первого светового индикатора 32 «Выше нормы», второго светового индикатора 33 «Норма», третьего светового индикатора 34 «Ниже нормы», электроакустического извещателя 35, входы которых являются первым, вторым, третьим и четвертым входами блока индикации 31 и подключены к пятому, шестому, седьмому и восьмому входам блока управления 10 соответственно.
Система работает следующим образом. При включении стоматологической установки в работу напряжение питания 220 В подается на входы питания блока управления 10. В блоке управления 10 это напряжение одновременно подается на схему 12 включения устройства, схему 11 включения источника ультрафиолетового излучения, схему 13 управления электроприводом вентилятора, на вход питания канала 14 управления работой коронирующих электродов и на вход питания канала 19 управления работой осадительных электродов.
Воздух, поступающий на вход воздуховода, предварительно подвергается воздействию ультрафиолетового излучения посредством источника 2 ультрафиолетового излучения, управляемого схемой 11 включения источника ультрафиолетового излучения. Такое излучение в диапазоне 205-315 нм для скорости воздушного потока до 4 м/с обладает 100% действием стерилизации и вызывает поглощение его квантов молекулами нуклеиновых кислот, белков, липидов и ряда других биохимических компонентов клеток микроорганизмов и фотохимическое повреждение молекул вирусов, что приводит к их разрушению.
В результате подачи напряжения питания на выходе высоковольтного выпрямителя 15 канала 14 управления работой коронирующих электродов и высоковольтного выпрямителя 20 канала 19 управления работой осадительных электродов формируется пульсирующее напряжение высокого уровня, которое через сглаживающие фильтры 16 и 21, повышающие трансформаторы 17 и 22 подается на умножители напряжения 18 и 23 соответственно, на выходах которых формируется напряжение с разностью потенциалов, находящейся в пределах 2,5-5 кВ. Это напряжение подается на входы системы 3 коронирующих электродов и на входы системы 4 осадительных электродов.
Обеззараженный воздух, омывая систему 3 коронирующих электродов, подвергается поляризации. Затем после взаимодействия с системой 4 осадительных электродов происходит процесс электростатической фильтрации от пылевых частиц, содержащихся в воздухе.
Одновременно с формированием высокого напряжения на выходах канала 14 управления работой коронирующих и канала 19 управления работой осадительных электродов включается в работу вентилятор 5, управляемый импульсами от схемы 13 управления электроприводом 6 вентилятора. Под воздействием вентилятора, расположенного на выходе воздуховода 9, очищенный и обеспыленный воздух от системы 4 осадительных электродов через защитную выходную решетку 8 попадает в воздуховод стоматологического пистолета.
Для защиты от попадания ультрафиолетового излучения на полимерные части вентилятора 5 и его разрушения при длительном воздействии ультрафиолетового излучения выходное и входное отверстия воздуховода 9, содержащего блок исполнительных органов 1, закрыты защитными входной 7 и выходной 8 решетками, не пропускающими коротковолновое ультрафиолетовое излучение во внешнее пространство.
2
В процессе работы источника 2 ультрафиолетового излучения необходим контроль за параметрами режимов его работы. Эффективность воздействия ультрафиолетового излучения на микроорганизмы определяется интенсивностью ультрафиолетового излучения, а также временем облучения. Произведение интенсивности излучения на время называется дозой облучения (мДж/см) и является мерой бактерицидной энергии, получаемой микроорганизмами при прохождении через источник ультрафиолетового излучения. Доза облучения является важнейшим параметром, определяющим эффективность работы системы контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха, и не должна быть ниже требуемого значения, необходимого для надежной дезинфекции воздуха в процессе работы системы. Контроль осуществляется с помощью канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения.
Выходной сигнал фотоприемника 25 излучения, расположенного на входе канала 24, пропорционален интенсивности светового потока, прошедшего через воздушный поток. Этот сигнал поступает на преобразователь 26 ток-напряжение. Регулировка выходного напряжения канала 24 контроля и управления работой источника ультрафиолетового излучения и соответственно коэффициента усиления производится цифровым потенциометром 27, в энергонезависимой памяти которого хранится установленный коэффициент усиления. С цифрового потенциометра 27 сигнал поступает на усилитель 28 напряжения, который усиливает сигнал до уровня, необходимого для работы схемы 30 управления осадительными электродами. В этой схеме, имеющей один управляющий (первый) и три пороговых (второй, третий и четвертый) выхода, происходит сравнение текущего значения сигнала управления, поступающего с выхода сглаживающего фильтра 21 канала 19 управления работой осадительных электродов, с эталонным уровнем. В результате анализа формируется сигнал, служащий для корректировки выходного напряжения канала 19 управления работой осадительных электродов, для чего он подключен ко второму входу повышающего трансформатора 22 этого канала. Другие выходы схемы 30 управления осадительными электродами используются для управления работой блока 31 индикации.
Если интенсивность излучения выше минимально допустимой более чем на 40-50%, загорается первый световой индикатор 32 «Выше нормы». При интенсивности излучения выше минимально допустимой в пределах 10-40% загорается второй световой индикатор 33 «Норма», что свидетельствует о нормальной работе источника 2 ультрафиолетового излучения. В том случае, если интенсивность излучения ниже минимально допустимой, загорается третий световой индикатор 34 «Ниже нормы». При значительном уменьшении дозы установленного ультрафиолетового излучения дополнительно к световой индикации с помощью электроакустического извещателя 35 формируется акустический сигнал. При этом на вход схемы 11 включения источника ультрафиолетового излучения подается сигнал, под воздействием которого происходит коррекция работы источника 2 ультрафиолетового излучения, что приводит к увеличению интенсивности ультрафиолетового излучения, пронизывающего поток воздуха. Одновременно с этим происходит увеличение напряжения на выходе канала 19 управления работой осадительных электродов, что позволяет проводить осаждение не только мелкодисперсных, но и крупных частиц пыли в воздухе, появление которых уменьшает интенсивность светового излучения от источника 4 ультрафиолетового излучения.
Таким образом, в результате последовательного выполнения технологических операций в процессе стоматологической процедуры, связанной с применением стоматологического пистолета, происходит непрерывное очищение воздуха, подаваемого в ротовую полость от болезнетворных возбудителей, газообразных органических соединений и пылевых частиц, с помощью системы без использования механических фильтров, требующих периодической замены. При этом достигается не только ионное равновесие, но и уменьшается концентрация оксидов азота в воздухе. При этом конструкция системы контроля и управления медико-биологическими параметрами воздуха в стоматологической установке проста в изготовлении и надежна и безопасна в работе.