Способ ультрафиолетового облучения потока крови и устройство для его осуществления "виолетта"

 

Использование: для проточного облучения крови человека и животных ультрафиолетовыми лучами. Цель: обеспечение равномерного облучения крови и предохранение элементов крови от теплового и механического разрушения. Вертикальная компоновка цилиндрического источника УФ-излучения и охватывающих его двух коаксиальных цилиндров, внутренний кварцевый, а внешний из обычного стекла с примесью свинца, увеличенный зазор между цилиндрами, особая конструкция верхней кольцевой пробки и наличие экрана, перемещающегося вдоль источника УФ-излучения, обеспечивают равномерность и дозированность облучения протекающей крови, предохраняют элементы крови от механического и контактного теплового разрушения, обеспечивают безопасность работы медперсонала. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для облучения крови электромагнитным излучением ультрафиолетового диапазона в медицинской практике при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, септических состояний и других заболеваний, при которых положительно оказывается ультрафиолетовое облучение крови, а также в научно-исследовательских целях при изучении влияния на кровь УФ-радиации в определенных дозах.

Известно устройство для осуществления указанного способа, включающее перистальтический насос, соединительные шланги и модуль облучателя, содержащий кювету в виде двух вставленных один в другой с малым зазором и сваренным по торцам коаксиальных кварцевых цилиндров с двумя сливами у торцов кюветы для входа и выхода крови и цилиндрический источник УФ-излучения, расположенный внутри кюветы соосно цилиндрам.

Недостатком известных способа и устройства, разработанным в НИИ трансплантологии и искусственных органов, является неравномерный характер облучения крови из-за эффекта прилипания частиц крови к поверхности внутреннего кварцевого цилиндра и последующего их переоблучения ртутной лампой. Кроме того, из-за нагрева кварцевого стекла в результате как теплового излучения, так и конвективного переноса от лампы происходит тепловое разрушение прилипших к кварцевому стеклу частиц крови. Доза облучения в известном способе определяется по формуле D_об= , где D_об - объемная доза облучения (Дж/см³); Φ - поток излучения лампы в УФ-диапазоне (Вт); Q - расход крови (мл/мин). и не предусмотрены средства для изменения и подбора дозы облучения, кроме варьирования величиной расхода Q перистальтического насоса.

Целью изобретения является обеспечение равномерного облучения крови и предохранение элементов крови от теплового и механического разрушения.

Цель достигается тем, что кровь пропускают в зазоре между двумя коаксиальными цилиндрами и облучают ее ультрафиолетовыми лучами от цилиндрического источника через боковую поверхность внутреннего кварцевого цилиндра, при этом цилиндра располагают вертикально и облучают свободную поверхность потока крови, стекающей по боковой поверхности наружного цилиндра, зазор между цилиндрами выбирают много больше толщины слоя стекающей крови с расчетом, чтобы поток крови не соприкасался с боковой поверхностью внутреннего кварцевого цилиндра, дозу облучения определяют по формуле D_об = , где D_об - объемная доза облучения (Дж/см³); Φ - поток излучения источника в УФ-диапазоне (Вт); Q - расход крови (мл/мин); L - длина цилиндрического источника УФ-излучения (см); l - длина открытой части источника УФ-излучения, причем дозу подбирают и варьируют в зависимости от тяжести заболевания, состояния вен и возраста больного как изменением величины расхода Q, так и изменением длины l открытой части источника УФ-излучения.

На фиг. 1 изображена в разрезе основная часть устройства - модуль облучения; на фиг. 2 - сечение модуля на уровне проточек верхней пробки; на фиг. 3, 4 - схемы облучения и профили скоростей потоков крови в прототипе и предлагаемом устройстве соответственно; на фиг. 5, 6 - схемы устройства для осуществления предложенного способа ультрафиолетового облучения потока крови в двух вариантах, описанных ниже.

Устройство для осуществления способа ультрафиолетового облучения потока крови содержит (фиг. 5, 6) перистальтический насос (а) с регулируемой скоростью прокачки, соединительные шланги (в), модуль облучения (с), содержащий (фиг. 1) кювету в виде двух вставленных один в другой коаксиальных цилиндров 1 и 2 в вертикальной компоновке с зазором 5 для протекания крови 6, цилиндрический источник УФ-излучения 8, расположенный во внутренней полости кюветы соосно ее цилиндрам 1 и 2, внутренний цилиндр 2 выполнен из кварцевого стекла, зазор 5 между цилиндрами кюветы сверху и снизу закрыт кольцевыми резиновыми пробками 11 и 9, в обеих пробках выполнены отверстия 15 и 16, в которые вставлены штуцеры 3 и 4 соответственно для входа и выхода крови 6, нижняя кольцевая пробка выполнена с коническим уклоном 10 от внутреннего цилиндра 2 к наружному 1, верхняя кольцевая пробка 11 выполнена фигурной: на ее внешней стороне, прилегающей к наружному цилиндру 1, сделана кольцевая выемка 12 с коническим уклоном 13 от внутренней части пробки к внешней, выемка 12 соединена через отверстие 15 с входным штуцером 3, ниже выемки 12 выполнены мелкие вертикальные проточки 14 (фиг. 2) по всему периметру кольцевой пробки 11 для протекания крови, источник УФ-излучения 8 снабжен цилиндрическим экраном 17, охватывающим источник 8 с возможностью продольного перемещения между источником излучения 8 и внутренним кварцевым цилиндром 2 кюветы, на верхний штуцер 3 надет подводящий, а на нижний штуцер 4 отводящий соединительные шланги (фиг. 5, 6).

Способ осуществляется следующим образом.

Подготовленная к УФ-облучению кровь с помощью перистальтического насоса (а) по шлангу (в) подается на вход модуля облучателя (с) через верхний штуцер 3. Поступающая кровь 6 заполняет кольцевую выемку 12 в верхней пробке 11, через систему мелких проточек 14 попадает в зазор 5 между цилиндрами и по боковой поверхности наружного цилиндра 1 стекает вниз до уровня нижней пробки 9 под действием силы тяжести. Поскольку зазор 5 между цилиндрами выбран равным 10. . . 20 мм, т. е. много больше толщины стекающего слоя крови, имеющей порядок 0,5. . . 1 мм, кровь не контактирует с внутренним кварцевым цилиндром 2. Следовательно, проникающие через кварцевый цилиндр 2 УФ-лучи от ртутной лампы 8 облучают постоянно движущуюся свободную поверхность крови 6. Получив нужную дозу облучения, кровь 6 вытекает через нижний штуцер 4 и возвращается пациенту.

Предложенный способ облучения потока крови УФ-лучами легко сочетается с любым из двух наиболее распространенных методов забора и возврата крови пациенту при экстракорпоральном воздействии на кровь: как по непрерывной проточной схеме одностороннего течения с забором крови из одной вены и возвратом через другую (фиг. 5) (см. Лопаткин Н. А. , Лопухин Ю. М. Эфферентные методы в медицине. М. , Медицина, 1989, с. 37 и др. ), так и по дискретной схеме двустороннего течения крови с забором и последующим возвратом крови пациенту, через одну и ту же вену (фиг. 6).

В последнем случае устройство снабжается вспомогательной емкостью для сбора крови. Принцип реализации заявляемого способа УФ-облучения потока крови по обеим схемам устройства остается одинаковым в физическом смысле.

Дозу облучения определяют по формуле w D_об = где D_об - объемная доза облучения (Дж/см³);
Φ - поток излучения источника в УФ-диапазоне (Вт);
Q - расход крови (мл/мин);
L - полная длина цилиндрического источника УФ-излучения (см);
l - длина открытой части источника УФ-излучения (см), причем подбирают и варьируют в зависимости от тяжести заболевания, состояния вен, возврата больного как величину расхода Q, так и длину l открытой части источника УФ-излучения для получения требуемой дозы D_об.

Обоснование цели и положительного эффекта изобретения.

По сравнению с прототипом гидродинамика в предлагаемом техническом решении является более "мягкой", так как кровь в модуле облучателя стекает самотеком под действием силы тяжести, поэтому подвергается минимальному механическому воздействию в отличие от прототипа, где она продавливается через узкий зазор между цилиндрами под давлением. Поэтому механического разрушения частиц крови в предлагаемом модуле облучателя не происходит. Кроме того, в предлагаемом способе отсутствует контактное тепловое взаимодействие крови с кварцевым цилиндром. Следовательно, частицы крови в предлагаемом способе предохраняются как от механического, так и от контактного теплового разрушения.

Для доказательства улучшения равномерности облучения в предлагаемом техническом решении по сравнению с прототипом необходимо сначала строго определить это понятие, так как слово "равномерность" в русском языке является слишком многозначным. Известно, что слой крови толщиной Δ = 0,02 мм поглощает 63% энергии УФ-лучей с длиной волны λ= 254 нм (основное излучение ртутной лампы). Величина Δ называется линейным коэффициентом ослабления УФ-излучения и не зависит от того движется кровь или покоится. Равномерность облучения крови будет измерять величиной отношения объема крови, поглотившей 63% энергии УФ-лучей с длиной волны 254 нм, ко всему объему крови, подвергнутой облучению. На фиг. 3 и 4 изображены схемы течения и приведены эпюры скоростей в прототипе и предлагаемом техническом решении соответственно. Величина равномерности определяется отношением площади σ , отсекаемой на эпюре скоростей двумя параллельными линиями с расстоянием между линиями, равным Δ, к площади эпюры, так как площадь эпюры пропорциональна объему всей протекающей и облученной крови, а площадь σ пропорциональна объему, поглотившему 63% энергии УФ-излучения, т. е. основную часть энергии. Без математических расчетов ясно, что во втором случае площадь на много больше, чем в первом, т. е. облучение крови в предлагаемом техническом решении происходит существенно равномернее, чем в прототипе. Точные вычисления дают, что это улучшение составляет 30-50 раз.

Достоинством предлагаемого технического решения является его дешевизна, связанная с разборностью и простотой конструкции как кюветы, так и всего модуля облучателя. Деталями одноразового использования кроме шлангов являются резиновые пробки со штуцерами, т. е. дешевые части. Внутренний и внешний цилиндры, являясь гладкими, легко промываются и стерилизуются для повторного использования. При норме до 10 больных в день на один аппарат набора из 15 пар цилиндров достаточно на год работы.

Формула изобретения

1. Способ ультрафиолетового облучения потока крови путем пропускания крови в зазоре между двумя коаксиальными цилиндрами и облучения ее лучами от цилиндрического источника ультрафиолетового излучения через боковую поверхность внутреннего кварцевого цилиндра, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерного облучения крови и предохранения элементов крови от теплового и механического разрушения, цилиндры располагают вертикально и облучают свободную поверхность потока крови, стекающей по боковой поверхности наружного цилиндра, при этом зазор между цилиндрами превышает толщину слоя стекающей крови, а дозу облучения определяют по формуле
D_об= Φ/Q: l/L,
где D_об - объемная доза облучения, Дж/см³;
Φ - поток излучения источника в ультрафиолетовом диапазоне, Вт;
Q - расход крови, см³/мин;
L - длина цилиндрического источника ультрафиолетового излучения, см;
l - длина открытой части источника ультрафиолетового излучения, см,
причем дозу подбирают и варьируют в зависимости от тяжести заболевания, состояния вен и возраста больного как изменением величины расхода Q, так и изменением длины l открытой части источника ультрафиолетового излучения.

2. Устройство для ультрафиолетового облучения потока крови, включающее перистальтический насос с регулируемой величиной расхода, соединительные шланги и модуль облучателя, содержащий кювету в виде двух коаксиальных цилиндров, установленных с зазором протекания крови, цилиндрический источник ультрафиолетового излучения, расположенный внутри кюветы соосно с ее цилиндрами, внутренний цилиндр кюветы выполнен из кварцевого стекла, отличающееся тем, что, с целью обеспечения равномерного облучения крови и предохранения элементов крови от теплового и механического разрушения, зазор между цилиндрами кюветы сверху и снизу закрыт кольцевыми эластичными пробками с отверстиями, в которые вставлены штуцеры для входа и выхода крови, при этом верхняя кольцевая пробка выполнена фигурной, на ее внешней стороне, прилегающей к наружному цилиндру кюветы, выполнена кольцевая выемка, соединенная с входным штуцером, а ниже выемки выполнены вертикальные проточки для протекания крови по всему периметру верхней кольцевой пробки, причем источник ультрафиолетового излучения снабжен цилиндрическим экраном, установленным с возможностью продольного перемещения, а штуцеры соединены с соединительными шлангами.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью обеспечения защиты медперсонала от возможности облучения ультрафиолетовыми лучами и удобства работы с модулем облучателя, внешний цилиндр кюветы выполнен из стекла, не прозрачного для ультрафиолетовых лучей, а длина кювета соответствует длине источника ультрафиолетового излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6