Установка для радиационной стерилизации изделий и материалов

 

Использование: изобретение относится к стерилизации медицинских инструментов, имплантируемых изделий, материалов и отходов. Сущность изобретения: установка для радиационной стерилизации изделий и материалов с помощью пучка ускоренных электронов содержит высокочастотный ускоритель электронов и устройство развертки пучка, установленные внутри толстостенного металлического контейнера, обеспечивающего биологическую защиту персонала. Стерилизуемый объект вводится в контейнер и движется во время радиационной обработки в направлении, перпендикулярном плоскости развертки пучка, с помощью устройства перемещения объекта с многоскоростным приводом. 3 ил.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для стерилизации медицинских инструментов, имплантируемых изделий, материалов и отходов, в том числе инфицированных.

Радиационная стерилизация с помощью пучка ускоренных электронов является наиболее перспективным и экологически чистым из известных способов радиационной стерилизации изделий и материалов.

Для радиационной стерилизации используются различные конструкции установок, каждая из которых содержит ускоритель электронов, транспортер и биологическую защиту персонала от ионизирующего излучения. Существующие стерилизационные установки предназначены для промышленной стерилизации серийной продукции. Они располагаются в специальных помещениях, где защитой служат бетонные стены толщиной до 2,8 м. Наиболее близкой по технической сущности является установка на базе линейного ускорителя IMPELA (Gerald E. Hare. IMPELA Electron Accelerators For Industrial Radiation Processing, "Radiat. Phis. Chem", vol. 35, no 4 6, p. 619 626, 1990). Она содержит высокочастотный ускоритель, запитываемый от высокочастотного генератора и импульсного модулятора. Пучок ускоренных электронов поступает в устройство развертки, в котором он развертывается в одной плоскости. Далее пучок попадает на обрабатываемые объекты, которые непрерывно движутся на транспортере в направлении, перпендикулярном плоскости развертки пучка. Ускоритель и зона облучения располагаются в помещении с биологической защитой, выполненной из толстостенного бетона, а площадка загрузки и выгрузки обрабатываемых изделий - в другом помещении. Установка занимает большие производственные площади, имеет высокую стоимость и непригодна для использования в клиниках.

В настоящее время актуальной проблемой является создание компактной установки для радиационной стерилизации, обладающей большой производительностью, высокой надежностью и хорошей радиационной защитой обслуживающего персонала. Такая установка может располагаться в любом помещении предприятия или клиники без специальных строительных конструкций для защиты персонала. Ее использование в клиниках дает возможность проводить стерилизацию хирургических инструментов, материалов, имплантируемых изделий непосредственно перед операцией. Использование установок на предприятиях обеспечивает финансовую экономию за счет сокращения строительных работ, а также исключения транспортировки изделий к специализированному центру радиационной обработки.

Указанная проблема может быть решена таким образом, что ускоритель электронов и устройство развертки пучка располагаются внутри толстостенного металлического контейнера, обеспечивающего биологическую защиту персонала, а стерилизуемый объект вводится в контейнер и движется во время радиационной обработки в направлении, перпендикулярном плоскости развертки пучка, с помощью устройства перемещения, содержащего транспортирующий механизм и многоскоростной привод, который обеспечивает подачу стерилизуемого объекта в зону радиационной обработки на большой скорости и проведение радиационной обработки на малой скорости.

Применение двухстороннего движения стерилизуемого объекта значительно повышает производительность установки и надежность ее работы и понижает радиационную дозу, получаемую обслуживающим персоналом. В реальной установке толщина металлического контейнера велика по сравнению с размерами стерилизуемых объектов. Типичная длина коробки с медицинскими изделиями составляет от 20 до 30 см, типичная толщина металлического контейнера от 40 до 50 см, типичная скорость объекта при радиационной обработке около 1 см/с. В случае применения односкоростного движения объекта время ввода объекта в зону облучения и вывода в 3 5 раз превышает рабочее время обработки. В этом случае ускоритель на время ввода-вывода необходимо выключать с целью экономии электроэнергии, однако при частых включениях и выключениях резко падает надежность ускорителя. Если же ускоритель не выключать, то увеличивается радиационная доза, получаемая обслуживающим персоналом. При двухскоростном движении объекта ускоритель во время ввода-вывода не выключается, поэтому надежность установки повышается, а полученная радиационная доза мала вследствие малого времени ввода-вывода.

Фиг. 1 схематичное изображение конструкции предлагаемой установки (вид спереди и вид сбоку).

Фиг. 2 иллюстрация работы предлагаемой установки: положения объекта при загрузке, начале и конце радиационной обработки.

Фиг. 3 схематичное изображение конструкции установки, имеющей транспортирующий механизм с несколькими стерилизуемыми объектами.

Установка, изображенная на фиг. 1, содержит высокочастотный ускоритель электронов 1, устройство развертки пучка 2, металлический контейнер 3, систему питания ускорителя 4, транспортирующий механизм 5 с блоками защиты 6, многоскоростной привод, включающий передаточный механизм 7, электродвигатель 8, блок управления электродвигателем 9.

Высокочастотный ускоритель электронов 1 содержит инжектор электронного пучка и малогабаритную высокочастотную ускоряющую структуру, запитываемую от системы питания ускорителя 4 с помощью высокочастотного фидера. Устройство развертки пучка 2 содержит раструб, широкая сторона которого лежит в плоскости развертки пучка, и электромагнит, образующий в полости раструба переменное во времени магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости развертки пучка. На выходе раструба установлено окно из металлической фольги для выпуска пучка из вакуума в атмосферу. Металлический контейнер 3 выполнен толстостенным. Толщина стенок обеспечивает величину дозы ионизирующего излучения на наружной поверхности контейнера, не превышающую допустимого для персонала значения. Для ввода и вывода стерилизуемого объекта 10 металлический контейнер имеет в своих стенках окна.

Транспортирующий механизм и многоскоростной привод предназначены для подачи стерилизуемого объекта в зону радиационной обработки и равномерного движения его при обработке. Транспортирующий механизм 5 может быть выполнен в виде каретки, движущейся по направляющим. На каретке с обеих сторон от стерилизуемого объекта расположены прямоугольные металлические блоки защиты 6, которые перекрывают окна в контейнере для исключения ионизирующего излучения через них. Передаточный механизм 7 может быть выполнен в виде зубчато-реечной передачи с постоянным передаточным числом. В качестве электродвигателя 8 может быть использован электродвигатель с регулируемым числом оборотов, в частности шаговый электродвигатель, число оборотов которого зависит от частоты следования питающих импульсов, вырабатываемых блоком управления электродвигателем 9. В состав передаточного механизма может быть включен также редуктор, установленный между электродвигателем и зубчато-реечной передачей и изменяющий угловую скорость и крутящий момент. Привод имеет по крайней мере две скорости: большую для подачи стерилизуемого объекта в зону обработки и малую для проведения обработки. С целью сглаживания переходных процессов может быть использована третья промежуточная скорость.

Работа установки иллюстрируется фиг. 2, на которой схематически показан вид установки сверху при трех положениях стерилизуемого объекта: на фиг. 2а загрузка, фиг. 2б начало радиационной обработки, фиг. 2в конец радиационной обработки. После загрузки стерилизуемый объект с помощью многоскоростного привода с большой скоростью вводится в зону радиационной обработки. Для этого блок управления электродвигателем подает на электродвигатель питающие импульсы с большой частотой следования. После достижения положения объекта, показанного на фиг. 2б, частота следования импульсов уменьшается, и объект движется медленно и равномерно. Пучок электронов, выходящий из ускорителя, разворачивается с помощью устройства развертки в плоскости, перпендикулярной направлению движения стерилизуемого объекта, выводится через фольговое окно из вакуума в атмосферу и проходит через стерилизуемый объект. После достижения положения, показанного на фиг. 2в, весь объем стерилизуемого объекта оказывается облученным. Далее частота следования импульсов от блока управления снова увеличивается, и стерилизуемый объект с большой скоростью переводится в положение, в котором он оказывается вне металлического контейнера.

Направление движения стерилизуемого объекта при подаче в зону радиационной обработки может не совпадать с направлением движения его при радиационной обработке, в частности они могут быть перпендикулярны. Кроме того, ввод и вывод стерилизуемого объекта могут быть осуществлены через одно и тоже окно в металлическом контейнере, для чего транспортирующий механизм совершает возвратно-поступательное движение. В любом случае привод обеспечивает большую скорость при подаче и малую при проведении радиационной обработки, а направление движения стерилизуемого объекта при обработке перпендикулярно плоскости развертки пучка.

На фиг. 3 показана схема конструкции установки, в которой транспортирующий механизм несет одновременно несколько стерилизуемых объектов. Он может представлять собой диск или другое тело вращения, которое приводится во вращение многоскоростным приводом. На диске находится несколько гнезд для стерилизации объектов: в то время как один объект проходит радиационную обработку, на диск может загружаться другой объект. Многоскоростной привод осуществляет быстрое вращение диска при подаче стерилизуемого объекта и медленное при проведении радиационной обработки. Эту конструкцию целесообразно использовать при малых размерах и больших количествах стерилизуемых объектов.

Примером конкретной реализации может служить установка для стерилизации медицинских изделий с энергией ускоренных электронов 5 МэВ и мощностью пучка 2 кВт. Расчетная производительность установки при поглощенной дозе 25 кГр составляет 250 кг/ч.

Формула изобретения

Установка для радиационной стерилизации изделий и материалов, содержащая высокочастотный ускоритель электронов с системой его питания, устройство развертки пучка в плоскости, устройство биологической защиты, охватывающее высокочастотный ускоритель электронов, и устройство развертки пучка в плоскости, и устройство перемещения стерилизуемого объекта с прямолинейным направлением движения стерилизуемого объекта при радиационной обработке, отличающаяся тем, что устройство биологической защиты выполнено в виде металлического контейнера с окнами для ввода и вывода стерилизуемого объекта, а устройство перемещения стерилизуемого объекта выполнено в виде многоскоростного привода для осуществления движения стерилизуемого объекта с различающимися скоростями при подаче в зону радиационной обработки и проведении радиационной обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3