Аппарат для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АППАРАТ ДЛЯ ЭКСТРАКОРПОРАЛЬНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ КРОВИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Мостовников Василий Андреевич Плавский Виталий Юлианович Рябцев Александр Борисович Мостовникова Галина Ростиславовна Плавская Людмила Геннадьевна Мостовников Андрей Васильевич Леусенко Игорь Александрович Гиневич Валерий Валерьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Аппарат для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови, включающий источник питания, модуль управления, источник ультрафиолетового излучения, одноразовую магистраль для переливания крови, встроенную в магистраль кювету для фотомодификации крови, оптически связанную с источником излучения, и перистальтический насос для прокачки крови, отличающийся тем, что источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде матрицы, образованной светоизлучающими диодами и установленной светоизлучающей стороной к стенкам кюветы, прозрачным для воздействующего излучения, а размеры светоизлучающей поверхности матрицы соответствуют размерам указанных стенок кюветы. 24742006.02.28 2. Аппарат для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови по п. 1, отличающийся тем, что светоизлучающая матрица дополнительно содержит со стороны,прилегающей к кювете, поляроидную пленку.(56) 1. ООО Кварцприбор-М. Технические характеристики облучателей волоконных кварцевых ОВК-03-4, //.-03 2. ООО НПК Биотехник. Аппарат ультрафиолетового облучения крови Надежда,// Полезная модель относится к медицине, а именно к физиотерапии и может быть использована для лечения широкого круга заболеваний различного генеза путем экстракорпорального воздействия на кровь ультрафиолетовым излучением светоизлучающих диодов. Известен аппарат для ультрафиолетового облучения крови ОВК-03-4, производства ООО Кварцприбор-М, г. Санкт-Петербург 1. Аппарат обеспечивает как внутрисосудистое внутривенное, так и экстракорпоральное облучение крови, то есть облучение вне организма, и аутотрансфузию облученной крови. Аппарат ОВК-03-4 содержит модуль питания и управления, источник излучения в виде ртутно-кварцевой лампы. Излучение лампы вводится в кварцевый волоконно-оптический световод. Мощность излучения на выходе световода 20-100 мВт. Количество независимых волоконно-оптических каналов 2. Масса аппарата 8,0 кг, его габариты 230320130 мм. Предусмотрена возможность выделения из полного спектра испускания с помощью фильтров следующие спектральные области 350-700 нм с максимумом в области длин волн 540-590 нм 310-700 нм с максимумом в области длин волн 360-590 нм 290-600 нм с максимумом на длине волны 360 нм. Для проведения фотомодификации крови вне организма аппарат ОВК-03-4 снабжен приставкой для экстракорпорального облучения крови во время проведения гемотрансфузий. Приставка изготовлена из металлического сплава, представляющего собой устройство в виде разборного полого плоского диска. Внутри полости, вдоль стенок корпуса проходит полимерная трубка стандартной разовой стерильной системы для переливания крови, по которой протекает кровь. Этот участок трубки подвергается ультрафиолетовому и видимому облучению от световода, который с помощью резьбового соединения подключен к приставке. То есть воздействие излучения на кровь в аппарате ОВК-03-4 осуществляется через стенки трубки одноразовой системы для переливания крови, имеющего внутренний диаметр 4-5 мм. Недостатком известного аппарата является его громоздкость, высокая потребляемая мощность, а также необходимость прогрева аппарата для выхода на стационарный режим в течение 10 мин. Аппарат неудобен для транспортировки от пациента к пациенту при проведении сеанса фототерапии у больных, не способных к самостоятельному передвижению. Кроме того, стенки трубки в значительной мере ослабляют воздействующее излучение, и это экранирование наиболее выражено в ультрафиолетовой области спектра. Следует также отметить, что вследствие высокой оптической плотности крови в ультрафиолетовом спектральном диапазоне реально воздействию ультрафиолетового излучения подвергаются лишь слои крови, прилегающие при ее прокачке к стенкам трубки, повернутым к торцу световода. По этой причине свыше 90 протекающей через трубку крови является необлученной. Кроме того, для значительной части поверхности трубки излучение падает под большим углом, что приводит, в соответствии с известными в оптике формулами Френеля, к увеличению коэффициента отражения на границе воздух-трубка, а соответственно и к уменьшению мощности воздействующего на кровь излучения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является аппарат для экстракорпорального, то есть вне организма, ультрафиолетового облучения кро 2 24742006.02.28 ви Надежда, производства ООО НПК Биотехник, г. Нижний Новгород 2. Аппарат обеспечивает экстракорпоральное воздействие на кровь излучением коротковолнового ультрафиолетового диапазона с длиной волны 254 нм в лечебных и профилактических целях. С этой целью в аппарате предусмотрено взятие крови у пациента, ее облучение с последующим введением в кровяное русло. Аппарат Надежда содержит модуль питания и управления, а также источник излучения в виде ртутной бактерицидной лампы. Электрическая мощность, потребляемая лампой, - 4 Вт. Для проведения фотомодификации крови вне организма аппарат снабжен перистальтическим насосом, обеспечивающим перекачивание крови по силиконовой или полихлорвиниловой магистрали стандартной одноразовой системы для переливания крови. Скорость прокачки крови - 10-20 мл/мин. Мощность,потребляемая аппаратом, - 15 Вт, габаритные размеры - 180180280 мм, вес - 2,2 кг. Воздействию излучения кровь подвергается в специальной съемной одноразовой кювете,монтируемой в магистраль для переливания крови. Стенки кюветы прозрачны для ультрафиолетового излучения. Кювета выполнена в виде жесткого полиэтиленового диска или полиэтиленового прямоугольника, по периметру которых герметично приварена проницаемая для ультрафиолетовых лучей пленка толщиной 40-50 мкм. Диск с одной стороны имеет углубление, образующее совместно с пленкой полость для протока крови, с другой стороны - две диаметрально расположенные канюли для соединения с магистралью для переливания крови с внутренним сечением трубки 3-4 мм. Объем кюветы - 5 мл. Внутренняя поверхность кюветы имеет каналы, которые создают турбулизацию потока крови, что способствует более высокой равномерности облучения. Основное облучение крови проходит по центру кюветы, где скорости и объем потока крови максимальные. При этом плотность мощности воздействующего излучения на поверхности кюветы при длине волны 254 нм составляет в центре кюветы 3 мВт/см 2, на периферии - 1,5 мВт/см 2. Кювета устанавливается в держатель-переходник пленкой к уплотнительному кольцу и закрепляется по краям двумя фиксаторами через силиконовое уплотнение. Это обеспечивает натяжение пленки и ток крови толщиной 1 мм при заборе и возврате крови пациенту, а также герметичность кюветы. Недостатком аппарата является его громоздкость, высокая потребляемая мощность. Аппарат неудобен в эксплуатации для лечения больных, неспособных к самостоятельному передвижению в пределах больничного отделения, хотя одним из показаний к его использованию является лечение как раз данной категория пациентов. Кроме того, воздействие коротковолнового ультрафиолетового излучения на воздушную среду, окружающую лампу, приводит к озонированию атмосферы, что накладывает дополнительные требования к объему и системе вентиляции помещения, в котором производится экстракорпоральное облучение крови с использованием аппарата Надежда. При этом имеются данные о более предпочтительном использовании для экстракорпорального облучения крови излучения не коротковолнового, а длинноволнового ультрафиолетового диапазона. Считается, что при воздействии на клетки крови излучения длинноволнового ультрафиолетового диапазона отсутствует повреждающий эффект, характерный для коротковолновой составляющей, при сохраненном, а иногда и более выраженном стимулирующем действии. Более того, в некоторых странах использование коротковолнового ультрафиолетового облучения крови считается недопустимым. Однако, составляющая спектра, относящаяся к длинноволновому ультрафиолетовому диапазону, в аппарате Надежда незначительна. Кроме перечисленных недостатков отрицательным моментом конструктивного устройства аппарата является сильно выраженная неоднородность облучения. Так, толщина слоя кюветы в участке облучения составляет 1 мм, а излучение с длиной волны 254 нм практически полностью поглощается в слое крови толщиной 20 мкм. То есть более 99 объема прокачиваемой крови является необлученной. 24742006.02.28 Отсутствие линейной поляризации излучения, воздействующего на кровь, также является недостатком известного аппарата, поскольку терапевтическая эффективность излучения зависит от степени его поляризации и является максимальной при воздействии линейно-поляризованным излучением. Причем в настоящее время отсутствуют доступные устройства, обеспечивающие возможность получения линейно-поляризованного излучения с длиной волны 254 нм, в оптических системах с неколлимированным световым пучком, поскольку поляроидные пленки непрозрачны для излучения с указанной длиной волны. Еще одним недостатком аппарата Надежда является ограниченный ресурс 1000 часов работы его источника излучения - газоразрядной лампы, а также нестабильность ее энергетических характеристик во времени. По этой причине аппарат требует прогрева в течение 10 мин до начала процедуры ультрафиолетового облучения крови. При этом возможность регулировки мощности воздействующего излучения в аппарате не предусмотрена. Модуль управления параметрами излучения обеспечивает лишь отключение аппарата по истечении ранее установленного времени воздействия. Задачей предполагаемой полезной модели является создание удобного в эксплуатации, малогабаритного аппарата для экстракорпорального воздействия на кровь длинноволновым ультрафиолетовым излучением светоизлучающих диодов, обладающего повышенной терапевтической эффективностью благодаря поляризации излучения и характеризующегося высоким ресурсом работы, неизменностью спектрального состава излучения в течение всего срока эксплуатации аппарата, стабильностью и регулировкой мощности излучения, а также низкой потребляемой электрической мощностью. Поставленная задача решается следующим образом. В аппарате для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови, включающем источник питания, модуль управления, источник ультрафиолетового излучения, одноразовую магистраль для переливания крови, встроенную в магистраль кювету для фотомодификации крови, оптически связанную с источником излучения, и перистальтический насос для прокачки крови, источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде матрицы, образованной светоизлучающими диодами и установленной светоизлучающей стороной к стенкам кюветы, прозрачным для воздействующего излучения, а размеры светоизлучающей поверхности матрицы соответствуют размерам указанных стенок кюветы. В предлагаемом аппарате для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови предусмотрено также, что светоизлучающая матрица дополнительно содержит со стороны, прилегающей к кювете, поляроидную пленку. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема расположения оптических элементов аппарата для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови с использованием одной светодиодной матрицы, то есть матрицы, образованной светоизлучающими диодами на фиг. 2 - схема расположения оптических элементов аппарата для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови с использованием двух матриц. Предлагаемый аппарат для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови,показанный на фиг. 1, содержит источник питания 1, модуль управления 2, источник ультрафиолетового излучения в виде светодиодной матрицы 3, одноразовую магистраль 4 для переливания крови, встроенный в магистраль 4 перистальтический насос 5 для прокачки крови и кювету 6 для фотомодификации крови. Матрица 3 установлена светоизлучающей стороной к стенкам кюветы 6, прозрачным для воздействующего излучения, а размеры светоизлучающей поверхности матрицы 3 соответствуют размерам указанных стенок кюветы 6. Предусмотрена также возможность выполнения двух светодиодных матриц 3, расположенных с двух сторон кюветы 6, светоизлучающей стороной к прозрачной стенке кюветы. Оптическая схема исполнения аппарата для экстракорпорального ультрафиолетового облучения крови предусматривает также наличие съемной поляроидной пленки 7, установлен 4 24742006.02.28 ной на светоизлучающей матрице со стороны, прилегающей к кювете. Назначение поляроидной пленки 7 - получение линейно-поляризованного излучения для воздействия им на кровь. Аппарат работает следующим образом. Кровь после пункции периферической или центральной вены пациента поступает в одноразовую магистраль 4 для переливания крови, показанную на фиг. 1 и фиг 2. С помощью перистальтического насоса 5 кровь перемещается через кювету 6 для фотомодификации крови и с выхода кюветы 6 по магистрали 4 возвращается в вену пациента. Кювета 6 оптически связана с матрицей 3 светоизлучающих диодов. Источник питания 1 аппарата по команде с модуля управления 2 параметрами излучения обеспечивает подачу электрического напряжения на светоизлучающие диоды матрицы 3. Светоизлучающие диоды матрицы 3 генерируют неполяризованное излучение, воздействующее на кровь, протекающую через кювету 6. Светоизлучающая матрица 3 может быть установлена как с одной стороны кюветы - см. фиг. 1, так и с двух сторон см. фиг. 2. Плотность мощности воздействующего на кровь излучения регулируется путем изменения мощности излучения на выходе светоизлучающих диодов матрицы 3. Предусмотрено также облучение протекающей через кювету 6 крови линейнополяризованным излучением. Это достигается установкой поляроидной пленки 7 на светоизлучающую сторону светодиодной матрицы 3, то есть на сторону матрицы, повернутую к прозрачной для воздействующего излучения стенке кюветы. В этом случае излучение, пройдя через поляроидную пленку 7, становится линейно-поляризованным. Необходимость поляризации воздействующего излучения обусловлена имеющимися данными о более выраженном терапевтическом действии поляризованного излучения по сравнению с неполяризованным излучением с аналогичными энергетическими и спектральными параметрами. Следует отметить, что современные светоизлучающие диоды, так называемые сверхъяркие светодиоды, обеспечивают получение мощности ультрафиолетового излучения на их выходе до 200 мВт. Длина волны воздействующего излучения может выбираться по желанию пользователя. Так, в ультрафиолетовой области спектра в настоящее время хорошо отработаны и высоко надежны светоизлучающие диоды с длиной волны максимума испускания при 353 нм,365 нм,376 нм,380 нм,390 нм. Полуширина спектра их испускания находится на уровне 7-10 нм. При этом в спектре излучения светоизлучающих диодов отсутствуют посторонние полосы на других длинах волн, не соответствующих указанным в их паспортных данных. Мощность излучения светодиодов легко регулируется за счет изменения тока, протекающего через полупроводниковый кристалл. При обеспечении постоянства температурного режима и стабилизации тока накачки таких светодиодов аппарат для экстракорпорального облучения крови, созданный на их основе,характеризуется постоянством мощности излучения во времени, неизменностью спектральных характеристик в течение всего срока эксплуатации источника излучения. Время установления рабочего режима аппарата не более 1 минуты, тогда как для прототипа - не менее 10 минут. При плотности мощности воздействующего излучения 3 мВт/см 2 в спектральном диапазоне 365 нм потребляемая электрическая мощность светодиодной матрицы не превышает 0,25 Вт, тогда как у прототипа потребляемая электрическая мощность лампы составляет 4 Вт. В предлагаемом аппарате легко реализуется режим воздействия на кровь поляризованным излучением за счет установки на светодиодную матрицу поляризационного приспособления, выполненного в виде поляроидной пленки. Следует отметить, что если в прототипе средний ресурс источника излучения составляет 1000 часов, то данный параметр для светодиодных источников составляет 50000100000 часов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.