Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОГЕМОТЕРАПИИ ЖИВОТНЫХ

Изобретение относится к ветеринарной технике и может быть использовано для аутотрансфузии фотомодифицированной в оптическом спектральном диапазоне крови животных и цифровой дозиметрии оптического (ОИ) излучения.

Изобретение позволяет обеспечивать облучение крови монохроматическим излучением разных длин волн с высокой стабильностью оптического излучения и повышение точности вычисления дозы излучения путем автоматического включения дозатора при изменении напряжения питания и существенной зависимости фотометрических параметров излучателя от времени (старения), а также обеспечивать поступление крови в устройство для фотогемотерапии (ФГТ), в случае, когда крупное животное может находиться только в лежащем положении. Оно также позволяет оценить эффективность воздействия процедуры в реальном масштабе времени по прошедшему через кровь (преломленному) излучению.

Широко известно устройство для облучения крови путем пропускания ее до и после смешивания с коагулянтом через плоскую кювету, облучаемую ультрафиолетом (патент на изобретение №1042758 от 23.09.1983).

Известно устройство для аутотрансфузии фотомодифицированной крови животных, содержащее подставку, на которой располагаются терапевтический блок, состоящий из газоразрядного источника ультрафиолетового излучения (УФИ) со стартером и индуктивным балластом и кюветы, входящей в систему для приема и облучения крови, содержащую также гибкие трубки с пункционной иглой и приемную емкость для сбора крови, причем приемная емкость устанавливается выше или ниже места пунктирования вены, так, чтобы кровь при взятии и при возвращении в вену шла самотеком (Механизмы влияния облученной ультрафиолетовыми лучами крови на организм человека и животных: Сб. науч. тр. / Под ред. Ганелиной И.Е., Самойловой К.А. - Л.: Наука, 1986, 264 с.).

Имеются другие варианты построения устройств ФГТ. Но все они не обеспечивают дозиметрии оптического излучения.

Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности является устройство для ультрафиолетового облучения крови животных, включающее подставку, на которой располагаются терапевтический блок, состоящий из газоразрядного источника УФИ со стартером и индуктивным балластом и систему для приема и облучения крови одноразового использования, содержащую кюветы, пункционную иглу, гибкие трубки и емкость для приема крови, установленную с возможностью перемещения и фиксации относительно места пунктирования вены. Терапевтический блок содержит управляющая панель, микроконтроллер (МК), фотодатчик УФИ, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и блок управления и коммутации, причем фотодатчик УФИ размещен в зоне облучаемого газоразрядной лампой объекта и соединен с входом АЦП, выход которого подключен к микроконтроллеру, а микроконтроллер сообщен с блоком управления и коммутации и управляющей панелью (патент на изобретение №2336105 от 10.05.2008).

Однако известные устройства не обладают высокой точностью дозировки, не позволяют обеспечивать облучение крови монохроматическим излучением оптического диапазона волн с высокой стабильностью оптического излучателя и не обеспечивают поступление крови в устройство, когда животное находится в лежащем положении.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для фотогемотерапии животных за счет обеспечения высокой стабильности излучения, повышения точности дозирования излучения, возможности проведения процедуры, когда животное может находиться только в лежачем положении, а также информационной базы данных по регистрации и проведению процедуры.

Данный технический результат достигается тем, что в устройство для фотогемотерапии (ФГТ) животных, включающее подставку, на которой располагаются терапевтический блок, состоящий из управляющей панели (блока) и микроконтроллера, фотодатчика оптического излучателя, соединенного с входом аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), вход которого подключен к микроконтроллеру, а микроконтроллер сообщен с блоком управления и коммутации и управляющей панелью, причем АЦП выполнен с возможностью импульсного интегрирования текущего значения мощности потока, падающего на фотодиод фотодатчика оптического излучения в течение определенного периода времени, определяемого величиной дозы излучения, и преобразования результата текущего интегрирования в последовательность импульсов, поступающих на микроконтроллер, а также бактерицидной ртутной лампы низкого давления с системой питания и системы для приема и облучения крови одноразового использования, содержащей кювету, пункционную иглу, гибкие трубки и емкость для приема крови, бактерицидная ртутная лампа низкого давления помещена в замкнутую полость с апертурой, через которую осуществляется облучение крови, протекающей через кювету. Фотодатчик оптического излучения размещен в оптической зоне облучаемой газоразрядной лампой кюветы и соединен с входом АЦП, вход которого подключен к микроконтроллеру, а микроконтроллер сообщен с блоком управления и коммутации и управляющей панелью. Кроме того, в устройство для фотогемотерапии животных дополнительно введено устройство пуска дозатора, представляющее собой оптопару открытого типа, в канале которой проходят гибкие трубки системы для приема и облучения крови одноразового использования, перестальтический насос, выполненный с возможностью принудительной подачи крови по трубкам, устройство для обращения к SD карте памяти и фотодиоды для регистрации параметров крови, прошедшей облучение.

Повышение точности дозирования обеспечивается за счет того, что сигнал, пропорциональный энергии оптического излучения, падающего на фотодиод датчика оптического излучения, с АЦП поступает на микроконтроллер, связанный с блоком управления и коммутации и управляющей панелью, который сравнивает текущее значение дозы с заданным значением и выдает сигнал отключения лампы облучателя при совпадении значения доз, кроме того, повышение точности дозирования обеспечивается за счет синхронизации пуска дозатора с процессом фотогемотерапии, что достигается выполнением устройства пуска дозатора в виде оптопары открытого типа, в канале которой проходят гибкие трубки системы приема и облучения крови.

Возможность проведения процедуры, когда животное может находиться только в лежачем положении, достигается за счет взаимосвязи гибких трубок системы приема, облучения крови и перистальтического насоса.

На фигуре приведена функциональная схема устройства для ФГТ.

Устройство для фотогемотерапии животных содержит подставку 1, выполненную в виде стойки, систему для приема и облучения крови одноразового использования, содержащей кювету 2, пункционную иглу 3, гибкие трубки 4 и емкость для приема крови 5. На стойке расположен терапевтический блок 6, состоящий из управляющей панели 7 с дисплеем 8, микроконтроллера 9, фотодатчика оптического излучения 10, соединенного с входом АЦП 11, блока управления и коммутации 12, а также лампы 13 облучателя с полостью 14 и апертурой 15, связанного оптически с кюветой для облучения крови 2, устройства пуска дозатора 16, перестальтического насоса 17, устройства для обращения к SD карте памяти 18 и системы фотодиодов 19 для регистрации параметров крови, прошедшей облучение.

Облучатель представляет собой бактерицидную ртутную лампу низкого давления промышленного образца (например, ДРБ 8 ТУ 16-535.659-77 или TUV 8w G8 Т5 UV - Special «Philips»), расположенную в замкнутой непрозрачной полости (Gorbunkov, V.I., Solomonov, V.I. Arc low-pressure mercury lamp as a Planck radiator, reulys of the study. Deutschland / Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 120 p. ISBN 978-3-8465-3400-7) с апертурой для облучения кюветы с кровью. Облучатель обладает линейчатым спектром, охватывающим широкий оптический диапазон (253÷580 нм), интенсивности линий носят соизмеримый характер: интенсивности отдельных спектральных линий с 10% погрешностью соответствуют функции Планка. Это позволяет вычислить дозу облучения крови на любой дискретной длине волны излучения и измерять ее одним универсальным дозатором. Для облучения крови излучением отдельной спектральной линии можно использовать светофильтры, а дозатор может быть отградуирован на излучении одной длины волны, попадающей в область спектральной чувствительности его фотоприемника, что обеспечивает высокую точность дозировки. Лампа, находящаяся в замкнутой непрозрачной полости, обладает высокой стабильностью оптического излучения при изменении напряжения питания (Патент на изобретение №2414767 от 20.03.2011).

Система для приема и облучения крови одноразового использования 2 содержит пункционную иглу 3, емкость для приема крови 5 и гибкие трубки 4 (от систем типа ПК 11-01, ПК 11-05). Кювета для облучения крови оптически связана с системой фотодиодов 19, с помощью которых осуществляется регистрация параметров крови, прошедшей облучение под углом 90° по отношению к направлению лучей облучателя, падающих на кювету.

Включение в состав терапевтического блока перестальтического насоса 17 позволяет осуществлять регулировку времени возврата крови в сосудистое русло животного, а также производить процедуру ФГТ для лежащего животного.

Микроконтроллер содержит центральный процессор и оперативную память и периферийные устройства (каналы ввода-вывода, таймер и т.п.); в число периферийных дополнительно входит устройство для обращения к карте памяти 18 (SD, MMSD или др.).

Устройство пуска дозатора 16 представляет собой оптопару с открытым оптическим каналом; перестальтический насос 17 позволяет производить регулировку скорости подачи крови.

На управляющей панели, помимо дисплея 8, находится клавиатура ввода данных 20, кнопка "Пуск - Стоп" 21, «Сброс» и переключатель "Прогрев лампы - Рабочий режим" 22.

Блок управления и коммутации 12 состоит из электронного ключа коммутации (оптопары) и двух защитных диодов, включенных параллельно ключу, для предохранения от электрического пробоя импульсами напряжения, возникающими между электродами лампы облучателя в моменты ее зажигания.

Для фиксации положения емкости для приема крови служит зажим 23.

Муфта 24 служит для сочленения стойки, выполненной из двух половин для облегчения транспортабельности устройства.

Для автоматического учета времени процедуры МК также реализует функцию секундомера.

Фотодатчик оптического излучения представляет собой известную схему (Бузанова Л.К., Глиберман А.Я. Полупроводниковые фотоприемники. М.: Энергия, 1975 г., 65 с.) включения фотодиода в режиме короткого замыкания, для обеспечения которого между выходом операционного усилителя и инвертирующим входом его включено сопротивление отрицательной обратной связи. При этом выходной сигнал схемы будет равен произведению тока короткого замыкания фотодиода и величины этого сопротивления.

Ток короткого замыкания пропорционален энергетической освещенности (закон Столетова). Таким образом, при интегрировании выходного сигнала операционного усилителя в цифровой форме осуществляется дозирование энергии оптического излучения.

При включении устройства напряжение питания подается на стандартную схему, обеспечивающую зажигание лампы 13 облучателя. Электрический сигнал, пропорциональный величине падающего на фотодиод 10 светового потока оптического излучения и системы фотодиодов 19, оптически связанной с облучателем, поступает на вход АЦП 11, который интегрирует поступающий сигнал в реальном масштабе времени.

Аналогово-цифровой преобразователь, реализующий процедуру импульсного интегрирования текущего значения мощности потока, падающего на фотодиод фотодатчика оптического излучения в течение определенного периода времени, определяемого (заданной в цифровой форме) величиной дозы излучения (путем квантования по ватт-секундной площади выходного сигнала фотодатчика), преобразует результат текущего интегрирования в последовательность импульсов, поступающих на МК.

Счетчик импульсов, программно реализуемый МК, подсчитывает количество импульсов текущего значения дозы. Ведущая программа МК постоянно сравнивает его с заранее заданным значением дозы, хранимым в памяти МК. При совпадении значений доз ведущая программа МК выдает сигнал на блок управления и коммутации, который отключает питание лампы 13 облучателя 14, и облучение крови прекращается. Текущее значение дозы, а также время процедуры отображается на экране дисплея. Для синхронизации пуска дозатора с началом процесса ФГТ крови служит устройство пуска дозатора 16, которое представляет собой оптопару открытого типа, в канале которой проходят гибкие трубки системы для приема и облучения крови одноразового использования.

Система фотодиодов 19 регистрирует вторичное излучение компонентов крови, которое используется для определения химических параметров крови, например, оксигенации, служащих для экспресс-оценки состояния животного и эффективности процедуры ФГТ и т.д. Результаты экспресс-анализа выдаются на экран дисплея, а также заносятся в базу данных, реализованную на карте памяти MS.

Устройство для ФГТ животных работает следующим образом.

Перед началом процедуры одноразовая система для приема и облучения крови заполняется антикоагулянтом, для улучшения запуска устройства, источник УФИ прогревается (режим «Прогрев лампы»). В зависимости от веса животного и назначения процедуры выбирается доза облучения и осуществляется ввод величины дозы набором последовательности цифр на клавиатуре ввода данных 20. При этом величина набираемой дозы дублируется для контроля в первой строке дисплея 8. В диалоговом режиме устанавливаются режим облучения (количество крови в зависимости от назначения), единица дозы облучения и значение дозы, Дж/м² или Дж/кг (Грей), вводятся масса тела животного [кг], коэффициент поглощения [α_ν] и плотность крови [ρ] и ряд других справочных данных, необходимых для процедуры. МК проводит контроль функционирования устройства. С момента начала процедуры ФГТ микроконтроллером 9 осуществляется регистрация дозы облучения протекающей через кювету крови. Текущая доза дублируется для контроля во второй строке дисплея. Время процедуры ФГТ регистрируется таймером, показания которого дублируются в третьей строке дисплея.

Приемная емкость для крови, в которой содержится антикоагулянт, с помощью зажима 18 устанавливается ниже места пункции вены, так, чтобы кровь при заборе шла через устройство самотеком.

Животное фиксируют, иглой пунктируется вена, режим работы с «Прогрев лампы» переключается на «Рабочий режим». Кровь по гибким трубкам, через кювету, где происходит облучение, поступает в приемную емкость. При наполнении системы кровью, а именно протекании ее через кювету осуществляется прерывание оптического сигнала оптопары устройства пуска дозатора 16, благодаря которому включается дозатор одновременно с началом процедуры облучения крови. После набора расчетного количества крови в приемной емкости, процедура приостанавливается режимом "Стоп" кнопки "Пуск - Стоп". Емкость устанавливают с помощью зажима 23 выше места пункции вены, так, чтобы кровь при возврате в вену шла самотеком. Режимом "Пуск" кнопки "Пуск - Стоп" продолжается процедура облучения, кровь тем же путем возвращается обратно в вену. В сложных терапевтических случаях, например, когда животное может находиться только в лежащем положении, процедура ФГТ осуществляется с принудительной подачей крови по трубкам 4 с помощью перестальтического насоса 17.

Данное устройство для фотогемотерапии животных позволяет в случае необходимости прервать, а затем продолжить процедуру облучения крови оптическим излучением, при этом устройством для фотогемотерапии животных обеспечивается облучение крови в выбранном диапазоне излучения в соответствии с цифровым значением заранее заданной дозы. Микроконтроллер вычисляет поглощенную дозу излучения по формуле (Горбунков В.И. Оценка поглощенной дозы излучения газоразрядной лампы // Оптика и спектроскопия, 2007, том 103, №5, с. 876-880):

М=P·t·α_ν/ρ, [Дж/кг], где

Р [Вт/м²] - плотность потока лучевой энергии, проникающего в кровь;

t [с] - время экспозиции;

α_ν [1/м] - коэффициент поглощения (оптическая плотность крови);

ρ [кг/м³] - плотность крови.

Микроконтроллер может вычислить среднюю мощность экспозиционной дозы [Вт/м²], а также ряд других требуемых параметров.

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять:

- задание величины дозы, причем доза облучения задается заранее в цифровой форме, что дает возможность добиться величины ожидаемого эффекта;

- воспроизводимость и повторяемость результатов взаимодействия излучения с кровью.