Устройство для контроля и регулирования технологического процесса размораживания плазмы и клеток крови

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться в медицинских организациях, имеющих в своем составе трансфузиологический кабинет, в отделе заготовки крови и ее компонентов и в отделе контроля качества станций переливания крови, а также в научно-исследовательских институтах.

Известны устройства для размораживания криоконсервированных продуктов крови (полезная модель RU 65760 U1, МПК A61K 35/14, 27.08.2007, изобретение EP 2510965 A1, МПК A61M 5/44, 17.10.2012, изобретение RU 2329016 C1, МПК A61F 7/00, 20.07.2008 , изобретение RU 2627462 C1, МПК A61J 3/00, 08.08.2017), которых объединяет использование технологической камеры с жидким теплоносителем, температура которого контролируется системой, обеспечивающей поддержание заданной температуры и включающей в себя циркуляционный насос для повышения скорости и равномерности по объёму камеры теплообменных процессов.

Недостатком первого (полезная модель RU 65760 U1, МПК A61K 35/14, 27.08.2007) и второго (изобретение EP 2510965 A1, МПК A61M 5/44, 17.10.2012) аналогов является ограниченность гидродинамических воздействий, которые образованы в результате работы насосов, на контейнеры с компонентами крови. В третьем (изобретение RU 2329016 C1, МПК A61F 7/00, 20.07.2008) и четвертом (изобретение RU 2627462 C1, МПК A61J 3/00, 08.08.2017) аналогах контейнеры с компонентами крови подвергаются совокупности гидродинамических и механических воздействий, образованных в результате работы насосов и в результате возвратно-поступательных перемещений контейнеров в жидком теплоносителе, тем самым они превосходят по скорости и равномерности теплообменных процессов первые два аналога.

Недостатком первого, третьего и четвертого аналогов является прямой контакт контейнеров, наполненных компонентами крови, с жидким теплоносителем. Повреждение, нарушающее герметичность одного контейнера, сделает невозможным успешное окончание технологической операции, а, следовательно, приведет к порче всех одновременно размораживаемых контейнеров и потребует длительных мероприятий для подготовки устройства к последующей работе. Во втором аналоге этого недостатка нет, так как в нем предусмотрено размораживание каждого контейнера с компонентом крови отдельно, в ограждающей от теплоносителя оболочке, использование которой снижает скорость теплообменного процесса в технологической операции.

Общим недостатком четырех аналогов является невозможность индивидуальных для каждого отдельного контейнера с компонентом крови воздействий с целью сокращения времени технологической операции, а следовательно повышения сохранности термолабильных компонентов крови. Во втором аналоге из-за отдельного размещения контейнеров возможна реализация отдельного начала и окончания процесса для каждого контейнера, однако изменение величины гидродинамических воздействий невозможно, а также в работе устройства существует ограничение, которое заключается в том, что общая температура теплоносителя во всех резервуарах должна быть одинаковой. Оба этих обстоятельства являются недостатками. Опытным путем (Лемонджава В.Н. Влияние на скорость технологического процесса размораживания плазмы крови принудительных гидродинамических и механических воздействий на биообъект // Биомедицинская радиоэлектроника. 2018, № 11, С. 48-55) установлена зависимость продолжительности технологического процесса от величины воздействий на биообъект в процессе размораживания. Эффективные величины совокупности воздействий при размораживании плазмы крови отличаются от эффективных величин совокупности воздействий для размораживания эритроцитной массы. Например, величина механических воздействий, приводящих к гемолизу эритроцитов, а, следовательно, к порче заготовленного компонента крови, меньше, чем величина воздействий допустимых и более эффективных при размораживании плазмы крови.

Аналогом, имеющим наиболее близкую по сущности совокупность признаков, является устройство для размораживания замороженного трансфузионного материала (изобретение US 5243833 A, МПК F25D 17/02, 14.09.1993). Оно позволяет осуществлять размораживание только одного контейнера с компонентом крови, защищенного от контакта с теплоносителем мембраной. Гидродинамические воздействия осуществляются в результате импульсной подачи теплоносителя через струйные форсунки в направлении геометрического центра контейнера, что приводит к интенсивному теплообмену внутри полимерного контейнера путем принудительной конвекции. Первым недостатком является то, что температура теплоносителя в любой технологической операции равна целевой температуре размораживаемого компонента крови. К примеру, во втором аналоге температура теплоносителя выше целевой, что позволяет увеличить скорость технологической операции, но приводит к необходимости дополнительных мер защиты от перегрева компонентов крови, который может привести к утрате специфических функций некоторых белковых компонентов из-за потери нативной конформации. Вторым недостатком является невозможность изменения величины воздействия, значимость которого объяснена выше. Третьим недостатком является отсутствие технических условий для одинакового и единообразного влияния на формирование принудительной конвекции внутри контейнеров различного объема и формы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение сохранности критериальных показателей качества размораживаемых компонентов крови.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении вышеуказанных недостатков и создании устройства, обеспечивающего более высокоэффективную работу.

Указанный технический результат достигается обеспечением для каждого контейнера с компонентом крови возможности индивидуальных, в отличие от прототипа учитывающих вид и объем компонента крови, а также форму контейнера, величин воздействий, возможных из-за того, что устройство для контроля и регулирования технологического процесса размораживания плазмы и клеток крови содержит технологическую камеру с жидким теплоносителем, крышку технологической камеры с датчиком положения, шток, установленный в направляющей и приводимый в движение электродвигателем для передачи возвратно-поступательных движений закрепленному на нем кронштейну, на котором закреплена съемная мембрана в форме мешка, для размещения полимерного контейнера, содержащего компонент крови, трубку, фиксируемую в кронштейне, для удаления воздуха, контролируемого вакуумным датчиком давления, из мембраны вакуумным насосом, датчик уровня теплоносителя, трубчатый нагревательный элемент, циркуляционный насос с подключенными к нему выпускным трубопроводом и всасывающим трубопроводом, датчик температуры, подключенный к программному пропорционально-интегрально-дифференцирующему регулятору температуры теплоносителя со встроенным таймером, узел коммутации и регулирования, передающий данные для контроля технологического процесса и последующего протоколирования через преобразователь сигналов интерфейсов на персональный компьютер, узел звуковой и световой сигнализации и задатчик величины механических и гидродинамических воздействий. Использование полученных опытным путем зависимостей влияния совокупности термических, гидродинамических и механических воздействий на продолжительность размораживания разных видов компонентов крови, разного объема и при разной форме полимерных контейнеров, а, следовательно, площади поверхности через которую осуществляется теплопередача, позволяет в изобретении в отличие от прототипа осуществлять контролируемое превышение температуры теплоносителя над целевой температурой компонента крови, в ограниченном промежутке времени, с последующим снижением до целевой, не приводя к перегреву компонентов крови, но значимо сокращая время технологической операции.

На фиг. 1 показана схема устройства для контроля и регулирования технологического процесса размораживания плазмы и клеток крови.

Устройство для контроля и регулирования технологического процесса размораживания плазмы и клеток крови содержит технологическую камеру (1) с жидким теплоносителем (2), крышку (3) технологической камеры с датчиком положения (4), шток (5), установленный в направляющей (6) и приводимый в движение электродвигателем (7) для передачи возвратно-поступательных движений закрепленному на нем кронштейну (8), на котором закреплена съемная мембрана (9) в форме мешка, для размещения полимерного контейнера (10), содержащего компонент крови (11), трубку (12), фиксируемую в кронштейне, для удаления воздуха, контролируемого вакуумным датчиком давления (13), из мембраны вакуумным насосом (14), датчик уровня теплоносителя (15), трубчатый нагревательный элемент (16), циркуляционный насос (17) с подключенными к нему выпускным трубопроводом (18) и всасывающим трубопроводом (19), датчик температуры (20), подключенный к программному пропорционально-интегрально-дифференцирующему регулятору температуры теплоносителя со встроенным таймером (21), узел коммутации и регулирования (22), передающий данные для контроля технологического процесса и последующего протоколирования через преобразователь сигналов интерфейсов (23) на персональный компьютер (24), узел звуковой и световой сигнализации (25) и задатчик величины механических и гидродинамических воздействий (26).

Устройство для контроля и регулирования технологического процесса размораживания плазмы и клеток крови работает следующим образом.

Технологическую камеру 1 наполняют жидким теплоносителем 2 (в качестве теплоносителя используется дистиллированная вода) до отметки выше датчика уровня теплоносителя 15. Устанавливают съемную мембрану 9 в форме мешка в кронштейн 8, являющийся сборочной единицей и имеющий два положения: закрытое и открытое. Кронштейн закреплен на штоке 5, установленном в направляющей 6. Шток будет приведен в движение электродвигателем 7 после запуска технологического процесса. Устройство включают в сеть. Если уровень теплоносителя не соответствует допустимому уровню, то сигнал от датчика уровня теплоносителя 15 передается через узел коммутации и регулирования 22 в узел звуковой и световой сигнализации 25 для оповещения обслуживающего персонала. Если уровень теплоносителя достаточен, то одновременно с включением устройства начинает работу циркуляционный насос 17, который через всасывающий трубопровод 19 и выпускной трубопровод 18, обеспечивает циркуляцию теплоносителя в технологической камере. Затем задают значение температуры теплоносителя на программном пропорционально-интегрально-дифференцирующем регуляторе температуры теплоносителя со встроенным таймером 21 и на нем осуществляют запуск процесса нагрева. Это значение будет превышать целевую температуру размораживаемого компонента крови 11 и будет зависеть от вида и объема компонента крови, а также формы полимерного контейнера 10. Температура теплоносителя контролируется датчиком температуры 20. Программный пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор температуры теплоносителя через узел коммутации и регулирования 22 управляет включением и отключением трубчатого нагревательного элемента 16. После достижения значения температуры теплоносителя заданного значения на задатчике величины гидродинамических и механических воздействий 26 устанавливают допустимые и эффективные для планируемого к размораживанию вида и объема компонента крови, а также формы полимерного контейнера, значение частоты возвратно-поступательных перемещений штока 5, а, следовательно, полимерного контейнера 10 с компонентом крови, а также значение скорости циркуляции теплоносителя. На регуляторе температуры теплоносителя устанавливают значения температуры и времени для двух режимов термических воздействий. Для первого режима значение температуры совпадает со значением температуры уже нагретого теплоносителя, а значение для второго режима будет совпадать с целевой температурой планируемого к размораживанию компонента крови. Значение периода времени для каждого режима устанавливают в зависимости от вида и объема компонента крови, а также формы полимерного контейнера. На включенном персональном компьютере 24 запускают предустановленное программное обеспечение для контроля и протоколирования технологического процесса. С этого момента данные поступающие через преобразователь сигналов интерфейсов 23, будут отображаться в реальном времени на мониторе компьютера и по окончании технологического процесса будет сформирован протокол. Полимерный контейнер с замороженным компонентом крови извлекают из устройства хранения и погружают в мембрану 9, закрепленную на кронштейне 8, находящемся в открытом положении. Затем кронштейн переводят в закрытое положение, при котором трубка 12 для удаления воздуха фиксируется в определенном положении внутри мембраны. На задатчике величины гидродинамических и механических воздействий производят запуск соответствующих воздействий. Если крышка 3 технологической камеры в этот момент открыта, то сигнал от датчика положения 4 крышки передается через узел коммутации и регулирования 22, в узел звуковой и световой сигнализации 25 для оповещения обслуживающего персонала и запуск воздействий не произойдет. Если крышка закрыта, то запуск воздействий начнется с удаления воздуха, контролируемого вакуумным датчиком давления 13, из мембраны вакуумным насосом 14. При этом данные о давлении передаются в узел коммутации и регулирования 22. Если за определенное время в зависимости от установки задатчика величины гидродинамических и механических воздействий, а следовательно в зависимости от вида и объема компонента крови, а также формы полимерного контейнера, не будет достигнуто требуемое давление, то сигнал от узла коммутации и регулирования 22 передается в узел звуковой и световой сигнализации 25 для оповещения обслуживающего персонала и запуск воздействий не произойдет. Это может свидетельствовать: о нарушении целостности мембраны или полимерного контейнера с компонентом крови, об отсутствии полимерного контейнера с компонентом крови в мембране или о нахождении в мембране контейнера с видом или объемом компонента крови, к которому не могут быть применены заданные воздействия. Если запуск гидродинамических и механических воздействий успешно произведен, то производят запуск двух установленных режимов термических воздействий. После окончания установленного времени двух режимов термических воздействий, производят остановку гидродинамических и механических воздействий, открывают крышку, переводят кронштейн 8 в открытое положение и извлекают полимерный контейнер с компонентом крови.