[1]Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться на станциях переливания крови, в отделениях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях.
[2]Одноразовые полимерные контейнеры широко используются в медицине для хранения различных биологических материалов (кровь и ее компоненты), а также инфузионных растворов. Герметизация полимерных контейнеров с биологическими материалами и инфузионными растворами осуществляется путем запайки полимерной трубки контейнера методом высокочастотной сварки. Преимущества этого метода герметизации:
[3]- воздействие на материал магистральной трубки полимерного контейнера высокочастотного электромагнитного поля приводит к разогреву и сплавлению полимерного материала без нагрева крови и, соответственно, без изменения ее состава;
[4]- формирование сварного шва трубки производится в условиях компрессии материала трубки с помощью специальных электродов, при этом кровь выдавливается из зоны сварки, что гарантирует стерильность и герметичность шва, отсутствие контакта персонала с кровью при разделении контейнеров системы или при подготовке проб крови к исследованиям;
[5]- запаивание трубок контейнеров методом сварки в высокочастотном электромагнитном поле обеспечивает высокую однородность полимерного материала в зоне шва и тем самым позволяет сохранить герметичность контейнеров при резком перепаде температур при проведении быстрого замораживания компонентов крови.
[6]Известны устройства для нагрева и сварки полимерных материалов током высокой частоты, содержащие высокочастотный генератор и сварочные электроды в виде металлических прессовых контактных плит или металлических роликов (см. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. М.: «Высшая школа», 1991, с. 197-205). Например, в сварочной машине марки ЛГС-0,2 свариваемые материалы - пленки или ленты из поливинилхлорида прокатываются между двумя вращающимися роликами - электродами, к которым подведен ток высокой частоты от высокочастотного генератора. Высокочастотный генератор обеспечивает одновременный и равномерный нагрев свариваемых материалов по всей толщине и с высокой скоростью.
[7]Недостатком этих устройств является узкая область их применения, что ограничивает их использование для решения только одной конкретной задачи.
[8]Известно устройство для запайки трубок из поливинилхлорида Biosealer 800 фирмы Ljungberg & Kögel АВ (см. Техническое описание и инструкцию по эксплуатации устройства для запайки трубок из полихлорвинила Biosealer 800 фирмы Ljungberg & Kögel АВ (Швеция), 1991 г.). Известное устройство содержит блок питания, высокочастотный задающий генератор, широкополосный усилитель мощности, электромагнит с подвижным сердечником, подвижный и неподвижный электроды, а также узел запуска и реле времени. Высокочастотный генератор, усилитель и электромагнит подключены к блоку питания через сетевой выключатель, а выход усилителя мощности соединен со сварочными электродами через коаксиальный кабель. Подвижный сердечник электромагнита механически связан с подвижным сварочным электродом. Узел запуска обеспечивает включение задающего генератора, широкополосного усилителя и электромагнита в начале процесса сварки, а реле времени - их отключение после истечения выдержки времени и окончания процесса сварки.
[9]Недостатком данного устройства является его относительная сложность а также недостаточная прочность и долговечность сварного шва.
[10]Известно устройство для герметизации полимерных контейнеров (см. Полезная модель. RU 16579, U1, кл. H05В 3/00, 10.01.2001). Устройство для герметизации полимерных контейнеров содержит источник электропитания, связанный через блок коммутации с электромагнитом с подвижным сердечником, механически связанным с подвижным сварочным электродом, и через высокочастотный генератор с подвижным сварочным электродом, неподвижный сварочный электрод и узел запуска.
[11]Блок коммутации выполнен в виде двух реле времени. Выдержка времени второго реле больше, чем выдержка времени первого реле. Необходимая выдержка времени для первого и второго реле времени устанавливается в зависимости от типа материала и толщины запаиваемых трубок. После включения устройства и подачи соответствующей команды с выхода узла запуска на управляющие входы первого и второго реле времени включаются высокочастотный генератор и электромагнит и начинается процесс запаивания трубки. По истечении выдержки времени первого реле высокочастотный генератор отключается и мощность на подвижный сварочный электрод не подается. При этом второе реле времени некоторый промежуток времени остается включенным. По истечении времени выдержки второго реле электромагнит отключается и подвижный и неподвижный сварочные электроды раздвигаются. На этом процесс сварки заканчивается и трубка контейнера вынимается из приспособления для запаивания. Введение дополнительной задержки второго реле времени позволяет повысить качество сварного шва - обеспечить его герметичность, а также увеличить его прочность и долговечность.
[12]На основе указанного технического решения в результате опытно-конструкторских работ в этой области, проведенных специалистами Федерального государственного унитарного предприятия «Московский научно-исследовательский институт приборостроения» и Научно-производственной инновационной фирмы «Гиперион» совместно с Гематологическим научным центром РАМН и Военно-медицинской академией, созданы первые отечественные устройства для запаивания трубок полимерных контейнеров для заготовки и хранения крови «Гекон-С» и «Гекон-Б» (см. Гудков А.Г., Жибурт Е.Г., Кошеваров Г.А., Леушин В.Ю. Вопросы герметизации полимерных контейнеров для заготовки и хранения крови и ее компонентов // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. №1, 2003).
[13]Наиболее близким решением является устройство для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов (см. RU 2462225, C1, кл. А61J 1/05, 27.09.2012), содержащее источник электропитания, подключенный через первый электронный ключ к высокочастотному генератору, подвижный сварочный электрод, привод подвижного сварочного электрода, подключенный через второй электронный ключ к источнику электропитания, неподвижный сварочные электрод, соединенный с корпусом, узел запуска, микропроцессорный блок управления, датчик тока, подключенный к выходу высокочастотного генератора, первый амплитудный детектор, включенный между датчиком тока и микропроцессорным блоком управления, который соединен с узлом запуска и управляющими входами электронных ключей.
[14]Однако известное устройство имеет существенные недостатки - недостаточное качество шва, обусловленное отсутствием стабилизации мощности высокочастотных колебаний, и невозможность дистанционной герметизации полимерных контейнеров (заваривания магистралей), находящихся непосредственно в устройствах для заготовки крови, таких как миксеры донорской крови и аппараты для плазмофереза.
[15]Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении вышеуказанных недостатков и создании устройства, обеспечивающего повышение качества шва, повышение производительности герметизации полимерных контейнеров и возможность дистанционной герметизации полимерных контейнеров (заваривания магистралей), находящихся непосредственно в устройствах для заготовки крови, и уменьшение влияния высокочастотной энергии на жидкость в трубке полимерного контейнера.
[16]Технический результат достигается тем, что устройство для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов, содержащее источник электропитания, подключенный через первый электронный ключ к высокочастотному генератору, подвижный сварочный электрод, привод подвижного сварочного электрода, подключенный через второй электронный ключ к источнику электропитания, неподвижный сварочные электрод, соединенный с корпусом, узел запуска, микропроцессорный блок управления, датчик тока, подключенный к выходу высокочастотного генератора, первый амплитудный детектор, включенный между датчиком тока и микропроцессорным блоком управления, который соединен с узлом запуска и управляющими входами электронных ключей, содержит коаксиальную линию передачи, вход которой через датчик тока подключен к выходу высокочастотного генератора, а выход коаксиальной линии передачи через узел согласования подключен к подвижному сварочному электроду, второй амплитудный детектор, вход которого подключен к входу коаксиальной линии передачи, а выход - к микропроцессорному блоку управления.
[17]Технический результат достигается также тем, что подвижный сварочный электрод, привод подвижного сварочного электрода, неподвижный сварочный электрод, узел запуска и узел согласования размещаются в отдельном корпусе и образуют выносное приспособление для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов.
[18]Технический результат достигается также тем, что подвижный сварочный электрод и/или неподвижный сварочный электрод имеют выступы для формирования на сварном шве насечки для упрощения разделения трубки полимерного контейнера по сварному шву.
[19]На чертеже представлена блок схема устройства для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов.
[20]На блок-схеме устройства приведены следующие элементы.
[21]1. Источник электропитания;
[22]2. Первый электронный ключ;
[23]3. Высокочастотный генератор;
[24]4. Подвижный сварочный электрод;
[25]5. Привод подвижного сварочного электрода;
[26]6. Второй электронный ключ;
[27]7. Неподвижный сварочный электрод;
[29]9. Микропроцессорный блок управления;
[31]11. Первый амплитудный детектор;
[32]12. Коаксиальная линия передачи;
[33]13. Узел согласования;
[34]14. Второй амплитудный детектор;
[35]15. Корпус выносного приспособления.
[36]Устройство для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов содержит источник электропитания 1, подключенный через первый электронный ключ 2 к высокочастотному генератору 3, подвижный сварочный электрод 4, привод подвижного сварочного электрода 5, подключенный через второй электронный ключ 6 к источнику электропитания 1, неподвижный сварочный электрод 7, соединенный с корпусом, узел запуска 8, микропроцессорный блок управления 9, датчик тока 10, подключенный к выходу высокочастотного генератора 3, первый амплитудный детектор 11, включенный между датчиком тока 10 и микропроцессорным блоком управления 9, который соединен с узлом запуска 8 и управляющими входами электронных ключей 2, 6. Устройство содержит коаксиальную линию передачи 12, вход которой через датчик тока 10 подключен к выходу высокочастотного генератора 3, а выход коаксиальной линии передачи 12 через узел согласования 13 подключен к подвижному сварочному электроду 4, второй амплитудный детектор 14, вход которого подключен к входу коаксиальной линии передачи 12, а выход - к микропроцессорному блоку управления 9.
[37]Подвижный сварочный электрод 4, привод подвижного сварочного электрода 5, неподвижный сварочный электрод 7, узел запуска 8 и узел согласования 13 размещаются в отдельном корпусе 15 и образуют выносное приспособление для герметизации полимерных контейнеров для хранения крови и ее компонентов.
[38]Подвижный сварочный электрод 4 и/или неподвижный сварочный электрод 7 имеют выступы для формирования на сварном шве насечки для упрощения разделения трубки полимерного контейнера по сварному шву.
[39]Устройство работает следующим образом.
[40]Трубка полимерного контейнера размещается между подвижным 4 и неподвижным 7 сварочными электродами. С помощью узла запуска 8 в микропроцессорный блок управления 9 подается сигнал о наличии трубки между электродами. В качестве узла запуска 8 могут использоваться электрические контакты или любой другой датчик положения.
[41]По сигналу с микропроцессорного блока управления 9 включается первый электронный ключ 2 и напряжение от источника электропитания 3 подается на привод подвижного сварочного электрода, который приводит в движение подвижный сварочный электрод 4, который прижимает трубку полимерного контейнера к неподвижному сварочному электроду 7. При этом биоматериал (кровь, ее компоненты и т.д.) выдавливается из зоны прижима.
[42]По истечении заранее заданного времени с микропроцессорного блока управления 9 подается сигнал на управляющий вход второго электронного ключа 6, который включается и напряжение от источника электропитания подается на высокочастотный генератор 3. Мощность высокочастотных колебаний с выхода высокочастотного генератора 3 через датчик тока 10, коаксиальную линию передачи 12, узел согласования 13 подается на подвижный сварочный электрод 4.
[43]Использование коаксиальной линии на выходе генератора позволяет приблизить сварочные электроды к магистрали (трубке) полимерного контейнера, что имеет большое значение при герметизации полимерных контейнеров для крови и ее компонентов, расположенных в устройствах, используемых при заборе их у донора (миксеры донорской крови, аппараты для плазмоцитофереза). Коаксиальная линия передачи обеспечивает подачу мощности генератора на рабочей частоте 40,68 МГц практически без потерь на расстояние до нескольких метров.
[44]Узел согласования 13 обеспечивает трансформацию выходного сопротивления высокочастотного генератора, пересчитанного на выход коаксиальной линии передачи 13, с сопротивлением нагрузки, в качестве которого рассматривается импеданс сварочных электродов с расположенной между ними трубкой из полимерного материала. В простейшем случае в качестве узла согласования может быть использована катушка индуктивности, которая совместно с емкостью сварочных электродов образует последовательный колебательный контур. Величина индуктивности выбирается из условия резонанса на частоте высокочастотного генератора.
[45]Нагрев полимерного материала под действием высокочастотного напряжения обусловлен потерями в диэлектрике, из которого выполнена трубка. Трубки изготавливаются из полихлорвинила (ПХВ), который имеет достаточно большие потери и хорошо разогревается в высокочастотном (ВЧ) - поле. В процессе разогрева трубки, расположенной между электродами, под действием высокочастотных колебаний она размягчается и расплавляется.
[46]При сжатии расплавленного полимерного материала трубки происходит процесс ее заваривания, чем обеспечивается герметизация полимерного контейнера.
[47]При расплавлении трубки полимерного контейнера и присутствии силы сжатия происходит уменьшение расстояния между электродами, что приводит к увеличению межэлектродной емкости. Это в свою очередь приводит к понижению резонансной частоты колебательного контура, образованного индуктивностью узла согласования и емкостью сварочных электродов. Это в свою очередь вызывает уменьшение напряжения на сварочных электродах и отдаваемой мощности генератора, что в конечном итоге приводит к ухудшению качества сварного шва.
[48]В основе предлагаемого изобретения лежит принцип стабилизации выходной мощности высокочастотного генератора. Регулирование выходной мощности высокочастотного генератора 3 осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и осуществляется коммутацией напряжения источника электропитания 1 с помощью электронного ключа 2.
[49]Сигнал, пропорциональный выходному току высокочастотного генератора, снимается с датчика тока 10 и после детектирования первым амплитудным детектором 11 подается на микропроцессорный блок управления 9. Одновременно с входа коаксиальной линии передачи 12 высокочастотное напряжение подается на второй амплитудный детектор 14, выпрямляется и далее также подается на микропроцессорный блок управления. В микропроцессорном блоке управления 9 по измеренным выходному току и выходному напряжению высокочастотного генератора вычисляется его выходная мощность, определяемая их произведением.
[50]Полученное значение выходной мощности сравнивается с заданным и вырабатывается команда управления параметрами широтно-импульсной модуляции высокочастотного генератора. Стабилизация выходной мощности высокочастотного генератора в процессе высокочастотной сварки трубки полимерного контейнера обеспечивает качественный сварной шов и соответственно герметичность контейнера.
[51]Объединение в одном корпусе 15 (например, в виде рукоятки) сварочных электродов 4, 5, привода подвижного сварочного электрода 5, узла запуска 8 и узла согласования 13 обеспечивает удобную работу по герметизации полимерных контейнеров для крови и ее компонентов, расположенных в устройствах, используемых при заборе их у донора (миксеры донорской крови, аппараты для плазмоцитофереза).
[52]Наличие выступа на подвижном сварочном электроде 4 и/или на неподвижном сварочном электроде 7 обеспечивает формирование насечки на сварном шве трубки, что упрощает ее разделение по сварному шву без дополнительной операции разрезания.
[53]Микропроцессорный блок управления может быть реализован на основе микроконтроллера типа AT89S8252 фирмы ATMEL, в качестве датчика тока может быть использован резистор с малым сопротивлением, амплитудный детектор может быть выполнен на операционном усилителе типа TL084 или LM318 фирмы TEXAS INSTRUMENTS.
[54]Проведенная апробация макета устройства подтвердила правильность выбранного технического решения и его высокую эффективность.
[55]Изобретение позволяет обеспечить повышение производительности герметизации полимерных контейнеров, уменьшение расхода электрической энергии и уменьшение влияния высокочастотной энергии на жидкость в трубке полимерного контейнера.
