КОМПЛЕКС РАДИАЦИОННОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК A61L2/08 

Изобретение относится к области медицины и пищевой промышленности. Оно может быть использовано для стерилизации медицинских инструментов, имплантируемых изделий, медицинских материалов и медицинских отходов, а также для стерилизации и пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции. Изобретение предназначено для применения на предприятиях, выпускающих медицинскую продукцию одноразового пользования, пищевую и парфюмерную продукцию, а также для применения в клиниках и больницах.

Радиационная стерилизация с помощью пучка ускоренных электронов является высокопроизводительным, надежным и экологически чистым способом стерилизации изделий и материалов.

Для радиационной стерилизации используются различные конструкции установок, каждая из которых содержит излучатель, транспортное устройство, биологическую защиту персонала от ионизирующего излучения. Существующие стерилизационные установки, используемые для промышленной стерилизации серийной продукции, располагаются в специальных помещениях, где защитой служат бетонные стены толщиной до 2,8 м. Они занимают большие производственные площади, требуют строительства специализированного бункера и имеют высокую стоимость.

Известны также установки для радиационной стерилизации, имеющие "индивидуальную" биологическую защиту, которая выполнена в виде толстостенного металлического контейнера, внутри которого располагаются излучатель и одно или несколько облучаемых изделий. Сложной задачей при разработке установок с "индивидуальной" защитой является обеспечение допустимой дозы ионизирующего излучения снаружи защиты. Обычно мощность дозы в зоне облучения превышает мощность дозы снаружи защиты, допускаемую санитарными нормами для обслуживающего персонала, приблизительно в 10⁷ раз.

Одна из установок с "индивидуальной" защитой содержит излучатель, использующий источник γ- излучения (Каушанский Д.А., Гуревич Я.А. Устройство для стерилизации медицинских изделий. Авт. свидетельство N 293387 от 28.05.1969). В ней несколько стерилизуемых изделий вводятся через окна в биологической защите, после чего окна закрываются толстостенными пробками. Каждая пробка имеет лабиринтное соединение с корпусом биологической защиты, предназначенное для уменьшения ионизирующего излучения через зазор между пробкой и корпусом. Однако лабиринтное соединение выполняет свои защитные функции только при закрытой пробке, а при ее движении зазор лабиринтом не перекрывается. В установках такого типа процесс облучения является медленным и длится несколько часов.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс радиационной стерилизации (Мирочник Э. Ф., Мищенко А.В., Пироженко В.М. Комплекс радиационной стерилизации. Патент Российской Федерации N 2074004, приоритет от 20.02.95). Комплекс содержит высокочастотный ускоритель электронов и "индивидуальную" биологическую защиту в виде толстостенного металлического контейнера, выполненного из крупных блоков специальной формы, отливаемых из чугуна. Стерилизуемое изделие вводится в зону облучения с помощью каретки, которая движется прямолинейно. Окна в металлическом контейнере на время радиационной обработки закрываются защитными экранами, выполненными также в виде чугунных блоков, которые имеют массу порядка 1 т. Для ввода и вывода каретки блоки поднимаются вверх. Применение массивных защитных экранов замедляет процессы загрузки и выгрузки, снижает производительность комплекса и не позволяет использовать его в высокоскоростных поточных линиях.

Сущность изобретения.

Актуальной проблемой в настоящее время является создание комплекса для радиационной стерилизации с помощью пучка ускоренных электронов, который имел бы высокую производительность, надежность, удобство обслуживания и возможность автоматизации производственного процесса. Желательно, чтобы комплекс мог располагаться в любом помещении предприятия без специальных конструкций для защиты обслуживающего персонала, что дает значительную финансовую экономию за счет отсутствия строительных работ.

На предприятиях, выпускающих медицинские изделия одноразового пользования, типичные размеры коробок с изделиями составляют 60 х 40 х 30 см, а средняя плотность упаковки - 0,1-0,2 г/см³. Для облучения такой коробки по всей глубине необходимы электроны с энергией 5-8 МэВ. При этом толщина металлической защиты составляет 50 см и более, а ее масса - 20 т и более. При таких параметрах создание лабиринтов для ввода стерилизуемых изделий увеличивает во много раз массу и размеры установки. Использование же пробок с лабиринтными соединениями затрудняет применение непрерывного производственного процесса стерилизации.

Техническим результатом изобретения является комплекс радиационной стерилизации, содержащий ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов, устройство развертки пучка и зону облучения, и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, имеющей прямолинейное направление движения и содержащей блоки защиты и гнездо для стерилизуемых изделий между ними, причем верхняя и нижняя поверхности блоков защиты и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами, ориентированными таким образом, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности, и наоборот. Стерилизуемое изделие вводится в зону облучения через окно в контейнере и проводится под устройством развертки с помощью каретки, при этом блоки защиты на каретке перекрывают окно в любой момент: во время загрузки изделия в гнездо, подачи его в зону облучения и процесса облучения. Продольные зубцы на поверхностях блоков защиты и зоны облучения значительно уменьшают ионизирующее излучение через зазоры между этими элементами и позволяют не выключать ускоритель ни на каких этапах работы установки.

Комплекс радиационной стерилизации может содержать устройство для перекрытия электронного пучка на время хода подачи, расположенное между устройством развертки пучка и зоной облучения. Электронный пучок не попадает на блок защиты на каретке, что уменьшает ионизирующее излучение во время загрузки и подачи стерилизуемого изделия в зону облучения.

Комплекс радиационной стерилизации может содержать каретку, которая дополнительно имеет второе гнездо для стерилизуемого изделия. Это позволяет производить загрузку-выгрузку стерилизуемых изделий с двух сторон и сократить непроизводительные расходы времени на ход подачи.

Комплекс радиационной стерилизации может содержать устройство для передачи стерилизуемого изделия от одного гнезда в каретке к другому с переворотом стерилизуемого изделия. Это дает возможность производить автоматизированное двухстороннее облучение изделия, при котором улучшается равномерность облучения и повышается КПД использования электронного пучка.

Комплекс радиационной стерилизации может содержать устройство для автоматической регулировки скорости движения каретки. Это позволяет получить равномерно дозу облучения стерилизуемого изделия.

Перечень чертежей.

Фиг. 1. Комплекс радиационной стерилизации, положение загрузки изделия в каретку (вид сбоку).

Фиг. 2. Комплекс радиационной стерилизации, положение облучения изделия (вид сбоку).

Фиг. 3. Комплекс радиационной стерилизации (вид спереди).

Фиг. 4. Иллюстрация принципа уменьшения ионизирующего излучения с помощью продольных зубцов.

Фиг. 5. Комплекс радиационной стерилизации с двумя гнездами для стерилизуемых изделий на каретке (вид сбоку).

Фиг. 6. Комплекс радиационной стерилизации с дополнительным устройством для передачи стерилизуемого изделия от одного гнезда на каретке к другому и переворота изделия (вид сверху).

Фиг. 7. Комплекс радиационной стерилизации с дополнительными устройствами для перекрытия электронного пучка на время хода подачи и для автоматической регулировки скорости каретки (вид спереди).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Комплекс, показанный на фиг. 1, 2 и 3, содержит следующие основные элементы: ускоритель электронов, включающий инжектор электронов 1 и ускоряющую секцию 2; устройство развертки пучка, включающее электромагнит развертки 3 и вакуумированный раструб 4; металлический контейнер 5, имеющий окно 6 и зону облучения 7; каретку, включающую основание 8, блоки защиты 9, 10 и гнездо для стерилизуемого изделия 11.

Ускоритель электронов содержит инжектор электронов и высокочастотную ускоряющую секцию, запитываемую от высокочастотного генератора, не показанного на чертеже. К выходному концу ускоряющей секции присоединен вакуумированный раструб, расположенный так, что его широкая сторона перпендикулярна направлению движения каретки. Металлический контейнер выполнен толстостенным, он может состоять из отдельных блоков. Толщина стенок обеспечивает величину дозы ионизирующего излучения на наружной поверхности металлического контейнера, не превышающую допустимого для персонала значения. Каретка имеет возможность поступательного перемещения для ввода стерилизуемого изделия в зону облучения через окно в металлическом контейнере.

Верхняя и нижняя поверхности блоков защиты, расположенных на каретке, так же как и верхняя и нижняя поверхности окна и зоны облучения, имеют продольные зубцы. Поперечное сечение каретки показано на фиг. 3. Зубцы расположены таким образом, что зубцы на блоках защиты находятся в канавках между зубцами на металлическом контейнере и наоборот, причем зазор между зубчатыми поверхностями в любом положении каретки является минимальным.

Комплекс работает следующим образом. Ускоритель электронов включен на непрерывную работу. В положении каретки, показанном на фиг. 1, стерилизуемое изделие загружается в гнездо на каретке. Каретка входит в металлический контейнер и проводит стерилизуемое изделие под ускорителем электронов и устройством развертки пучка, как показано на фиг. 2. Пучок электронов, выходящий из ускорителя, разворачивается в плоскости, перпендикулярной направлению движения каретки и непрерывно проходит через стерилизуемое изделие. После того, как все стерилизуемое изделие пройдет под устройством развертки пучка и весь его объем окажется облученным, каретка возвращается в исходное положение, показанное на фиг. 1, и производится выгрузка изделия и загрузка нового. Далее цикл повторяется. Во всех положениях каретки окно в металлическом контейнере перекрыто либо правым блоком защиты, либо левым, либо частично правым и частично левым, так что суммарная толщина защиты всегда остается не менее допустимой. Это гарантирует защиту обслуживающего персонала от ионизирующего излучения во всех режимах работы комплекса, включая аварийные режимы.

Принцип уменьшения ионизирующего излучения с помощью продольных зубцов иллюстрируется фиг. 4, на которой условно показаны зубчатые поверхности окна в металлическом контейнере и блока защиты на каретке. Пучок ускоренных электронов, будучи развернутым линейно, попадает последовательно в точки 1, 2, 3 и т.д., проходя за один период развертки все точки. Между блоком защиты и краем окна в контейнере всегда есть небольшой зазор d, величина которого определяется точностью изготовления деталей комплекса. Если бы зубцов не было, объект A, находящийся снаружи защиты, получал бы дозу ионизирующего излучения через указанный зазор постоянно, при всех положениях пучка. При наличии зубцов объект A получает дозу ионизирующего излучения, только когда пучок попадает в точки 4, 5 и 6, которые находятся в том же секторе между зубцами, что и объект A. Таким образом, интегральная доза ионизирующего излучения через зазор уменьшается в 2N раз, где N - число продольных зубцов на поверхности. Форма зубцов может быть треугольной, прямоугольной, трапециидальной или любой другой, но важно, чтобы высота зубцов была значительно больше, чем зазор d.

Типичная величина зазора d составляет около 1 мм. Размеры зубцов должны выбираться таким образом, чтобы они были приблизительно в 10 раз больше этого зазора. Следовательно, при ширине коробки 40 см типичное число зубцов составляет 40, а уменьшение дозы ионизирующего излучения с помощью продольных зубцов составляет 80 раз.

На фиг. 5 показан комплекс с дополнительным гнездом для стерилизуемого изделия 13 на каретке. Загрузка в каретку и выгрузка стерилизуемых изделий осуществляется и слева, и справа от комплекса. Вследствие этого значительно уменьшаются непроизводительные расходы времени на подачу стерилизуемого изделия под пучок, и, следовательно, повышается коэффициент использования пучка. В данной конструкции поверхности обоих окон в металлическом контейнере, так же как и всех трех блоков защиты на каретке, имеют продольные зубцы.

На фиг. 6 показан комплекс с дополнительным устройством 14 для передачи стерилизуемого изделия от одного окна в металлическом контейнере к другому и устройством 15 для переворота изделия. В этом комплексе каждое изделие загружается на каретку с левой стороны; затем изделие вводится в зону облучения через левое окно и выводится из нее обратно, будучи облученным с одной стороны; затем изделие перемещается вне металлического контейнера к правому окну и переворачивается; затем изделие снова вводится в зону облучения и выводится из нее справа, будучи облученным также и с другой стороны. Таким образом, все изделия загружаются в комплекс слева и выходят из него справа, будучи облученными с двух сторон. Двухстороннее облучение позволяет получить более равномерную дозу по глубине изделия, а также обеспечивает на 10 - 15% более высокий КПД использования мощности электронного пучка.

Комплекс, показанный на фиг. 7, содержит дополнительные устройства для перекрытия электронного пучка на время хода подачи, для автоматической регулировки скорости каретки и перехода в режим стерилизации тормозным излучением.

Устройство перекрытия пучка 16, предназначенное для перекрытия электронного пучка на время загрузки и подачи стерилизуемого изделия в зону облучения, показано на сноске фиг. 7 крупным планом. Устройство представляет собой пластинку, которая расположена в круглом отверстии, находящемся в металлическом контейнере, и может поворачиваться вокруг оси, смещенной относительно пластинки. Привод устройства перекрытия 17 управляется от общей системы управления комплексом. Когда через зону облучения проходит стерилизуемое изделие, электронный пучок проходит на него свободно (положение "а" на сноске фиг. 7), а когда через зону облучения проходит блок защиты, пластинка перекрывает пучок (положение "б"). Если бы пластинки не было, то весь электронный пучок высаживался бы на поверхности блока защиты и значительная часть образующегося тормозного излучения попадала бы прямо в зазор между блоком защиты и металлическим контейнером. Когда пластинка перекрывает электронный пучок, она становится источником тормозного излучения, но оно попадает в зазор не напрямую, а после отражения, что ослабляет величину излучения в зазоре приблизительно в 50 раз.

Устройство перекрытия может использоваться и как преобразователь электронного пучка в тормозное излучение с целью использования его для стерилизации. Тормозное излучение обладает меньшей мощностью, но значительно большей проникающей способностью, чем электронный пучок, поэтому оно может быть использовано для стерилизации массивных предметов, например, медицинского инструмента.

Дополнительные устройства для автоматической регулировки включают измерительное устройство 18 для измерения тока пучка (например, типа цилиндра Фарадея); электронный блок 19 для преобразования сигнала (например, аналого-цифровой преобразователь); привод каретки, содержащий электродвигатель 20 с регулируемой скоростью (например, шаговый двигатель) и передачу 21 (например, зубчато-реечную передачу). Мощность дозы, получаемой стерилизуемым изделием или его частью, обратно пропорциональна скорости движения каретки. Устройство 18 измеряет ток электронного пучка после прохождения им стерилизуемого изделия; электронный блок 19 постоянно сравнивает величину тока с заданной величиной и, если она отличается, выдает сигнал на электродвигатель 20 для изменения скорости движения каретки. Если величина тока слишком мала, включается привод устройства перекрытия 17 и комплекс переходит в режим стерилизации тормозным излучением.

Изобретение относится к области медицины и пищевой промышленности и может быть использовано на предприятиях и в клиниках. Стерилизация осуществляется с помощью пучка ускоренных электронов. Комплекс включает ускоритель электронов, устройство развертки пучка, транспортное устройство и устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов, устройство развертки пучка и зону облучения. Транспортное устройство выполнено в виде каретки, содержащей блоки защиты и гнездо для стерилизуемого изделия между ними, причем верхняя и нижняя поверхности блоков защиты и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами. Предлагаемый компактный экологически чистый комплекс стерилизации обладает радиационной безопасностью, надежностью и возможностью автоматизации производственного процесса. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Комплекс радиационной стерилизации, содержащий ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов, устройство развертки пучка и зону облучения, и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, имеющей прямолинейное направление движения и содержащей блоки защиты и гнездо для стерилизуемых изделий между ними, отличающийся тем, что верхняя и нижняя поверхности блоков защиты и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами, ориентированными так, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности, и наоборот. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что комплекс содержит устройство для перекрытия электронного пучка на время хода подачи, расположенное между устройством развертки пучка и зоной облучения. 3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что каретка дополнительно имеет второе гнездо для стерилизуемого изделия. 4. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что комплекс содержит устройство для передачи стерилизуемого изделия от одного гнезда в каретке к другому с переворотом стерилизуемого изделия. 5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что комплекс содержит устройство для автоматической регулировки скорости движения каретки.