УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЗАМКНУТОЙ ПОЛОСТИ Российский патент 2004 года по МПК A61L2/02 

Изобретение относится к устройству для чистки и стерилизации внутреннего пространства замкнутой полости, которое включает в себя средство для подачи в полость, предназначенную для обработки, стерилизационной жидкости и средство для создания в среде подаваемой стерилизационной жидкости колебаний давления с регулируемыми амплитудой и частотой и задаваемым градиентом этих колебаний, при этом упомянутое средство выполнено с возможностью создания кавитации в среде стерилизационной жидкости.

Установлено, что кавитация, возникновение которой в гидравлических системах считается нежелательным из-за таких эффектов, как повреждение поверхностей, шум и потеря контакта с жидкостью, имеет также свойства, которые в некоторых применениях могут оказываться благотворными.

Первое из этих свойств является механическим и позволяет в режиме кавитации преодолеть ограничения, связанные с капиллярным эффектом. А это может быть полезным при обработке областей, к которым нет иного доступа.

При разумном подходе разрушительные свойства кавитации также можно применять во благо, используя термальную волну, которая хоть и возникает временно, но является, тем не менее, существенной. То же самое верно и в отношении окисляющего действия кавитации. Это имеет место в силу того, что при происходящем с выделением тепловой энергии схлопывании (экзотермальная имплозия) пузырьков пара, оказывающем отрицательное давление на микроорганизмы, энергия высвобождается в течение очень короткого времени и на очень малой площади, создавая на время очень высокую температуру.

Именно поэтому сочетание механического, теплового и даже химического эффектов позволяет в одно и то же время улучшить использование чистящего и/или стерилизующего агента и повысить его эффективность. Растворимость одного вещества в другом при этом существенным образом повышается, что обеспечивает возможность стерилизации полостей или тел, погруженных в жидкость, находящуюся в режиме кавитации, что было бы невозможно осуществить путем простого промывания или продолжительного погружения с использованием того же жидкого агента.

Кавитация возникает, когда в определенной жидкости складываются определенные термодинамические условия, поэтому достаточно, чтобы внутреннее пространство полости, которое герметизировано и наполнено жидкостью, было подвергнуто действию колебаний давления, амплитуда и форма которых соответствует условиям создания кавитации в этой жидкости при данной температуре. Действие кавитации может быть приложено к самой жидкости, к стенкам полости, или же к любому телу, погруженному в эту жидкость.

Однако требования к параметрам колебаний давления весьма специфичны и их трудно выполнить простым механическим подбором уровней и частоты колебаний давления.

Использование кавитации для чистки и стерилизации уже было предметом многих применений в области медицины, а также для чистки и стерилизации медицинского и связанного с медициной оборудования. Для чистки и стерилизации предлагалось также сочетание сверхзвуковых частот и кавитации. Для примера можно сослаться на патент DE 3903648, который относится к способу инактивации вирусов в жидкости с помощью кавитации, вызываемой путем изменения скоростей потока внутри жидкости. Этот способ осуществляют с использованием насоса высокого давления и клапана гомогенизации, расположенного ниже по течению.

В патенте ЕР 0078614 предлагаются чистка и дезинфекция контактных линз в солевом растворе, в котором создается кавитация при ультразвуковой частоте.

Еще один способ чистки и стерилизации, в котором сочетаются ультразвук и кавитация, описан в патентах ЕР 0595783 и US 4193818. Однако сочетанию кавитации с ультразвуком присущ тот недостаток, что при этом повреждается обрабатываемая поверхность.

В патенте ЕР 0299919 предлагалось также использовать кавитацию для девитализации зубов, при этом отверстие, обеспечивающее доступ к полости коронки зуба, герметично закрыто с помощью концевой части. Эта концевая часть включает инжектор для жидкости, который соединен с подающим насосом и отводной трубкой, соединенной с всасывающим насосом. Всасывающий насос выполнен с возможностью создания в жидкости пузырьков, схлопывание которых обеспечено при работе нагнетательного насоса, с созданием, тем самым, кавитации.

Усовершенствование вышеуказанного устройства предлагалось в патенте ЕР 0521119, в котором в настраиваемой концевой части расположен водоструйный насос, а сама концевая часть выполнена с возможностью герметичного закрытия отверстия, обеспечивающего доступ в полость коронки зуба, заполненную жавелевой водой. Впускное отверстие этого водоструйного насоса соединено с выходным каналом поршневого насоса, а его выпускное отверстие соединено с отводной трубкой, и его всасывающая трубка имеет выход в полость коронки зуба. При каждом цикле насоса благодаря чередованию нагнетания и всасывания обеспечено возвратно-поступательное движение определенного объема жидкости в отводной трубке, в трубке, соединяющей насос с отводной трубкой через водоструйный насос, с созданием в жидкости, находящейся в полости коронки зуба, пониженного и повышенного давлений с их чередованием, и с созданием, тем самым, кавитации.

В первом из этих устройств для девитализации требуются два насоса, и его работа связана с большим расходом жидкости, которая является собственно жидкостью для обработки. Во втором из этих устройств для девитализации использован поршневой насос простого действия, который выполняет функцию как бы приводного средства, приводящего в работу водоструйный насос, создавая колебания давления в полости коронки зуба. Поршневой насос, использованный для этой цели, создает колебание давления синусоидальной формы, которое начинается от закрытия клапана простого действия и нарастает до достижения градиента синусоиды. Для создания кавитации полезное значение имеет только градиент, и этот градиент должен быть как можно более крутым (высоким), с тем чтобы изменение давления было как можно более стремительным. Если параметры синусоидального колебания недостаточны для создания желаемой кавитации им самим, то оно действует на давление в полости коронки зуба через массу жидкости, которую оно (давление) заставляет двигаться, и работает как резонатор с созданием требуемых колебаний со стремительным изменением давления через водоструйный насос.

Целью предлагаемого изобретения является достижение такого же эффекта, но непосредственно, без использования водоструйного насоса, то есть без генератора повышенного давления.

В связи с этим предметом предлагаемого изобретения является устройство для чистки и стерилизации внутреннего пространства полости в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.

При использовании переключающего элемента обеспечена возможность подключения столбика стерилизационной жидкости, соединяющего этот переключающий элемент со стерилизационной камерой, т.е. рабочей камерой, к двум определенным уровням давления, разность которых соответствует желаемой амплитуде, при этом градиент изменения весьма значителен, и влияют на этот градиент только потери напора в каналах, так как давления того и другого уровней постоянны. Кроме того, давление только одного уровня может быть изменено произвольно, в то время как давление другого уровня, соответствующее самому высокому давлению, представляет собой просто атмосферное давление. Таким образом, система работает как пружинный поршень, который под воздействием возвратной пружины постоянно стремится возвратиться в одно из своих двух положений. В случае предлагаемого изобретения функцию этой пружины выполняет атмосферное давление.

На прилагаемых чертежах графически проиллюстрирован пример осуществления устройства для чистки и стерилизации, являющегося предметом предлагаемого изобретения, где:
на фиг.1 изображена блок-схема, иллюстрирующая принцип работы этого устройства;
на фиг.2 - часть устройства, принцип работы которого проиллюстрирован на фиг.1, в разрезе;
на фиг.3 - другая часть того же устройства, вид спереди;
на фиг.4 - разрез по линии IV - IV, показанной на фиг.3;
на фиг. 5 - часть устройства, изображенная на фиг.3, установлена на зуб (в разрезе), в соответствии с первым применением устройства по предлагаемому изобретению;
на фиг. 6 - часть устройства, изображенная на фиг.3, установлена на камеру для чистки и стерилизации контактных линз;
на фиг. 7 на виде спереди показан эндоскоп, часть которого введена в стерилизационную камеру устройства по предлагаемому изобретению, специально приспособленного для этого использования;
на фиг. 8 - устройство по предлагаемому изобретению в еще одном применении, вид спереди с частичным разрезом.

Устройство для чистки и стерилизации замкнутой полости, принцип работы которого проиллюстрирован на фиг.1, включает рабочую камеру 1, соединенную с одной стороны со средством калиброванной подачи 2, а с другой стороны - с распределительным или переключающим элементом 3 через посредство главного канала 4. Первый впускной канал 5 этого переключающего элемента 3 сообщается с атмосферным давлением, а его второй впускной канал 6 соединен с источником пониженного давления 7, который, в свою очередь, соединен с вакуумным насосом 8 и регулируемым вспомогательным каналом впуска воздуха 9. Переключающий элемент 3, который с большей детализацией показан на фиг.2, включает цилиндрическое тело (барабан), сквозь которое проходит осевой канал, в который в боковых направлениях открываются каналы 5 и 6, и один конец которого соединен с главным каналом 4, соединяющим этот переключающий элемент с рабочей камерой 1.

В этом осевом канале установлен распределительный ротор 10, при этом на одном конце барабана 11 установлено с охватом ротора 10 кольцевое уплотнение 12, которому не позволяет смещаться крышка 13, благодаря чему обеспечивается герметичность осевого канала. Конец распределительного ротора 10, выступающий из барабана 11, выполнен заодно (зацело) с приводным валом двигателя 14. Конец ротора 10, соединенный с главным каналом 4, имеет осевой канал 10а, снабженный двумя отверстиями - 10b и 10с, которые предназначены соответственно для циклического (периодического) соединения осевого канала 10а с каналом 5 (атмосферным давлением) и с каналом 6 (источником пониженного давления).

Первая фаза циклического процесса, осуществляемого устройством, которое было описано выше, включает резкое понижение давления в рабочей камере 1 до давления ниже давления парообразования стерилизационной жидкости, которой заполнена рабочая камера 1, что обеспечивается при соединении рабочей камеры 1 с источником пониженного давления 7, при этом ротор 10 находится в угловом положении, показанном на фиг.2. На уровень и градиент требуемого изменения давления влияют природа стерилизационной жидкости, ее температура и степень чистоты. Всякая примесь или механическая неоднородность для данной стерилизационной жидкости означают потенциальные помехи для образования пузырьков. Следует заметить, что в случае предлагаемого изобретения этот градиент очень крут, а для установления пониженного давления в рабочей камере 1 принимаются в расчет только потери напора в каналах, и в отличие от известных устройств предшествующего уровня техники, нет синусоидальной помехи, возникающей при работе насоса.

Вторая фаза этого процесса состоит в создании условий для схлопывания (имплозии) пузырьков пара, возникших на первой фазе процесса, путем восстановления в рабочей камере 1 атмосферного давления, что обеспечивается при повороте ротора 10, при котором отверстие 10b приводится в соединение с каналом 5 и, следовательно, с атмосферным давлением. Жидкость, которая была всосана в главный канал 4, затем возвращается в рабочую камеру 1, создавая небольшой импульс повышенного давления, который запускает процесс одновременного схлопывания всех пузырьков пара, которые образовались перед этим.

Максимальный эффект изменения состояния пропорционален разрежению, создаваемому в источнике пониженного давления 7 вакуумным насосом 8. При этом уровень пониженного давления может быть модулирован как функция от желаемой мощности с помощью вспомогательного канала для впуска воздуха 9.

Наполнение системы осуществляется через рабочую камеру 1 с помощью средства калибровочной подачи 2, при этом в рабочем режиме среднее давление является пониженным. Возвратно-поступательное движение столбика стерилизационной жидкости на самом деле обеспечивается только для правильно заполненного канала, и регенерация жидкости желательна, даже если это делает систему открытой.

Скорость вращения приводного вала двигателя 14, приводящего в движение ротор 10, регулируется в зависимости от природы используемой стерилизационной жидкости, ее температуры и выбранного уровня пониженного давления. Играет роль и может потребовать адаптации, в частности во время операции растворения, состояние смеси, выведенной из рабочей камеры 1 (пропорция растворенного газа) через главный канал 4.

Размеры и жесткость главного канала 4, соединяющего рабочую камеру 1 с переключающим элементом 3, находятся в зависимости от частоты цикла. Главный канал, выполненный в виде трубки из полиуретана с внутренним диаметром 2 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 320 мм, показал хорошие результаты при частоте порядка от 15 до 25 Гц для большинства использовавшихся стерилизационных жидкостей. Этот размер является подходящим для создания хорошего режима кавитации в объемах до нескольких кубических сантиметров. Размеры сечения впускного канала для свежей стерилизационной жидкости определяются исходя из компромисса между хорошим наполнением трубки и неустранимыми потерями пониженного давления. Хорошие результаты были достигнуты при использовании трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,3 мм и длиной 15 мм. Рабочая пропускная способность зависит от природы используемой стерилизационной жидкости и составляет порядка 10 мл/мин.

Калибровка вспомогательного канала впуска воздуха 9 зависит от используемого диафрагменного насоса. Наилучшая легкость использования обеспечивается с помощью регулирующего клапана. Диафрагменный насос должен быть таким, чтобы возможно было достижение в источнике пониженного давления 7 в рабочем режиме, когда вспомогательный канал впуска воздуха полностью закрыт, разрежения по меньшей мере -0,9•10⁵ Па. Следует заметить, что это давление само по себе выше, чем давление парообразования жидкости. Однако, благодаря столбику стерилизационной жидкости в главном канале 4, в динамическом режиме возможно достижение пиков ниже, чем величина пониженного давления в источнике пониженного давления 7.

На фиг.3 - 5 проиллюстрировано одно из применений устройства, описанного выше, в котором это устройство используется для девитализации зуба. При этом конкретном использовании рабочая камера образована полостью Р коронки зуба D, подлежащего девитализации, при этом концевая часть 15 предназначена для соединения полости Р коронки зуба D с одной стороны со средством подачи 2 стерилизационной жидкости, а с другой стороны - с главным каналом 4, соединяющим полость Р коронки с переключающим элементом 3.

Как показано на фиг.5, концевая часть 15 включает соединительный элемент 15а, соединенный герметично с гибким соединительным элементом 15b, который сам установлен с посадкой в отверстии, образованном в зубе D с обеспечением доступа к полости Р коронки зуба D. Вокруг гибкого соединительного элемента 15b выполнено уплотнение из цемента С, которое служит для обеспечения герметичности рабочей камеры. Это использование дает реальное преимущество при экстирпации пульпы живых и неживых корней зуба. Действие традиционно используемого хлорноватистокислого натрия при этом оказывается более эффективным в результате увеличившейся площади контакта между разъедающей жидкостью и нервом зуба, так как разъедающая жидкость при этом вступает в контакт с мельчайшими впадинами и выступами, которые даже не доступны при работе вручную. К этому эффективному воздействию добавляется стерилизационный эффект кавитации, в результате чего обеспечивается уничтожение оставшихся микроорганизмов. Более того, такая операция является неинвазивной, благодаря чему уменьшается вероятность причинения травмы.

Использование дополнительного соединительного элемента обеспечивает соединение, которое является более эргономичным и которое имеет такое преимущество, как гибкость. Еще одно преимущество состоит в том, что концевая часть 15 может быть снята и убрана на место без необходимости взламывания цемента С.

На фиг. 6 проиллюстрировано еще одно преимущественное применение осуществленного в соответствии с предлагаемым изобретением устройства для увлажнения и стерилизации мягких контактных линз. Как можно видеть на фиг.6, концевая часть 15 зафиксирована в отверстии, обеспечивающем доступ в полость рабочей камеры 1', в которую помещена мягкая контактная линза L. Рабочая камера 1' состоит из двух частей, обозначенных как 1а' и 1b', которые соединены друг с другом герметично, например, с помощью захвата штыкового типа. Гидрофильная контактная линза может быть освобождена от всех микроорганизмов путем создания кавитации в объеме жидкости, в которой обрабатываемая контактная линза увлажняется в течение промежутка времени порядка 10 минут. Погружение в ту же дезинфицирующую среду даже на всю ночь само по себе не позволяет достичь такой же степени очистки от бактерий, как при данном применении.

На фиг. 7 проиллюстрировано еще одно преимущественное применение осуществленного в соответствии с предлагаемым изобретением устройства, предназначенного для использования с эндоскопическими устройствами, которые не стерилизованы в автоклаве, и в частности, с такими, которые снабжены каналом для проникновения биопсийных щипцов. Такие устройства фактически не поддаются стерилизации простым погружением в дезинфицирующую жидкость, в которую их помещают после каждого использования. В то же время кавитация и циркуляция дезинфицирующего агента, в который они погружаются, обеспечивают эффективную стерилизацию, благодаря чему становится возможным их повторное использование уже через короткое время.

Рабочая камера 1'', в которую введен активный конец эндоскопа Е, включает трубчатый элемент 16, концы которого вставлены в кольцеобразные канавки 17 и 18, которые на дне имеют кольцеобразные уплотнения 19 и 20 соответственно. Кольцеобразная канавка 17 выполнена в запорном элементе 21, а кольцеобразная канавка 18 - в кольцеобразном запорном элементе 22, выполненном с возможностью вхождения в контакт с имеющей форму усеченного конуса частью 23 эндоскопа Е. Устройство снабжено проходящей сквозь стенку трубки 16 соединительной деталью 24, которая предназначена для соединения внутренней полости трубки 16 со средством создания кавитации, изображенным на фиг.1. Во внутреннюю полость трубчатого элемента 16, которая служит в качестве рабочей камеры, через канал 25, обеспечивающий доступ для проникновения биопсийных щипцов эндоскопа, когда такой канал существует, подается стерилизационная жидкость. В случае отсутствия такого канала стерилизационная жидкость может подаваться непосредственно через стенку трубчатого элемента 16.

Еще одно применение устройства по предлагаемому изобретению, весьма похожее на то, которое изображено на фиг.6, состоит в разблокировании катетеров, что может осуществляться без удаления катетера. Для этой цели, как показано на фиг.8, концевая часть 15 фиксируется на конце катетера 26, предназначенного для перфузии. Кавитация имеет место, когда проход заблокирован сгустком, при этом пока кровяной сгусток перекрывает канал катетера 28, стерилизационная жидкость имеет антикоагуляционные свойства. При восстановлении кровотока и всасывании свежей крови, что является свидетельством успешной операции, кавитация немедленно прекращается, после чего в месте наконечника 15 перфузия может быть восстановлена.

Применение устройства, описанного выше, может быть распространено также на разблокирование артериальных или венозных каналов. Однако в этом случае, если стенки этих каналов не являются жесткими, потребовались бы средства для предотвращения разрушения этих каналов, так как для создания условий для кавитации давление должно понижаться ниже атмосферного.

Разумеется, размеры источника пониженного давления 7 и переключающего элемента 3 должны в каждом конкретном случае соответствовать требуемому объему рабочей камеры.

Следует заметить также, что возможны и другие, отличные от описанных выше, применения того же самого устройства для чистки и стерилизации по предлагаемому изобретению.

Изобретение относится к устройству для чистки и стерилизации внутреннего пространства замкнутой полости. Устройство содержит средство для подачи в полость стерилизационной жидкости и средство для создания в подаваемой стерилизационной жидкости колебаний давления с регулируемыми амплитудой и частотой и задаваемым градиентом этих колебаний. Средство для создания колебаний выполнено с возможностью создания в стерилизационной жидкости кавитации. Изобретение позволяет повысить эффективность стерилизации. 7 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для чистки и стерилизации внутреннего пространства рабочей камеры, включающее средство подачи (2) стерилизационной жидкости в эту рабочую камеру (1, 1', 1'') и средство для создания в среде этой стерилизационной жидкости колебаний давления с возможностью изменения амплитуды, частоты и градиента этих колебаний, при этом средство для создания колебаний давления выполнено с возможностью создания кавитации в среде этой стерилизационной жидкости, отличающееся тем, что средство для создания колебаний давления содержит подвижный столбик стерилизационной жидкости, заключенный в главном канале (4), расположенном между рабочей камерой (1, 1', 1'') и переключающим элементом (3), выполненным с возможностью обеспечения периодического соединения рабочей камеры с источником пониженного давления (7), при этом величина этого пониженного давления находится в зависимости от амплитуды создаваемого давления и атмосферного давления.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит два канала (5 и 6), с помощью которых осуществлено соединение главного канала (4) с атмосферным давлением и с источником пониженного давления соответственно, при этом переключающий элемент (3) имеет соединительные отверстия (10b и 10с), расположенные между каналами (5 и 6) и главным каналом (4) и выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя положениями, в одном из которых с помощью одного из соединительных отверстий (10b) осуществлено соединение главного канала (4) с атмосферным давлением, а в другом положении с помощью другого соединительного отверстия (10с) осуществлено соединение главного канала (4) с источником пониженного давления, а также средство для перемещения переключающего элемента (3) из одного положения в другое.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что переключающий элемент (3) представляет собой ротор (10) и по кинематическим условиям выполнен заодно с выходным валом приводного двигателя (13).4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно включает концевую часть (15), предназначенную для соединения рабочей камеры (1) с одной стороны с переключающим элементом (3), а с другой стороны со средством подачи (2) стерилизационной жидкости.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что между переключающим элементом (3) и рабочей камерой (1) установлен гибкий соединительный элемент (15b), соединенный герметично и с возможностью разъединения с концевой частью (15).6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что рабочая камера (1') выполнена состоящей из двух частей (1'а и 1'b), соединенных друг с другом герметично и с возможностью разъединения.7. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что рабочая камера (1’’) состоит из трубчатого элемента (16), один конец которого открыт для введения в этот трубчатый элемент рабочей части эндоскопа (Е), при этом внутреннее пространство этой рабочей камеры (1’’) соединено с одной стороны, через соединительную деталь (24), с переключающим элементом (3), а с другой стороны - со средством подачи стерилизационной жидкости через канал (25), предназначенный для обеспечения доступа биопсийных щипцов эндоскопа (Е).8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что рабочая камера (1’’) выполнена трубчатой формы и содержит трубчатый элемент (16), открытый с обоих концов, при этом каждый из этих концов размещен в одной из кольцеобразных канавок (17 и 18), выполненных в двух запорных элементах (21 и 22) соответственно и соединен с упомянутыми запорными элементами через уплотняющие детали (19 и 20).