Устройство для дезинфекции поверхности - RU2330690C2
Код документа: RU2330690C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для использования при дезинфекции поверхностей и, в частности, при дезинфекции ран, используя озонированную воду, и к способам и устройству для получения водного раствора озона высокой концентрации.
Раны можно разделить на две основные категории - острые и хронические. Острые раны возникают при повреждении внешней нетронутой ткани кожи. К ним относятся хирургические раны, укусы, ожоги, порезы, ссадины, рваные раны и более травматические раздавленные и огнестрельные раны. Хронические раны ассоциируются с эндогенными механизмами, связанными с состояниями предрасположенности, которые в итоге повреждают кожные ткани. Хронические раны часто возникают при нарушении доставки кислорода и питательных веществ (перфузия) к тканям. Хронические раны вызываются уменьшением артериального кровотока, венозного оттока или метаболическими заболеваниями. Примерами хронических ран являются язвы на ногах, на ступнях и язвенные пролежни.
Hunt et al (Hunt, Т.К. and Hopt, H.W. 1997, Wound healing and infection - what surgeons and anaesthesiologists can do. Surg. Clin. North America. Vol.77, p.587-606) заявили, что острые раны быстрее заживают, если максимизировать перфузию крови, тем самым подавая клетки иммунной системы, кислород и питательные вещества, необходимые для защиты от инфекции. По утверждению Grief et al, кислород является обязательным условием для роста клеток, их деления и заживления ран (Grief, R., Akca, О., Horn, E., Kurz, A., and Sessler, D.J. 2000. Supplemental perioperative oxygen to reduce the incidence of surgical wound infection. The New England Journal of Medicine. Vol.342, p.161-167). Он также является критическим фактором для респираторного прорыва полиморфоядерных лейкоцитов (PMN), которые создают сильнодействующие противомикробные соединения. Помимо обеспечения энергией для метаболических реакций и тем самым для механизмов защиты от инфекции, кислород также играет ведущую роль в определении восстановительно-окислительного потенциала тканей. Bakker (Bakker, D.J. 1998. Severe trauma and infections. Anaesthesia. Vol.53, p.65-67). В статье Wound microbiology and associated approaches to wound management указано, что восстановительно-окислительный потенциал благоприятствует росту анаэробных бактерий. Bowler et al (Bowler, P.G. Duerden, D.I., and Armstrong, D.G. 2001. Wound microbiology and associated approaches to wound management. Clinical Microbiology Reviews. Vol.14, No.2, p.244-269) указывает, что низкий восстановительно-окислительный потенциал облегчает развитие синергических аэробных/анаэробных популяций.
В ранах часто встречаются разнообразные наборы микрофлоры. Главными патогенами, отвечающими за инфицирование хронических и острых ран, считаются Staphilococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и бета-гемолитические стрептококки. Эти патогенны являются аэробными или способными жить в разных условиях. Однако в исследованиях инфицирования ран часто опускают анаэробные патогены, поскольку они расположены глубоко в кожной ткани. Изоляция, идентификация и сбор анаэробных микроорганизмов требует много времени и трудозатрат. Bowler et al (упомянутые выше) провели исследование и пришли к заключению, что существует корреляция между сферой действия анаэробных патогенов и распространением инфекции. Bascom (Bascom J.U. 1996. Pilonidal care: anerobes as visible villains. European Journal of Surgery. Vol.162, p.351) сообщал, что анаэробные бактерии действительно являются микроорганизмами, вызывающими раневые инфекции, и для минимизации инфекции необходимо улучшать оксигенацию ран.
Имеется большое число публикаций о полимикробном характере ран, однако Staphillococcus aureus считается наиболее проблематичной бактерией в травматических, хирургических и ожоговых ранах. Bowler et al (упомянутые выше), Tengrove et al (Tengrove, N.J., Stacey, M.C., McGechie, D.F. and Mata, S. 1996. Qualitative bacteriology and leg ulcer healing. Journal of wound care. Vol.5, p.277-280) сообщали, что когда в язве на ноге присутствуют четыре или более групп бактерий, вероятность излечения существенно снижается. Эти результаты явились основанием для выдвижения гипотезы о том, что в ранах возникает микробная синергия, усиливающая чистый патогенный эффект и тяжесть инфекции. Потребление кислорода аэробными бактериями приводит к гипоксии тканей и снижает восстановительно-окислительный потенциал, что создает более благоприятную среду для обитания анаэробных организмов. Питательные вещества, производимые одними микроорганизмами, могут стимулировать рост потенциально патогенных сосуществующих микроорганизмов. Bowler (Bowler, P.G. 2002. Microbiology of acute and chronic wounds. Facing the challenge of wound management in the 21st Century. Master Misericordiae University Hospital) указывает, что микроорганизмы способны помогать друг другу в ране. Микроорганизмы (особенно в биопленках) используют коммуникационный механизм, который называют «Чувство кворума» (Quorum sensing). Это - зависящая от плотности клеток форма коммуникации, облегчающая выживание в новой жесткой среде. Они высвобождают сигнальные молекулы, давая друг другу «советы о выживании» (т.е. производят специфическое морфологическое изменение или специфичное защитное химическое вещество).
Очистка раны является неотъемлемой частью процесса лечения ран. Удаление омертвевшей и нездоровой ткани важно для минимизации среды, доступной для колонизации микробами, и позволяет сформироваться новой ткани. Очистка производится физическим удалением ткани с помощью острого инструмента или применением солевого раствора или стерильной воды. Лечение укусов включает промывание под высоким давлением для уменьшения микробной нагрузки.
Исторически озон использовался для дезинфекции ран в его газообразной форме или в форме раствора в масле. Прямое применение газообразного озона, внутривенные инъекции, ректальная исуффляция или аутогемоозонотерапия - это все известные способы медицинского применения озона. Подробности такого лечения описаны в следующих патентных публикациях: RU-2178699; Fr-2784388; US-6073627.
Гипотеза о водном растворе озона
1. Дезинфекция
1.1. Озон является химически активным и расщепляется через формирование свободных радикалов, образуя молекулярный кислород. Свободные радикалы на своих внешних орбитах имеют неспаренный электрон, который делает их в высшей степени нестабильными и химически активными. Эти свободные радикалы образуют радикалы гидроксила, супероксида или озонида. Озон атакует микроорганизмы в первую очередь через клеточную мембрану, повреждая по существу внешние поверхности клетки. Считается, что предложенный механизм действия в значительной части связан с олефиновыми связями клеточной мембраны микроорганизма, на которые воздействует озон для формирования озонида или другого продукта разложения. Озонид вступает в реакцию с энзимами, сульфгидрильными группами и альдегидами, выделяя перекисные соединения. Эти перекисные соединения далее повреждают белки, ДНК и другие структуры. Клетка растворяется и цитоплазма рассеивается. По существу водный раствор озона мог бы использоваться для сокращения количества микробиологических организмов внутри раны.
1.2. Водный раствор озона будет особенно эффективен против анаэробных бактерий в связи с отсутствием у них антиоксидантов и других систем защиты от окисления. Аэробные бактерии производят антиоксиданты, такие как супероксиддисмутаза, чтобы предотвратить повреждение клеток, вызываемое кислородным дыханием. Анаэробные бактерии не используют кислород для дыхания и поэтому не выработали совершенных антиоксидантов. Удаление анаэробных бактерий уменьшит вероятность инфекции по Bowler (как упомянуто выше).
1.3. Окисление на основе свободных радикалов является случайным и, следовательно, для микроорганизмов чрезвычайно трудно выработать сопротивляемость водному раствору озона. Дезинфекция на основе свободных радикалов не связана со специфичностью целевого участка. Свободные радикалы будут эффективны против всех микроорганизмов, при этом скорость их уничтожения будет зависеть помимо прочего от превалирования антиоксидантов среди различных видов микробов.
1.4. Достаточно долгий период контакта удалит все микроорганизмы из ложа раны, образуя стерильную среду.
2. Санация раневой полости
2.1. Водный раствор озона не является клетко-специфическим и разрушает не только микроорганизмы, но и ткани раны. Нездоровая или омертвевшая ткань орошается хуже, чем здоровая ткань и как таковая содержит не так много антиоксидантов или энзиматических агентов (супероксида, дисмутазы, глютатиона, макрофагов и пр.). Нездоровая ткань создает значительно более слабую защиту от воздействия свободных радикалов, чем здоровые ткани и, следовательно, более подвержена повреждению/отрыву/удалению, чем здоровые ткани. Следовательно, водный раствор озона образует квазиселективную систему химической санации, создавая улучшенную среду для заживления.
3. Влажная заживляющая среда
3.1. Применение водного раствора озона создает влажную заживляющую среду (в сочетании с 1.4). Влажная заживляющая среда, согласно Winter, чрезвычайно важна для заживления раны (Winter, G.D. 1962. Formation of scab and the rate of epithelization of superficial wounds in the skin. Nature. Vol.193, p.293-294).
4. Активные формы кислорода (АФК)
4.1. Водный раствор озона производит активные формы кислорода (АФК) как посредников разложения. Произведенные АФК дополняют собственную естественную защитную систему организма, в которой полиморфно-ядерные лейкоциты производят АФК для удаления микроорганизмов. Лечебная система на водном растворе озона является биомиметической, являясь «бустером», когда собственные полиморфно-ядерные лейкоциты организма подавляются инфекцией.
4.2. Водный раствор озона будет действовать как генератор АФК в плохо перфузируемых ишемизированных тканях. Отсутствие перфузии препятствует собственному производству АФК организмом из-за недостатка в питательных веществах/кислороде/энергии. Водный раствор озона искусственно воссоздает естественный механизм удаления инфекции организма.
4.3. АФК поддерживает образование кровеносных сосудов (ангиогенез) и стимулирует производство коллагена (Sen, С.К., Khanna, S., Babiar, B.M., Hunt, Т.К., Ellison, E.C., and Roy, S. 2002. Redox control of wound repair. JCB (paper in press) Manuscript M203391200).
4.4. Микроорганизмы, благодаря «чувству кворума», осуществляют коммуникацию, которая облегчается выделением сигнальных молекул. АФК могут активно окислять эти сигнальные молекулы, уменьшая эффекты синергетического выживания. Этот механизм важен для уменьшения любого образования биопленки.
5. Оксигенирование
5.1. Водный раствор озона разлагается на воду и кислород. Реакция разложения происходит в ране, обеспечивая поверхностное приложение кислорода к клеткам, и создает среду с повышенной концентрацией кислорода. Анаэробные бактерии не могут выживать в такой среде с повышенной концентрацией кислорода, что ведет к уменьшению инфекции.
5.2. Среда с повышенной концентрацией кислорода, возникающая благодаря применению водного раствора озона, может являться источником кислорода для плохо перфузируемых (ишемизированных) тканей, что может способствовать заживлению раны.
5.3. Цитокины и факторы роста в среде с повышенной концентрацией кислорода показывают улучшение механистического действия, чему может способствовать применение оборудования для применения водного раствора озона.
5.4. Оборудование для применения водного раствора озона содержит концентратор кислорода, который может использоваться для подачи в рану стерильного кислорода под высоким давлением. Кислород критичен для процесса заживления ран. Оборудование позволяет подавать в рану кислород в форме струи высокого давления или через использование гипербарической камеры вокруг зоны раны.
6. Острая реакция раны
6.1. Исследование показало, что нанесение острой раны внутри хронической раны может вызвать реакцию заживления раны. Клеточное окисление, вызванное применением водного раствора озона в незаживающей хронической ране, может вызвать реакцию, подобную реакции на острую рану.
Озонированная вода
Озонированная вода широко используется для уничтожения бактерий и других микроорганизмов. Однако при генерировании и растворении озона в воде обычно создают уровни менее 1 части на миллион.
WO-A-0020343 раскрывает устройство для создания водного раствора озона для дезинфекции воды, подаваемой в помещения для животных. Процесс требует поддержания высокого давления контактора для облегчения озонирования.
US-A-5834031 раскрывает устройство, в котором водный раствор озона используется для дезинфекции пищевых грибов. Для получения водного раствора озона используется единственный «линейный» процесс, а обрабатываемый придаток полностью погружается в раствор.
US-A-5098415 раскрывает устройство для лечения заболеваний ступней с использованием водного раствора озона, в котором придаток погружается в водный раствор озона.
WO-A-0172432 раскрывает мобильное орошающее устройство создания потока водного раствора озона. В процессе производства водного раствора озона используется «линейный» способ и дегазирующее устройство.
US-A-6455017 раскрывает мобильное устройство для промывки и санации водным раствором озона. Процесс производства водного раствора озона использует «линейный» способ.
US-A-2002139755 раскрывает способ улучшения растворения газов в жидкостях. В этом способе используется множество сопел, имеющих такой размер и расположенных так, чтобы создавать микропузырьки и инициировать вращающийся поток.
RU-A-2175539 раскрывает способ лечения ран газообразным озоном. Лечение основано на подаче газа к ране.
US-A-4375812 раскрывает способ обработки ожоговых ран водным раствором озона, при котором все тело пациента погружают в ванну с водным раствором озона.
Задачей настоящего изобретения является производство высококонцентрированного раствора озона, способного осуществлять быструю дезинфекцию, и создание способа и устройства для нанесения высококонцентрированного раствора озона на дезинфицируемую поверхность и, в частности, на рану человека или животного.
Настоящее изобретение раскрывает устройство для дезинфекции поверхностей и, в частности, ран человека и животных, и хотя оно описано в контексте поверхности раны, настоящее изобретение применимо ко всем типам поверхностей, включая резервуар для накопления озонированной воды и средство для подачи озонированной воды из резервуара на сопло, создающее одну или более струй для подачи распыляемой озонированной воды на обрабатываемую поверхность. Сопло имеет окружающий его кожух и средство для отвода озонированного газа, высвобождающегося из сопла, из области вокруг сопла. Имеется сборный лоток, расположенный под обрабатываемой поверхностью/раной для сбора озонированной воды, стекающей с обрабатываемого региона. Основание улавливающего лотка может содержать множество отверстий, через которые использованный раствор откачивается из лотка насосом, который прокачивает раствор через катализатор для расщепления любой остаточный озон, содержащийся в растворе.
Использование заявленного изобретения позволяет осуществить улучшенную и более быструю дезинфекцию поверхности посредством использования высококонцентрированного раствора озона, подаваемого на дезинфицируемую поверхность, например улучшенную дезинфекцию ран человека или животного.
Ниже приводится описание некоторых конкретных вариантов настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
фиг.1 - схематическая иллюстрация системы для генерирования и подачи озонированной воды к ране;
фиг.2 - иллюстрирует первую модификацию системы по настоящему изобретению;
фиг.3 - иллюстрирует вторую модификацию;
фиг.4-10 - иллюстрируют распылительную головку для устройства, и
фиг.11-15 - иллюстрируют улавливающий лоток и опору для конечности проходящего лечение пациента.
Как показано на фиг.1, устройство для реализации настоящего изобретения содержит три основных компонента: устройство для генерирования концентрированного водного раствора озона, обозначенное позицией 10; устройство для распыления раствора озона на поверхность конечности, подвергающейся лечению, обозначенное позицией 11; и устройство для поддержки подвергающейся лечению конечности и для сбора стекающего с конечности раствора, обозначенное позицией 11а. Имеется система управления (не показана) всем устройством, содержащая компьютер с программируемой логикой, который соединен с управляемыми элементами устройства для управления работой устройства.
Генератор 10 водного раствора озона содержит контактор 12, соединенный с резервуаром 13 для воды через насос 14 и электромагнитный клапан 15. На фиг.2 показана альтернативная конструкция, где вода подается из магистрального водопровода через клапан, ограничивающий давление. Насос 14 приводится в действие, и электромагнитный клапан открывается для пропускания воды из резервуара в контактор 12, пока вода не достигнет уровня, при котором срабатывает датчик 16 уровня воды. Этот датчик приводит в действие реле, посылающее сигнал обратно на ПЛК (программируемый логический контроллер), который отключает насос 14 и закрывает электромагнитный клапан 15.
Контактор имеет трубопровод 17, проходящий от обращенного вверх впускного патрубка 18, расположенного рядом с верхней частью контактора, через насос 19 и дифференциальный инжектор 20 (например, инжектор Mazzei, раскрытый в US-A-5863128) и оттуда на выпускной патрубок 21 в контакторе, расположенный рядом с нижней частью контактора. Насос 19 включается, забирая воду через впускной патрубок 18, прогоняя ее через дифференциальный инжектор 20, и возвращает ее в контактор через выпускную форсунку 21. Эта форсунка выполняет две функции. Во-первых она создает противодавление, необходимое для дифференциального инжектора и, во-вторых, она улучшает смешивание жидкости и газа в контакторе.
Источник 22 кислорода, предпочтительно использующий концентратор кислорода, подает осушенный газообразный кислород через дроссельный клапан 23 и регулятор 24 давления в генератор 25 озона. Эти клапан и регулятор могут размещаться либо до, либо после генератора. В генераторе озона могут использоваться ультрафиолетовое облучение, протонообменные мембраны или коронный разряд, однако предпочтительно генератор озона основан на коронном разряде с воздушным охлаждением.
Генератор озона включается, и электромагнитный клапан 26 открывается. Озон засасывается через дифференциальный инжектор 20, где он контактирует с водой. Поток смеси газа и жидкости принудительно подают через сопло 21 в контактор 12. Пузырьки газообразного озона движутся через контактор вверх и выходят через выпускное отверстие 27 в трубку 28.
Трубка 28 наклонена вниз к выпускному отверстию так, чтобы любой конденсат, который может образоваться в трубке, стекал вниз к выпускному отверстию контактора 12.
Любой газообразный озон, который попадает в трубку 28, проходит через разрушающее устройство 30, где он расщепляется в кислород. В разрушающем устройстве 30 имеется активный нагревательный элемент 30а. Датчик температуры 30b связан с компьютером с программируемой логикой (ПЛК), который управляет процессом нагревания и поддерживает в разрушающем устройстве 30 постоянную температуру 40-80°С, предпочтительно 60°С. Разрушающее устройство 30 нагревается, что предотвращает образование влаги в самом разрушающем устройстве. Газообразный кислород, выходящий из разрушающего устройства 30, проходит в трубопровод 31. Газообразный кислород вытягивается из этого трубопровода всасывающим устройством в виде вентилятора 32 и подается во вторичное устройство 32а разрушения озона. Газообразный кислород выходит из вторичного устройства разрушения озона и направляется на генератор 25 озона, упомянутый выше, где он способствует охлаждению устройства.
Возвращаясь к процессу озонирования в контакторе, впускной патрубок 18 системы рециркуляции имеет повернутый вверх конец и имеет форму, которая предотвращает засасывание пузырьков озона в систему рециркуляции. Концентрация водного раствора озона отслеживается датчиком 33 растворенного озона, который соединен с ПЛК. Когда концентрация растворенного озона достигает требуемого уровня, задаваемого оператором, ПЛК выключает концентратор кислорода и генератор озона и закрывает электромагнитный клапан 26. Насос 19 выключается и включается насос 34 для подачи водного раствора озона на распыляющую систему 11. Электромагнитный клапан 35 открыт и раствор движется по трубке, где регулятор 36 давления и расхода ограничивает давление величиной 40-100 мбар, предпочтительно 70 мбар.
Водный раствор озона подается на один конец внутреннего подающего трубопровода 37 пары концентричных трубопроводов 37, 38. На втором конце трубопровода 37 установлена распылительная головка 39 для подачи множества струй водного раствора озона.
Распылительная головка показана на фиг.4-10 и предназначена и сконструирована для создания серии струй, предпочтительно расходящихся веером с взаимным перекрытием. Несмотря на то, что система распыления выглядит простой, она обладает рядом важных признаков.
Когда высококонцентрированный раствор озона пропускают через отверстие, возникает перепад давлений, который приводит к высвобождению из раствора в атмосферу газообразного озона, растворенного в потоке (из-за давления насыщенного пара озона). Чем выше перепад давления, тем больше газа выходит в атмосферу. Предельно допустимая концентрация озона в атмосфере составляет 0,1 части на миллион, что очень мало. Поэтому пришлось разработать распылительную головку, в которой используются отверстия 41 сопла (см. фиг.7 и 10), достаточно небольшие, чтобы использовать малое количество раствора (что позволило сократить размеры всего устройства), и в то же время имеющие достаточно большой диаметр, чтобы предотвратить слишком большой перепад давлений, при котором из раствора высвобождается слишком много газообразного озона. Давление, под которым раствор озона подается на головку, также является важным фактором, и испытания показали, что наиболее подходящим уровнем является приблизительно 70 мбар. При более высоком давлении в атмосферу высвобождается больше газообразного озона, и струи становятся слишком сильными, вызывая болевые ощущения в ране.
Когда раствор выходит из распылительной головки 39, падение давления вызывает высвобождение из раствора газообразного озона. Перекрывающееся расположение струй, показанное на фиг.4 и 5, минимизирует удельную площадь внешних кромок конуса распыления, тем самым уменьшая количество газообразного озона, высвобождающегося из раствора. Озон в воздухе быстро разлагается, и, следовательно, уменьшенное отношение площади поверхности к объему чрезвычайно важно для предотвращения разложения раствора озона, когда он движется от распылительной головки к поверхности раны. Струи работают при очень низком давлении, чтобы минимизировать количество газообразного озона, выделяющегося из раствора, и для предотвращения попадания микроорганизмов в ложе раны. Распылительная головка расположена внутри кожуха (далее именуемого «конус головки») 40, имеющего форму, соответствующую форме конуса струй, создаваемых распылительной головкой. Длина конуса головки зависит от давления струй, но предпочтительно составляет 125 мм. Внутри конуса головки вентилятор 32, соединенный с трубопроводом 31, поддерживает отрицательное давление относительно атмосферы. Любой газообразный озон, высвободившийся из раствора во время распыления, затягивается обратно через внешний трубопровод 38 в трубопровод и затем проходит через вторичное устройство 32а разрушения озона, где он разлагается на кислород.
При использовании конус 40 головки размещают над очищаемой/подвергаемой лечению раной. Расстояние от поверхности раны до края конуса зависит от давления струй, но предпочтительно составляет 10 мм.
Пациент, рану которого нужно дезинфицировать/пролечить, может быть лежачим или ходячим. Сборный лоток 43, который более подробно будет описан ниже, помещают под конечность пациента, на которой расположена рана. Сборный лоток содержит шарнирный опорный механизм (не показан), который принимает на себя вес конечности пациента во время процедуры. Опорный механизм может быть жестким или гибким, но предпочтительно содержит съемную выпуклую или вогнутую обитую опору, расположенную на вилочном шарнире для облегчения горизонтального поворота. Он, в свою очередь, расположен на стержне, прикрепленном к сборному устройству шарниром 47, который позволяет стержню перемещаться по дуге в вертикальной плоскости. Предпочтительно этот шарнир является штифтовым соединением. Сборный лоток имеет съемную вставку 48, в которой выполнены отверстия 49 для стока использованного раствора в основание лотка. Вставка 48 предпочтительно имеет V-образную форму с множеством отверстий 49, сквозь которые может протекать раствор, но которые удерживают любые крупные куски биологического материала, смытые с раны в процессе дезинфекции. Сборный лоток имеет боковые фланцы 50, на которые монтируется система распылительной головки.
Основание сборного лотка 43 содержит множество отверстий 51, сквозь которые использованный раствор стекает из лотка. Насос 52 создает отрицательное давление в сосуде 53, который соединен с лотком (см. фиг.1), в результате чего жидкость из сборного лотка засасывается в сосуд 53. Газ, удаленный из сосуда 53 насосом 52, направляется в трубопровод 31, где он проходит через вторичный катализатор 32а, в котором разлагается любой остаточный газообразный озон, высвободившийся из использованного раствора.
Раствор подается на рану в течение времени, определенного оператором и запрограммированного в ПЛК в начале процедуры. Когда требуемый период времени закончится, ПЛК закрывает клапан 35 и продолжает держать включенными вентилятор 32 и насос 52 в течение определенного периода времени для очистки сборного лотка от раствора. В течение этого периода клапан 60 открыт и раствор из контактора закачивается в сосуд 53 до тех пор, пока не сработает датчик уровня 61 в контакторе. Насос 34 отключается, и клапан 60 закрывается. После истечения этого периода насос 52 и вентилятор 32 выключаются.
Входные и выходные отверстия сосудов оснащены быстроразъемными муфтами для облегчения соединения и отсоединения. В конце процедуры сосуд 53 отсоединяют и воду, содержащуюся в нем, выливают в канализацию.
На фиг.3 показана альтернативная конструкция, где сосуд 53 отсутствует и содержимое сборного лотка закачивается насосом непосредственно в канализацию. Избыток раствора, остающийся в контакторе, выкачивают не в сосуд 53, а непосредственно в канализацию. Этот раствор может пропускаться через угольный фильтр 65 с линии сливной трубы для разложения любого остаточного озона.
Описана система, работающая на водопроводной воде, взятой из домашнего или коммерческого источника. Настоящее изобретение не исключает применение фильтрованной или кондиционированной воды. Такой источник будет иметь эффект ускорения процесса озонирования, но он не является предпочтительным источником из-за снижения портативности имеющихся систем фильтрования.
Способность захватывать и уничтожать максимально возможное количество газообразного озона, выделившегося из водного раствора озона, является основополагающим фактором успеха любого устройства. Нижеописанное устройство направлено на достижение этой цели.
На фиг.7 показано сопло и окружающий кожух для подачи озонированной воды на рану пациента или на другую поверхность. На фиг.11-15 показан сборный лоток, поддерживающий часть конечности или тела пациента, которая подвергается процедуре, и улавливающий озонированную воду, стекающую с обрабатываемого участка тела.
Водный раствор озона получают путем растворения газообразного озона в жидкости. Давление насыщенного пара озона превышает 760 мм ртутного столба при 25°С, а это значит, что озон активно диффундирует из жидкости в атмосферу. Предельно допустимая концентрация озона в атмосфере составляет 0,1 части на миллион, и поэтому возникает проблема, когда высококонцентрированный водный раствор озона попадает в атмосферу (озон легко выделяется из раствора и его концентрация в атмосфере поднимается выше предела в 0,1 части на миллион).
Скорость, с которой газообразный озон выделяется из жидкости, зависит от температуры и давления. Чем выше температура и чем ниже давление, тем больше озона выходит из раствора.
Водный раствор озона получают при атмосферном давлении. Затем его помещают в условия повышенного давления, когда он прокачивается на распылительную головку. Когда раствор находится под давлением (т.е. в трубке, идущей от насоса к распылительной головке) озон из раствора не выделяется, поскольку он находится под повышенным давлением. Когда он достигает распылительной головки, он внезапно попадает в нормальные атмосферные условия (т.е. происходит падение давления), поэтому часть озона, содержащегося в потоке жидкости, выделяется в атмосферу. На отверстии (отверстиях) распылительной головки возникает перепад давлений. Величина этого перепада определяет количество озона, которое выделится из жидкости, когда жидкость выходит из распылительной головки. Выделение газообразного озона приводит к двум последствиям: во-первых, как уже пояснялось, озон токсичен, и его концентрация в атмосфере поднимается выше предельно допустимой. Во-вторых, концентрация озона в водном растворе падает. Целью описываемой системы является подача высококонцентрированного водного раствора озона на рану, поэтому величину падения концентрации из-за высвобождения газообразного озона следует минимизировать.
Были проведены эксперименты с использованием распылительных головок с отверстиями разного размера в сочетании с разным давлением насоса. Было обнаружено, что отверстие диаметром 0,5 мм является наиболее эффективным размером в сочетании с давлением жидкости 70 мбар. Отверстия диаметром 0,2 мм давали слишком большой перепад давления, высвобождая существенное количество газообразного озона, понижая концентрацию раствора с 20 частей на миллион до 12 частей на миллион. Отверстия диаметром 0,75 мм пропускали через головку слишком много жидкости, что приводило к размачиванию раны, которое препятствует заживлению, а не способствует ему.
Отверстия диаметром 0,5 мм позволяют некоторому количеству газообразного озона высвободиться из раствора из-за изменения давления. Концентрация падает с 20 частей на миллион до 17 частей на миллион. Газообразный озон, выходящий в атмосферу, необходимо куда-то девать, в ином случае со временем из-за кумулятивного эффекта концентрация озона превысит предельно допустимые 0,1 части на миллион. Для этого распылительная головка окружена вытяжной системой 38, 40 так, что газообразный озон, высвобождающийся при выходе раствора из распылительной головки, немедленно возвращается обратно в машину потоком вытягиваемого воздуха.
Применение вытяжной системы определяет конструкцию и форму пучка струй, выходящих из распылительной головки. Применение вытяжной системы означает, что газообразный озон непрерывно срывается с поверхности жидкости, летящей в воздухе от распылительной головки к ране.
Количество удаляемого газообразного озона может ограничиваться уменьшением отношения площади к объему в конусе распыления. Оптимальной конфигурацией пучка струй является такая, где очень небольшая площадь поверхности открыта потоку вытяжного воздуха, и в то же время которая создает большую площадь соударения с поверхностью. Распылительная головка создает множество смыкающихся струй (см. фиг.4 и 5), которые дают эффект двойного веера. Эта конфигурация может быть наиболее оптимальной для формы распыления, но может и не быть ею.
Вытяжной «кожух» 40 выполнен одноразовым (т.е. его можно быстро заменять, устанавливая для каждого пациента свой кожух).
Как описано выше, газообразный озон активно диффундирует из водного раствора. Когда водный раствор озона распыляют на рану или другую органическую поверхность, большая часть озона расщепляется на этой поверхности. Однако отработанная стекающая жидкость все еще содержит озон, который, как описано ранее, активно попадает в атмосферу. Сборный лоток основан на двух основных «концепциях», которые позволяют ему функционировать.
Первый из них относится к сборному лотку 43, который имеет жесткую пластиковую вставку 48, изогнутую так, чтобы иметь перевернутую V-образную форму. На вершине угла выполнено множество отверстий 49 (например, через каждые 4 см). Вставка позволяет водному раствору озона стекать через отверстия, но захватывает любой высвободившийся газ в зазоре под вставкой, препятствуя его выходу в атмосферу.
Вторая концепция сборного лотка относится к устройству каталитического расщепления. Пара шестидюймовых вентиляторов 70 установлена горизонтально над областью 71 сбора отработанной жидкости. Под каждым вентилятором 70 находится платформа 72 из гранул рутения или другого каталитического материала, через который вентиляторы протягивают воздух.
Как показано на фиг.11, вентиляторы засасывают воздух (а следовательно, и любой атмосферный озон, поскольку озон тяжелее воздуха) сквозь отверстия в V-образной вставке. Воздух проходит над водным раствором озона, захватывая газообразный озон, который может выделяться из раствора. Эта смесь озона с воздухом протягивается через катализатор, который преобразует ее в кислород. Кислород выпускается в атмосферу.
Таким образом, в системе используется несколько систем по предшествующему уровню техники (генератор озона, концентратор кислорода, дифференциальный инжектор), которые скомбинированы так, чтобы получить портативное и высокомобильное устройство, которое способно создавать водный раствор озона с очень высокой концентрацией (более 20 частей на миллион).
Предшествующие системы дезинфекции на основе водного раствора озона строились на больших, менее портативных системах или на мобильных системах, которые могли производить водный раствор озона низкой концентрации (5 частей на миллион). Концепция использования озона на ранах не нова, однако, теории, разработанные на основе исследований, проведенных изобретателями, и их понимания биологических систем, и их режимы взаимодействия с водным раствором озона являются новыми. Разработка эффективной системы использования водного раствора озона высокой концентрации на человеке или животном, не подвергая его опасности воздействия газообразного озона, является новой и обладает признаками изобретения. Настоящее изобретение включает систему подачи водного раствора озона, которая подает раствор высокой концентрации на поверхность раны, одновременно сводя к минимуму количество газообразного озона, выделяющегося из этого раствора. Конфигурация струй, требования к давлению и конструкция кожуха распылительной головки обладают новизной в отношении минимизации выхода газообразного озона. Применение вытяжной системы для удаления газообразного озона из области раны обладает новизной, как и конструкция, которая включает трубопровод подачи газообразного озона и вытяжку газообразного озона через систему одной трубы.
Сборный лоток также имеет другие важные конструктивные признаки. Перфорированная вставка лотка позволяет водному раствору озона стекать в нижнюю часть лотка. Газообразный озон тяжелее воздуха, и, следовательно, он остается в нижней части лотка. Вставка 48 запирает газообразный озон в нижней части лотка, не пропуская его к пациенту. Отработанный раствор из лотка удаляется системой перистальтического насоса и вентилятора, которая тем самым удаляет газообразный озон и отработанный раствор. Конструкция выполнена так, что газообразный озон из всех источников вытягивается обратно в единый трубопровод на входе в главный вентилятор системы, который направляет газ на каталитическое устройство уничтожения. Конструкция системы является новой и обладает признаками изобретения в том, что для окончательного разложения газа, приходящего из трех разных источников, используется единый катализатор. Далее подвергшийся каталитической реакции газ направляется на поверхность генератора озона (который предпочтительно имеет воздушное, а не водяное охлаждение), откуда выбрасывается в атмосферу.
Основное устройство каталитического разрушения обладает новизной и признаками изобретения. Устройства каталитического разрушения предназначены для работы с источниками сухого газа, поскольку вода портит катализатор. Конструкция настоящей системы такова, что позволяет катализатору расщеплять влажный газообразный озон без повреждения катализатора.
Устройство позволяет пользователю определять концентрацию раствора, который должен подаваться на поверхность (предпочтительно в диапазоне от 1 до 21 частей на миллион). Пользователь имеет возможность выбрать необходимую концентрацию водного раствора озона в начале цикла. Пользователь также имеет возможность выбирать длительность подачи раствора на поверхность.
Реферат
Устройство содержит контактор для накопления концентрированной озонированной воды и средство для подачи озонированной воды из резервуара на сопло, создающее одну или более струй для подачи брызг озонированной воды на обрабатываемую поверхность. Сопло имеет окружающий его кожух и средство для удаления газообразного озона, высвободившегося у сопла, из области вокруг сопла. Имеется сборный лоток, который расположен под обрабатываемой поверхностью для приема озонированной воды из обрабатываемого региона, где остаточный озон расщепляется. Изобретение позволяет проводить быструю дезинфекцию поверхности. 28 з.п. ф-лы, 15 ил.
