МУЗ Горбольница «Свободный сокол», г. Липецк; ГОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»
Резюме. Представлен новый проект ультразвуковой ванны для отмывки гидрофильных прокладок после сеансов электрофореза. При разработке использованы как стандартные элементные базы, так и собственные решения поставленных задач.
Ключевые слова: Ультразвуковая отмывка, мягкий инвентарь, физиотерапия, медицинская техника.
Актуальность. Сегодня повсеместно для лечения больных используется введение в организм лекарственных веществ с помощью постоянного электрического тока, что называется лекарственным электрофорезом. Под действием гальванического тока в тканях, расположенных между электродами, усиливает крово- и лимфообразование, стимулируется обменные процессы, проявляется болеутоляющее действие. Процедура электрофореза подразумевает использование тканевых гидрофильных прокладок, которые помещают непосредственно между кожей пациента и электродами и пропитывают лекарственными веществами. По окончанию процедуры многоразовые прокладки нуждаются в промывке. Традиционно отмывка происходит в течение нескольких часов под проточной водой с дальнейшим кипячением и просушкой. Эта методика давно устарела, неэкономична (водные ресурсы), а эффективность подобной промывки вызывает серьезные сомнения. В последние годы в медицине, да и в быту получил широкое распространение метод ультразвуковой отмывки (стирки) разного рода материалов. Но в физиотерапии данная методика не используется. Особую важность представляет отмывка прокладок от ионов свинца (материал электродов), токсичное действие которого известно.
Эффект воздействия ультразвука базируется на явлении ультразвуковой кавитации: возникновение в жидкости, облучаемой ультразвуком, пульсирующих и захлопывающихся пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Кавитационные пузырьки в распространяющейся в жидкости ультразвуковой волне возникают и расширяются во время полупериодов разрежения и сжимаются после перехода в область повышенного давления. В неоднородном поле пузырьки не только пульсируют, но и движутся поступательно. Повышение интенсивности ультразвука приводит к нестабильной кавитации: пузырьки довольно быстро (за несколько периодов) достигают резонансного размера, стремительно расширяются, после чего резко захлопываются, порождая в жидкости мощные импульсы давления и ударные волны. Кавитация в жидкости сопровождается ускорением одних химических реакций и инициированием других, интенсивными микропотоками и ударными волнами, способными перемешивать слои жидкости и воздействовать на поверхности гранича­щих с кавитирующей жидкостью твердых тел. Частота ультразвука в промышленных моющих установках обычно лежит в диапазоне 20…800 кГц, а его удельная мощность – не менее 1 Вт/см3.
При стирке тканей доводить процесс до кавитации не обязательно, чтобы не разрушить волокна ткани. Но даже в результате докавитационной пульсации воздушных микропузырьков эффективность стирки повышается, поскольку моющая жидкость «работает» не только на поверхности ткани, но и в капиллярных каналах внутри нее.
В легкой промышленности используются устройства для стирки с использованием низкочастотной кавитации в моечной жидкости (типа «Ретона», «Ультратон МС 2000 и др.). Встроенный вибрационный элемент может быть электромагнитного типа, либо может быть выполнен в виде пьезокерамической пластины. В данных устройствах исключено обтекание моечной жидкостью вибрационного элемента. Недостатком является сложность конструкции и невысокая эффективность стирки. Несколько мощнее ультразвуковое устройство для стирки с пьезоэлектрическим элементом в виде тел вращения. Невозможно применение подобных устройств в медицинских целях из-за возникающей необходимости дополнительных стандартных резервуаров для моющих растворов. Данные емкости будут нуждаться в унифицированной санитарной обработке. Кроме того, не зная характеристик емкости невозможно гарантировать эффективность отмывки и рекомендовать определенный объем загрузки мягкого инвентаря.
Существуют и установки для ультразвуковой очистки, содержащие технологическую ванну, но поскольку плоскости излучателей преобразователей жестко соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны, то одновременно вдоль дна ванны от обоих преобразователей распространяется паразитная изгибная звуковая волна, постепенно затухающая. Недостатками является контакт с загрязненной жидкостью при извлечении инвентаря, низкая степень защиты от облучения, а мощная кавитация, возникающая при данном способе генерации ультразвука способна разрушить мягкую ткань прокладок.
Целью нашего проекта являлось создание специализированной ультразвуковой ванны для очистки гидрофильных прокладок. Причем, очистка гидрофильных прокладок должна быть качественной (вымывать и ионы свинца); устройство должно быть малогабаритным, работа с прибором – безопасной (исключить контакт рук персонала с загрязненной водой, воздействие паразитных рассеивающихся ультразвуковых волн). Не менее важна относительно невысокая себестоимость изготовления ванны.
Материал и методы исследования. Предварительно опытным путем было доказано преимущество ультразвуковой отмывки над традиционной методикой. Так, было взято 10 использованных после физиопроцедур тканевых прокладок. 5 из них отмывали 1 час ультразвуком, другие 5 штук - 6 часов проточной водой с последующим анализом промывных вод на предмет содержания свинца. Анализ проводили официально на базе лаборатории СЭС г. Липецка. В воде после ультразвуковой отмывки содержание свинца было более, чем в 4 раза больше.
Полученные результаты и их обсуждение. Следующим этапом была разработка собственно ванны. Размер ванны 250? 200? 200 мм , рекомендуемый объем воды 7,5 литра. Возможно добавление моющих средств.|Читать

Данное устройство (рис.1) содержит технологическую пластиковую ванну (из ударопрочного, химически стойкого, нетоксичного полистирола белого цвета) 2, ванна накрывается крышкой 1 для защиты обслуживающего персонала от негативного воздействия ультразвуком, а так же для сохранения тепла “отмывочной” жидкости. По бокам ванны выполнены пазы, в которые вставляются ручки пластикового поддона 3. Данный поддон используется для выемки гидрофильных прокладок после “отмывки” и позволяет персоналу медицинского учреждения не соприкасаться с жидкостью и самими прокладками.
На дне ванны устанавливается и закрепляется пьезокерамический излучатель (высокоомный, с напряжение порядка 1000 В) 6, пьезоизлучатель покрыт эластичным герметиком 4(“Виксид”, “Силикон” и др. или эпоксидная смола с добавлением дибутилфтолата), что исключает возможность свободного обтекания моечной жидкостью вибрационного элемента. Герметик является эластичным для обеспечения передачи колебаний от пьезоэлемента моечной среде и для сохранения целостности и герметичности устройства.
Основной элемент данного устройства – генератор импульсов с полумостовым выходом на микросхеме IR53HD420. К выходу микросхемы через разделительный конденсатор С6 подключена первичная обмотка трансформатора Т1. Его вторичная обмотка нагружена пьезокерамическим излучателем ультразвука BQ1. Максимальное напряжение питания транзисторного полумоста – 500 В; сопротивление каналов сток – исток полевых транзисторов в открытом состоянии - 3 Ом; максимальный средний ток стока этих транзисторов при температуре корпуса 85 °С - 0,5 А; максимальная частота коммутации – 1 Мгц; максимальная рассеиваемая мощность - 2 Вт; время восстановления обратного сопротивления диода – 50 нс.
После сбора ультразвуковой ванны, необходимо:
- предварительно проверить целостность проводов, изоляцию, целостность моечной ванны;
- произвести очистку ванны дезинфицирующим раствором;
- наполнить ванну моечной жидкостью, в данном случае горячей водой;
- поместить гидрофильные прокладки (5-6 шт.) в емкость с водой;
- подсоединить устройство к сети и убедится, что оно работает (светодиод должен загореться через 1-3 секунды после подсоединения к сети);
- процесс промывки занимает в среднем 2 часа;
- после очистки устройство отключить от сети и только после этого вынимать прокладки, прокладки промыть проточной водой, воду из ванны вылить.
Произведен расчет ориентировочной себестоимости данного прибора (с учетом входящих радиоэлементов, расходных материалов, заработной платы одного специалиста, затраченной электроэнергии, амортизации оборудования, аренды помещения), она составила около 1760 руб. (цены 2008 года). Для сравнения – отечественные стиральные приборы без ванночки имеют стоимость от 1350 руб., а импортные аналоги (Becosonic, DSA 150 и др.имеют стоимость от 3500 руб) .
Выводы. Предложенная модель актуальна, поскольку в лечебно-профилактических учреждениях процедура электрофореза проводится в больших объемах и необходима качественная, быстрая и дешевая очистка гидрофильных прокладок. Принцип построения устройства соответствует современному техническому уровню. Для этого использована доступная элементная база, обеспечивающая низкую себестоимость. Учитывая характеристики устройства, его можно безопасно разместить в кабинете физиотерапии или в любом другом кабинете медицинского учреждения.
Литература:
1. Боголюбов, В.М. Общая физиотерапия / В.М. Боголюбов, Г.Н. Пономаренко. - М. : Медицина, 1999. - 432 с.
2. Акопян, В.Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами / В.Б. Акопян, Ю.А. Ершов. - М. : Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2005. - 227 с.
3. Сагателян, Г.Р. Технология изготовления пьезоэлектрических преобразователей для аппаратов ультразвуковой терапии, диагностики и хирургии : учеб. пособие / Г.Р. Сагателян. - М. : МГТУ, 1993. - 63 с.
4. Улащик, В.С. Электрофорез лекарственных веществ : прошлое, основные достижения и перспективы развития (историко-аналитический обзор)/ В.С. Улащик // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. - 1993: - 2. - С. 68 - 73.
5. Косенко, С. Устройство и ремонт ультразвуковой стиральной машины "Ультратон МС- 2000" / С. Косенко // Радио. - 2007. – №1. - С.52 – 53.
6. Пат. 2047676 Российская Федерация, МПК6 D 06 F 7/04. Устройство для
стирки / Лотоцкий А.Е. ;заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Скорпион". - 93041844/12 ; заявл. 23.08.1993 ; опубл. 10.11.1995, Бюл. N2 12.-6с.
7. Пат. 2175274 Российская Федерация, МПК7 В 08 В 3/12. Установка ультразвуковой очистки / Б.А. Кандалинцев, А.Е. Шестаковских, Д.М. Селедков ; заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Завод РЭЛТЕК". - N2 2001100389/12 ; заявл. 05.01.2001 ; опубл. 27.10.2001, Бюл. №7. – 6с.
8. Пат. 1200780 Российская Федерация, МПК7 D О6 F 7/04. Ультразвуковое устройство для стирки / В.К. Доля, А.К. Круглов, А.Е. Панич ; заявитель и патентообладатель научно конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета. - №2002105460/12 ; заявл. 28.02.2002, Бюл. №23. -6с.
|Читать

Импульсный блок питания я решил сделать потамучто он на первый взгляд гораздо дешевле сетевого трансформатора, конечно если речь идёт о мощности более 150вт, хотя с такими темпами роста цен на Чип Диповские торы сейчас уже и вместо ТТП60 выгоднее использовать ИБП Во вторых вес получается значительно меньше, в третьих ИБП может работать при повышенном напряжении сети без каких либо отрицательных последствий, естественно в разумных пределах, всё ограничено Vds полевиков и напряжением основных фильтрующих кондёров. А вот сетевые трансы при повышении напряжения в сети начинают сильно гудеть и гретья. Также из за очень низкого сопротивления вторичной обмотки, выходное сопротивление ИБП меньше чем у простых блоков питания. Главный недостаток ИБП это ВЧ помехи. Надо принимать меры чтоб их как можно сильнее подавить. Ещё в момент подачи питания он потребляет очень большой пиковый ток, поэтому на больших мощностях надо применять специальные системы софт старта и мягкой зарядки фильтрующих конденсаторов и конденсаторов делителя. В моём случае киловатты не требуются поэтому я обошёлся просто последовательной цепочкой из резистора и термистора. Некоторые могут подумать что из за этой цепочки будет проседать выходное напряжение, но всё не так страшно. Предположим если начальное сопротивление её 10ом то при токе 2А (это 440вт) на ней просядет 20в тоесть это менее 10%. Надёжность и ЭМИ блока питания в первую очередь зависят от разводки платы, она перетерпела доработок и изменений не меньше чем для TDA8924. Я считаю что сейчас самый оптимальный вариант, по крайней мере на 1 слое лучше не сделать. Очень не рекомендую что либо менять на плате в высоковольтной части и части управления.
Сначала идут резисторы для плавной зарядки конденсаторов делителя, потом сетевой фильтр. У меня стоит дроссель PLA на 1А, на плату можно установить также дроссель из компьютерного блока питания. Далее плоский низкочастотный диодный мост GBU, они бывают на токи до 25А. Чтобы поставить более распространённый KBU плату надо слегка изменить (отодвинуть конденсаторы делителя от радиатора). Затем стоит делитель. Переусердствовать с этими ёмкостями не стоит, слишком много ставить нельзя тк при каждом включении есть вероятность сжигать предохранитель, а если повезёт то и автомат защиты в щитке ) Оптимально 150-330мк 200в. После организовано питание микросхемы от средней точки делителя, это позволяет снизить суммарное тепловыделение схемы на резисторах примерно на 1вт. Схема включения 2153 стандартная из даташита. Чтобы выбрать P1 для нужной частоты читайте даташит на мс. Полевые транзисторы IRFI840GLC это лучшее что может быть для этой схемы от IR. С другими фирмами сталкиваться не приходилось. Если хотите сэкономить то можно поставить IRFIBC30G они чуть послабее но даже их хватит для мощности около 300вт, больше 400вт я бы не стал снимать с такого ИБП. Какие либо другие полевики ставить не рекомендую. Иначе придётся уменьшать R2, R3 и это приведёт к увеличению тепловыделения на них. Напряжение на мс во время работы должно быть не менее 10в! Оптимально 11-14. Цепочка L1 C13 R8 слегка облегчает режим работы полевиков, в принципе её можно просто закоротить, сильно хуже не станет, а ЭМИ даже слегка уменьшатся. Снаббер R7 C12 тоже не обязателен но желателен, для подавления вч грязи.
Выходные дроссели я мотал на ферритовых гантельках проницаемостью 600НН. Индуктивность их около 10мкг, намотано 2 слоя провода около 1мм. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Основные конденсаторы выходного фильтра Jamicon WL. Если нет возможности поставить Low ESR то параллельно конденсаторам стандартного типа нужно добавить керамику 0.1-0.22мк. Но Low ESR в этом месте крайне желательны, ток пульсаций у 4700мк/35в Jamicon WL больше чем у стандартного 22000/35в!
Подробно расписывать про расчёт и намотку трансформатора не буду, тк в интернете на эту тему очень много написано. Я считаю в программе Transformer 2. Результат похож на правду. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Очень не рекомендую использовать наши кольца из за сильного разброса параметров и больших потерь. После того как я попробовал кольца Epcos про наши просто забыл. Они дороже в 3-5 раз но они того стоят! Плата составлялась под кольцо 30х19х20. Во время проверки ИБП надо быть осторожным. НЕЛЬЗЯ тыкать землёй осциллографа на выход (точку соединения D-S полевиков). Первый раз можно последовательно блоку питания включить лампу 220в 25-40вт, но сильно нагружать в этом случае его нельзя только ватт на 3-5 макс. |Читать