Введение к работе
Актуальность работы. Сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место среди причин смерти. Современная кардиология все настойчивее ставит вопрос о расширении применения технических средств и устройств частично или полностью, временно или постоянно замещающих насосную функцию пораженного сердца В последние десятилетия параллельно с трансплантацией бурно развивается одно из новых направлений в технике и медицине - создание искусственных органов.
В решении этой проблемы можно выделить два основных направления: (1) постоянная замена естественного органа протезом, полностью заменяющим насосную функцию сердца и способного длительные годы поддерживать кровообращение - искусственное сердце; (2) временная замена функции на период лечения сердца до восстановления его функциональной способности К последнему направлению относятся методы временной помощи сердцу и замены его нагнетательной функции механическими устройствами, объединенными понятием «вспомогательное кровообращение» (ВК).
Вспомогательное кровообращение основано на лечении сердечной недостаточности с помощью механических устройств, подключаемых к сердечно-сосудистой системе и функционирующих параллельно с естественным сердцем После восстановления адекватной сократительной способности миокарда ВК прекращается Чаще всего ВК показано, если изменения в миокарде носят хотя и тяжелый, но временный и совместимый с жизнью характер, например, кардиогенный шок, острая сердечная недостаточность, нестабильная стенокардия, ушибы сердца и др.; поддержание адекватной гемодинамики у больных перед пересадкой сердца.
В последние годы в мире наблюдается тенденция увеличения количества операций по ишшаніации механических аппаратов, поддерживающих сердечную деятельность, так как пересадка донорского органа связана со многими неразрешимыми биолої ическими и социальными проблемами и не может обеспечить всех нуждающихся Сегодня полностью удовлетворить потребность в донорских сердцах не удается (в России сейчас наблюдается до 5 тыс поіенциальньїх пациентов для подключения системы вспомогательного кровообращения), поэтому чрезвычайно актуальной является задача по созданию автономных имплантируемых систем вспомогательного кровообращения (ИСВК) и искусственного сердца.
Цель работы. Создание методов проектирования моноблочных меха-тронных модулей поступательного перемещения как исполнительных устройств имплантируемой системы вспомогательного кровообращения
РОС ИАЦИОНМИЛА* ВМБЛИОТЕКА
Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:
1 Разработать математическую модель динамики моноблочного меха-тронного модуля (МТМ) в составе имплантируемой системы вспомогательного кровообращения, замещающей насосную функцию естественного сердца.
-
Провести анализ динамики моноблочного мехатронного модуля в составе ИСВК. На основе проведенного анализа сформулировать силовые и энергетические требования к модулю ИСВК
-
.Определить законы управления мехатронным модулем, обеспечиваю- *f щие требуемую динамику сердечного выброса Разработать алгоритмы цифрового управления в соответствии с полученными законами
4 Исследовать температурные режимы в длительно работающей ИСВК, \
разработать методику синтеза модулеЗ с минимальным тепловыделением.
5. Разработать инженерную методику проектирования модуля ИСВК, удовлетворяющего условиям имплантации и длительно замещающего насосную функцию естественного сердца, включающую методики синтеза по минимуму потребляемой мощности, синтезі законов управления и синтеза схемы исполнительного механизма.
6 Провести экспериментальные исследования с целью проверки адекватности предложенных моделей и удовлетворения медико-техническим требованиям, предъявляемым к приводам ИСВК,
Научную новизну работы составляют:
математическая модель динамики мехатр«нного моноблочного привода в составе ИСВК и ее динамические характеристики;
законы управления мехатронным приводом, ібеспечивающие требуемую динамику сердечного выброса;
методика синтеза привода ИСВК, включающая методики синтеза по ми- 1 нимуму потребляемой мощности, синтеза законів управления и синтеза
схемы исполнительного механизма.
Ч Практическая ценность работы заключается в следующем
полученные аналитические и численные зависимости позволяют проводить синтез мехатронных моноблочных приводов портативных систем управления;
разработанные методики проектирования позволяют создавать имплантируемые системы вспомогательного кровообращенш в соответствии с медико-техническими требованиями
Реализация результатов. Полученные результаты использовались при разработке ряда электромеханических приводов и мехатронных модулей по заказу НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ (НИИТиИО, г. Москва)' приводов искусственного сердца, имплантируемой системы вспомогательного кровообращения, искусственных желудочков сердца.
Результаты работ использованы при выполнении 2 хоздоговорных НИР
с НИИТиИО {№№ 2505/01 2838/03) и 2 госбюджетных НИР: ГБ-282 по науч
но-технической программе Минобразования РФ «Научные исследования
высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпро
грамма 204 «Технологии живых систем»), Г-262 по гранту Минобразования
$ РФ по фундаментальным исследованиям в области естественных наук (раздел
6 «Биология»).
Апробация р'аботы. Основные положения диссертационной работы
г докладывались и обсуждались на Международной научно-технической кон-
ференции «БИОМЕДПРИБОР-2000» (Москва, 2000 г.); 11 Международной
электронной научно-технической конференции «Автоматизация и информа
тизация в машиностроении» (Тула, 2001 г.); Третьей международной моло
дежной школе-семинаре БИКАМП-01 (С.-Петербург, 2001г.);
IV Международной научно-технической конференции «Производственные
технологии и качество продукции» (Владимир, 2001 г.); 3-й Российской науч
но-технической конференции «Медико-технические технологии на страже
здоровья» (Москва, 2001 г.); 1 и 11 Международной научно-технической кон
ференции «Актуальные проблемы машиностроения» (Владимир, 2001,
2002 гг.), V Международной научно-технической конференции «Физика и
радиоэлектроника в медицине и экологии» (Владимир, 2002 г.); XXIX Кон
грессе ESAO (Европейского Общества Искусственных Органов) (Вена, Авст
рия, 2002 г.). 2-й Европейской конференции по мелико-биологической техни
ке ЕМВЕС'02 (Вена, Австрия, 2002 г.): XII Международной конференции по
п вычислительной механике и^ современным прикладным программным систе-
мам (Владимир, 30 июня - 5 июля 2003 г ).
Публикации. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано
I 11 работ и 3 работы находятся в печати
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,. пяти глав, выводов и приложения Общий объем 123 страниц., включая 46 рисунков и графиков на 36 страницах, 28 таблиц Библиографический список содержит 93 наименования Приложение содержит акт внедрения результатов работы на I странице
