Введение к работе
Актуальность работы.
В России на 1 млн. жителей приходится более 500 человек, страдающих почечной недостаточностью. Помимо операции по пересадке почки, единственным способом поддержания их жизнедеятельности является регулярное использование систем диализного очищения крови. На данный момент в гемодиализных центрах, отделениях клиник и больниц России эксплуатируются около 3000 гемодиализных аппаратов (ГДА), из них 99 % зарубежного производства, половина которых являются технически устаревшими. Потребность российского здравоохранения в современных гемодиализных аппаратах удовлетворена сегодня не более чем на 20 %.
ГДА является сложной технической системой, которой необходимо собирать, анализировать и визуализировать физиологические параметры пациента (давление, гематокрит, объём жидкости в организме и др.), параметры процедуры диализного очищения крови (артериальное, венозное, трансмембранное и системное давления, расходы крови, диализирующего раствора, гепарина и замещающей жидкости, состав и температуру диализата и пр.), а также поддерживать и контролировать программный диализ.
Качество и продолжительность жизни пациентов с почечной недостаточностью зависит, прежде всего, от эффективности диализного лечения, которая обусловлена двумя факторами: контроль технических характеристик диализного очищения крови и подбор оптимальной схемы лечения. В связи с этим, актуальной является проблема разработки программно-аппаратного комплекса для контроля и оптимизации диализного очищения крови.
Цель работы - проектирование и создание программно-аппаратного комплекса для анализа технических характеристик и повышения эффективности функционирования систем диализного очищения крови.
Основные задачи.
Разработка модели биотехнической системы диализного очищения крови для анализа и совершенствования функционирования гемодиализных аппаратов.
Разработка метода и алгоритма оптимизации процессов диализного очищения крови.
Разработка проблемно-ориентированного программно-аппаратного комплекса для анализа технических характеристик и повышения эффективности функционирования систем диализного очищения крови.
Разработка специализированного модуля, методов и алгоритмов для обучения медицинского персонала работе с системой диализного очищения крови Ренарт 200.
Научная новизна.
1. Разработана новая математическая модель биотехнической системы диализного очищения крови для анализа и оптимизации управления процессами гемодиализа, гемофильтрации и гемодиафильтрации.
Разработаны методы и алгоритмы оптимизации процессов диализного очищения крови.
Разработан программно-аппаратный комплекс для анализа технических характеристик и оценки эффективности, качества и надёжности систем диализного очищения крови.
Разработаны методы и алгоритмы усовершенствования методики и процесса обучения медицинского персонала эксплуатации гемо диализного аппарата Ренарт 200.
Практическая значимость работы.
Разработан программно-аппаратный комплекс для анализа технических характеристик и повышения эффективности функционирования систем диализного очищения крови.
Разработана методика идентификации эффективности функционирования систем диализного очищения крови.
Разработан программный модуль для обучения персонала работе с Г ДА Ренарт 200.
Достоверность результатов обуславливается использованием типовых способов и поверенных приборов для регистрации физических величин, подтверждается положительными результатами лабораторных испытаний, а также соответствием общепринятым теоретическим и экспериментальным фактам, согласием эксперимента с теорией.
Внедрение результатов.
1. Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих проектов кафедры биомедицинских систем МИЭТ:
- ОКР в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме «Разработка технологий управления процессами бикарбонатного гемодиализа, гемодиафильтрации и выпуск опытных образцов интеллектуального гемодиализного аппарата для систем жизнеобеспечения человека» (2008-2010 г.г., руководитель: д.ф.-м.н., профессор СВ. Селищев).
-НИР в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Разработка математической модели конвективного массопереноса в гемодиализных аппаратах» (2009-2010 г.г., руководитель: Н.А. Базаев).
Разработанный программно-аппаратный комплекс был использован при проведении пуско-наладочных, технических приёмочных и Государственных приёмочных испытаний опытной партии гемодиализных аппаратов Ренарт 200, разработанных на кафедре биомедицинских систем МИЭТ.
Результаты диссертационной работы были использованы в учебном процессе для разработки курса «Гемодиализные системы» для магистров кафедры биомедицинских систем МИЭТ, обучающихся по направлению 201000 «Биотехнические системы и технологии», программа — «Биомедицинская инженерия искусственных органов».
Положения, выносимые на защиту.
Разработанная модель биотехнической системы диализного очищения крови позволяет анализировать, совершенствовать и повышать эффективность функционирования гемодиализных аппаратов.
Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет анализировать технические характеристики гемодиализных аппаратов, проводить оценку их эффективности, качества и надёжности, а также оптимизировать управление системами диализного очищения крови.
Разработанный обучающий модуль позволяет усовершенствовать методику и процесс обучения медицинского персонала эксплуатации гемодиализного аппарата Ренарт 200 (МИЭТ).
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях: -XV и XVI всероссийские межвузовские научно-технические конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика" (Москва, 2009, 2010);
- VI всероссийская межвузовская конференция молодых учёных
(Санкт-Петербург, 2009);
-4th, 5th, 6th Russian-Bavarian Conference on Bio-Medical Engineering (Moscow 2008, 2010, Munich 2009);
- итоговые конференции по результатам мероприятий за 2008 и 2009
годы в рамках приоритетного направления "Живые системы" ФЦП
"Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития
научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы"
(Москва, 2008, 2009).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 7 статей в журналах из списка ВАК РФ и 8 - в материалах конференций.
Личный вклад автора.
В основу диссертации легли результаты работ, выполненных автором на кафедре биомедицинских систем Московского государственного института электронной техники.
Объём и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и списка литературы, содержит 117 страниц текста, 41 рисунок и 11 таблиц. Список литературы включает 116 наименований.
