КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-39-00044

НазваниеРазработка адаптивной системы вспомогательного кровообращения с целью персонализации лечения острой формы сердечной недостаточности.

РуководительСелищев Сергей Васильевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники", г Москва

Года выполнения при поддержке РНФ2014 - 2016

КонкурсКонкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований вновь создаваемыми научной организацией и вузом совместными научными лабораториями»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые словасердечная недостаточность, вспомогательное кровообращение, насос, расходная характеристика

Код ГРНТИ76.13.25


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В ходе реализации проекта будет решена проблема поддержания кровообращения у пациентов с острой формой сердечной недостаточности. Актуальность проекта: По данным директора НЦ сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН Л.А. Бокерия, на 2007 год 23 млн. россиян страдают от сердечно-сосудистых заболеваний, а смертность ежегодно составляет 1,3 млн. человек. Несмотря на большие успехи в развитии новой лекарственной базы в последнее десятилетие, смертность из-за сердечно-сосудистых заболеваний по-прежнему очень высока. Особенно остро обстоит дело с лечением тяжелых форм сердечной недостаточности. И сегодня на терминальной стадии сердечной недостаточности основной эффективной мерой лечения является трансплантация сердца. Однако дефицит донорских органов делает практически невозможным оказание помощи всем больным, нуждающимся в подобной операции. В США ежегодно 20000 пациентов требуется трансплантация донорского сердца, в то время как возможности его получения ограничиваются 2000. Как следствие 90 % пациентам не может быть проведена трансплантация сердца. В настоящее время период ожидания донорского сердца может быть увеличен за счет двухэтапной операции по замене сердца с помощью систем «Искусственное сердце» или аппаратов вспомогательного кровообращения (АВК). В ходе использования аппарата вспомогательного кровообращения состояние пациента может стабилизироваться и даже улучшиться. Применение АВК в необходимых количествах позволяет исключить иммуносупрессию и отторжение и потенциально может обеспечить помощь практически неограниченному количеству пациентов, которые могли бы умереть, не дождавшись донорского сердца. Кроме того, многие пациенты, страдающие сердечной недостаточностью и отвечающие на фармакологическую терапию, также могли бы быть излечены от болезни. Эти группы включают пациентов, подвергшихся кардиогенному шоку после сердечной хирургии и инфаркта миокарда. Они составляют 2-10 % от всех пациентов, которые подверглись хирургии на открытом сердце. Аппарат вспомогательного кровообращения помогает насосной функции сердца, снижая нагрузку на левый желудочек сердца, и обеспечивает достаточный кровоток для гарантированной адекватной перфузии органов и тканей. Временное подключение аппарата вспомогательного кровообращения позволяет в 25 % случаев восстановить сердечную деятельность, и впоследствии снять его. Научная новизна проекта: Впервые будут проведены исследования по разработке системы вспомогательного кровообращения, обеспечивающей адаптивное изменения расходных характеристик в зависимости от интенсивности перекачивания крови сердцем, что позволит персонализировать лечение острой формы сердечной недостаточности и увеличит вероятность выживаемости и продолжительность жизни с имплантированной системой вспомогательного кровообращения.

Ожидаемые результаты
Ожидаемыми результатами являются: 1. Система вспомогательного кровообращения, обеспечивающая адаптивное изменение расходных характеристик крови в зависимости от насосной функции сердца. 2. Технология создания системы вспомогательного кровообращения, позволяющей персонализировать лечение острой формы сердечной недостаточности. Научной значимостью проекта является создание научного задела для разработки, тестирования и совершенствования систем вспомогательного сердца и аккумулирование знаний и навыков для успешного проектирования полностью искусственного сердца, с целью персонализации лечения острой формы сердечной недостаточности. Общественная значимость: успешное выполнение проекта создаёт перспективу для создания системы вспомогательного кровообращения сердца нового поколения, позволяющих существенно улучшить качество жизни пациентов с последней стадией сердечной недостаточности и продлить срок их жизни. Результаты проекта превосходят мировой уровень. Среди мировых аналогов систем вспомогательного кровообращения можно отметить несколько моделей насосов «MicroMed DeBаkey VAD» (США), «Jarvik 2000» (США) и «HearMate II» (США) [41], являющихся в настоящее время лидерами клинического применения как по количеству, так и по длительности применения. Так насос «Jarvik 2000» имеет рекордный результат по длительности применения, который на сегодняшний день превышает 6 лет. В данных системах ротор двигателя совмещен с импеллером, в то время как статор двигателя располагался в корпусе насоса. При этом импеллер насоса с совмещенным ротором двигателя устанавливался в игольчатых подшипниках. Наиболее приемлемым конструктивным решением явилось создание на этой основе осевого насоса, что позволило во многом решить проблему образования зон стагнации потока и рециркуляции, являющимися основными источниками тромбообразования. Разрабатываемая в рамках проекта система вспомогательного кровообращения будет так же основываться на осевом насосе, но расходные характеристики системы будут зависеть не от параметров, заданных в клинических условиях, а от персональной работы сердца. Возможность практического использования запланированных результатов в экономике и социальной сфере, вклад в решение ключевых проблем по научному приоритету: Высокая распространенность сердечной недостаточности, высокая смертность пациентов и тот факт, что на ее лечение расходуются значительные средства, является одной из причин, по которой кардиологические центры и ассоциации во всем мире и России в том числе уделяют этому синдрому повышенное внимание и делают кардиохирургию одной из перспективных областей внедрения инновационных технологий. Государственная программа «Развитие здравоохранения» своей целью ставит снижение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний до 622 тыс. чел. ежегодно к 2020 году, что, в свою очередь, соответствует 373 тыс. смертей от сердечной недостаточности, что подразумевает снижение количества смертей от сердечной недостаточности на 43% по сравнению с прогнозируемым в 2020. Подобная инициатива открывает широкие возможности для формирования в России рынка систем вспомогательного кровообращения, а использование инновационного подхода к персонализации лечения острой формы сердечной недостаточности позволит снизить смертность и значительно повысить 3-5-летнюю выживаемость больных.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В результате выполнения первого этапа работы были рассмотрены мировые тенденции в области разработки СВК. Были проведены исследования по ключевым аспектам необходимым для разработки СВК, таким как: анализ литературных источников по тематике работы, исследования функционирования сердечно-сосудистой системы с целью определения необходимых характеристик СВК, исследование проблемы гемолиза и тромбообразования с целью минимизации данных параметров в проектируемой СПК, разработка состава СВК и определение необходимого набора для выполнения поставленных задач, проведены патентные исследования, отражающие перспективные исследования по тематике работы и описывающие основные тенденции по разработке СВК.

 

Публикации

1. А.А. Данилов, Э.А. Миндубаев Влияние частотных характеристик колебательных контуров и источника питания на эффективность беспроводной передачи энергии при помощи индуктивной связи Медицинская техника, № 6, стр. 27-29 (год публикации - 2014).

2. Д.С. Петухов, С.В. Селищев, Д.В. Телышев. Развитие аппаратов вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца как наиболее эффективный способ лечения острой сердечной недостаточности Медицинская техника, № 6, стр. 37-39 (год публикации - 2014).

3. Л.П. Ичкитидзе, Н.А. Базаев, Д.В. Телышев, Р.Ю. Преображенский, М.Л. Гаврюшина Датчики магнитного поля в медицинской диагностике Медицинская техника, 2014 № 6, стр. 19-23. (год публикации - 2014).


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
1. Эскизное проектирование системы вспомогательного кровообращения в части имплантируемых компонентов. В ходе выполнения работы на стадии эскизного проектирования, были достигнуты следующие результаты: 1.1 Проведено математическое моделирование течения крови через имплантируемый насос. 1.2 Описана и обоснована конструкция насосного модуля системы вспомогательного кровообращения (СВК). 1.3 Представлено исследование датчиков расхода крови. 1.4 Описаны существующие способы интеграции датчика расхода. Отмечается, что единственной коммерческой СВК, использующей прямое измерение кровотока, является HeartAssist 5 (ReliantHeart Inc., Хьюстон, Техас, США). Представлена схема интеграции датчика расхода в СВК. Разработанная схема интеграции позволит избежать повреждения датчика и обеспечит использование единого провода управления. 1.5 Проведено эскизное проектирование СВК в части имплантируемых компонентов, описаны особенности проектирования правого и левого насосов СВК. 2. Эскизное проектирование системы вспомогательного кровообращения в части экстракорпоральных компонентов. В ходе выполнения работ по проектированию системы вспомогательного кровообращения в части экстракорпоральных компонентов были достигнуты следующие результаты: Разработан модуль управления и модуль питания СВК. Для достижения максимального уровня резервирования экстракорпоральных компонентов выбрано компоновочное решение, при котором модуль управления (МУ) объединен с модулем питания на базе батареи питания перезаряжаемой (БПП) и зарядным устройством (ЗУ) в управляющий контроллер (УК). Разработанный УК строится на базе двух микропроцессорных элементов, что продиктовано необходимостью осуществления перекрестного тестирования и сигнализации пользователю в случае единичного нарушения в одном из процессоров. 3. Исследование проблемы минимизации имплантируемых компонентов системы вспомогательного кровообращения. В разрабатываемом решении был найден компромисс между размерами насоса и параметрами гемолиза и тромбообразования. Проточная часть была минимизирована посредством расположения диффузора в непосредственной близости к лопаткам ротора. Поскольку снижение скорости вращения ротора уменьшает сдвиговое напряжение, то целесообразно снизить скорость вращения ротора, до минимально допустимых параметров. В работе удалось добиться рабочей скорости вращения ротора на уровне 7000 оборотов/минуту, что значительно ниже существующих аналогов. 4. Исследование проблемы чрезкожной передачи энергии В 2015 году были получены следующие результаты проведения исследования проблемы чрезкожной передачи энергии: 4.1 Литературный обзор по тематике беспроводной чрескожной передачи энергии. 4.2 Методы математического описания системы беспроводной передачи энергии. 4.3 Результаты математического моделирования колебательных контуров системы беспроводной передачи энергии (БПЭ). 4.4 Экспериментальная установка для исследования беспроводной передачи энергии, которая включает универсальный двухканальный генератор стандартных сигналов Tektronix AFG3252, усилитель радиочастотных сигналов OphirRF 5084 FE а также набор катушек индуктивности и конденсаторов для параметрического исследования характеристик процесса БПЭ. 5. Исследование проблемы управления и энергообеспечения системы вспомогательного кровообращения. На втором этапе работы было проведено исследование проблемы управления и энергообеспечения СВК. В качестве управляющей была выбрана система с обратной связью по оборотам. Реализованы: исполнительное устройство, обеспечивающее формирование токов в обмотках машины пропорциональных входному значению сигнала обратной связи и синхронное с вращением ротора насоса; датчик положения и скорости вращения ротора; блок обратной связи, обеспечивающий требуемую точность работы и устойчивость системы. В качестве датчика потока в СВК применены ультразвуковые трансдьюсеры и специализированный комплект микросхем для работы с ними. В ходе разработки произведен анализ увеличения энергопотребления в системе, связанный с работой датчика потока. В результате исследования энергообеспечения СВК, отмечается, что расчетное энергопотребление имплантируемых компонентов СВК составляет величину около 10 Вт. Добавление в систему датчика потока не отразится на энергопотреблении системы в целом сколь-нибудь значимым образом. Реализован вариант блока питания с питанием от автомобильной бортовой сети. 6. Разработка программного обеспечения управления системой вспомогательного кровообращения. В 2015 году получены следующие результаты в области разработки программного обеспечения СВК: 6.1 Программный модуль распределения ресурсов СВК. 6.2 Модуль хранения и передачи телеметрической информации посредством записи в файлы специального двоичного формата на SD-карту под управлением программного модуля FAT File System. 6.3 Модуль управления СВК. 6.4 Коммуникационный и интерфейсные модули. 6.5 ПО поддержки автономного и сетевого питания СВК. 6.6 Подсистема управления, сигнализации и индикации предназначенная для я управления графической системой (графический дисплей), двумя индикационными светодиодами и аудиосистемой. 6.7 Разработан графический интерфейс пользователя. 6.8 Разработан формат хранения данных способный хранить несколько сессий работы прибора. 7. Изготовление и экспериментальные исследования правого и левого насосов системы вспомогательного кровообращения в 2015 годы были изготовлены и испытаны левый и правый насосы системы вспомогательного кровообращения. Правый насос обладает заметно меньшей напорностью, что обусловлено физиологическими особенностями функционирования малого круга кровообращения. 8. Обработка и анализ полученных данных, сравнение результатов экспериментов с теоретическими расчетами. Полученные в ходе экспериментальных исследований данные сравнивались с результатами, полученными на этапе моделирования и разработки СВК. Наибольший интерес представляет сравнение данных напорно-расходных характеристик, полученных в ходе математического моделирования с результатами, полученными во время проведения испытаний на измерительном стенде. Полученные экспериментальные результаты с высокой точностью кореллируют с результатами моделирования. 9. Подведение итогов второго этапа работы. В результате выполнения второго этапа работы, было осуществлено проектирование и изготовление системы вспомогательного кровообращения, были исследованы вопросы минимизации СВК и чрескожной передачи энергии. Была проведена серия экспериментальных исследований, направленных на верификацию результатов моделирования. Проделанные на втором этапе работы полностью удовлетворяют заявленным требованиям, а полученные на втором этапе результаты являются хорошей основой для успешного выполнения третьего этапа работы. 10. Подготовка 6 статей для публикации в российских и/или иностранных журналах. В рамках реализации проекта было опубликовано 6 статей по тематике проводимых исследований: 1. Данилов А.А., Миндубаев Э.А. Влияние угловых смещений катушек на эффективность чрескожной беспроводной передачи энергии при помощи индуктивной связи. Медицинская техника, 2015, №3, стр. 33 - 35 2. Sergey Selishchev, Dmitry Telyshev. Ventricular assist device Sputnik: description, technical features and characteristics. Trends in Biomaterials and Artificial Organs, 2015, Vol 29, No 3. 3. Л.П. Ичкитидзе, С.В. Селищев, Д.В. Телышев, Н.Ю. Шичкин. Наноструктурный комбинированный датчик магнитного поля // Медицинская техника, 2015 № 5, стр. 35-37. 4. Danilov A., Mindubaev E., Selishchev S. SPACE-FREQUENCY APPROACH TO DESIGN OF DISPLACEMENT TOLERANT TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER SYSTEM. Progress In Electromagnetics Research M 5. Порфирьев А.О, Пуговкин А. С., Селищев С.В., Телышев Д.В. Разработка искусственных желудочков для моделирования сердечно-сосудистой системы. Медицинская техника, 2015, №6 6. Петухов Д.С, Телышев Д.В. Исследование чувствительности роторного насоса крови «Спутник» к преднагрузке и постнагрузке. Медицинская техника, 2015, №6 11. Участие в 2 российских и/или международных конференциях. В 2015 году результаты были представлены на следующих конференциях: 1. 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society: D. Petukhov, D. Telyshev. Comparative study of influence of two rotary blood pumps on the cardiovascular system. 37th Annual International Conference of IEEE Engineering on Medicine and Biology Society, Milan, Italy, 2015. D. Petukhov, D. Telyshev. Design concept of patient-adaptive control method for a ventricular assist device. 37th Annual International Conference of IEEE Engineering on Medicine and Biology Society, Milan, Italy, 2015. Danilov A., Mindubaev E., Nesterenko I. Numerical modeling of the inductive link for transcutaneous energy transfer with consideration of specific geometry. 37th Annual International Conference of IEEE Engineering on Medicine and Biology Society, Milan, Italy, 2015 2. The European Association for Artificial Organs (ESAO 2015) conference, Leuven, Belgium, 2-5 September 2015: Telyshev D, Selishchev S. Russian axial-flow left ventricular assist device: research, technical specification and characteristics. The International Journal of Artificial Organs, 2015, Vol. 38, Number 7, p.374 Petukhov D, Telyshev D. Investigation of control objectives for the heart failure treatment using the control strategy of a rotary blood pump. The International Journal of Artificial Organs, 2015, Vol. 38, Number 7, p.374 3 American Society for Artificial Organs (ASAIO) 61st Annual Conference. 2015: Petukhov D., Telyshev D. Control Strategy for an Implantable Rotary Blood Pump Based on Identification of Pumping States // ASAIO 61st Annual Conference. 2015. – p. 4

 

Публикации

1. D. Petukhov, D. Telyshev. Comparative study of influence of two rotary blood pumps on the cardiovascular system Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings, - (год публикации - 2015).

2. D. Petukhov, D. Telyshev. Design concept of patient-adaptive control method for a ventricular assist device Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings, - (год публикации - 2015).

3. Danilov A., Mindubaev E., Nesterenko I. Numerical modeling of the inductive link for transcutaneous energy transfer with consideration of specific geometry Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings, - (год публикации - 2015).

4. Danilov A., Mindubaev E., Selishchev S. SPACE-FREQUENCY APPROACH TO DESIGN OF DISPLACEMENT TOLERANT TRANSCUTANEOUS ENERGY TRANSFER SYSTEM. Progress In Electromagnetics Research M, 2015, Vol 44, pp. 91-100 (год публикации - 2015).

5. Sergey Selishchev, Dmitry Telyshev Ventricular assist device Sputnik: description, technical features and characteristics Trends in Biomaterials and Artificial Organs, Vol 29, No 3. (год публикации - 2015).

6. Данилов А.А., Миндубаев Э.А. Влияние угловых смещений катушек на эффективность чрескожной беспроводной передачи энергии при помощи индуктивной связи Медицинская техника, 2015, №3, стр. 33 - 35 (год публикации - 2015).

7. Л.П. Ичкитидзе, С.В. Селищев, Д.В. Телышев, Н.Ю. Шичкин Наноструктурный комбинированный датчик магнитного поля Медицинская техника, 2015 № 5, стр. 35-37 (год публикации - 2015).

8. Петухов Д.С, Телышев Д.В. Исследование чувствительности роторного насоса крови «Спутник» к преднагрузке и постнагрузке Медицинская техника, 2015, №6, стр. 27-30 (год публикации - 2015).

9. Порфирьев А.О, Пуговкин А. С., Селищев С.В., Телышев Д.В. Разработка искусственных желудочков для моделирования сердечно-сосудистой системы. Медицинская техника, 2015, №6, стр. 4 -7 (год публикации - 2015).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Изготовление системы вспомогательного кровообращения в соответствии с результатами, полученными на предыдущих этапах работы. В ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты: 1.1 Изготовлена обновленная версия имплантируемого роторного насоса с осевым направлением течения, которая характеризуется меньшими массогабаритными параметрами и меньшим энергопотреблением по сравнению с исходной версией насоса (слайд 9 дополнительных материалов). 1.2 Изготовлен макет экстракорпоральных компонентов системы вспомогательного кровообращения – модуль управления и источник питания общей массой 960 грамм. Высокий уровень надежности достигается за счет резервирования управляющего модуля и источника питания. 2. Моделирование динамических условий системы вспомогательного кровообращения при различных уровнях активности сердца. В ходе выполнения работ по моделированию динамических условий СВК при различных уровнях активности сердца получены следующие результаты: 2.1 В результате исследования минимальной величины потока через насос на модели сердечно-сосудистой системы обнаружено, что малые скорости насоса (около 6000 об/мин) создают обратное течение через насос во время диастолической фазы. 2.2 В результате исследования потока через аортальный клапан установлено, что при отсутствии обратного течения увеличение скорости насоса может создавать такой градиент давлений, что давление в аорте будет всегда превышать давление в левом желудочке сердца, не позволяя аортальному клапану открываться. 2.3 В результате исследования конечно-систолического объема (КСО) левого желудочка обнаружено, что с увеличением скорости насоса КСО уменьшается вследствие непрерывной разгрузки желудочка сердца. 2.4 При определении режима обратного тока через насос установлено, что увеличение сократимости желудочка при фиксированной скорости насоса может приводить к возникновению обратных потоков через насос. 2.5 При определении режимов частичной и полной разгрузки желудочка сердца установлено, что увеличение скорости насоса или уменьшение сократимости желудочка в режиме частичной разгрузки будет приводить к отсутствию выброса крови через аортальный клапан и работе насоса, в режиме полной разгрузки. 2.6 В результате определения режимов частичного и полного коллапса стенки желудочка продемонстрировано, что в качестве частичного коллапса желудочка сердца может рассматриваться падение КСО ниже значения, соответствующего нулевому давлению в желудочке. В качестве полного коллапса желудочка рассматривается отрицательное давление заклинивания в легочных капиллярах. Данные режимы работы были определены с помощью предложенного ранее метода на основе оценки относительных изменений в динамике течения крови через роторный насос, который позволил сделать это с точностью около 90 % для режима обратного течения крови, 100 % для режимов частичной и полной разгрузки желудочка и 85-90% для режимов частичного и полного коллапса желудочка сердца. 3. Исследование расходных характеристик системы вспомогательного кровообращения. В ходе исследования расходных характеристик СВК получены следующие результаты: 3.1 Проведено экспериментальное исследование влияния вязкости жидкости на наклон расходно-напорной характеристики (РНХ), продемонстрировавшее увеличение степени наклона РНХ при увеличении вязкости жидкости. 3.2 Исследована форма расходно-напорных характеристик путем расчета чувствительности к преднагрузке для разработанного роторного насоса, выполнено сравнение с роторными насосами Incor (BerlinHeart, Германия), HeartMate II (Thoratec Corp., США), АВК-Н Спутник (АО «Зеленоградский инновационно-технологический центр», Россия), HVAD (HeartWare Inc., США) и DuraHeart (Terumo, Япония). Показано, что разработанный насос демонстрирует лучшую чувствительность к преднагрузке по сравнению с другими насосами. Таким образом, поддержка кровообращения с разработанным насосом является более физиологической по сравнению с другими современными роторным насосами. 4. Проектирование обратной связи и адаптивного управления системой вспомогательного кровообращения в зависимости от степени сердечной недостаточности. В ходе проектирования обратной связи и адаптивного управления системой вспомогательного кровообращения получены следующие результаты: 4.1 Предложен алгоритм управления роторным насосом, основной целью которого является поддержание требуемого уровня расхода в различных физиологических условиях с использованием скорости насоса в качестве управляемой переменной (слайд 24). Его основной частью является оценочный блок, в котором с использованием математической модели насоса осуществляется оценка расхода и определение режимов работы насоса. 4.2 Для управления роторным насосом с использованием данных о потребляемой мощности СВК требуется адаптация модели насоса посредством перехода на собственные параметры насоса (электрический ток, напряжение и т. д.); при этом исходная идея о поддержании требуемого уровня расхода и структура алгоритма остается неизменной. 4.3 Предложен вариант алгоритма управления, использующий результаты измерений датчика расхода. В этом случае управление насосом осуществляется посредством минимизации разности между измеренным и требуемым расходами за счет регулирования скорости насоса. 5. Проведение испытаний системы вспомогательного кровообращения на стенде сердечно-сосудистой системы. В ходе проведения испытаний СВК на стенде сердечно-сосудистой системы были получены следующие результаты: 5.1 В ходе исследования минимальной величины потока через насос обнаружено, что при малых скоростях (6000-6500 об/мин) во время сердечного цикла жидкость течет через насос в обратном направлении. 5.2 В ходе исследования потока через аортальный клапан его измерения производились напрямую, фиксируя минимальную степень открытия клапана с объемом переносимой жидкости менее 0,5 литров в минуту. 5.3 В ходе исследования конечно-систолического объема искусственного желудочка сердца обнаружена сложность использования данного показателя для определения коллапса. В качестве замены выбрано конечно-диастолическое давление желудочка. 5.4 В результате определения режима обратного течения через насос установлено, что увеличение сократимости желудочка сердца приводит к увеличению обратного течения при фиксированной скорости насоса, что согласуется с ранее полученными результатами. 5.5 В результате определения режимов частичной и полной разгрузки желудочка обнаружено, что уменьшение сократимости желудочка может приводить к закрытию аортального клапана и работе в режиме полной разгрузки желудочка. 5.6 В результате определения режимов частичного и полного коллапса желудочка данные режимы рассматривались как одно состояние и считались связанными с отрицательным конечно-диастолическим давлением желудочка. 5.7 В результате исследования работы СВК на гидродинамическом стенде произведена оценка влияния насоса в двух состояниях, характерных для различных степеней сердечной недостаточности. 6. Подведение итогов работы. 6.1 Анализ соответствия выполненных работ заявленным требованиям. В результате выполнения третьего этапа работы, была изготовлена обновленная версия имплантируемого роторного насоса и макет экстракорпоральных компонентов; проведено исследование различных состояний в сердечно-сосудистой системы, обусловленных спецификой работы роторного насоса, на математической модели сердечно-сосудистой системы и на гидродинамическом стенде. Проанализирована форма расходно-напорных характеристик изготовленного насоса и проведено сравнение с современными роторными насосами. Предложен алгоритм управления СВК, основной целью которого является поддержание требуемого уровня расхода насоса в различных физиологических условиях. Проделанные на заключительном этапе работы удовлетворяют заявленным требованиям, полученные результаты являются основой для успешной трансляции разработанного СВК в клиническую практику. 6.2 Описание перспективности дальнейших исследований. Реализация полученных результатов в клинической практике должна привести к уменьшению стоимости медицинского ухода, повышению комфорта пациентов во время лечения, предотвратит негативное влияние СВК на сердечно-сосудистую систему, что должно привести к улучшению клинических результатов и разработке новых стратегий лечения. 6.3 Сравнение полученных результатов с мировым уровнем. Похожие разработки ведутся в центре медицинской физики и биомедицинской инженерии (г. Вена, Австрия), где на данный момент предложен косвенный метод оценки расхода для центробежного насоса HeartWare HVAD и сопутствующие методы оценки сократимости желудочка сердца и определения коллапса желудочка, который диагностируется как резкое и характерное уменьшение расхода насоса с уходом в отрицательную область. В Луисвиллском университете (г. Луисвилл, Кентукки, США) предлагается метод управления, который заключается в поддержании определенной величины перепада давления в насосе, что должно формировать расход, соответствующий физиологическим потребностям организма. Оценка перепада давления производится на основе данных о скорости вращения ротора и мощности насоса. Предотвращение коллапса осуществляется путем сравнения с пороговой величиной дифференциальной скорости, значение которой определяется врачами. Предложенный в рамках работы алгоритм управления роторным насосом с возможностью определения режимов его работы позволяет с высокой точностью диагностировать изменения в сердечно-сосудистой системе при работающем насосе, что осуществляется путем оценки относительных изменений в динамике течения крови через насос, т. е. не требует использования сенсоров или задания некоторых пороговых величин. Наконец, возможно определение режима обратного течения крови через насос, а состояние коллапса является четко определенным – отрицательное конечно-диастолическое давление.

 

Публикации

1. А.А. Данилов, Э.А. Миндубаев Hardware-software complex for parametric study of wireless energy transfer 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016, - (год публикации - 2016).

2. Данилов А.А., Миндубаев Э.А., Селищев С.В. Design and Evaluation of an Inductive Powering Unit for Implantable Medical Devices Using GPU Computing Progress In Electromagnetics Research B, Vol. 69, 61–73, 2016 (год публикации - 2016).

3. Данилов А.А., Миндубаев Э.А., Селищев С.В. Методы компенсации смещений катушек в системах индуктивной чрескожной передачи энергии к имплантируемым медицинским приборам Медицинская техника, № 1 (год публикации - 2017).

4. Ичкетидзе Л.П., Селищев С.В., Телышев Д.В. Combined magnetic field sensor with nanosized elements Springer Proceedings in Physics, Volume 175, 2016, Pages 591-601 (год публикации - 2016).

5. Ичкитидзе Л.П., Телышев Д.В., Преображенский Р. Юр., Шичкин Н.Ю. Сверхпроводящий конденсатор магнитного поля с наноразмерными элементами ФИАН, Москва, V Международная конференция "Фундоментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости" (год публикации - 2015).

6. Курилова У.Е., Журбина Н.Н., Мезенцева М.В., Руссу Л.И., Суетина И.А., Пьянов И.В., Телышев Д.В., Герасименко А.Ю Спектральные исследования биодеградации и гемолиза при контакте объемных и пленочных нанокомпозитов с биологическими жидкостями Медицинская техника, № 1 (год публикации - 2017).

7. Петухов Д.С., Телышев Д.В. Исследование роторного насоса для поддержки кровообращения правого желудочка сердца при механической поддержке кровообращения обоих желудочков сердца Медицинская техника, № 1 (год публикации - 2017).

8. Петухов Д.С., Телышев Д.В., Селищев С.В. Метод управления роторным насосом крови для системы вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца Современные технологии в медицине, том 8, номер 1, стр. 28-33 (год публикации - 2016).

9. Селищев С.В., Телышев Д.В. Optimisation of the Sputnik-VAD design The International Journal of Artificial Organs, Int J Artif Organs 2016; 39(8): 407 - 414 (год публикации - 2016).

10. Телышев Д.В. Исследование чувствительности роторных насосов крови к нагрузке в статических условиях Медицинская техника, № 6, стр. 49-52 (год публикации - 2016).