Диссертация (Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций), страница 2

Онапозволяет уже на этапе проектирования оборудования оценивать, какэффективность криовоздействия, так и безопасность его проведения;- метод определения рациональных режимов работы криомедицинскогооборудования на основе анализа результатов расчета обеспечения заданногодозирования с использованием протокола температур целевой области вовремени криовоздействия.2.Результатытеоретических,расчетных,экспериментальныхисследований процессов теплообмена при охлаждении внутренних органовчеловека, позволившие получить данные о потребных параметрах подачихладоносителя для обеспечения МПГГ при РАЛП.93. Рекомендации по проектированию криомедицинского оборудованиядля повышения точности обеспечения дозирования криовоздействий.Апробация работыОсновные результаты работы докладывались и обсуждались на:III Международной конференции с элементами научной школы длямолодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низкихтемператур» (Москва 2013).Научных семинарах «Медицинские, технические и технологическиеаспекты проблем роботохирургии» (Москва, 2013, 2014, 2015).Международной научно-практической конференции «Биотехнологии икачество жизни» (Москва, 2014).Международных научно-практических конференциях «Криотерапия вРоссии» (Санкт-Петербург, 2014-2015).VIII Всероссийской молодежной научной конференции "Мавлютовскиечтения" (Уфа, 2014).ШестойРоссийскойнациональнойконференциипотеплообмену(Москва, 2014).VIII Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние иперспективы развития» (Москва, 2015).XX Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководствомакадемика А.И.

Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена вэнергетических установках" (Московская область, 2015).VIIмеждународнойнаучно–техническойконференции"Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (Санкт-Петербург,2015).Публикации: Результаты диссертации отражены в 3 научных статьях, 3из которых в журналах, рекомендуемых ВАК, получен патент РФ на полезнуюмодель, опубликованы тезисы 11 докладов.Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырехглав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 165 страниц10основного текста, 60 рисунков, 10 таблиц.В первой главе в разделе 1.1 представлен краткий исторический очеркразвития криомедицинской техники в РФ.

Дано краткое описание основныхнаправлений медицинских криометодов. В разделе 1.2 описана потребностьпроизвестиповышениеточностиобеспечениязаданногодозированиякриовоздействия. Проведен обзор исследований по расчету параметров иповышению точности обеспечения дозирования криовоздействия. В разделе 1.3проведен обзор теплофизических параметров гипотермии и способов еетехнического обеспечения. В разделе 1.4 описана актуальная реализацияместнойгипотермииробот-ассистированная–лапароскопическаяпростатэктомия (РАЛП, удаление рака предстательной железы).

Описанывариантыобеспеченияместнойгипотермиивурологии.Предложеноригинальный способ Малоинвазивной полостной газовой гипотермии (МПГГ).Во второй главе в разделе 2.1 представлен метод определениярациональныхрежимовработыкриомедицинскогооборудованияприобеспечении криовоздействия. Он основан на протоколе температур области(ПТО). В рамках ПТО температуры в точках выделенной целевой областибиоткани(ЦО)вкаждыймоменткриовоздействиядолжныбытьвопределенном диапазоне. В разделе 2.2 описаны вопросы обеспечения ПТОсогласно современным тенденциям.

В разделе 2.3 описана ЦО, представленПТОдляобеспеченияМПГГприРАЛП.Описанытребованиякфункциональным блокам оборудования, точности контроля и прогнозированияпроцесса криовоздействия, исходя из повышенной точности обеспечениядозирования.Втретьейглавевразделе3.1описанапоследовательностьмоделирования и анализа рассматриваемой биотехнической системы. В разделе3.2 составлена общая математическая постановка задачи. В разделе 3.3 описанакомпьютерная программа, разработанная уже для получения расчетныхрезультатов при конкретных условиях. Было проведено экспериментальноеисследование процесса охлаждения модельной среды, имитирующее условия11хирургической операции на внутренних органах (раздел 3.4). Сравнениерасчетных и экспериментальных результатов (раздел 3.5) показывает, что всреднем погрешность вычислительного эксперимента по сравнению с физикотехническим не превосходит 10%, при этом в абсолютном значениимаксимальное отклонение составляет не более 1,5 ⁰С.

В разделе 2.3 описанытребования к точности контроля и моделирования при газовой гипотермии дляРАЛП. Указано, что суммарная погрешность результата измерения в данномслучае не должна превышать 2 ⁰С. Из этого следует, что компьютернаяпрограмма моделирования прошла проверку адекватности и может бытьиспользована для моделирования МПГГ.В четвертой главе в разделе 4.1 описано модифицирование расчетнойкомпьютерной программы для условий РАЛП с учетом моделирования группыорганов.

Программа моделирует брюшную полость в целом, а не отдельную еечасть. Она позволяет рассмотреть ее как единый объект с точки зрения задачипереохлаждения и при этом математически решить задачу обеспечениябезопасности.Наосноведаннойпрограммыбылапроведенасериявычислительных экспериментов по расчету МПГГ при РАЛП. В разделах 4.2 и4.3 представлены их результаты. Анализ результатов численного исследованиясогласно ПТО показал, что криовоздействие достаточно эффективно в объемеЦО и является безопасным для проведения при выбранных параметрах подачитекучей среды. В разделе 4.4 представлены рекомендации по проектированиюкриомедицинского оборудования, основанные на разработанном по итогампроведенной работы алгоритме расчета и определения рациональных режимовработыкриомедицинскогооборудованиясповышеннойточностьюобеспечения дозирования.Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамкахнаучного проекта № 13-08-12030 офи_м.12ГЛАВА 1.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ1.1. Использование низких температур в медицинских целях. Медицинскиекриометоды1.1.1.Краткийисторическийочеркразвитиякриомедициныикриомедицинской техникиВ одном из самых ранних, источников медицинских знаний – древнемпапирусе Смита [8], который был написан за 2,5 тысячелетия до н.э.,рассказывается о применении холодных компрессов при лечении открытыхпереломов.ТакиеизвестныеврачикакЦельсий,Гален,Бертолини,Самойлович, Ларрей, Эдвардс и другие с успехом применяли низкиетемпературы,преимущественнокакпротивовоспалительноесредство.Народная медицина в качестве общеукрепляющего воздействия рекомендуеткупание в проруби, холодные обтирания, а при травмах - охлаждающиекомпрессы и примочки на пораженные области.

Несмотря на то, что привычноедля нашего понятия слово «холод» для лечебных целей использовали еще сдревних времен, только благодаря современному развитию работ по низкимтемпературам стало возможным целенаправленное применение холода вмедицине [8].В 1851 году врач Джеймс Арнотт за счет добавления ко льду солидобился понижения температуры до минус 24 °С и этим впервые в практикеонкологии облегчил страдания пациентки с опухолью малого таза [9]. Развитиюкриохирургии в ХХ веке способствовали новые методы сжижения газов и иххранения в сосудах Дьюара. Уже в период между мировыми войнамиприжигания жидким азотом применялись для лечения многих кожныхзаболеваний – от бородавок до себореи.

В 1940 году Вайтснер сообщил обуспешном применении кристаллов углекислого газа и паров жидкого азота для13разрушения опухолей кожи. В детской хирургии эффективно использовалисухой лед для лечения простых гемангиом [10-12]. Однако не во всех случаяхдостигали желаемого результата, и ученые были вынуждены искать способыусиления эффективности метода, в первую очередь путем понижениятемпературы хладагента. Предъявляемым требованиям соответствовал жидкийазот.Изобретённыйв1961годуИрвингомКуперомсколлегамикриоаппликатор позволил обеспечивать локальное охлаждение сжиженнымгазом даже для внутренних органов. Начиная с 1964 года, криохирургия сталаиспользоваться в урологии для удаления рака предстательной железы,доброкачественныхновообразованиймочевогопузыря,дляостановкипрофузных кровотечений при распадающихся опухолях мочевыводящихорганов. В России родоначальниками криохирургии в современном пониманииее были двое ученых: клиницист профессор Э.И.