18._отзыв_официального_оппонента_Баранов_А.Ю._1 (Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций)

ОТЗЫВ официального оппонента, доктора технических наук, доцента Баранова Александра Юрьевича на диссертационную работу соискателя Шакурова Алексея Валерьевича на тему: «Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций», представленную к защите на заседании диссертационного Совета Д 212.141.16 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 — Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения.

На отзыв представлена кандидатская диссертация общим объемом 165 страниц основного текста, автореферат объемом 16 страниц. 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В диссертационном исследовании автор предпринимает попытку упростить работу медицинских специалистов с помощью современных информационных технологий, путем разработки программных продуктов для прогнозирования глубины распространения зоны криовоздействия.

комплекса расчетных и экспериментальных исследований, направленных на отработку технологии расчета переноса теплоты при искусственном охлаждении биологической ткани. На основе моделирования процесса криогенной, газовой гипотермии используемой в хирургической операции по удалению рака предстательной железы, автор представляет алгоритм формирования такого рода программных продуктов. Учитывая растущий объем использования криогенных технологий в решении медицинских задач, тема диссертационной работы Шакурова Алексея Валерьевича «Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций», актуальна, а ее решение практически значимо.

2. НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ Научная новизна исследования состоит в том, что автором предложена оригинальная методика моделирования тепловых процессов в ходе криомедицинских воздействий, позволяющая учитывать неоднородность теплофизических свойств внутренних органов, прогнозировать результаты внутриполостного охлаждения, дозировать интенсивность отвода теплоты. Полученные диссертантом результаты повышают уровень понимания физических процессов сопровождающих отвод теплоты от внутренних органов. 3. НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ К числу наиболее значимых научных результатов диссертанта следует отнести: разработку и обоснование методики малоинвазивной, полостной, газовой гипотермии, определение рациональных режимов работы криомедицинского оборудования, решение повышения точности дозирования криовоздействий.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Разработано программное обеспечение для расчета температурных полей в группе внутренних органов человека, определены диапазоны выбора параметров малоинвазивной, полостной, газовой гипотермии и области ее преимущественного применения (МПГГ), предложена конструкция инструмента для реализации МПГГ. 5. ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Текст диссертации отражает логическую последовательность решения поставленной задачи. Результаты работы соответствуют поставленной задаче исследования. Достоверность результатов обеспечивается использованием современных методов математического моделирования тепловых процессов и совпадением результатов вычислений и экспериментальных исследований. 6.ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения.

Общий объем работы 171 страница, включая 165 страниц основного текста, содержащего 60 рисунков, 10 таблиц. Список литературы включает 101 наименование на 10 страницах. Во введении показана практическая необходимость повышения точности расчета криотерапевтических, криохирургических, гипотермических воздействий, а также процесса криоконсервации. Обоснованы цели и задачи исследования, определена научная новизна и практическая ценность работы. Приведены, основные выносимые на защиту положения. Первая глава диссертации обосновывает постановку задачи исследования. Содержит описание современных криомедицинских технологий (стр.12...23), доказательства практической значимости повышения точности моделирования тепловых процессов сопровождающих криомедицинские воздействия(стр.24...38), описание температурных условий эффективности и безопасности криогенного охлаждения биологических объектов (стр.

39...48).Изложена классификация криомедицинских воздействий (раздел 1.1.2). Автором описан взгляд на проблему согласованности действия различного рода специалистов, участвующих в разработке криомедицинского оборудования (стр. 24...28), сделан анализ факторов, влияющих на точность оценок переносимого количества теплоты.

Анализ современных литературных источников по выбранной теме диссертации достаточно полно отражает все аспекты расчета те плопередачи в криомедицинских целях. Дан краткий анализ существующих способов решения задач, близких по сути к рассматриваемой. Выявлены проблемы, которые требуют дальнейшего исследования. Приведен обзор способов организации гипотермического охлаждения и на температурных уровнях заданных медицинскими работниками. Приведено всестороннее описание (стр. 49...56) использования гипотермических методов в урологии. Проанализированы практические данные необходимые для организации математического моделирования гипотермических воздействий. В целом первая глава диссертации построена логично, использованы современные литературные источники, задачи исследования сформулированы на основании проведенного анализа литературных источников. Во второй главе диссертационного исследования изложен метод определения рациональных режимов работы криомедицинского оборудования.

Автор сформулировал алгоритм действий для расширенного описания как технического задания на разработку устройств для проведения воздействий, основы анализа результатов расчетов, оценки возможностей реализации оптимального гипотермического воздействия. В основу построения алгоритма положено соображение о том, что охлаждаемые на практике области биологических тканей схожи по физическим и геометрическим характеристикам, но не идентичны, что необходимо учитывать при построении их математических моделей. Важно оценивать тепловой поток от охлаждаемой биоткани к исполнительному блоку гипотермической установки, предусмотреть возможность его регулирования в ходе процедуры. Разработка таких методов обеспечит рациональный выбор оборудования для каждого конкретного случая криовоздействия на биологический объект.

Метод основан на контроле выхода температуры произвольной точки объекта охлаждения за пределы допустимого диапазона. Предлагается его использовать в расчете, а также частично при проведении обратной связи по температуре биологической ткани во время проведения воздействия. Ключ к решению поставленной задачи количественное описание переноса теплоты в ходе процедуры. Достоинством метода является системный подход к анализу его применимости для прогнозирования различных холодовых воздействий, например, криотерапии.

Отдельное внимание (стр. 76...84) уделено оценке зависимости качества проведения криовоздействия, с характеристиками охлаждающего оборудованием. Показано, что в ряде случаев характеристики оборудования оказывают ограничивающее влияние на качество решаемых задач. Глава завершается частными выводами, на примере частного случая конкретизирующими предлагаемый метод определения рациональных режимов (стр.89, рис.

2.11). В третьей главе соискателем описано решение задачи проведения экспериментального и расчетного исследования переноса теплоты при моделировании робот-ассистированного криовоздействия. Проанализированы основные уравнения математических моделей (стр. 91...96), описана базовая компьютерная программа теплофизического моделирования процесса гипотермического охлаждения для роботассистированной хирургии, основанная на упрощенной (по сравнению с действительными биологическими структурами) физической модели, которая была воспроизведена экспериментально.

Разработанный для оценки достоверности результатов математического моделирования экспериментальный стенд, построен с использованием различных типов датчиков температуры. Бесконтактное измерение температуры (стр. 115, рис.3.22), в данном случае имеет второстепенный характер, однако в общей практике криомедицины возможно его широкое применение.

Стенд является прототипом оборудования для наддува газа в брюшную полость. Выполнен расчет погрешности эксперимента (стр.122... 124). Соискателем проведено экспериментальное исследование переноса теплоты от желатинового геля к газунаддува. Приведены результаты экспериментальных и расчетных исследований (рис.3.29, 3.30, 3.31). Характерная форма температурных полей в приведенных сравнительных точках позволила сделать вывод о том, что точность проводимых расчетов адекватна поставленной задаче.