19._отзыв_оппонента (Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций)

отзыв официАльного оппонентА кандидата технических наук Кондратенко Рима Олеговича на диссертационную работу соискателя Шакурова Алексея Валерьевича «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.З. 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.

Акт альность выполненной иссе та ионной аботы В основе развития любой современной криомедицинской техники лежит задача повышения точности дозирования криовоздействия и задача совершенствования методов контроля процессов теплопередачи при криовоздействии. Сегодня имеется возможность повысить точность криовоздействия, но для достижения этого результата необходимы простые и понятные индикаторы качества проведения процедуры и общее повышение степени автоматизации процесса. Для решения этих задач необходимо проведение целого комплекса расчетных и экспериментальных исследований. Диссертационную работу отличает ориентированность на решение именно этих актуальных задач криомедицины: развитие методов вычислительного моделирования процессов теплообмена в криомедицине; - внедрение надежных современных алгоритмов управления и прогноза; — повышение точности обеспечения дозирования криопроцедур.

В работе подчеркнута перспективность применения холода, как физического фактора в медицине ХХ1 века, указано прикладное назначение использования низких температур в рамках приоритетного направления развития — науки о жизни. Иа чная новизна Научная новизна работы заключается в следующем: 1) разработана методика расчета теплообмена при проведении криовоздействий, учитывающая взаимодействие группы внутренних органов человека, Повышенная точность расчета дозирования при этом достигается за счет учета неравномерности передачи теплоты в пространстве и времени процедуры (ввиду неоднородности формы и структуры биоткани); 2) предложена и обоснована Малоинвазивная полостная газовая гипотермия (МПГГ) - оригинальный способ обеспечения процесса охлаждения при проведении полостных робот-ассистированных операций (РАЛП); 3) на основе определения рациональных режимов работы криомедицинского оборудования на этапе его проектирования предложено решение проблемы о недостаточной по сравнению с современными медико- техническими требованиями точности обеспечения криовоздействий.

Ст аисо е жанне аботы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 173 страницы (165 страниц основного текста), содержит 60 рисунков, 10 таблиц. Список литературы включает 101 источник на 10 страницах. Введение иоовнщено обооновению необховимоети оовершенетвовенин процессов обеспечения точности дозирования криовоздействия в медицинских криометодах. Дана общая характеристика диссертационной работы. В пе вой главе в разделах 1.1.1, 1.1.2 представлен обзор истории развития криомедицинской техники в России, описаны основные направления применения криомедицины.

Кратко описаны основные направления криомедицины. Указано, что сегодня общее развитие криомедицины за рубежом заметно превышает уровень как разрабатываемой в РФ техники, так и ппименяемых на ппактике технологий. Однако, научный задел по некоторым и направлениям позволяет найти новые ниши для развития криомедицины и криомедицинской техники на мировом уровне. В разделе 1.2 описана потребность в повышении точности обеспечения заданного дозирования криовоздействия. Для инженеров, в частности, подчеркнута потребность в анализе качества реализации криовоздействий, прогнозировании результатов в конкретном случае, а также контроле процесса криовоздействия.

Проведен обзор работ, опубликованных по теме диссертации. Указано, что в работах В.В. Будрика предлагается комплектовать каждый создаваемый и применяемый криоаппарат удобными для практики базовыми графиками, которые должны фактически выражать конкретную интенсивность теплоотвода в процессе криовоздействия на тот или иной участок биоткани.

В данной работе предлагается использовать для анализа процесса кривые изменения температуры в контрольных точках, что несколько напоминает данный подход, однако использует отличный от него инструментарий. Его можно рассматривать в качестве попытки перехода от методов традиционного расчета теплообмена с использованием критериев подобия к использованию численных методов. Указывается, что современные вычислительные пакеты позволяют следить за изменением температуры во всех точках измеряемой области. При этом существует возможность создания автоматических систем, выполняющих функции планирования, контроля и выполнения криовоздействия под контролем хирурга.

В разделе 1.3 проведен обзор теплофизических параметров гипотермии и способов ее технического обеспечения (целевая температура, скорость охлаждения, длительность термостатирования, скорость нагрева биоткани). Раздел направлен на формирование необходимого для охлаждения внутренних органов диапазона температур, основываясь на данных литературного обзора. В разделе 1.4 описан случай применения местной гипотермии — робот- ассистированной лапароскопической простатэктомии (РАЛП, удаление рака предстательной железы). Описаны различные варианты обеспечения местной гипотермии в урологии, рассмотрены особенности организации процессов газовой Предложен способ Малоинвазивной полостной охлаждения.

гипотермии (МПГГ). На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования. Во вто ой ~лаве в разделе 2.1 описан метод определения рациональных режимов работы криомедицинского оборудования при обеспечении криовоздействия. Он направлен на применение методических мер по повышению точности отвода теплоты от биоткани по время криовоздействия. Метод основан на протоколе температур области (термин введен автором). В рамках данного подхода значения температуры в точках выделенной целевой области биоткани в каждый момент крио воздействия должны быть в определенном диапазоне. В разделе 2.2 описаны вопросы обеспечения протокола температур согласно современным тенденциям.

Описано разделение оборудования на функциональные блоки. Подчеркнута важность выбора рационального источника холода и необходимость знания реальной мощности охлаждения. Указано, что до настоящего времени большинство прикладных исследований криометодов проводится с применением разных источников холода пока без знания их реальной мощности охлаждения в контакте с заданной поверхностью органа. В разделе 2.3 описана область биоткани, представлен протокол температур для обеспечения МПГГ при РАЛП. Описаны требования к функциональным блокам оборудования, точности контроля и прогнозирования процесса криовоздействия, исходя из повышенной точности обеспечения дозирования. в разделе 3.1 освещена последовательность моделирования и анализа рассматриваемой биотехнической системы.

В разделе 3.2 представлена общая математическая постановка задачи, относящаяся скорее к традиционному подходу расчета теплообмена. В разделе 3.3 представлена компьютерная программа, основанная на применении численного метода. В разделе 3.4 описан экспериментальный стенд, проведено экспериментальное исследование процесса охлаждения модельной среды, имитирующее условия хирургической операции на внутренних органах. В разделе 3.5 представлен анализ, подтверждающий хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.

В частности, сравнение расчетных и экспериментальных результатов для основных контрольных точек показывает, что в среднем погрешность не превышает 10 'Уо, при этом в абсолютном значении максимальное отклонение составляет не более 1,5 С. Указано, что суммарная погрешность результата измерения в данном случае не должна превышать 2,5 С.

При этом остается запас не менее 1 С. Из этого следует, что компьютерная программа достаточно точно моделирует теплообмен в данной постановке. Указано, что в данном случае расчет и эксперимент не являются прецизионными с точки зрения температурных измерений и точности моделирования реального процесса, однако, данный подход вполне допустим, чтобы понять качественную картину развития процессов тепло обмена и подготовить основу для проведения более узкоспециализированных расчетов. В четве той ~лаве в разделе 4.1 освещено модифицирование расчетной компьютерной программы для условий РАЛП с учетом моделирования группы органов.

Программа моделирует брюшную полость в целом, а не отдельную ее часть. Интенсивность теплоотдачи к струе в данном случае описывается на уровне отдельных элементов сетки, что позволяет точнее учесть неравномерность теплоотдачи в сложной конфигурации элементов биологической ткани в брюшной полости. На основе данной программы проведена серия вычислительных экспериментов по расчету МПГГ при РАЛП. В разделах 4.2 и 4.3 представлены их результаты.

Данные расчета позволяют проследить динамику изменения температуры на поверхности ткани во времени при ее охлаждении и отогреве. Анализ результатов численного исследования согласно протоколу температур области (ПТО) показал, что криовоздействие достаточно эффективно в объеме целевой области биоткани (ЦО) и является безопасным для проведения при выбранных параметрах подачи хладагента. Рекомендации из раздела 43 обобщают результаты предыдущих разделов в систему для практического использования. Указано, что методика анализа результатов расчета также может подходить для анализа измерении.