Диссертация (1025217), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Для обеспеченияточного дозирования при процедурах это тоже нужно учитывать. То есть приразработке новых образцов техники необходимо обеспечивать возможностьреализации процесса без выхода из допустимого диапазона ПТО для данноготипа процедуры вне зависимости от конкретной области биоткани (мощность иточность дозирования охлаждения). При этом важно формировать тепловойпотокотбиотканикисполнительномублокусвозможностьюегорегулирования в течение процедуры.Кроме того, необходимо четко описывать возможности образцовкриомедицинскойтехникидляобеспеченияпланированияконкретныхпроцедур с помощью моделирования теплообменных процессов в конкретнойситуации. В связи со сложностью и неоднородностью биологических структурдля обеспечения точного дозирования необходимо рассчитывать процессобеспеченияПТОпредварительнуюдлякаждогонастройкуслучая.параметровПланированиеивыполнениеобеспечиваеттребованийбезопасности при конкретной процедуре из ряда возможных, при этомминимизируя человеческий фактор в выборе наиболее важных параметров.Также оборудование должно давать возможность проводить контрольобеспечения дозирования при проведении процедуры, как минимум внекоторых точках.
Контроль может проводиться за счет непосредственногоизмерения температуры и моделирования теплофизических процессов в83реальном времени. С точки зрения измерения температуры существуетсложность получения данных по всей ЦО. Данные можно получать, как синвазивных датчиков, так и с помощью неизвазивных технологий, однакосовременная техника не позволяет получать достаточно точную картину. Обанаправления (измерения и расчет) имеют свои преимущества и недостатки, приэтом их возможно совмещать.Необходимо учитывать точность моделирования (Рисунок 2.10). Припрогнозировании получится первичный результат.
При контроле во времяпроцедуры – другой. Это связано с погрешностью расчета и измерения.Необходимо оценивать как величину, так и направление получаемойпогрешности. Важно, чтобы они обеспечивали допустимые отклонения отзначений реального процесса, чтобы методика определения рациональныхрежимовработыобеспечениякриомедицинскогозаданногодозированияоборудованиянакриовоздействияосновебыларасчетаадекватнатребуемой точности обеспечения процедуры. Для этого точность измерениядолжна быть выше точности моделирования (полоса неопределенности должнабыть более узкой).
Причем желательно, чтобы для всех точек ЦО полосанеопределенности прогнозирования не выходила за границы поставленнойПТО.Рисунок 2.10. Соотношение полос неопределенности при прогнозировании,контроле и требований ПТОПо итогам данного раздела возможно сделать следующие выводы.84Требования ПТО возможно обеспечить с использованием современныхтехническихсредств,еслиПТОбудетсогласовансвозможностямиоборудования.В данном разделе представлено описание полного пути обеспеченияпроцесса криометодов (оператор – оборудование – процесс – результат).Приведенаобобщеннаяфункциональнаяструктуракриомедицинскогооборудования.
Описаны вопросы обеспечения ПТО согласно современнымтенденциям (планирование, моделирование, контроль). С точки зрениясовременных тенденций ПТО удобно анализировать. Современный уровеньтехнологийпозволяетпроводитьоценкукакпримоделировании(автоматически генерировать график температур), так и получать данные сдатчиков во время процедуры (также совмещать их с компьютерныммоделированием онлайн).Необходимо учитывать все описанные в данном разделе данные, чтобыобеспечить выполнение процедуры с медицинской и технической точек зрения.Также необходимо оценивать возможности конкретных образцов оборудованиядля реализации ПТО.2.3.
Анализ исходных данных для обеспечения местной гипотермии приРАЛПВ данном разделе общие рекомендации для повышения и оценкиточности обеспечения заданного дозирования медицинских криометодовпредлагается рассмотреть на примере МПГГ при малоинвазивных роботасситированных хирургических операциях, описанной в разделе 1.4.Анализ предложенной ЦО и ее окружения с точки зрениятеплообмена, выделение контрольных точекС технической точки зрения гипотеза реализации гипотермическогоохлаждения выглядит следующим образом.
Для наддува полости прихирургических операциях используется газ. Также в зоне применения85хирургического инструмента перед рассечением области ткани для снижениячислапослеоперационныхосложненийприменяетсягипотермическоеохлаждение. Для совмещения процессов наддува и охлаждения возможноподавать охлажденный газ в брюшную полость.Из представленного в разделе 1.4.1 описания ЦО и ее окружениявозможно сделать качественный и количественный ее анализ.
С точки зренияэнергоемкости она невелика. Глубина составляет около 2 мм, объем постепенноувеличивается, достигая значений около 0,1 л. На динамику изменениятемпературыЦОвлияетсоотношениеплощадейеетеплообменасохлаждающей средой и окружающей биологической тканью – Sохл/Sбио. Для ЦОв общем оно составляет около 0,5. Для частей ЦО, которые добавляются припроведении хирургических разрезов оно составляет от 0,1 до 0,2, это означает,что теплоприток от окружающих тканей будет иметь значительную роль приотводе теплоты. По составу наиболее значимыми являются соединительнаяжировая ткань (теплопроводность λ около 0,2 Вт/м·К), мышечные волокна (λоколо 0,5 Вт/м·К), железистая ткань (λ около 0,5 Вт/м·К), нервно-сосудистыесплетения (λ около 0,5 Вт/м·К) [26].
Возможно присутствие пористойструктуры соединительной ткани, что, учитывая ее низкую теплопроводность,может благоприятно влиять на теплообмен.Также для контроля и планирования процесса обеспечения дозированиянеобходимо выделить контрольные точки. При этом предлагается использоватьописанное в разделе 2.1 допущение о равномерности распределения скоростиохлаждения. Исходя из этого, предлагается оценивать точки с наименьшей инаибольшейвозможнойскоростьюохлаждения.Наибольшаяскоростьохлаждения на поверхности контакта ЦО биоткани и охлаждающей среды(внешняя граница ЦО), наименьшая – наиболее удалена от нее, располагаетсяна глубине 2 мм (внутренняя граница ЦО).Составление ПТО для данного криовоздействияС точки зрения начальной температуры ЦО в данном приложениисуществует особенность, заключающаяся в том, что в начале охлаждения86температура биоткани находится в области нормотермии (около 37 °С).
Однакопосле проведения охлаждения совершается первый хирургический надрез исоответственно ЦО меняется (передвигается в пространстве). Но во второмслучае ЦО получает эффект предохлаждения (на предыдущей итерацииохлаждения). То есть ее температура может быть от 20 до 25 °С.Исходя из описанных в 1.4.1 требований по конечной температуре,предлагается ориентироваться на диапазон температур (10 ± 5) °C. Этопозволит иметь разброс температур в объеме ЦО в 10 °C, что вполне возможнообеспечить сточкизрениятехническойреализациипроцесса.Такаятемпература позволит достичь сосудосуживающего эффекта.
При этомостанется запас не менее 5 °C до возможного начала крионекроза и более 35 °Cдо возможного получения тепловой травмы при использовании термоножа(наименьшая температура некроза при гипертермии 42,5 °C [57]). При этомпредложенный допустимый диапазон температур согласуется с данными изобзора теплофизических параметров гипотермии (раздел 1.3).Исходя из представленной выше информации, ПТО для РАЛП выглядитследующим образом:Рисунок 2.11. ПТО для МПГГВ общем необходимо охладить биоткань на глубину около 2 мм доконечной температуры (10 ± 5) °C за время не более 10 минут. В данном случае87требуется относительно мощное охлаждение, термостатирование и нагрев нетребуют высокоточных ограничений.
При гипотермии при РАЛП применяетсяестественный нагрев биологической ткани за счет общей теплоемкостиорганизма и никаких специальных требований к процессу отогрева биоткани вданном случае не накладывается.Предварительный состав функциональных блоков оборудованияПредлагаемыйвариантобеспеченияМПГГдолжениметьблокавтоматики и управления, блок генерации холода с источником газа, блокподготовки газа-теплоносителя и исполнительный блок, который в данномслучае имеет упрощенный вид.Блок автоматики и управления должен минимизировать человеческийфактор в управлении процессом криопроцедуры, в идеале стремиться кавтономному роботическому применению. Для этого он должен иметь функциипрогнозирования, контроля и управления криовоздействием с достаточнойточностью.Существуетпотребностьпрогнозироватьрезультатыданногокриовоздействия. В данном случае возможно применять как предварительноепланирование на этапе разработки методических указаний, так и расчет полятемператур в реальном времени в контрольных точках.Для эффективного осуществления криовоздействия необходимо иметьданные о потребной температуре, расходе газа, глубине гипотермическогоохлаждения биологической ткани.
Расход и температуру подаваемого газавозможно регулировать. Математическое моделирование позволит получитьданные параметры и провести серию вычислительных экспериментов,нацеленных на повышение эффективности криовоздействия. При этом безкомпьютерного моделирования практически невозможно выявить параметрытакого охлаждающего воздействия на различные части операционной зоны всвязи со сложностями внутриполостного измерения температуры. Подробнаяинформация о поле температур при операции позволит более обоснованно, посравнению с эмпирическим применением холодового фактора, планировать88операцию. Следствие этого – снижение числа послеоперационных осложнений.Контроль непосредственно при процедуре возможно обеспечивать спомощью бесконтактного датчика температуры (пирометр), который позволяетполучать данные в одной из контрольных точек ЦО (находящейся наповерхности).Информациюоконтролируемойтемпературеможноиспользовать для организации обратной связи в процессе охлаждения длярегулирования действительной величины теплового потока.При допустимом диапазоне термостатирования 10 °С (от 5 до 15 °С) иимеющемся запасе по безопасности в 5 °С (от 0 до 5 °С) суммарнаяпогрешность результата измерения (полоса неопределенности) не должнапревышать2,5°С,следовательно,ввидувозможнойметодическойпогрешности, погрешность прибора должна составлять не более 1,5 °С.Аналогичнойдолжнабытьипогрешностьрасчетныхпрограммдляпланирования процедуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
