Диссертация (1025996), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Установлено, что угловые колебания ротора изменяют перепаддавления на выходе из камеры насоса на величину в 4 раза меньшую требуемой (5мм рт. ст. (при угле наклона 3°) при необходимых 20 мм рт. ст.). В то же времяизменение скорости вращения ротора приводит к соответствующим колебаниямперепада давления, который создает насос. Таким образом, подход к созданиюпульсаций за счет изменения скорости вращения ротора принято считатьэффективным.В заключении подведены итоги работы.Вприложенииуравненийдвиженияподробноротора,приведенапредставленыпроцедураобезразмериванияаналитическиевыражениясинтезированных нелинейных законов управления, проанализировано влияниеускорений от переменной скорости вращения ротора в случае режима пульсацийза счет изменения скорости вращения ротора, дан расчет динамики ротора длядвух режимов пульсаций с традиционным линейным ПИД регулятором.13ГЛАВА 1.
АКТУАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ НАСОСОВВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯЭпидемиологическиеисследованияЭПОХА-ХСН[69](8регионовРоссийской Федерации (РФ), 19500 респондентов) и ЭПОХА-О-ХСН [1, 69](эпидемиологическое обследование больных в Европейской части России;субпроекты: Эпоха-ХСН, Эпоха-О-ХСН, Эпоха-АГ; одномоментное госпитальноеисследование в 22 регионах РФ), проведённые в 2004 – 2005 годах,демонстрируют, что хроническая сердечная недостаточность (ХСН) в разнойстепени тяжести наблюдается у 7% (около 7,9 млн.
человек) населения страны[68]. Клинически выраженная ХСН достигает 4,5% (около 5,1 млн. человек). ВНациональных рекомендациях по диагностике и лечению хронической сердечнойнедостаточности (ХСН) [48] отмечено: в результате 10-летнего наблюдения запопуляцией обнаружено, что распространенность ХСН в популяции растет всреднем на 1,2 человека на 1000 населения в год. Аппараты вспомогательногокровообращения являются, на сегодняшний день, основной альтернативойтрансплантации донорского сердца для людей, страдающих острыми формамисердечной недостаточности [5, 28, 48, 75].Принцип работы насоса вспомогательного кровообращения состоит в том,что, будучи присоединенным к левому желудочку одной канюлей и к восходящейаорте–другой,насосполностьюиличастичнозаменяетфункциюинвалидизированного левого желудочка.
Систему НВК условно можно разбить натри подсистемы: насосную часть, систему питания и систему управления(Рис. 1.1).14Рис. 1.1. Элементы системы НВК [172]1.1.Типы насосов вспомогательного кровообращенияНасосами вспомогательного кровообращения (НВК) для поддержанияфункции сердца стали заниматься с середины XX в. Впервые заменить сердцесобаки попытался советский учёный В. П.
Демихов в 1937 г. В 60-х гг. в СССРбыла начата программа по созданию искусственного пневмогидравлическогонасоса, поддерживающего функцию кровообращения поражённого сердца. Уже в70-х гг. принята первая совместная программа по созданию искусственногосердца между СССР и США. Первые законченные рабочие прототипы созданы в80-х годах: модель «Герц» (1985 г., СССР), модель «Jarvik» (1982 г., США).Государственная программа по разработке полностью имплантируемых насосоввспомогательного кровообращения роторного типа есть в ряде государств: США,Китай, Япония, Евросоюз.
Одну из наиболее активных программ по имплантациисистем долгосрочной искусственной поддержки кровообращения осуществляетНемецкий кардиологический центр в Берлине (DHZB) [52].15В зависимости от типа насоса различают мембранные (Рис. 1.2, а),центробежные (Рис. 1.2, б), и аксиальные (осевые) (Рис. 1.2, в) устройства НВК[115, 176]. Отдельно можно выделить диагональные насосы – гибридцентробежного и аксиального типа насосов (Рис. 1.2, г).
Центробежные иаксиальные насосы являются роторными устройствами.а)б)в)г)Рис. 1.2. Типы устройств НВК: а – мембранный (модель Novacor) [132]; б –центробежный (HeartWare) [132]; в – аксиальный (HeartAssist) [163]; г –диагональный (CircuLite) [108]Работа мембранных насосов основана на попеременном заполнении рабочейкамеры кровью и последующем ее вытеснении – это пульсирующий тип насосов.Недостаткамитакойконструкцииявляютсябольшиегабаритынасоса,16недолговечность самой мембраны, использование клапанов, которые призагрязнении могут выйти из строя [3, 4, 51].
К мембранному типу относятсямодели BCM, HeartSaver, Novacor, Excor (Рис. 1.3, а), Cora Pump, ALVAD (Model7) и др.Центробежные и аксиальные ИЖС являются насосами постоянного типа[120]. В центробежных насосах движение жидкости и необходимый напорсоздаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастейрабочего колеса на кровь. К центробежным относятся Biopump, Delphin, AB-180,HeartWare (Рис. 1.3, б), HeartMate III и др.а)б)Рис. 1.3. а – Excor [52]; б – HeartWare [133]Осевые насосы состоят из корпуса и свободно вращающегося в немлопастного колеса. Работа основана на силовом взаимодействии лопасти наобтекающий ее поток.
В отличие от центробежных насосов аксиальныеобеспечивают более естественные условия течению потока крови, посколькуимеют вытянутую трубчатую форму (Рис. 1.4).17а)б)Рис. 1.4. Поток крови: а – в центробежном насосе [133]; б – в осевом насосе [172]К аксиальным относятся модели HeartMate II (Рис. 1.5, а), Valvo Pump,Streamliner, Jarvik 2000, HeartAssist 5 (DeBackey) (Рис. 1.5, б), Incor (Рис. 1.5, в),Impella (Рис. 1.5, г) и др.18а)б)в)г)Рис. 1.5. Осевые насосы: а – HeartMate II [172]; б – HeartAssist 5 (DeBackey) [172];в – Incor [172]; г – Impella [104]Примерами насоса диагонального типа являются модели DeltaStream,HeartQuest, CircuLite, VentrAssist и др.
Наиболее полный систематический обзорсуществующих систем НВК с описанием технических характеристик приведен вработе [175], а также [143, 176, 181, 193].Тенденции последних разработок в этой области связаны с развитиемисключительно роторных моделей насосов [81, 89, 105, 106, 111, 115, 136, 144,169].Особенноперспективнымнаправлениемсталаразработканасосоввспомогательного кровообращения аксиального типа [84, 85, 112, 119, 120, 122,123, 129, 143, 160, 176].191.2.ОсобенностипроектированиянасосоввспомогательногокровообращенияИзвестные конструкции НВК имеют следующие существенные недостатки:− высокий гемолиз, т. е. процесс выделения гемоглобина в кровь сверхфизиологической нормы вследствие воздействия высоких сдвиговых напряженийна мембраны эритроцитов, приводящий к фатальному исходу [86, 90, 94, 123, 128,131, 203, 206];− тромбообразование с последующим риском закупорки сосудов [82, 90,93, 97, 120, 130, 204];− недолговечностьиненадежностьустройств,приводящиекнеобходимости повторного хирургического вмешательства с целью ремонта илизамены имплантируемого насоса [80, 120, 136, 168];− проводные системы питания и управления режимами работы насосов,предназначенных для долгосрочного применения, требующие принципиальнонового перехода на беспроводные чрескожные способы передачи энергии иуправления [102, 120, 146, 147, 187, 200];− отсутствие пульсаций, ведущее к деградации периферических сосудов[110, 142, 152, 162, 182, 184, 191, 195].1.2.1.
Проблема высокого показателя гемолиза и тромбообразованияУболеераннихгидродинамические,моделейрубиновые,НВКвкачествеопорысамоустанавливающиесявыступаютподшипники,погруженные в кровь [143, 176], что существенно сказывалось на поврежденииклеток крови, а в ряде случае приводило к интенсивному тромбообразованию вобласти контакта[120]. Кроме того, опыт применения гидродинамическихподшипников насчитывает большое количество выходов из строя [81].Установлено, что обычныеопоры скольженияили качения становятся20концентраторамиосажденияформенныхэлементов крови,чтоведет квозникновению тромбоза.Магнитный подвес помимо прочих преимуществ [24] позволяет обеспечитьбольший, по сравнению с другими видами подшипников, зазор, что допускаетвращение ротора на больших скоростях с возникновением невысоких сдвиговыхнапряжений.
Использование магнитных подшипников в НВК позволяет снизитьпоказатели гемолиза и тромбоза [81].1.2.2. Проблеманедолговечностииненадежностинасосоввспомогательного кровообращенияСтоит отметить, что при проектировании насосов длительного примененияважным фактором риска поломки становится механический износ. В этой связи вновых поколениях таких устройств из-за необходимости борьбы с износом (вслучае проектирования насосов для долгосрочного применения) стали активноприменять магнитные подшипники [81, 84, 106, 120, 136, 158, 165, 170, 176, 177].Магнитный подвес обладает преимуществами бесконтактной опоры: высокойизносостойкостью и эксплуатационной надежностью ввиду отсутствия трения.Отсутствие контактных пар снижает риск возникновения застойных зон впротоке.
Применение магнитных опор увеличивает срок службы НВК.ПерспективностьиспользованияАМПподтверждаетфактпоявлениязапоследний год патентов на конструкции НВК с магнитными подшипниками [170].1.2.3. Проблема питания и управления режимами работы насосоввспомогательного кровообращенияСтремление повысить качество жизни пациента с имплантируемымаппаратом вспомогательного кровообращения не позволяет обойти вниманиемсистемы питания и управления режимами работы подобных жизненно-важныхустройств.21Самый распространенный способ передачи энергии и управления работойНВК – по проводам, проходящим сквозь кожу пациента и соединяющимнасосную часть устройства с блоком управления и сетью или батареями питания,находящимися снаружи.Питание от сети не обеспечивает для пациента достаточного уровнямобильности для нормальной жизнедеятельности.
В этом смысле намногоудобнее применение переносных аккумуляторных батарей, которые размещаютсялибо в рюкзаке на спине пациента, либо на поясе. Но такой вариантэнергоснабжения достаточно опасен, так как место входа проводов являетсяисточником инфекций, которые, почти в 100 процентах случаев, при попадании ворганизм человека, приводят к летальному исходу.Существует второй вариант – беспроводная передача энергии. Помимомедицинскихособенностей,связанныхсисключениеминфицирования,бесконтактный способ передачи энергии обеспечивает бóльшую свободупередвижения. Причем допускает питание от имплантированной батареи или спомощью беспроводного канала передачи энергии на расстояние [101, 102, 120,145 – 147, 151, 178, 187, 200].Для передачи энергии на расстояние существуют две технологии: TETS (atranscutaneous energy transformer system) и FREE-D (free-range resonant electricalenergy delivery) [200].
В обоих случаях используются катушки, намотанныелитцендратом.Технологии питания НВК от имплантированной батареи в настоящее времяприменяются только совместно с питанием по беспроводному каналу передачиэнергии, как аккумуляторы, так как современные имплантируемые батареи неимеют достаточной емкости для долгосрочной работы без замены, а заменапроизводится инвазивным путём.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
