Отзыв_Павлов (Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА кандидата физико-математических наук Павлова Валентина Николаевича на диссертационную работу соискателя Пушкарева Александра Васильевича «Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани», 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.

Акт альность выполненной иссе тациоипой аботы Сравнительно недавно для повышения эффективности и расширения области применения криохирургического метода лечения начали использоваться многозондовые технологии криовоздействия на патологические участки биоткани. Потенциал таких технологий раскрыт еще не полностью. Практический опыт проведения хирургических вмешательств с применением группы криозондов ограничен несколькими разновидностями операций. Зто связано с тем, что при предоперационном планировании (при выборе того или иного расположения криозондов) врач основывается только на предоставляемых производителем изображениях стационарных температурных полей, полученных при использовании конкретного криозонда в значительно упрощенных, по сравнению с операцией, условиях, руководствуясь результатами эксперимента с применением лишь одного криозонда и проведенного в однородной гелеобразной среде при окружающей и начальной температурах = 20 'С.

В такой постановке эксперимента отсутствует учет взаимного влияния криоинструментов, особенностей теплофизических свойств биотканей, что влечет за собой недостаточную точность предоперационного планирования (высоки вероятности либо недости>кения температуры некроза в краевой зоне патологической ткани, либо излишнего промораживания здоровой ткани окружающей ее), Таким образом, разработка методики расчета тепловых полей в патологической ткани при низкотемпературном воздействии группы криозондов с целью повышения точности предоперационного планирования является актуальной задачей, которая позволит расширить область применения криохирургического метода.

На чная новизна Научная новизна работы заключается в следующем: 1) впервые экспериментально исследована и получена зависимость теплоемкости образцов биоткани — опухоли предстательной железы, определены скрытая теплота фазового перехода, криоскопическая температура; 2) получены экспериментальные данные по значениям температур вдоль рабочей поверхности малоинвазивного криоинструмента в зависимости от времени; 3) на основе полученных данных по теплофизическим свойствам образцов биоткани и характеристикам криоинструментов разработана достоверная методика расчета тепловых полей в биотканях на примере малоинвазивной многозондовой криоаблации предстательной железы, Ст кт а и со е жанне аботы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложения.

Общий объем работы 178 страниц (157 страниц основного текста), содержит 88 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 149 источников на 15 страницах. В введении обосновывается необходимость разработан надежных методия расчета низкотемпературного воздействия группой криозондов на патологическую область биоткани с целью повышения точности результатов прогнозирования. Представлены общие сведения о диссертации. В пе вой главе приводятся области применения криохирургического метода лечения. Анализируются достоинства и недостатки данного метода, а также факторы, оказывающие влияние на повреждение биоткани при криовоздействии.

В итоге в качестве индикатора первичного разрушения биоткани выбрана достигаемая отрицательная температура — температура некроза. Также выполнен краткий обзор доступной криохирургической аппаратуры, на основании которого отмечено, что во всех установках нет модуля прогнозирования и контроля температуры во всем объеме патологической ткани при воздействии на нее, Сделан обзор подходов, применяющихся для исследования теплообмена в биоткани при криовоздействии.

Корректно определен наиболее рациональный подход, сущность которого заключается в создании инструмента для математического моделирования с его экспериментальной проверкой на биотканях или модельных средах. Отмечается целесообразность использования численных методов для данной задачи. На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи работы.

представлена математическая модель расчета теплообмена в биологической ткани при криовоздействии. Отмечено, что в математической модели можно выделить четыре группы параметров. В данной работе исследуются технические, теплофизические и частично геометрические параметры. Биофизические параметры, такие как тепловыделения за счет кровотока и метаболизма, начальная температура патологической зоны взяты на основе литературных источников. Проведено обоснование использования программного комплекса Апзуз.

Описана разработанная автором компьютерная программа расчета температурных полей в биоткани при воздействии группой криоинструментов. Основой для создания программы стала многозондовая криодеструкция предстательной железы — операция проводимая на практике в Российской Федерации. Следует отметить, что созданная программа моделирования имеет возможность расчета практически любых располо>кений криозондов за счет применения параметрической геометрической модели, Приведены основные теплофизические свойства, необходимые для расчета теплообмена и отмечается, что необходимо их исследовать экспериментально. Показаны два варианта учета внутреннего источника теплоты в зависимости от размеров кровеносных сосудов, Представлены результаты расчетов теплообмена в модельной среде при воздействии одного и двух криоинструментов для дальнейшего их использования с целью верификации компьютерной программы.

В т етьей главе описан разработанный автором экспериментальный стенд, который включает в себя два модуля, Первый модуль разработан для экспериментального исследования характеристик криозондов при их эксплуатации. Назначение второго модуля — модельные эксперименты для проверки корректности результатов расчета. Определены погрешности экспериментов. Проведены экспериментальные исследования и представлены результаты, сравнение которых с расчетными показало достаточную для технического эксперимента доверительную точность результатов программы при моделировании воздействия группы криоинструментов — отклонение по размерам зоны замораживания не более 5 ',4, по температурам в контрольной точке — не более 2 ',4.

Описаны стенд для экспериментального исследования теплоемкости биотканей методом дифференциальной сканирующей калориметрии, методика проведения опыта и полученные экспериментальные данные по образцам опухолей предстательной железы и уточненные данные по модельной среде— >келатиновому гелю.

Автором показано, что температурой окончания фазового перехода биотканей опухолей предстательной железы является величина минус 35 ~ 5 'С, что доказывает адекватность вьюранного автором индикатора некроза в виде температуры в минус 40 'С. В четве той главе проанализированы результаты серии расчетов с двумя и четырьмя криоинструментами при различном расстоянии между ними. Установлены размеры объемов областей замораживания и некроза для всех рассчитанных случаев; расстояния, начиная с которых отсутствует взаимное влияние криоинструментов на температуру в несмежной зоне замораживания; расстояния, до которых области замора>кивания и некроза наплывают друг на друга.

Доказано, что применяемый сегодня на практике подход для прогнозирования зон замораживания и некроза при воздействии группой криоинструментов некорректен. При учете взаимного влияния криоинструментов точность прогнозирования возрастает в среднем на 19,7 '.4 для области замораживания и для зоны некроза на 42,9 ',4 для рассмотренных случаев.

В результате проведенного исследования обоснованы и предложены практические рекомендации по организации воздействия группы криоинструментов на биоткани и по проектированию криоинструментов. остове ность и обоснованность па чных положений диссе тационной рнбогы Достоверность и обоснованность сформулированных научных положений и выводов обеспечивается использованием аттестованных измерительных средств, надежных методик измерений и согласованностью расчетных и экспериментальных данных. й бликации ап обацин и еализация аботы Основные научные результаты диссертации изложены в статьях и автореферате автора.

Опубликовано б научных работ в журналах, включенных ВАК РФ в перечень рецензируемых ведущих научных журналов и изданий, при этом 1 из них входит в журнал из международной базы индексирования Бсорпз, также получен патент на полезную модель. Апробация диссертации прошла на российских и международных научных конференциях, конгрессах и семинарах, напечатано 13 тезисов докладов. Материалы по научным результатам работы внедрены в учебный процесс кафедры «Холодильная, криогенная техника.

Системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им. Н.Э. Баумана и использовались при выполнении работ Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда. Замечании по иссе тационной аботе 1.В рамках данной работы проведено экспериментальное исследование температурных характеристик на рабочей длине поверхности криоинструментов. Была разработана специальная конструкция для крепления температурного датчика к поверхности криозонда. Данная конструкция позволяет получить инженерную (техническую) точность измерений температуры. При необходимости дальнейшего повышения точности измерений автору рекомендуется применить иной способ достижения точечного теплового контакта температурных датчиков с поверхностью криозонда.

2. В данной работе проведено исследование криоинструментов, в которых в качестве рабочего газа используется аргон высокого давления. В дальнейшем, основываясь на результатах данной работы, целесообразно исследовать характеристики криоинструментов, работающих на жидком азоте. После этого возмо>кно будет провести сравнительный анализ рабочих характеристик различных по принципу работы криозондов.

З.Предлагается привести отдельное обоснование, почему в компьютерной программе расчета при построении сетки конечных элементов используются элементы тетраэдральной формы. Представленные замечания носят рекомендательный характер и не сии>кают общий уровень проведенных автором исследований, достоверности полученных результатов, а также научной и практической их значимости. Диссертация Пушкарева Александра Васильевича является законченной научно-исследовательской и научно-квалификационной работой, в которой решаются актуальные проблемы, имеющие важное значение для расширения возможностей низкотемпературной криодеструкции, Заключение На основе проведенного анализа материалов диссертации считаю, что диссертация Пушкарева Александра Васильевича соответствует требованиям, предъявляемым положением «О порядке присуждения ученых степеней», утвержденного постановлением Правительства РФ от 24,09.2013 г., № 842 (ред.

от 02.08.2016). Содержание автореферата соответствует содер>канию диссертационной работы. По актуальности, объему и содер>канию материалов, научной новизне и практической ценности полученных результатов исследований выполненная работа отвечает требованиям ВАК РФ, предъявляемым к диссертациям на соискание степени кандидата технических наук, а ее автор Пушкарев Александр Васильевич заслуживает присуждения ему ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 — Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондициопирования и жизнеобеспечения.