Разработка системы транспортировки эксплантированных органов

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
Автор работы: Г.А. Мирошник
Научный руководитель: к.ф-м.н., доцент каф. ТМ О.С. Лобода

Файлы

• Текст диссертации, pdf
• Презентация, pdf
• Слайд, характеризующий работу, ppt
• Плакат, pdf

Введение

Сердечно-сосудистые заболевания до сих пор остаются ведущими причинами смерти в мире, и в 2015 году стали причинами 15 млн. смертей по всему земному шару. [1] В ряде случаев летального исхода можно было бы избежать, прибегнув к трансплантации сердца.

Одной из наиболее актуальных проблем трансплантологии является проблема доставки органов в пригодном для пересадки состоянии, что осложняется условиями перевозки органа. При перевозке органов в охлаждённом состоянии накладывается серьёзное ограничение по времени, например, охлаждённое до 4 градусов Цельсия сердце пригодно к вживлению акцептору в течение первых 6 часов после удаления сердца у донора, что объясняется отсутствием подачи кислорода и питательных веществ в сердце, из-за чего начинается быстротекущая ишемическая болезнь.

Американскими и голландскими учёными была предложена концепция транспортировки эксплантированных органов ex vivo. Предполагается, что орган, перевозимый таким образом, «не ощущает» извлечения из донора и не страдает в процессе перевозки. Результаты испытаний и клинических исследований показали, что допустимое время доставки органа от донора до акцептора при данном подходе увеличивается с 6 до 12 часов, а приживаемость сердца после первого послеоперационного месяца увеличилась с 80% до 97%.

Целью данной дипломной работы является разработка насоса, который может быть использован в исследовании систем искусственного кровообращения и, в первую очередь, в установке для перевозки эксплантированных органов.

Описание разрабатываемого устройства

В ходе данной работы разработан перистальтический камерный насос.

Выбор типа насоса обусловлен в первую очередь отсутствием непосредственного контакта между раствором кардиоплегии и подвижными частями насоса. Главные требования к механической части насоса – регулировка окклюзии силиконовой трубки для обеспечения наилучшей работы насоса при заданном диаметре трубки и возможность работы с силиконовыми трубками с диаметрами от 0.25 дюймов до 1 дюйма для использования при перфузии различных органов.

Насос должен обеспечивать объёмную скорость перфузии 0-6 литров в минуту, максимальная объёмная скорость перфузии обусловлена количеством крови, которое прокачивает человеческое сердце. Регулировка объёмной скорости перфузии осуществляется при помощи изменения исходного диаметра силиконовой трубки, использующейся при работе с насосом и изменением скорости вращения двигателя.

Насос управляется с приборной панели, на которой располагается дисплей, отображающий текущие параметры работы насоса, кнопки выбора стандартных размеров силиконовых трубок (0.25”, 0.5”, 1”), кнопка включения реверс-режима, кнопка запуска вращения, рукоятка регулировки количества оборотов. Каждая кнопка имеет индикаторный светодиод.

Результаты работы

Был проведён полный цикл работ, связанных с разработкой и изготовлением экспериментальной установки: обзор аналогов; составление технического задания; описание устройства в виде комбинированной схемы; расчёт и математическое моделирование узлов установки; разработка комплекта технической документации, состоящего из 3D-моделей и управляющих программ для станков; изготовление деталей с применением оборудования с числовым программным управлением и сборка устройства; составление алгоритма работы устройства и его реализация на базе подобранных комплектующих.

В рамках выполнения проекта был заключён договор о сотрудничестве с бизнес-инкубатором «Политехнический» (договор №019-64/2016 от 3 ноября 2016 года), получена консультационная поддержка от первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова. Проект прошёл в финал конкурса У.М.Н.И.К фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в декабре 2016 года.

Изготовленная установка будет использована для проведения экспериментов в ПСПбГМУ им. Павлова, конструкторская документация может быть использована для повторного воспроизведения установки и разработки следующих версий.

Литература

• 10 ведущих причин смерти в мире [Статья] / авт. Всемирная организация здравоохранения. - январь 2017 г.. - http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs310/ru/.
• Схемы технологических машин [Книга] / авт. Павлюченко С. В. Попов А. Н., Пуленец Н. В., Тимофеев А. Н.. - Санкт-Петербруг : Издательство политехнического университета, 2013.
• ГОСТ 21752-76 Система "человек-машина". Маховики и штурвалы. Общие эргономические требования (с Изменением №1) [Книга]. - Москва : Издательство стандартов, 1987.
• Передача винт-гайка [Книга] / авт. Варганов В. О. Аввакумов М. В., Колычев М. В., Гребенникова В. М., Романов В. А.. - Санкт-Петербург : Санкт-Петербругский государственный технологический университет растительных полимеров, 2015.
• ГОСТ 22613-77 Система "человек-машина". Выключатели и переключатели поворотные. Общие эргономические требования [Книга]. - Москва : Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1977.
• Инженерный анализ методом конечных элементов. [Книга] / авт. Алямовский А.А. – Москва : ДМК Пресс, 2004.
• Silicone rubber [Статья] / авт. AZoM.com // AZoM.com. - 4 04 2017 г.. - http://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=920.
• Mechanical Characterization of Soft Materials: Comparison between Different Experiments on Synthetic Specimens [Статья] / авт. Марк Холленштейн - Швейцарский государственный институт технологий Цюриха, 2008
• Mooney-Rivlin rubber material approximation [Статья] // - Jerry Steiger, 2014.
• TB6612FNG [Техническая документация] / авт. Toshiba. - 2008 г..