автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей, алгоритмов, программно-аппаратного обеспечения для измерительно-управляющего комплекса технико-биологической системы

На правах рукописи

СУРКОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ, АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ТЕХНИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (НА ПРИМЕРЕ АППАРАТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ).

Специальности:

05.13.01. - "Системный анализ, управление и обработка информации" 14.00.41. - 'Трансплантология и искусственные органы"

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском авиационном институте (техническом университете), Научно-исследовательском институте трансплантологии и искусственных

органов

Научные руководители - кандидат технических наук, доцент Осипов В.Г.

доктор биологических наук,

профессор

Иткин Г.П.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук

профессор

Гурский Б.Г.

Кандидат технических наук, доцент

Едемский М.Л.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

трансплантологии и искусственных органов.

Защита состоится 5 июня 2006 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д212.125.11 при Московском авиационном институте (государственный технический университет) «МАИ» по адресу: 125993, А-80, ГСП-3, Москва, Волоколамское ш., 4, зал заседаний Учёного Совета МАИ.

Автореферат разослан мая 2005

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ГрОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ 200&ЖТ

Горбачёв Ю.В.

хое&к

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сердечно-сосудистые заболевания являются самыми массовыми среди всех остальных. Ежегодное количество смертных случаев и госпитализаций из-за хронической сердечной недостаточности устойчиво увеличивалось за прошлое десятилетие, достигнув почти 900 ООО госпитализаций и 300 ООО смертных случаев в год. Из-за нехватки доноров, для спасения жизни больных стали применять двухэтапную трансплантацию сердца, при которой на первом этапе осуществляется медикаментозная или механическая поддержка кровообращения. Она проводится вплоть до появления подходящего донора, а на втором этапе, когда состояние больного стабилизируется, осуществляется трансплантация сердца. Механическая поддержка кровообращения применяется не только как «мост» к трансплантации, но и для восстановления сократительной способности сердечной мышцы (миокарда) у больных после операции на сердце. Механическая поддержка кровообращения производится с помощью аппаратов вспомогательного кровообращения (АВК), способных частично восполнить или полностью заменить насосную функцию сердца.

В настоящее время в России разрабатывается аппарат вспомогательного кровообращения нового поколения, который позволит пациенту вести активный образ жизни вне больничного стационара, чего не позволяли предшествующие аналоги. АВК, используемые за рубежом, являются дорогостоящими, так, стоимость одного аппарата составляет порядка 300-400 тыс. долларов. В связи с этим разработка отечественного АВК является актуальной задачей.

Основными отличительными особенностями разрабатываемого АВК по сравнению с предшествующими аналогами являются:

• Автоматический режим работы - такой режим работы, при котором АВК обеспечивает необходимый кровоток в условиях физической активности организма.

• Автономность работы. Возможность длительной работы от носимых аккумуляторных батарей.

• Электромеханический способ преобразования энергии.

• Пульсирующий характер работы.

• Возможность имплантации.

При разработке АВК наиболее трудной задачей является задача адекватного управления, т.к. длительная неадекватная работа может привести к необратимым изменениям в организме.

В связи с трудностями исследования работы АВК на животных и малом объёме данных по применению на пациентах возникает задача анализа работы АВК в системе кровообращения пациента с использованием средств математического моделирования.

Цель диссертационной работы - разработать и исследовать комплексную модель, алгоритм управления и программно-аппаратное обеспеченье биотехнической системы (на примере аппарата вспомогательного кровообращения), позволяющие обоснованно выбирать параметры блоков её технической части.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

- разработать на базе системного подхода серий моделей, обеспечивающих достаточно адекватное описание исследуемого объекта:

- модели системы кровообращения;

- обобщённой модели системы кровообращения + АВК пульсирующего типа;

- выбрать и разработать алгоритм управления АВК, обеспечивающего свойства системы, адекватные показателям среднестатистического организма в условиях типовых физиологических состояниях.

- разработать программное и аппаратное обеспечение для АВК пульсирующего типа с электромеханическим приводом;

- провести испытание разработанной биотехнической системы на гидродинамическом стенде. Методы исследования: В работе использовался метод математического моделирования. Научная новизна:

• Разработана обобщённая математическая модель системы кровообращения.

• Разработана и исследована комплексная математическая модель, в состав которой входят: математическая модель системы кровообращения и математическая модель аппарата вспомогательного кровообращения.

• Предложен способ и устройство для контроля функционального состояния сердечной мышцы при использовании ABK.

Практическое значение:

• Разработан алгоритм управления АВК, реализованный в блоке управления аппаратом.

• Оценено влияние параметров насоса для повышения качества работы системы АВК.

• Исходя из предварительного анализа работы АВК, предложен оптический датчик для контроля положения мембраны камеры насоса, необходимый для реализации требуемого алгоритма управления АВК. Показано, что используемый в составе системы управления датчик может быть использован для анализа функционального состояния сердечной мышцы, работоспособность которого подтверждена стендовыми испытаниями.

• Разработанная комплексная модель достаточно наглядна и может быть использована в системе обучения как студентов-медиков, так и биоинженеров.

Внедрение: Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке аппарата вспомогательного кровообращения нового поколения и внедрены в лабораториях Научно-Исследовательском Институте Трансплантологии и Искусственных Органов (НИИТиИО).

Апробация работы: Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях: ежегодный Международный научно-технический семинар «Современные технологии в задачах управления, автоматизации и обработки информации» (г. Алушта 2002-2005 г.).

Основные положения диссертации, которые выносятся на защиту:

• комплексная модель биотехнической системы, включающая в себя модель системы кровообращения и модель ABK.

• анализ основных параметров насосной камеры АВК при различных уровнях физической активности организма с целью улучшения качества работы АВК

• реализация эвристического алгоритма управления АВК

Публикации: Базовые положения и результаты исследований отражены

в 6 публикациях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на

_149_ страницах машинописного текста, _10 таблицах, _71_

рисунка, список литературы из 103 наименований.

Содержание работы.

Во введении указывается актуальность решаемой задачи, формулируется цель исследования, научная новизна исследований и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведен обзор существующих математических моделей «организм-аппарат», системы кровообращения, рассматриваются принципы управления аппаратами вспомогательного кровообращения.

При анализе моделей «организм-аппарат» выяснилось, что такие модели существуют, но они являются статическими и не отражают особенностей работы аппарата в условиях физической активности организма. Использование таких сильно упрощённых статических моделей является недопустимым при анализе работы АВК нового поколения. Поэтому на первом этапе возникла необходимость разработки динамической модели системы кровообращения, учитывающей динамические связи переменных.

Анализ математических моделей системы кровообращения (Н.М.Амосова, J.Beneken, De Wit, Ю.В.Солодянникова) показал, что модель Н.М.Амосова имеет непульсирующий характер, модель J.Beneken, В. De Wit не включает в себя нейро-гуморальный контур управления. За основу была взята модель Ю.В.Солодянникова, в которой моделировались реакции организма на различные типовые воздействия и производились сравнения с реакциями среднестатистического организма. Однако реакции данной модели на ряд физиологических возмущений не соответствуют реальным данным.

Среди существующих трёх основных групп методов организации вспомогательного кровообращения был выбран метод частичной замены функции сердца путём обхода левого желудочка. При этом часть или весь минутный объем сердца ( по схеме "вход насоса левое предсердие или желудочек - выход - аорта") ( Рис.1). В данной работе при обходе левого желудочка сердца используется пульсирующий тип насоса - аппарат вспомогательного кровообращения (АВК). Основной метод управления, используемый при работе пульсирующего АВК, - метод полного опорожнения и полного наполнения камеры насоса.

Рис. 1 Обход левого желудочка по схеме "желудочек-аорта".

Качество работы оценивалось по параметрам гемодинамики, при этом предполагалась, что при работе АВК основными показателями гемодинамики являются: артериальное давление и минутный объём крови (Таблица 1).

Таблица 1

Параметры Состояние гемодинамики до применения ОЛЖ Параметры гемодинамики на фоне качественной работы насоса при ОЛЖ

Состояние Острая сердечная недостаточность Покой Умер. эмоц. нагрузка Умер. физ. нагрузка

АД среднее Ра=60 мм.рт.ст. 80 <Ра< 95 ]30<Ра< 150 100 < Ра < 135

МОК л/мин МОК=3.6 л/мин 5 <МОК<5.8 7 < МОК < 8 9 < МОК< 12

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой и исследованием комплексной математической модели системы кровообращения и автономного аппарата вспомогательного кровообращения пульсирующего типа, а также вопросы, связанные с адекватностью разработанной модели.

На базе модели системы кровообращения, предлагаемой Ю.В.Солодянниковым, разработана модель системы кровообращения, в которой существенно уточнена модель сердца. На основе закона работы сердца Франка-Старлинга была создана обобщенная модель сердца.

Рис. 2 Физиологическая и модельная (пунктирной линией) кривая систолического давления, развиваемого желудочком сердца. Данные кривые (рис. 2.) представлены для среднестатистического человека, находящегося в состоянии покоя.

На рис. 3 изображена блок-схема работы сердца. В последующем описании системы кровообращения блок-схема модели сердца будет представлена одним блоком, под названием "модель сердца". Адекватность разработанной обобщённой модели сердца показана ниже при анализе работы сердца совместно с сердечно-сосудистой системой.

Описание других блоков, входящих в состав модели системы кровообращения основаны на известных данных и законах физиологии

кровообращения, работе Ю.В. Солодянникова и накопленном клинико-экспериментальном опыте НИИТиИО.

Помимо модели сердца, обобщённая модель СК включает в себя следующие блоки (Рис.4):

• блок тканевого метаболизма;

• блок артериального резервуара;

• блок венозного резервуара;

• блок периферической системы;

• блок нейро-гуморального управления

Рис. 4 Структурная схема модели системы кровообращения.

етн

1*1 Б* Vм Я'1*. ' I» 1 ц>к ______

□ * в в ■■ ь. г 1 • > . (¡¡^ 3 ««>,•. «ь ~

Рис. 5 Структурная схема модели, реализованная в МаИ.аЬ 6. Более детально модель представлена на рис.5.

Обобщённая модель системы кровообращения, используемая при моделировании состоит из:

1. Модели сердца.

2. Модели артериального резервуара.

3. Модели периферической системы.

4. Модели нейро-гуморального управления.

5. Модели тканевого метаболизма.

6. Модели венозного резервуара.

7. Блоков отображения текущих значений следующих параметров:

• частоты сердечных сокращений;

• ударного объёма желудочка сердца;

• артериального давления;

• минутного объёма крови (МОК).

• периферической проводимости.

Анализ адекватности обобщённой модели системы кровообращения производился сравнением результатов моделирования с известными реакциями среднестатистического организма на различные возмущающие воздействия.

Смоделированы были следующие ситуации:

• состояние покоя;

• умеренная физическая нагрузка;

• умеренная эмоциональная нагрузка;

• электрическая стимуляция сердца;

• недостаточность сердца.

В разрабатываемой модели системы кровообращения физическая нагрузка отождествлялась с потребностью организма в кислороде в единицу времени гСЬ. В режиме покоя гСЬ=4 мл/сек, при увеличении (умеренная физическая нагрузка) Ю2=16 мл/сек. При моделировании умеренной эмоциональной нагрузки частота сердечных сокращений составляла ЧСС=105 уд /мин. При моделировании стимуляции ЧСС=45, 60, 90 уд./мин

При моделировании реакций, были получены результаты, представленные в таблице 2

Таблица 2

Виды (ЮЗМ)ШениГ! Физиологические переменные

АД (мм рз сг ) ЧСС (уд/мин) УО(мз) МОК (л/мин) Ре (мм рт СТ ) У, 1е / п&ё ) и дд по

ирга ИН1М орган модель организм модель организм модель орга* мнзм модель органшм модель

состянне покоя 120 116 65 67 85 81 55 55 55 5 7 1 04 1 07

80 79

Умеренная физическая нагрузка 165 163 120 117 100 100 12 117 8 8 1 57 1 58

120 113

Умеренная Эмоциональ ная нагрузка 180 175 105 105 80 79 85 83 75 7 0 97 0 97

140 136

СЗИМ>ЛЯЦНЯ сердца Г- 45 60.90 115 114 45 60 90 45 60 90 115 90 60 113 89 62 53 5 1 5 3 5 5 5 5 5 7 1 14 1 08 1 01 1 14 1 07 1 03

65,75 85 63.75, 85

уменьшение насосной функции сердца 70 70 80 83 45 45 36 36 II 10 1 31 1 3

50 49

Соответствие модели организму было проверено с помощью общепринятых методов, основанных на сравнении реакций модели и

организма в стандартных ситуациях. При этом для оценки адекватности модели использовались среднестатистические физиологические данные, и данные, полученные в экспериментах на животных (в НИИТиИО). Из таблицы 2 видно, что реакции модели адекватны реакциям организма с достаточной степенью точности (максимальное отклонение +-7%) при широком диапазоне изменения физиологических ситуаций.

Разрабатываемая система (аппарат вспомогательного кровообращения пульсирующего типа) состоит из: имплантируемой части, носимой части и монитора.

Имплантируемая часть Носимая часть

Исходящая кровь

Посгупаюиея кровь

Система управления гриводрмАЕК

Искусственна иепуднек | серена

Толкатель мембраны I яелудрчка

привода АВК

______________

Привод Датчики АВК

готаежятогкатвпя

Источник питания основной

l/fcro+VK питашя резервный

Монитор

ПК

Рис. 6. Основные части комплекса АВК Для анализа работы АВК в системе кровообращения была разработана математическая модель АВК. Целью разработки математической модели АВК пульсирующего типа являлось построение обобщённой модели вспомогательного насоса, подключенного по схеме желудочек-аорта. В модели объём наполнения насоса изменяется в зависимости от скорости притока крови из желудочка сердца. При этом форма выброса крови из насоса изменяется в зависимости от выбранного алгоритма работы насоса.

Рис. 7 Модель ABK. Данная модель АВК не является полной, поскольку не учитывает динамических свойств привода насоса.

На рис. 8 представлена комплексная модель системы кровообращения^ насосом, подключенным по схеме желудочек-аорта.

Е* S* V S"J«oi 1«*

Diese /.oieicc:! ► .ftaS

-Л*

■es.

E>-

в

e

rS ö

W ijsv

¡-В

ЕМШЖ!

Uq

LI

<ED

■рта Lg

ШЬ

—цГ" 5oiÖp

| U3 «UV«." 1--MON

ШИВ

to* I Г

Рис. 8 Комплексная модель CK.

В третьей главе комплексная модель СК использована для анализа работы АВК и оценки основных конструктивных параметров насоса. При этом за основной метод управления АВК был взят метод "наполнения -опорожнения", а в качестве алгоритма управления был взят эвристический алгоритм, жёстко связывающий время наполнения и время опорожнения и предложенный сотрудниками НИИТиИО.

Разработанная комплексная математическая модель обобщённой системы кровообращения и АВК пульсирующего типа и выбранный метод управления позволили произвести оценку влияния параметров насоса на качество работы АВК:

• объём искусственного желудочка сердца;

• время выброса крови и форму кровотока из насоса при различных частотах сердечных сокращений;

• площади входного и выходного патрубков камеры насоса.

Выбор указанных основных параметров произведён методом

математического моделирования для различных физиологических состояний. Моделирование показало, что наиболее качественная работа АВК происходит для насосов с объёмом камеры около 70 мл.

Результаты моделирования представлены в Таблице 3

Таблице 3

Ч_ус1 п (мл) (уд/мин) f_.ii (уд/мин) Ра_ср (мм.рт.ст.) Тр% МОК (л/мин)/10

0 86 0 57 0 37

60 70 70 80 50 47

70 68 68 86 55 50

80 67 67 91 58 54

90 65 65 99 60 59

По результатам моделирования работы АВК у пациента, находящегося в состоянии покоя, можно сделать следующие выводы:

1. Объём камеры насоса 60 мл - недостаточен для нормального функционирования организма в состоянии покоя (МОК не превышает 4.7 л/мин, Ра_ср <= 80 мм.рт.ст.).

2. При объёме камеры насоса 70 мл - улучшаются параметры системы кровообращения (увеличивается МОК и среднее артериальное давление).

3. При объёме камеры насоса более 70 мл происходит увеличение минутного объёма крови и артериального давления. Однако, по данным многих исследователей увеличение объёма камеры насоса повышает вероятность тромбообразования из-за снижения локальных скоростей потока.

Ниже (в таблицах 4, 5) представлены результаты моделирования, влияния объёма камеры насоса на параметры системы кровообращения при следующих состояниях организма, (умеренная эмоциональная нагрузка таблица 4; умеренная физическая нагрузка таблица 5).

Таблица 4

Умеренная физическая нагрузка

ц_уй_п Ряср

(мл) 1 с (уд/мин) 1 п (уд/мин) (мм.рт.ст.) Тр% МОК (л/мин)/10

Значения в норме 0 116 0 132 0 114

Недостаточность 0 153 0 48 0 62

Подключ. Насоса 60 143 143 89 38 88

Подключ. Насоса 70 136 136 103 34 96

Подключ. Насоса 80 127 127 117 25 103

Подключ. Насоса 90 120 120 126 18 110

Таблица 5

Умеренная эмоциональная нагрузка

Ч_ус1_п 1 с Раср

(мл) (уд/мин) (уд/мин) (мм.рт.ст.) Тр% МОК (л/мин)/10

Значения в норме 0 105 0 149 0 83

Недостаточность 0 142 0 61 0 36

Подключ. Насоса 60 112 112 128 55 68

Подключ. Насоса 70 107 107 140 46 76

Подключ. Насоса 80 103 103 152 34 83

Подключ. Насоса 90 98 98 160 30 90

Аналогично проведено исследования влияния сечений входного и

выходного патрубков насоса на качество работы комплекса. Исследование показало, что при работе насоса с объёмом камеры 70мл, необходимо, чтобы

площади сечений были в диапазоне от 1.3 см2 до 1.6 см2. Исследование показало, что форма кровотока (прямоугольная и синусоидальная) незначительно влияет на качество работы комплекса.

Для аппаратной реализации предложенного эвристического алгоритма управления АВК был выбран косвенный способ измерения заполняемого объёма камеры насоса Выбранный способ основан на использовании оптического датчика положения подвижной мембраны камеры насоса.

Сигнал с датчика используется для управления приводом насоса АВК. При этом время опорожнения камеры зависит от времени её естественного наполнения Использование в составе системы управления приводом указанного оптического датчика выявило дополнительную возможность оценки и контроля сократительной функции миокарда. Подробно указанная возможность описана в приложении к диссертации.

Заключительная часть третьей главы посвящена разработке алгоритма управления приводом насоса. Для электромеханического типа привода на основе вентильного электродвигателя разработана блок-схема алгоритма ( рис.9).

Блок-схема работы АВК

Рис. 9

В четвёртой главе: описаны реализация алгоритма управления аппаратом вспомогательного кровообращения пульсирующего типа и проведённые стендовые испытания комплекса.

Для реализации выбранного эвристического алгоритма разработана структурная схема системы управления приводом АВК, произведён выбор микроконтроллера, разработано программно-алгоритмическое обеспечение, включающий удобный интерфейс и беспроводное управление комплексом АВК. Структурная схема управления приводом АВК представлена на (рис. 10).

Носимый блок

Датчик

положения

мембраны

Привод АВК

I

Блок управления

Блок, осуществляющий беспроводную связь

Микроконтроллер

Блок коммутации

Контроллер

Ключи переключения обмоток привода ИЖС

Блок, осуществляющий беспроводную связь

I

Монитор

I______

н

Блок питания

Рис. 10 Структурная схема управления приводом АВК

Для управления комплексом выбран микроконтроллер Айпе§а 32 и разработана соответствующая электрическая схема.

Для оценки работоспособности комплекса и определения его основных характеристик проведены стендовые испытания, целями которых являлись:

1. Оценка точности реализации выбранного эвристического алгоритма.

2. Определение ударного объёма насоса АВК при максимальном ходе толкателя.

3. Определение зависимости выходного напряжения оптического датчика от давления внутри камеры насоса.

4. Опробование совместной работы двух независимых комплексов АВК, подключенных к одному стенду.

Стендовые испытания производились на специальном стенде (рис. 11), представляющим собой два резервуара (артериальный и венозный), соединённых между собой гибкой трубкой, на которой установлен ротаметр -прибор, показывающий расход жидкости. К этим двум резервуарам можно подключать искусственные желудочки сердца, приводами которых могут

Рис. 11. Проведение стендовых испытаний

На рисунке 11 представлены следующие элементы:

1. Блок управления приводом ИЖС.

2. Блок управления пневматическим приводом АВК пульсирующего типа (в дальнейшем АВК2.).

3. Стенд, имитирующий систему кровообращения.

4. Ротаметр.

5. АВК2 - искусственный желудочек сердца, работающий от пневмопривода.

6. АВК1 - искусственный желудочек сердца с электромеханическим приводом.

7. Блок питания комплекса ИЖС.

8. Монитор.

9. Многоканальная система, предназначенная для измерения мгновенного потока жидкости. Используются электромагнитные датчики потока.

На рис. 12 приведена структурная схема испытательного стенда с

Рис. 12 структурная схема стенда с АВК

Работа АВК осуществлялась в автоматическом режиме, при этом было установлено, что максимальный ударный выброс составляет 46_мл.

Погрешность в смысле выполнения требуемого времени выброса не превышает 5%.

Определение зависимости выходного напряжения с оптического датчика от давления внутри камеры насоса. Данный эксперимент произведён по схеме рис. 13 с использованием АВК пульсирующего типа с оптическим датчиком, при различных давлениях на входе насоса.

Характеристика оптического датчика

Давление внутри камеры насоса (мм.рт.ст.)

Рис. 13 Характеристика оптического датчика.

Полученная зависимость даёт возможность определения уровня функционального состояния миокарда (сердечной мышцы) при кратковременных остановках привода.

Совместная работы двух независимых АВК осуществлялась по схеме, изображённой на рис. 14.

Рис. 14 Структурная схема подключения ABK.

В этих испытания параметры работы АВК 2 (частота пульсаций, давление в пневмосистеме) были фиксированы. А рабата АВК1 определялась эвристическим алгоритмом. Следует отметить, что данные испытания носили предварительный характер, и поэтому они не сопровождались какими-то серьезными обобщениями и выводами. Тем ни менее отмечено, что наиболее серьезным является вопрос синхронизации обоих систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты и выводы по работе:

1. На базе системного подхода разработана серия математических моделей био-технической системы:

• модель АВК;

• комплексная модель, в состав которой входят: модель сердечнососудистой системы, модель АВК;

2. Выбраны алгоритм управления и параметры АВК при различных физиологических состояниях человека. с использованием разработанных моделей и соответствующего им программного обеспечения в среде MatLab.

3. Реализован эвристический алгоритм управления АВК пульсирующего типа и определены основные параметры камеры насоса, обеспечивающее требуемое качество работы. Рекомендуемый объём камеры должен быть 70мл. и диаметр патрубка от 13 до 15 мм.

4. Разработано программно-аппаратное обеспечение АВК пульсирующего типа, включающее программу для контроллера АШе^а 32, конструкцию оптического датчика положения мембраны, интерфейс "Монитора" и беспроводную связь системы управления и "Монитора" (на базе технологии ЫиейюД).

5. Разработанное программно-аппаратное обеспеченье реализовано в виде системы управления для АВК пульсирующего типа с вентильным электродвигателем, успешно испытанной на гидродинамическом стенде полунатурного моделирования НИИТиИО.

6. Предложен способ косвенной оценки функционального состояния сердечной мышцы, исследуемой био-техниеской системы по выходному сигналу датчика положения мембраны насоса в моменты кратковременных отключения привода насоса.

7. Полученные результаты внедрены в НИИТиИО, что подтверждено соответствующим Актом.

Итоги выполненных теоретических работ и экспериментальных исследований позволяют сделать следующее заключение:

1. Отечественный имплантируемый АВК пульсирующего типа может быть реализован на базе электро-механичесекого привода с объёмом камеры насоса не менее 70 мл.

2. Будущие исследования систем управления приводом имплантируемого АВК пульсирующего типа должны быть направлены на поиски и разработку алгоритма, обеспечивающего качественную синхронизацию между

потребностями биологической и работой технической частей системы. Для этого необходимо:

- разработать критерии качества синхронизации;

- разработать математическую модель комплексной системы с учётом её гидродинамических характеристик;

- разработать соответствующий алгоритм управления и аппаратное обеспеченье.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Дозоров К.Н., Кузьмин С.П., Осипов В.Г., Окатов Ю.Э., Суркова Е.Ю., Сурков Д.А. "Разработка системы управления для искусственного желудочка сердца с использованием базовой модели системы кровообращения". Труды XIV международного научно-технического семинара. 2005 г. «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации».

2. Дозоров К.Н., Кузьмин С.П., Осипов В.Г., Сурков Д.А. «Разработка алгоритмов управления, интерфейсных устройств и программного обеспечения для привода искусственного левого желудочка сердца». Сборник «Будущее авиации и космонавтики 2003».

3. Сурков Д.А. "Обзор существующих систем механической поддержки кровообращения" Труды XIV международного научно-технического семинара. 2005 г. «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации».

4. Сурков Д.А. "Технические средства для автономного, имплантируемого аппарата вспомогательного кровообращения нового поколения", журнал «Промышленные АСУ и контроллеры (ноябрь 2005)».

5 Антошкин С.А., Бокарёв А.Д., Кузьмин С.П., Окатов Ю.Э, Сурков Д.А "Разработка бесконтактного датчика положения мембраны для системы управления приводом искусственного левого желудочка

сердца". Труды XIII международного научно-технического семинара. 2004 г. «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации».

6. Дозоров К.Н., Кузьмин С.П., Осипов В.Г., Сурков Д.А., "Имитационная модель управления системой вспомогательного кровообращения на основе принципов нечёткой логики". Труды XIII международного научно-технического семинара. 2004 г. «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации».

Множительный центр МАИ

Заи. Тир.$0 экз. 26

ZOoGfr

I- 99 5 S

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ: "ОРГАНИЗМ-АППАРАТ", СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ, СЕРДЦА. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕ И АППАРАТЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТАМИ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор математических моделей "организм-аппарат", системы кровообращения, сердца.

1.1.1. Обзор математических моделей "организм-аппарат".

1.1.2. Обзор математических моделей системы кровообращения.

1.1.3. Обзор моделей сердца.

1.2. Вспомогательное кровообращение, обход левого желудочка сердца. Аппараты, применяемые при обходе левого желудочка сердца.

1.3. Принципы управления аппаратами вспомогательного кровообращения пульсирующего типа, подключаемых по схеме "желудочек-аорта".

1.4. Постановка задачи исследования.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ И АППАРАТА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТИПА.

2.1. Структурная схема модели кровообращения.

2.2. Разработка отдельных блоков модели системы кровообращения.

2.2.1. Разработка модели сердца.

2.2.2. Тканевый метаболизм.

2.2.3. Артериальный резервуар.

2.2.4. Венозный резервуар.

2.2.5. Периферическая система.

2.2.6. Нейро-гуморальное управление.

2.3. Адекватность обобщённой математической модели системы кровообращения.

2.3.1. Моделирование состояния покоя.

2.3.2. Моделирование умеренной физической нагрузки.

2.3.3. Моделирование умеренной эмоциональной нагрузки.

2.3.4. Моделирование искусственного ритмоводителя сердца.

2.3.5. Моделирование сердечной недостаточности.

2.4. Описание разрабатываемой системы.

2.4.1.Описание имплантируемой части.

2.4.2.0писание носимой части.

2.4.3. Описание устройства «Монитор».

2.4.4. Блоки питания.

2.5. Разработка модели аппарата вспомогательного кровообращения пульсирующего типа.

2.6. Разработка комплексной модели.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ АППАРАТА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТИПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ.

3.1. Анализ и выбор параметров разрабатываемого аппарата вспомогательного кровообращения и исследование алгоритма управления с использованием комплексной математической модели.

3.2. Влияние скорости опорожнения камеры насоса на параметры сердечно-сосудистой системы. Зависимость опорожнения камеры насоса от её наполнения.

3.2.1. Работа аппарата вспомогательного кровообращения.

3.2.2. Исследование влияния объёма камеры насоса на параметры. системы кровообращения.

3.2.3. Исследование комплексного влияния параметров камеры насоса на функциональное состояние системы кровообращения при различных возмущающих воздействиях.

3.2.4. Выбор формы потока крови из насоса в аорту.

3.2.5. Работа насоса при восстановлении функционального состояния миокарда.

3.3. Применение косвенного метода измерения времени полного наполнения камеры искусственного желудочка сердца.

3.4. Алгоритм управления, разработанный для привода насоса вспомогательного кровообращения пульсирующего типа.

Блок-схема алгоритма работы АВК.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТОМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТИПА И ПРОВЕДЕНИЕ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ.

4.1. Структурная схема управления приводом ИЖС. Выбор микроконтроллера.

4.2. Беспроводное управление.

4.3. Работа с комплексом ИЖС. Описание системы отображения параметров работы комплекса ИЖС. Управление комплексом ИЖС.

4.4. Стендовые испытания.

4.4.1. Определение ударного выброса привода ИЖС при максимальном ходе толкателя.

4.4.2. Определение качества работы датчика, основанного на эффекте Холла, регистрирующего полное наполнение камеры насоса.

4.4.3. Определение величины регургитации клапана.

4.4.4. Определение зависимости выходного напряжения с оптического датчика от давления внутри камеры насоса.

4.4.5. Оценка точности реализации выбранного эвристического алгоритма.

4.4.6. Опробование работы двух независимых комплексов АВК, подключенных к одному стенду.

Выводы по четвёртой главе.

Актуальность проблемы. Сердечно-сосудистые заболевания являются самыми массовыми среди всех остальных. Ежегодное количество смертных случаев и госпитализаций из-за хронической сердечной недостаточности устойчиво увеличивалось за прошлое десятилетие, достигнув почти 900 ООО госпитализаций и 300 ООО смертных случаев в год. Из-за нехватки доноров, для спасения жизни больных стали применять двухэтапную трансплантацию сердца, при которой на первом этапе осуществляется медикаментозная или механическая поддержка кровообращения. Она проводится вплоть до появления подходящего донора, а на втором этапе, когда состояние больного стабилизируется, осуществляется трансплантация сердца. [80]. Механическая поддержка кровообращения применяется не только как «мост» к трансплантации, но и для восстановления сократительной способности сердечной мышцы (миокарда) у больных после операции на сердце [8]. Механическая поддержка кровообращения производится с помощью аппаратов вспомогательного кровообращения (АВК), способных частично восполнить или полностью заменить насосную функцию сердца.

В настоящее время в России ведутся работы по разработке аппарата вспомогательного кровообращения (АВК) нового поколения, который позволит пациенту вести активный образ жизни вне больничного стационара, чего не позволяли предшествующие аналоги, т.к. имели массивный блок управления, работающий от сети. АВК, применяемые за рубежом, являются очень дорогостоящими. Стоимость одного аппарата составляет порядка 300400 тыс. долларов. Разработка отечественного АВК, который будет в несколько раз дешевле импортных аналогов, является актуальной задачей.

Основными отличительными особенностями АВК по сравнению с предшествующими аналогами являются:

• Автоматический режим работы - такой режим работы, при котором АВК обеспечивает необходимым кровотоком организм, работая по заданному алгоритму.

• Автономность работы. Возможность работы от аккумуляторных батарей.

• Электромеханический способ работы аппарата.

• Возможность имплантации.

• Пульсирующий характер работы при пассивном заполнении.

При разработке АВК наиболее трудной задачей является задача адекватного управления, т.к. длительная неадекватная работа может привести к необратимым изменениям в организме.

Необходимость анализа работы АВК в системе кровообращения пациента является главной предпосылкой для данной работы. Этот вопрос актуален в связи с необходимостью разработки алгоритма управления для АВК. Возникает задача анализа работы АВК в системе кровообращения пациента с использованием средств математического моделирования в связи с трудностями исследования работы АВК на животном.

Цель работы.

Разработка методики и технических средств, позволяющих спроектировать и реализовать систему управления приводом аппарата вспомогательного кровообращения с использованием математических моделей и экспериментально полученных характеристик.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать уточненную математическую модель системы кровообращения.

2. Разработать и исследовать комплексную математическую модель, в состав которой входят математическая модель системы кровообращения и математическая модель АВК.

3. Выбрать и реализовать алгоритм управления насосом, при котором параметры центральной гемодинамики (артериальное давление, минутный объем крови) достигают требуемых значений в условиях типовых физиологических состояний.

4. Оценить влияние основных параметров камеры насоса на качество его работы и выбрать их наилучшие значения.

5. Разработать программное и аппаратное обеспечение для АВК пульсирующего типа с электромеханическим приводом.

6. Провести испытание разработанной технико-биологической системы на гидродинамическом стенде.

Объект исследования: технико-биологический комплекс - комплекс, включающий систему кровообращения в условиях сердечной недостаточности и аппарат вспомогательного кровообращения, предназначенный для обеспечения жизнедеятельности пациента вне больничного стационара.

Метод исследования: В работе использовался метод математического моделирования. Математическая модель даёт возможность контролировать составляющие общего процесса её функционирования и провести анализ причинно-следственных связей, приводящих к тем или иным результатам моделирования. Также проводились расчетно-теоретические исследования поведения технико-биологического комплекса с помощью создания для его описания математических моделей, экспериментальные исследования комплекса на стенде.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• Разработана и исследована новая комплексная математическая модель, в состав которой входят разработанные многоконтурная математическая модель системы кровообращения (математическая модель регуляции сердечного выброса) и математическая модель аппарата вспомогательного кровообращения. В отличие от существующих упрощённых моделей, данная модель позволяет анализировать работу комплекса в широкой области физиологических воздействий.

• Разработан алгоритм управления приводом насоса крови.

• Предложен ранее неизвестный способ и техническое средство для • контроля функционального состояния сердечной мышцы при использовании АВК.

Практическое значение полученных в работе результатов состоит в следующем:

• Результаты диссертации служат основой для разработки и создания систем управления аппаратами вспомогательного кровообращения пульсирующего типа.

• Предложены рекомендации по изменению основных параметров насоса крови (объем камеры насоса, диаметры входного и выходного патрубков камеры насоса), служащих для повышения качества работы АВК.

• Предложено техническое средство (оптический датчик) для определения положения мембраны камеры насоса с целью реализации предложенного алгоритма управления и контроля за функциональным состоянием сердечной мышцы.

• Разработанная комплексная модель достаточно наглядна и может быть использована в системе обучения.

Ф Внедрение: Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке и непосредственно в испытаниях аппарата вспомогательного кровообращения нового поколения в научно-исследовательском институте трансплантологии и искусственных органов РФ. Результаты исследований внедрены в лаборатории НИИТиИО РФ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы и приложения.

Основные результаты и выводы по работе:

1. На базе системного подхода разработаны математические модели биотехнической системы:

• модель АВК;

• комплексная модель, в состав которой входят: модель сердечнососудистой системы и модель АВК.

2. Выбраны и проанализированы алгоритм управления и параметры АВК при различных физиологических состояниях человека на основе разработанных моделей с соответствующим им программным обеспечением в среде MatLab.

3. Реализован эвристический алгоритм управления АВК пульсирующего типа и определены основные параметры камеры насоса, обеспечивающие требуемое качество работы. Рекомендуемый объём камеры должен быть 70мл. и диаметр патрубка от 13 до 15 мм.

4. Разработано программно-аппаратное обеспечение АВК пульсирующего типа, включающее программу для контроллера Atmega 32, конструкцию оптического датчика положения мембраны, интерфейс "Монитора" и беспроводную связь системы управления и "Монитора" (на базе технологии bluetooth).

5. Разработанное программно-аппаратное обеспечение реализовано в виде системы управления для АВК пульсирующего типа с вентильным электродвигателем, успешно испытанной на гидродинамическом стенде полунатурного моделирования НИИТиИО.

6. Предложен способ косвенной оценки функционального состояния сердечной мышцы, исследуемой биотехнической системы по выходному сигналу датчика положения мембраны насоса в моменты кратковременных отключений привода насоса.

7. Полученные результаты внедрены в НИИТиИО, что подтверждено соответствующим Актом.

Заключение

1. Амосов Г.Г. Гемодинамические аспекты вспомогательного кровообращения при острой сердечной недостаточности: Дис. докт. мед. наук. М., 1995.

2. Амосов Н.М. Теоретическое исследование физиологических систем. Математическое моделирование. Киев: Наукова думка, 1977.

3. Амосов Н.М. Математическое моделирование и экспериментальное исследование физиологических систем. Киев: Наукова думка, 1976.

4. Амосов Н.М. Физическая активность и сердце. Киев: Здоров'я, 1975.

5. Амосов Н.М., Лищук С.А., Пацкина С.А. и др. Саморегуляция сердца. Киев: Наукова думка, 1969.

6. Барабанов С.В., Евлахов В.И., Пуговкин А.П., Рудакова Т.Л., Шалковская JI.H. Физиология сердца. СПб.: Питер, 2001.

7. Бокерия Л.А., Шаталов К.В., Свободов А.А. Системы вспомогательного и заместительного кровообращения. М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2000.

8. Браунвальд Е., Росс Д и др. Механизмы сердца в норме и при недостаточности. М.: Медицина, 1974.

9. Ю.Быховская И.М. Динамическая модель регуляции внешнего дыхания при физической нагрузке. / Физиология человека. М.: Наука, 1976. -Т.2

10. Н.Вальдман А.В., Алмазов В. А., Цирлин В.А. Барорецепторные рефлексы. Л.: Наука, 1988.

11. Ведру Ю.В. Математическая модель сердечно-сосудистой системы для имитационных исследований кровообращения человека: Автореф. дис. канд. биол. наук. Тарту, 1988.

12. Верескова А.И., Ларина А.В. Некоторые медицинские аспекты математической биологии. -М.: Медицина, 1966.

13. Гайтон А. Минутный объём сердца и его регуляция. М.: Медицина, 1969.

14. Голованов И.И. Новая теория кровообращения и здоровье. — М.: Славпринт, 2001.

15. Голованов И.И. Происхождение и предотвращение сердечнососудистых заболеваний. М.: Славпринт, 2001.

16. Гродинз Ф. Теория регулирования и биологические системы. М.: Мир, 1975.

17. Дегтярёв Ю. И. Системный анализ и исследование операций. М.: Высш. шк., 1996. .

18. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. -М.: Наука, 1966.

19. Демихов В.П. Экспериментальное обоснование замены сердца механическим прибором в эксперименте. М.: Медицина, 1960.

20. Иткин Г.П. Разработка и исследование систем управления протезами сердца с помощью математического моделирования: Автореф. дис.канд. техн. наук. М., 1974.

21. Иткин Г.П. Разработка и комплексный анализ методов и средств временного замещения сердца: Автореф. дис.докт. биол.наук. М., 1989

22. Иткин Г.П., Изаков В.Я., Мархасин B.C., Штенгольд Е.Ш., Шумаков В.И., Ясиков Г.П. Биомеханика сердечной мышцы. М.: Наука, 1981.

23. Иткин Г.П., Парашин В.В. Биомеханика кровообращения. — М.: МГТУ им Н. Э. Баумана, 2005.

24. Конради Г.П., Глаголева В.В., Чечулин Е.С. Физиология кровообращения. Физиология сердца. JL: Наука, 1980.

25. Лиссова О.И., Палец Б.Л., Береговский Б.А. Регуляция кровообращения. Киев: Наукова думка, 1977.

26. Лищук В.А. Математическая теория кровообращения. М.: Медицина, 1991.

27. Лищук В.А., Бураковский В.И. Классификация и диагностика острых нарушений кровообращения с помощью математических моделей. -Киев: Наукова думка, 1983.

28. Лищук В.А., Сазыкина Л.В. Математические модели сердечнососудистой системы. М.: ВИНИТИ, 1990.

29. Лищук В.А., Сахно Ю.Ф., Газизова Д.Ш. Изучение механизмов сердечно-сосудистой недостаточности на основе клинико-математического подхода. М.: ЦОЛИ-УВ, 1985.

30. Локшин Л.С. Вспомогательное кровообращение роликовым насосом у кардиохирургических больных. М.: Рос. акад. мед. наук, 1992.

31. Мархасин B.C., Изаков В.Я., Шумаков В.И. Физиологические основы нарушения сократительной функции миокарда. Л.: ин-т. физиологии, 1994.

32. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. М.: Медицина, 1975.

33. Морман Д., Хеллер Л. Физиология сердечно-сосудистой системы. — М. и др.: Питер, 2000.

34. Палец Б.Л., Агапов Б.Т. Кровообращение при физической нагрузке. // Математическое моделирование и экспериментальное исследование физиологических систем. Киев: Наукова думка, 1973.

35. Пейсахис И.Л. Разработка и исследование методов и средств оптимизации биотехнического управления аппаратами вспомогательного кровообращения: Автореф. дис.канд. техн. наук. -М., 1990.

36. Попечителев Е.П. Инженерные аспекты медико-биологических исследований. Д.: ЛЭТИ, 1982.

37. Попечителев Е.П. Методы медико-биологических исследований. Системные аспекты. -Спб.: СПбГЭТУ, 1997.

38. Регирер С.А., Ружкевич И.М., Усик П.И. Модель сосудистого тонуса. -Рига: Зинатне, 1975.

39. Ротердамская О.М. Некоторые пути оптимизации вспомогательного кровообращения: Автореф. дис.канд. биол. наук. М., 1988.

40. Сахаров М.П. О выходных характеристиках сердца. // Некоторые проблемы биокибернетики, применение электроники в биологии и медицине. Киев: Наукова думка, 1969.

41. Солодянников Ю.В. Элементы математического моделирования и идентификация системы кровообращения. Самара: Самарский университет, 1994.

42. Сурков Д.А. Обзор существующих систем механической поддержки кровообращения. // Труды XIV международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». г. Алушта, сентябрь 2005.

43. Сурков Д.А. Разработка системы управления для искусственного желудочка сердца. // Материалы XI международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций сплошных сред». М.: МАИ, 2005.

44. Сурков Д.А. Технические средства для автономного, имплантируемого аппарата вспомогательного кровообращения нового поколения. // Промышленные АСУ и контроллеры. М.: Научтехлитиздат, 2005.

45. Теплов С.И. Кровоснабжение и функции органов. — JI.: Наука, 1987.

46. Ткаченко Б.И. Руководство по физиологии. Регуляция кровообращения. Л.: Наука, 1986.

47. Удельнов М.Г. Физиология сердца. М.: МГУ, 1975.

48. Уорнер Х.Р. Некоторые методы изучения системы кровообращения с применением вычислительных машин. // Вычислительные устройства в биологии и медицине. М.: Мир, 1967.

49. Физиология кровообращения. Регуляция кровообращения. JI.: Наука, 1986.

50. Фолков Б., Нил Э. Кровообращение. М.: Медицина, 1976.

51. Хахулин Г.Ф. Основы конструирования имитационных моделей. М.: МАИ, 2002.

52. Хаютин В.М. Сосудодвигательные рефлексы. М.: Наука, 1964.

53. Шидловский В.А., Лищук В.А., Суворов Г.А. Математическая модель шестикамерного сердца. // Управление процессами в живой природе. -М.: Наука, 1971.

54. Штенгольд Е.Ш., Иткин Г.П., Леонова С.Ф., Шумаков В.И. Определение динамики кислородного долга при терминальных состояниях. // Тезисы доклада «Клиническая патофизиология терминальных состояний». М.: НИИТиИО, 1973.

55. Штенгольд Е.Ш., Ширковец Е.А. и др. Математическая модель анаэробного энергетического обмена для оценки механизмов образования кислородного долга. // Сообщение АН ГССР. — 1977. №2.

56. Шумаков В.И. Очерки по физиологическим проблемам трансплантологии и применения искусственных органов. Тула: Репроникс, 1998.

57. Шумаков В.И. Актуальные проблемы трансплантологии и искусственных органов. М.: НИИТиИО, 1980.

58. Шумаков В.И. Вспомогательное кровообращение. М.: Медицина, 1980.

59. Шумаков В.И., Зимин Н.К., Иткин Г.П., Осадчий Л.И. Искусственное сердце. Л.: Наука, 1988.

60. Шумаков В.И., Иткин Г.П. Control of heart assist devices. // Control aspect of biomedical engineering. Pergamon Press. London, 1987.

61. Шумаков В.И., Иткин Г.П., Егоров ГЛ., Штенгольд Е.Ш. Исследование шунтирования левого желудочка сердца в условиях сердечной недостаточности. -М.: Медицина, 1975.

62. Шумаков В.И., Махатадзе Т.М., Толпекин В.Е. Аппараты и методы вспомогательного кровообращения. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1989.

63. Шумаков В.И., Могилевский Э.Б., Толпекин В.Е., Иткин Г.П. Шунтирование левого желудочка сердца имплантируемым насосом. // Кардиология. 1968.

64. Шумаков В.И., Новосельцев В.Н., Сахаров М.П., Штенгольд Е.Ш. Моделирование физиологических систем организма. М.: Медицина, 1971.

65. Шумаков В.И., Сахаров М.П. Моделирование .; выходных характеристик сердца. // Трансплантация почки и искусственные органы. М.: ИТОиТ, 1976. л

66. Шумаков В.И., Толпекин В.Е. Вспомогательное кровообращение. М.: Медицина, 1980.

67. Шумаков В.И., Толпекин В.Е., Киселёв Ю.М. Разработка портативных систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. // Трансплантология и искусственные органы. -М.: НИИТиИО, 1995.

68. Шумаков В.И., Толпекин В.Е., Шумаков Д.В. Искусственное сердце и вспомогательное кровообращение. М.: Янус-К, 2003 г.

69. Шумаков В.И., Штенгольд Е.Ш. и др. Аналитическая модель регуляции сердечного выброса // Применение математических моделей в клинике сердечно-сосудистой хирургии. М.: НИИТиИО, 1980.

70. Шумаков Д.В. Механическая поддержка кровообращения в клинике: Дис. .докт. мед. наук. М., 2000.

71. Шумаков Д.В., Хрубутия М.Ш., Ильинский И.М., Нарзикулов Р.А., Толпекин В.Е. Механическая поддержка кровообращения придвухэтапной трансплантации сердца. // Вестник трансплантологии и искусственных органов. — 2003. № 2.

72. Albert М. Cook, James G. Simes, A simple heart model designed to demonstrate biological system simulation. // IEEE Trans. Biomed. Eng., vol.BME-19, №2, march 1972.

73. Beneken. J.E.W. and DeWit. В. A physical approach to hemodynamic aspects of the human cardiovascular system, in Physical Bases of Circulatory Transport: Regulation and Exchange, E.B. Reeve and A.C. Guyton, Eds. Philadelphia, Pa.: Saunders, 1967.

74. Boston. J.R., Antaki. J.F., Simaan M.A. Hierarchical control of heart assist devices. // IEEE Robotics & Automation Magazine, March 2003.

75. Daniel Timms, Mark Hayne, Keith McNeil and Andrew Galbraith. A complete mock circulation loop for the evalution of left, right and biventricular assist devices. // Artificial organs, July 2005.

76. Defares. J.G., Osborn. J.J., and Нага. H.H. Theoretical synthesis of the cardiovascular system. Study 1: The controlled system. // Acda Physial. Phyrmacol. Neer., vol. 12, 1963.

77. DePater L. and VandenBerg, J. An electrical analogue of the entire human circulatory system. // Med. Elec. Biol. Eng., vol.2, 1964.

78. Grodins F.S., Buell J., Bart A. Mathematical analysis and gital simulation of the respiratory control system. // Apple. Physiol., №2, 1967.

79. Janes F.R., Carson E.R., Modeling biological Systems. // Electronic & Power, March 1971.

80. Jarlov A., Mygind T. and Christiansen E.D., Left ventricular volume and cardiac output of the canine heart Application of a mathematical twocompartment model and new dye dilution technique. // Med. Elec. Biol. Eng., vol. 8, 1970.

81. Kerr A.R., Kirlin J.W. Effects of rapid increase of blood volume on atrial pressures and pulmonary blood volume: an experimental study. // Ann. Surg., №2 1970.

82. Michael Vollkron, Heinrich Schima, Leopold Huber, Georg Wieselthaler. Interaction of the cardiovascular system with an implanted rotary assist device: simulation study with a refined computer model. // Artificial organs, April 2002.

83. Pickering W.D., Nikiforuk P., Merriman J.E., Analogue computer model of the human cardiovascular control system // Med.&. Biol. Ehd., vol. 7, 1969.

84. Robinson D., Quantitative analysis of the control of cardiac output in the isolated left ventricle. // Circ. Res., vol. 17, 1965.

85. Ruch T.C. and Patton H.D., Eds., Physiology and Biophysics. Philadelphia, Pa.: Saunders. 1966.

86. Suga, H. Theoretical analysis of a left-ventricular pumping model based on the systolic time-varying pressure/volume ratio. // IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-18, Jan. 1971.

87. Tadashi Kitamura. Left atrial pressure controller design for an • artificial heart. // IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 37 №2, february 1990.

88. Topam W.S., Warner H.R. The control of cardiac output during axersic. // Physical Bases of circulatory Transport, E.B.Reeve Phyladelphia 1967.

89. Warner H.R. The frequency dependent nature of pressure regulation by the carotin sinus studied with an electric analog. // Circ. Res. vol.6. 1958.