автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Разработка методологии проектирования и создания осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

На правах рукописи

Вашуркин Дмитрий Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ ОСЕВОГО НАСОСА ИМПЛАНТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ

05 11 17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание уче

кандидата технически ии^Ш2Б8

Москва-2007

003160269

Работа выполнена в Московском авиационном институте (государственном техническом университете)

Научный руководитель д т н , профессор Нестеров В А

Официальные оппоненты д т н , профессор Парашин В Б

к т н Жданов А В

Ведущая организация (предприятие) Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

диссертационного совета Д 212 141 14 при Московском государственном техническом университете им Н Э Баумана в зале Ученого Совета по адресу 105005, г Москва, 2-я Бауманская улица, д 5

Ваш отзыв в одном экземпляре просим выслать по указанному адресу С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им, Н Э Баумана Автореферат разослан «_»_2007 г

Защита состоится

2007 г в

часов на заседании

Ученый секретарь диссертационного совета д т н , профессор

Спиридонов И Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время во всех развитых странах первое место занимает смертность больных от сердечно-сосудистых заболеваний — только в России и США ежегодно погибает около 2,5 млн человек

Наиболее эффективным методом лечения больных в терминальной стадии сердечной недостаточности является трансплантация сердца В США выполняется около 2,5 тыс операций по трансплантации сердца в год, тогда как потребность в них составляет 70 тыс В России потребность в пересадке сердца составляет около 25 - 30 тыс операций в год, в то время как реализованных операций - единицы При таком количестве пациентов единственной альтернативой трансплантации являются методы механической поддержки работы сердца (искусственное сердце, искусственные желудочки сердца, имплантируемые и неимплантируемые насосы крови)

Высокая смертность пациентов в ожидании пересадки сердца привела к формированию метода двухэтапной трансплантации, при которой на первом этапе осуществляется механическая поддержка кровообращения, так называемый «мост», с помощью искусственного сердца или систем вспомогательного кровообращения, а на втором - непосредственно, пересадка донорского сердца

В наиболее развитых странах на исследования по клиническому применению искусственного сердца финансирование осуществляется как за счет государственных источников, так и за счет инвестирования частных средств Общая сумма финансирования этой проблемы только в США превышает 50 млн долларов в год

Несмотря на огромную потребность в системах искусственного и вспомогательного кровообращения в клиниках нашей страны, приобретение зарубежных аналогов практически невозможно, т к их стоимость слишком высока Например, стоимость одного комплекта имплантируемой системы «Новакор» (США) составляет 300 тыс долларов Кроме того, на сегодняшний день не существует ни одной системы, которая на 100% отвечала бы всем медико-техническим требованиям и была бы полностью травмобезопасна для форменных элементов крови

Именно поэтому, отечественные исследования в области разработки и внедрения систем искусственного и вспомогательного кровообращения являются наиболее актуальными и востребованными

В России одним из ведущих медицинских учреждений, занимающихся данной проблемой, является НИИ Трансплантологии и Искусственных Органов Имеются проработки по созданию и внедрению в клиническую практику отечественных систем вспомогательного и искусственного кровообращения, которые по эффективности не уступают зарубежным аналогам и более экономичны

Основными потребителями таких систем являются кардиохирургические учреждения основных федеральных и административных центров Российской Федерации

Цель диссертации разработка методологии проектирования и создания осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения (ВК)

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи

1 Провести формализованный системный анализ конструктивных элементов отобранных аналогов и патентный поиск технических решений

2 На основе структурного синтеза разработать облик новой проектируемой конструкции осевого насоса по приоритетам определяющих критериев минимального гемолиза и вероятности тромбообразования

3 На основе компьютерного математического моделирования течения крови разработать методологию гидродинамического расчета основных рабочих элементов осевого насоса

4 Определить оптимальные геометрические параметры основных рабочих элементов предложенной конструкции насоса

5 Спроектировать и создать прототип осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

6 Разработать испытательный стенд и методику для снятия расходно-напорных характеристик прототипа, а также провести основные технические испытания

7 Разработать опытный образец насоса для проведения гемолизных испытаний и испытаний на тромбообразование

Методы исследования

Поставленные задачи решались на основе теории биотехнических систем, теории анализа и синтеза сложных технических систем, математических методов принятия решения, теории математического моделирования физических процессов гидродинамики с использованием теории дифференциальных уравнений и численных методов, методов компьютерного моделирования и проектирования, а также методов определения и исследования гидродинамических характеристик

Научная новизна

В процессе решения поставленных задач получены новые научные результаты

1 Обоснованы основные требования к проектированию и созданию конструкции осевого насоса - основного элемента имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

2 С помощью методов анализа и синтеза разработана новая схема компоновки осевого насоса крови, отличающаяся минимальными застойными зонами и боковыми непроточными полостями

3 Показано, что существующие классические формулы и зависимости для расчета насосных агрегатов, основанные на эмпирических коэффициентах, не полностью пригодны для проектирования миниатюрных малорасходных насосов

4 Разработана методология проектирования и оптимизации геометрии основных рабочих элементов с помощью методов компьютерного математического моделирования гидродинамических процессов

5 Разработаны испытательные стенды для исследования и снятия характеристик опытного образца осевого насоса

6 Исследованы динамические характеристики имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

Практическая ценность

1 Разработана и спроектирована конструкция осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

2 Сравнительными расчетами найдены оптимальные параметры расчетной сетки конечных элементов для получения точных результатов моделирования при наименьшем потреблении компьютерных и временных ресурсов Полученные параметры сетки также могут быть рекомендованы для использования при расчетах любых других течений с близкой геометрией

3 Создан прототип модели осевого насоса

4 Созданы исследовательские стенды и разработаны методики для снятия технических параметров и медико-биологических характеристик нового осевого насоса крови

Положения, выносимые на защиту

1 Разработанный первый отечественный осевой насос для имплантируемой системы вспомогательного кровообращения полностью соответствует медико-техническим требования

2 Гидродинамические характеристики осевых насосов для крови должны определяться критериями качества, основанными на минимизации гемолиза и вероятности тромбообразования

3 Применение метода многокритериального выбора альтернатив, основанного на экспертных оценках, позволяет провести поэлементный анализ существующих аналогов осевых насосов крови в случаях неполной формализации исходных данных с последующим синтезом оптимальной конфигурации опорной геометрии разрабатываемой конструкции

4 Использование существующих классических формул расчета гидродинамических параметров не позволяет провести полный расчет осевых насосов крови, поскольку большое число важных факторов остается неучтенным и многие геометрические параметры не могут быть определены Кроме того, фактически требуемая угловая скорость вращения ротора малорасходных осевых насосов в 3,9 раз превышает расчетное значение

5 Использование алгоритма компьютерного моделирования трехмерного вязкого течения крови внутри рабочих полостей позволяет произвести расчет оптимальной геометрии осевого насоса

Апробация работы проведена на базе НИИ трансплантологии и искусственных органов, ученом совете факультета Робототехнических и интеллектуальных систем Московского авиационного института и научном семинаре факультета БМТ МГТУ им Н Э Баумана

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных научно-технических семинарах и конференциях (Алушта, МАИ, Ярополец) Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав собственного, общих выводов, заключения, списка литературы из 93 наименования и 6 приложений Основное содержание работы изложено на 159 страницах, содержит 76 рисунков и 17 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, раскрыты научная новизна и практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту

В первой главе проводится обобщение литературных данных о существующих системах искусственного и вспомогательного кровообращения Рассмотрены и классифицированы основные направления в системах ВК Отмечены достоинства и недостатки тех или иных систем Описаны системы, получившие наибольшее распространение в клинической практике, а также системы, разработки которых ведутся в настоящее время

В результате анализа литературных данных показано, что наибольшее распространение и основную тенденцию к развитию получили имплантируемые системы ВК С такими системами пациент может свободно перемещаться и находиться вне клиники, что в свою очередь значительно повышает уровень качества жизни

Применение осевых насосов в качестве основных элементов имплантируемых систем ВК в силу минимальных размеров значительно облегчает их имплантацию пациенту Осевые насосы, также как и центробежные, относятся к семейству динамических или кинематических насосов В качестве аппаратов для перекачивания крови они стали исследоваться сравнительно недавно, в 90-х годах Преимуществами динамических насосов являются значительная простота и надежность конструкции, удобство подключения, простота контроля и управления, низкое

энергопотребление Кроме этого, согласно статистике, именно осевые насосы имеют самую длительную продолжительность работы без образования тромбов

К недостаткам динамических насосов можно отнести возможное отрицательное влияние непульсирующего кровотока на организм Однако последние клинические и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что длительная работа непульсирующих или малопульсирующих насосов практически не сказывается на основных системах организма при адекватном общем кровотоке

Проведенный анализ показал перспективность проектирования имплантируемой системы ВК, построенной на основе осевого роторного насоса

Вторая глава посвящена системному исследованию семейства осевых насосов крови

На основании исследования биомеханики сердца и свойств крови как реологической жидкости (Парашин В Б , Иткин Г П), определены основные медико-технические параметры и характеристики, которые являются обязательными и необходимыми условиями для разработки конструкции осевого насоса Сформулированы основные технические требования с разрабатываемому насосу

• расход крови в диапазоне от 2 до 6 л/мин ,

• максимальное противодавление на выходе насоса - 150 мм рт ст ,

• номинальный рабочий режим насоса - 5 л/мин при 100 мм рт ст ,

• скорость вращения ротора — 10000 12000 об/мин ,

• конструкции частей насоса, контактирующие с кровью, должны обеспечивать отсутствие застойных зон и зон с повышенными сдвиговыми напряжениями,

• объем заполнения насосной камеры кровью - не более 15-20 мл,

• материалы конструкции, контактирующие с кровью должны быть биологически совместимыми и не оказывать вредных воздействий на организм,

Конструкционные требования к насосу

• простота конструкции,

• корпус насоса должен быть ударопрочным,

• вес насоса — не более 150 г,

• максимальные габариты насоса длина 100 мм, диаметр 40 мм,

• средний срок службы - не менее 10000 часов в стендовых условиях Системный подход к исследованию позволил определить место осевого

насоса крови в общей иерархической структуре системы вспомогательного кровообращения Декомпозиция системы позволила выделить связи, которые определяют рабочие параметры конструкции насоса Общий вид всей системы ВК, показан на рисунке 1

Наружная обмотка системы чрезкожной передачи энергии

Основная аккумуляторная батарея

Резервная аккумуляторная батарея

Внешний блок контроля и управления

Имплантируемая обмотка системы чрезкожной передачи энергии

Входная и выходная канюли

Имплантируемый осевой насос и система привода

Имплантируемый блок контроля и управления

Рис. 1. Состав имплантируемой системы ВК

Для решения задачи эффективностного анализа насосов крови были определены критерии качества и выделены основные конструктивные элементы, определяющие данные критерии.

Для насосов крови, определяющими критериями качества являются медицинские параметры, которые лишь косвенно могут быть представлены через гидродинамические характеристики. Выделенный критерий минимального гемолиза определяется минимальной скоростью сдвига и отсутствием вихревых зон, в которых течение принимает турбулентный характер. Критерий минимального тромбоза определяется отсутствием неперфузионных, застойных зон и областей с замедленным кровотоком.

Для проведения поэлементного анализа было отобрано семь самых современных и наиболее удачных конструкций осевых насосов.

Анализ элементов проведен методом многокритериального выбора альтернатив (метод Саати), основанным на составлении матриц парных сравнений допустимых альтернатив по критериям выбора наиболее

предпочтительной альтернативы. Оценка преимуществ в парном сравнении выставляется экспертами по балльной шкале от единицы до девяти. Исходя из «весов» важности критериев по отношению друг к другу, определены глобальные приоритеты альтернатив и выбраны оптимальные рабочие элементы отобранных конструкций, а именно:

- оптимальная форма и количество лопаток шнека, направляющих и спрямляющих аппаратов, по определяющим критериям минимального тромбоза и гемолиза;

- оптимальные опоры ротора, по критериям минимального тромбоза и надежности;

- геометрия корпуса - по критериям минимальных гидравлических потерь и удобства имплантации.

В результате проведенного поэлементного анализа составлен атлас рабочих элементов конструкций отобранных осевых насосов. Проведенный структурный синтез различных схем конструкций насосов, позволил, систематизировано и обоснованно, сформировать «оптимальную» структурную схему конструкции проектируемого насоса. Выбранная структурная схема, показанная на рисунке 2, составлена в соответствии с основными критериями качества насоса крови, а также исходя из поставленных условий технического задания и общих медико-технических требований.

Полученная структурная схема, определяющая опорную геометрию элементов насоса, использована в качестве исходной для гидродинамических расчетов и компьютерного моделирования физических процессов течения крови.

статор двигателя лопатки

Рис. 2. Эскиз проектируемого осевого насоса

В третьей главе проведен расчет и моделирование осевого насоса имплантируемой системы ВК.

На основании проведенных математических расчетов гидродинамических параметров определены опорные геометрические параметры шнека.

Осевая составляющая скорости на площади радиального сечения на входе в шнек

б 4 У «, ЛА~,М

о)

где <2 = У - объемный расход на входе, Рт - площадь входного сечения, Пш - наружный диаметр шнека, ¿вт - диаметр втулки на входе

Окружная скорость на диаметре втулки

Щеп,- 2 - 2,094 с (2) Угол потока на входе в шнек у основания втулки

= 13,24° (3)

с„

ß\em=arctS

\и\вт J

Окружная скорость на внешнем диаметре шнека

со D... „^^„м

"„=-^ = 8,378- (4)

Угол потока на входе в шнек на периферии лопатки

ßlw=arctg

\

¡Г =3'35° ®

\Щш у

Промежуточные значения углов входа по высоте лопатки лежат в интервале /?1блш = 3,35° /?4лш = 13,24°

Показано, что не все классические формулы пригодны для определения параметров миниатюрных малорасходных насосов Значение угловой скорости, определенное как

У

<у = ^та266,728^ (6)

298л/К с

где Ссрв тах - максимальное значение срывного кавитационного коэффициента быстроходности насоса,

Аксрв - допустимый срывной кавитационный запас насоса,

составляет 2547 об/мин, что в 3,9 раз меньше определенной в техническом задании требуемой скорости вращения двигателя 10000 об/мин

Проведенный расчет позволил определить основные параметры насоса в заданных геометрических условиях и требуемых расходно-напорных характеристиках Однако эта методика не определяет выходные углы лопаток шнека, а также характер течения в межлопаточном канале, наличие или отсутствие застойных зон и больших сдвиговых напряжений, что является определяющим для первичных критериев качества насоса Кроме того, классические формулы и зависимости, использующие эмпирические

коэффициенты, не учитывают пристеночные условия прилипания, значения вязкости рабочей жидкости, турбулентности и других важных параметров течения

Для исследования характера и определения параметров течения крови в межлопаточных каналах насоса, а также для определения выходных углов и синтеза оптимальной геометрии лопаток шнека, проведено комплексное математическое моделирование трехмерного вязкого течения крови с использованием современных методов вычислительной гидродинамики (методы СББ) на основе компьютерных программных комплексов для моделирования характера систем, включающих течение жидкости, теплообмен и другие связанные физические процессы Математическое моделирование основано на решении дифференциальных уравнений течения жидкости в заданной области с определенными граничными и начальными условиями Алгоритм метода вычислительной гидродинамики показан на рисунке 3

Рис 3 Алгоритм СББ

Система уравнений сохранения массы, импульса и энергии нестационарного пространственного течения (система уравнений Навье-Стокса) имеет следующий вид в рамках подхода Эйлера в декартовой системе координат (хпг = 1,2,3), вращающейся с угловой скоростью £2 вокруг оси, проходящей через ее начало

¥ + (7)

д(ри) д , N дР „

^дГ+ + + (9)

где / — время, и — скорость текучей среды, р — плотность текучей среды, Р— давление текучей среды, 5,- внешние массовые силы, действующие на единичную массу текучей силы 31рого113- действие сопротивления пористого тела, 3, ега1ч1у— действие гравитации, 31Гошиоп- действие вращения системы координат, т е

с _ с . е , с

и' и I ппулих иI, яга\>1(у

' I,рогош

Е- полная энергия единичной массы текучей среды, Qн - тепло, выделяемое тепловым источником в единичном объеме текучей среды, т1к - тензор вязких сдвиговых напряжений, д,- диффузионный тепловой поток, нижние индексы

озйачают суммирование по трем координатным направлениям

Для ньютоновских текучих сред тензор вязких сдвиговых напряжений определяется следующим образом

ди. ди

т„ = /л —+

дх, дх, 3 дх, \ ) ' 1

1__2дщ_ Л 1 1

~\рк5ч

(П)

где коэффициент динамической вязкости,

коэффициент турбулентной вязкости, 8у- дельта-функция Кронекера (Зу = 1 при I = ], 8Ц= 0 при 15*7), к— кинетическая энергия турбулентности В соответствии с к-е моделью турбулентности, /л, определяется через величины кинетической энергии турбулентности к и диссипации этой энергии е

Сирк2

О2)

где / = [1 - ехр(- 0,025^ ^ (1 +

Б

20,5

Я

т /

/— 2

/?„ = ^ , Ят = , у - расстояние от поверхности стенки, = 0,09

ще

Кинетическая энергия турбулентности к и диссипация этой энергии е

определяются в результате решения следующих двух уравнении

/V \

дрк

дхк дхк

Щ +

дк

дхк

(13)

где

дре д г \ д

+-\рике)=-

д1 дхк дхк

я ди,

/«/ +

М,

да

дхк

(14)

- Се\ Т

Л г^+м,сврв а

■се2/

ре

ди, ди. 2 9 и,

дх,

\ ]

дх, 3 йх/

РЦг»

(16)

(17)

ав р дх,

(18)

g¡- составляющая гравитационного ускорения в координатном направлении х,, сгв = 0,9, С в= 1 при Рв>0иСв=0 при Рв< 0,

/,=1 +

/ \3 0,05

А

/2=1-ехр(-д£),

V ->м у

Сл =1,44, С£2 =1,92, <7Е =1,3, ок =1

Диффузионный тепловой поток моделируется с помощью уравнения

г \

1к ="

Рг сг

дт

(19)

где сгс = 0,9, Рг - число Прандтля, ср - удельная теплоемкость при

постоянном давлении, Т— температура текучей среды

Для моделирования ламинарных течений данная система уравнений несколько модифицируется, а именно ,«,=0 и ¿ = 0 С помощью функции /

моделируется переход ламинарного течения в турбулентное и наоборот

Влияние гравитации моделируется с помощью члена Я, ст1у, входящего в состав суммарной массовой силы

= . (2°) где g,— г -я составляющая (вдоль г -й оси системы координат) вектора гравитационного ускорения

Так как расчет течения в шнеке выполняется во вращающейся системе координат, то для суммы (10) определяется член 3, гоШюп с помощью следующей формулы

*1,Г01а1ЮП

= -1ецкО.]рик + (£1 г„

(21)

где вф— функция Леви-Чивитта, С2 — угловая скорость вращения системы

координат, г-радиус-вектор

Для нахождения численного решения задачи математическая модель физических процессов дискретизируется по пространству и времени Для дискретизации дифференциальных уравнений используется метод конечных

объемов, при котором, значения физических переменных рассчитываются (и хранятся) только в центрах расчетных ячеек, а на гранях этих ячеек рассматриваются потоки массы, импульса, энергии, необходимые для расчета этих значений При этом пространственные производные аппроксимируются с помощью неявных разностных операторов второго порядка точности А именно, полученные из уравнений (7 — 9) интегрированием по поверхности и объему ячейки расчетной сетки интегральные уравнения

— \lJdv + = ¡в^, (22)

д( у ¡. у

где и — вектор физических параметров (независимых переменных), V- объем ячейки, потоки, 5- площадь поверхности (граней) ячейки, Q - массовые силы, которые преобразуются к дискретной форме

|-(С/ з = 0 V, (23)

ОТ £

Серией сравнительных расчетов определены оптимальные параметры расчетной сетки конечных элементов для получения точных результатов моделирования при наименьшем потреблении компьютерных и временных ресурсов Полученное значение толщины первого слоя приграничной области равно 0,04 мм, количество слоев - 10 12 Длина грани ячейки - 0,4 мм

Методом компьютерного математического моделирования процессов течения крови по критерию минимальных гидравлических потерь определена оптимальная геометрия втулки шнека с наименьшими потерями. Потери определены по разнице средних интегральных значений полного давления, которое было определено в плоскостях перед и после входной втулки шнека Помимо конической формы, также были просчитаны выпуклая и вогнутая формы обтекателей Оптимальной геометрией в результате исследований была выбрана геометрия прямого конуса с углом 14 градусов

И инженерном программном комплексе 8о1к1\¥огкз спроектирована трехмерная твердотельная модель шнека с разными углами входа на периферии и на диаметре втулки Разработан алгоритм проектирования шнеков, особенностью которого является корректное перестроение моделей с таблично управляемыми размерами и параметрами Полученная модель шнека показана на рисунке 4

Рис. 4. Твердотельная модель шнека

Проведено комплексное моделирование течения в межлопаточных каналах шнека. Оценивались следующие гидродинамические параметры: давление, полное давление и скорость, кинетическая энергия турбулентности, диссипация турбулентной энергии, линии тока и сдвиговые напряжения. В различных плоскостях сечения шнека определены средние интегральные значения параметров. По критерию наименьших гидравлических потерь выбраны углы захода лопаток: 3 градуса на периферии, и 13 градусов у основания втулки. Оптимальный угол выхода лопатки равен 25 градусам.

На основании полученных картин распределения и численных значений всех основных гидродинамических параметров синтезирован оптимальный профиль лопатки шнека.

С учетом определенных углов течения на выходе из шнека, спроектирован спрямляющий аппарат. Совместное моделирование обтекания шнека и спрямляющего аппарата в турборежиме дало результаты расходно-напорных характеристик с двукратным запасом по давлению. Это дало основание предположить, что, с учетом потерь на зазорах, расходно-напорные характеристики насоса будут находиться в требуемом диапазоне.

Спроектированная модель направляющего аппарата позволила провести моделирование течения в полном насосном агрегате. На основе анализа моделирования сделан вывод об эффективности работы спроектированного шнека и отсутствии обратных токов. Принято решение о возможности проектирования осевого насоса без лопаток направляющего аппарата и имплантации насоса непосредственно в желудочек сердца.

Четвертая глава посвящена проектированию, созданию и испытанию опытного образца осевого насоса крови.

В результате проведенных исследований разработана конструкция прототипа осевого насоса для проведения гидродинамических испытаний. Методом быстрого прототипирования послойно синтезированы все детали прототипа. Произведена сборка конструкции.

Разработан испытательный стенд для снятия расходно-напорных характеристик. На основе сформулированных технических и аппаратных требований, произведена сборка испытательного стенда.

Результаты серии экспериментов, проведенных на различных скоростях вращения внешнего двигателя, в виде диаграммы показаны на рисунке 5. Проведенные исследования показали полное соответствие параметров насоса заданным рабочим характеристикам. Гладкие и ровные кривые расходно-напорных характеристик имеют практически линейную зависимость от скорости вращения ротора. Контрольная рабочая точка с расходом 5 л/мин и перепадом давления 100 мм рт. ст., достигнута при скорости вращения п = 9720...9780 об/мин., что ниже заданной скорости 10000 об/мин.

Расходно-напорная характеристика прототипа осевого насоса

Расход, л/мин

-♦- 7500об/мин 8500 об/мин ■ 9000 об/мин -Х- 10000 об/мин -ЭК-12000 об/мин |

Рис. 5. Сводная диаграмма рабочих характеристик осевого насоса

На основании результатов испытания принято решение о создании опытного образца насоса для проведения гемолизных испытаний и испытаний на тромбооразование.

Разработана конструкция опытного образца, облик которой максимально приближен к окончательному виду изделия. Рассчитаны узлы камневых опор скольжения. Рассчитаны варианты двигателей постоянного тока, двух- или четырехполюсные роторы которых, размещены внутри шнека. Также, в конструкцию заложена возможность смены рабочих элементов насоса, а именно втулок шнека и лопаток спрямляющего аппарата. Подготовленная конструкторская документация разработанного опытного образца передана на производство.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Проведенный обзор существующих систем вспомогательного кровообращения позволил выделить приоритетные направления разработок имплантируемых систем ВК, связанные с созданием имплантируемого осевого насоса

2 Проведен системный анализ рабочих элементов существующих конструкций по первичным критериям качества, связанным с минимизацией гемолиза и вероятности тромбообразования На основе этого составлен атлас конструктивных и технических решений и осуществлен структурный синтез облика новой проектируемой конструкции в соответствии с медико-техническим заданием

3 Для получения оптимальных геометрических параметров шнека проведено комплексное исследование трехмерного вязкого течения внутри всех рабочих полостей насосной камеры с расчетом основных гидродинамических параметров, поскольку формулы классической теории расчета насосных агрегатов непригодны для определения параметров насосов в пределах заданных скоростей потока

4 Моделирование физических процессов течения, основанное на решении системы частных дифференциальных уравнений Навье — Стокса, осуществлено методом конечных объемов, реализованным в специальных программных комплексах

5 Методом компьютерного многовариантного математического моделирования физических процессов течения крови определены оптимальные геометрические параметры основных рабочих элементов конструкции осевого насоса

6 Совместное моделирование обтекания шнека и спрямляющего аппарата в турборежиме дало результаты расходно-напорных характеристик с двукратным запасом по давлению Это позволило предположить, что, с учетом потерь на зазорах, расходно-напорные характеристики насоса будут находиться в требуемом диапазоне Проведено моделирование течения в полном насосном агрегате

7 Разработана и спроектирована конструкция прототипа осевого насоса имплантируемой системы ВК Методом быстрого прототипирования послойно синтезированы физические копии деталей и изготовлен макетный образец насоса

8 Разработан и собран испытательный стенд для снятия расходно-напорных характеристик прототипа ИОН Полученные в результате эксперимента значения параметров насоса, с большой точностью показали полное соответствие параметрам, заложенным в техническом задании

9 Разработана и спроектирована конструкция опытного образца осевого насоса для проведения медико-биологических исследований Подготовленная конструкторская документация передана на производство

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Нестеров В А, Вашуркин Д В Методы анализа и синтеза в задаче определения обликовых параметров в случае недостаточной формализации исходных данных на примере специальных центробежных насосов искусственного кровообращения //Авиакосмическое приборостроение, - М,

2005 -№5 -С 59-65

2 Нестеров В А, Вашуркин Д В Применение методов формализованного проектирования в разработке автоматических систем вспомогательного кровообращения //Современные технологии в задачах управления автоматики и обработки информации Тез докл XIV Международного научно-технического семинара - Алушта, 2005 -С 169

3 Вашуркин Д В, Нестеров В А Компьютерный анализ течения жидкости и оптимизация геометрии системы вспомогательного кровообращения //Современные технологии в задачах управления автоматики и обработки информации Тез докл XV Международного научно-технического семинара - Алушта 2006 - С 58

4 Вашуркин Д В , Нестеров В А Применение методов компьютерного моделирования при проектировании систем вспомогательного кровообращения //Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред Тез докл XII Международного симпозиума - Ярополец,

2006 -С 53

5 Вашуркин Д В, Иткин Г П, Нестеров В А Компьютерное моделирование течения крови в осевом имплантируемом насосе вспомогательного кровообращения //Мехатроника, Автоматизация, Управление Приложение - М, 2007 - №2 - С 7-9

6 Вашуркин ДВ, Нестеров В А Методология комплексного анализа и синтеза параметров системы вспомогательного кровообращения //Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред Тез докл XIII Международного симпозиума - Ярополец,

2007 -С 53-54

7 Вашуркин Д В , Нестеров В А Оптимизация процесса проектирования имплантируемого осевого насоса в рамках жизненного цикла системы вспомогательного кровообращения //Современные технологии в задачах управления автоматики и обработки информации Тез докл XVI Международного научно-технического семинара - Алушта, 2007 - С 47

8 Современные проблемы механической поддержки кровообращения /Шумаков В И, Иткин Г П, Вашуркин Д В и др //Мехатроника, Автоматизация, Управление - М, 2007 - №8 - С 34-45

Подписано к печати 27 09 07 Заказ № 664 Объем 1,0 печ л Тираж 100 экз Типография МГТУ им Н Э Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , д 5 263-62-01

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ ИМПЛАНТИРУЕМОЙ

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ

1.1. Начало развития и применения систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца.

1.2. Классификация систем ВК и ИС по медицинским показаниям.

1.3. Насосы пульсирующего типа.

1.4. Насосы непульсирующего типа.

1.4.1. Экстракорпоральные центробежные насосы.

1.4.2. Имплантируемые центробежные насосы.

1.4.3. Имплантируемые осевые насосы.

1.5. Системы ВК в России.

Выводы к Главе 1.

Глава 2. СИСТЕМНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЕМЕЙСТВА ОСЕВЫХ

НАСОСОВ КРОВИ.

2.1. Техническое задание.

2.2. Системный анализ семейства осевых имплантируемых насосов крови

2.2.1. Определение системы вспомогательного кровообращения.

2.2.2. Иерархическая структура имплантируемой системы вспомогательного кровообращения

2.2.3. Основные принципы системного подхода.

2.2.4. Декомпозиция системы ВК.

2.2.5. Задача исследования эффективности системы осевого насоса крови.

2.2.6. Критерии, определяющие качество насоса.

2.2.7. Поэлементный анализ существующих конструкций осевых насосов ВК.

2.2.8. Основные элементы конструкций осевых насосов.

2.3. Синтез обликовых параметров конструкции осевого имплантируемого насоса ВК.

2.3.1. Синтез структурной схемы конструкции осевого насоса.

Выводы к Главе 2.

Глава 3. РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСЕВОГО НАСОСА

ИМПЛАНТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ ВК.

3.1. Проектирование модели осевого насоса.

3.1.1. Техническое обеспечение.

3.1.2. Программное обеспечение.

3.2. Расчет основных параметров осевого насоса.

3.3. Вычислительная гидродинамика.

3.3.1. Система уравнений Навье - Стокса.

3.3.2. Решение поставленной математической задачи

3.4. Определение расчетной сетки.

3.5. Поверочный расчет углов входа моделированием течения внутри прямого канала.

3.6. Определение оптимальной геометрии входной части шнека.

3.7. Проектирование шнека.

3.8. Моделирование течения в межлопаточных каналах.

3.8.1. Определение угла входа лопатки на периферии

3.8.2. Определение угла входа лопатки у основания

3.8.3. Определение угла выхода.

3.8.4. Синтез геометрических параметров шнека.

3.8.5. Проектирование спрямляющего аппарата.

3.8.6. Моделирование течения в шнеке с учетом спрямляющего аппарата.

3.8.7. Моделирования течения в полном насосе.

Выводы к Главе 3.

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СОЗДАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ОСЕВОГО НАСОСА СИСТЕМЫ ВК.

4.1. Проектирование прототипа осевого насоса.

4.2. Создание прототипа.

4.3. Проведение стендовых испытаний осевого насоса.

4.3.1. Подготовка гидродинамического стенда.

4.3.2. Снятие расходно-напорных характеристик.

4.4. Разработка опытного образца для проведения медицинских испытаний.

Выводы к Главе 4.

В настоящее время во всех развитых странах первое место занимает смертность больных от сердечно-сосудистых заболеваний - только в России и США ежегодно погибает около 2,5 млн. человек.

Наиболее эффективным методом лечения больных в терминальной стадии сердечной недостаточности является трансплантация сердца. В США выполняется около 2,5 тыс. операций по трансплантации сердца в год, тогда как потребность в них составляет 70 тыс. В России потребность в пересадке сердца составляет около 25 - 30 тыс. операций в год,. в то время как реализованных операций -' единицы. При таком количестве пациентов единственной альтернативой трансплантации являются методы механической поддержки работы сердца (искусственное сердце, искусственные желудочки сердца, имплантируемые и неимплантируемые насосы крови).

Высокая смертность пациентов в ожидании пересадки сердца привела к формированию метода двухэтапной трансплантации, при которой на первом этапе осуществляется механическая поддержка кровообращения, так называемый «мост», с помощью искусственного сердца или систем вспомогательного кровообращения, а на втором - непосредственно, пересадка донорского сердца.

В наиболее развитых странах на исследования по клиническому применению искусственного сердца финансирование осуществляется как за счет государственных источников, так и за счет инвестирования частных средств. Общая сумма финансирования этой проблемы только в США превышает 50 млн. долларов в год.

В России одним из ведущих медицинских учреждений, занимающимся данной проблемой, является НИИ Трансплантологии и Искусственных Органов. Имеются проработки по созданию и внедрению в клиническую практику отечественных систем вспомогательного и искусственного кровообращения, которые по эффективности не уступают зарубежным аналогам и более экономичны.

К сожалению, финансирование исследований из бюджетных средств в последнее десятилетие было прекращено. Лишь в настоящее время появилась возможность вновь вплотную заняться проблемой разработки и внедрения отечественных исследований механических устройств искусственного кровообращения для нужд кардиохирургических клиник страны.

Несмотря на огромную потребность в системах искусственного и вспомогательного кровообращения в клиниках страны, приобретение зарубежных аналогов практически невозможно, т. к. их стоимость слишком высока. Например, стоимость одного комплекта имплантируемой системы «Новакор» (США) составляет 300 тыс. долларов. Кроме того, на сегодняшний день не существует ни одной системы, которая на 100% отвечала бы всем медико-техническим требованиям и была бы полностью травмобезопасна для форменных элементов крови.

Именно поэтому, отечественные исследования в области разработки и внедрения систем искусственного и вспомогательного кровообращения являются наиболее актуальными и востребованными.

Основными потребителями таких систем являются кардиохирургические учреждения основных федеральных и административных центров Российской Федерации.

Цель диссертации: разработка методологии проектирования и создания осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования:

1. Провести формализованный системный анализ конструктивных элементов отобранных аналогов и патентный поиск технических решений.

2. На основе структурного синтеза разработать облик новой проектируемой конструкции осевого насоса по приоритетам определяющих критериев минимального гемолиза и вероятности тромбообразования.

3. На основе компьютерного математического моделирования течения крови разработать методологию гидродинамического расчета основных рабочих элементов осевого насоса.

4. Определить оптимальные геометрические параметры основных рабочих элементов предложенной конструкции насоса.

5. Спроектировать и создать прототип осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения.

6. Разработать испытательный стенд и методику для снятия расходно-напорных характеристик прототипа, а также провести основные технические испытания.

7. Разработать опытный образец насоса для проведения гемолизных испытаний и испытаний на тромбообразование.

Научная новизна. В процессе решения поставленных задач получены новые научные результаты.

1. Обоснованы основные требования к проектированию и созданию конструкции осевого насоса - основного элемента имплантируемой системы вспомогательного кровообращения.

2. С помощью методов анализа и синтеза разработана новая схема компоновки осевого насоса крови, отличающаяся минимальными застойными зонами и боковыми непроточными полостями.

3. Показано, что существующие классические формулы и зависимости для расчета насосных агрегатов, основанные на эмпирических коэффициентах, не полностью пригодны для проектирования миниатюрных малорасходных насосов.

4. Разработана методология проектирования и оптимизации геометрии основных рабочих элементов с помощью методов компьютерного математического моделирования гидродинамических процессов.

5. Разработаны испытательные стенды для исследования и снятия характеристик опытного образца осевого насоса.

6. Исследованы динамические характеристики имплантируемой системы вспомогательного кровообращения.

Практическая ценность работы:

1. Разработана и спроектирована конструкция осевого насоса имплантируемой системы вспомогательного кровообращения.

2. Сравнительными расчетами найдены оптимальные параметры расчетной сетки конечных элементов для получения точных результатов моделирования при наименьшем потреблении компьютерных и временных ресурсов. Полученные параметры сетки также могут быть рекомендованы для использования при расчетах любых других течений с близкой геометрией.

3. Создан прототип модели осевого насоса.

4. Созданы исследовательские стенды и разработаны методики для снятия технических параметров и медико-биологических характеристик нового осевого насоса крови.

Область применения и внедрения результатов исследования:

Основные положения и результаты диссертационной работы внедрены в лабораторию ИК и ИС НИИ Трансплантологии и Искусственных Органов и МНПК «Авионика» и могут быть применены при серийном производстве имплантируемых систем вспомогательного кровообращения. Предложенная методология может быть использована для создания миниатюрных малорасходных насосов.

Структура и объем диссертации:

Работа состоит их введения, 4 глав собственного материала, общих выводов, заключения, списка литературы из 93 наименований и 6 приложений. Основное содержание работы изложено на 159 страницах, содержит 76 рисунков и 17 таблиц.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства Образования РФ.

Апробация работы проведена на базе НИИ трансплантологии и искусственных органов, Московском авиационном институте и научном семинаре факультета БМТ МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных научно-технических семинарах и конференциях (Алушта, МАИ, Ярополец).

Работа выполнена в ФГУ Научно-исследовательском институте трансплантологии и искусственных, г. Москва (директор - академик РАН и РАМН В.И. Шумаков).

Автор выражает искреннюю благодарность руководителям работы -заведующему сектором искусственного сердца и вспомогательного кровообращения НИИТиИО д.б.н., профессору Иткину Г.П. и заместителю декана факультета Робототехнических и интеллектуальных систем МАИ д.т.н., профессору Нестерову В.А, а также заместителю главного конструктора МНПК «Авионика» к.т.н. Красильникову A.A. и д.т.н. профессору Байбикову A.C. - за помощь, оказанную при проведении настоящего исследования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Проведен обзор существующих систем вспомогательного кровообращения. Представлены классификации систем по применению и медицинским показаниям. Показана актуальность и выделены приоритетные направления разработок имплантируемых систем ВК. Обоснован выбор проектирования специального осевого насоса в качестве основного устройства имплантируемой системы ВК.

2. Разработано техническое задание на проектирование ИОН. В рамках теории системного подхода имплантируемая система ВК определена как сложная техническая система, что позволило выделить осевой насос в собственную систему и определить первичные и вторичные критерии качества ИОН. Для осуществления анализа были отобраны наиболее удачные конструкции осевых насосов крови. Проведен системный анализ рабочих элементов по первичным критериям качества. Формализовано определены наилучшие решения. На основе составленных атласов конструктивных и технических решений осуществлен структурный синтез облика новой проектируемой конструкции. Проведена оптимизация структурной схемы в соответствии техническому заданию.

3. Проведен расчет основных гидродинамических параметров, в результате которого были определены опорные геометрические параметры шнека. Показано, что не все формулы классической теории расчета насосных агрегатов пригодны для определения параметров миниатюрных малорасходных насосов. Обоснованно сделан вывод о том, что для получения оптимальных геометрических параметров необходимо проведение комплексного исследования трехмерного вязкого течения внутри всех рабочих полостей насосной камеры.

4. Поставлена задача моделирования физических процессов течения, основанная на решении системы частных дифференциальных уравнений Навье -Стокса. Решение осуществлено методом конечных объемов, реализованным в специальных программных комплексах. Сравнительными расчетами найдены оптимальные параметры расчетной сетки конечных элементов для получения точных результатов моделирования при наименьшем потреблении компьютерных и временных ресурсов. Полученные параметры сетки также могут быть рекомендованы для использования при расчетах любых других течений с близкой геометрией.

5. Методом компьютерного многовариантного математического моделирования физических процессов течения крови определены оптимальные геометрические параметры рабочих элементов конструкции осевого насоса. А именно: по наименьшим гидродинамическим потерям определена оптимальная геометрия втулки шнека; определены углы входа лопаток шнека, как на периферии, так и у основания втулки; получены углы выхода лопаток; на основании картин распределения параметров течения (линий тока течения) синтезирован оптимальный профиль лопаток шнека; получены геометрические параметры лопаток спрямляющего аппарата. Совместное моделирование обтекания шнека и спрямляющего аппарата в турборежиме дало результаты расходно-напорных характеристик с двукратным запасом по давлению. Это позволило предположить, что, с учетом потерь на зазорах, расходно-напорные характеристики насоса будут находиться в требуемом диапазоне. Проведено моделирование течения в полном насосном агрегате. Основываясь на анализе всех результатов, принято решение о проектировании и изготовлении натурного прототипа для проведения стендовых испытаний.

6. Разработана и спроектирована конструкция прототипа осевого насоса имплантируемой системы ВК. Методом быстрого прототипирования послойно синтезированы физические копии деталей. После необходимой обработки деталей, произведена сборка прототипа.

7. Разработан и собран испытательный стенд для снятия расходно-напорных характеристик прототипа ИОН. Полученные в результате эксперимента значения параметров насоса, с большой точностью показали полное соответствие параметрам, заложенным в техническом задании. На основании результатов исследования принято решение о проектировании и создании опытного образца осевого насоса для проведения гемолизных испытаний и испытаний на тромбообразование, проведение которых было бы возможно как в стендовых условиях, так и в натурных экспериментах на животных.

8. Разработана и спроектирована конструкция опытного образца осевого насоса. Рассчитаны основные узлы конструкции. Предусмотрена возможность частичной и полной разборки насоса для контроля рабочих поверхностей с целью определения тромбов. Подготовленная конструкторская документация для изготовления всех деталей опытного образца передана на производство.

9. Общий анализ результатов проведенной работы позволил сделать вывод о правильности разработанной методологии проектирования и создания осевого насоса имплантируемой системы ВК. Комплексный системный подход к исследованию и последовательно формализованные проектные процедуры, позволяют использовать данную методологию не только при проектировании специальных медицинских насосов, но и для разработки широкого класса сложных технических систем, требующих проведения трудоемких исследований, поиска оптимальных параметров и нахождения нестандартных решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты проведенной работы по проектированию и созданию столь необходимой и востребованной имплантируемой системы вспомогательного кровообращения, позволяют с достаточной уверенностью смотреть вперед и надеяться, что полученная на выходе конструкция будет не только отвечать всем жестким медицинским требованиям и соответствовать техническим параметрам, но и являться некоторым шагом на пути к созданию системы, полностью замещающей функции сердца. В условиях отсутствия донорских органов и мизерного числа проводимых операций по пересадки, данная задача становится наиболее актуальной, т.к. цель ее заключается в спасении самого ценного - жизни человека.

Автор полагает, что главной целью дальнейшей работы будет являться не создание оптимального по всем параметрам опытного образца насоса, а получение серийных изделий систем ВК с лучшими параметрами и их использование в клинических учреждениях страны. Поставленная цель предполагает появление новых сложных задач, решение которых позволит получить новые знания, поднять профессиональный уровень и сделать новые открытия.

1. Алямовский A.A., Собачкин A.A., Одинцов E.B. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 799 с.

2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

3. Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. Рациональные принципы лечения сердечной недостаточности. -М.: Медицина, 2001.-262 с.

4. Берковский А.Л., Сергеева Е.В., Качалова Н.Д. и др. Тест АЧТВ с эллаговой кислотой //Клиническая лабораторная диагностика. М., 1999. - №6. -С. 18-20.

5. Бокерия Л.А., Шаталов К.В., Свободов A.A. Системы вспомогательного и заместительного кровообращения. М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2000. -С. 196.

6. Быковский П.П., Быковская А.П., Зубовская Е.Т. Способ определения свободного гемоглобина //Тез. докл. 5 республиканского съезда специалистов клинической лабораторной диагностики Беларуси. Минск, 1997. - С. 155.

7. Вашуркин Д.В., Нестеров В.А. Применение методов компьютерного моделирования при проектировании систем вспомогательного кровообращения

8. Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред.: Тез. докл. XII Международного симпозиума. -Ярополец, 2006. С. 53.

9. Вашуркин Д.В., Нестеров В.А. Проблемы проектирования механических систем вспомогательного кровообращения //Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред.: Тез. докл. XII Международного симпозиума. Ярополец, 2006. С. - 54.

10. Вашуркин Д.В., Иткин Т.П., Нестеров В. А. Компьютерное моделирование течения крови в осевом имплантируемом насосе вспомогательного кровообращения //Мехатроника, Автоматизация, Управление. Приложение. М., 2007. - №2. - С. 7-9.

11. Елисев А.П., Сафонов H.A., Бойко В.И. Анатомия и физиология сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1984. - 480 с.

12. Зленко М.А. Технологии быстрого прототипирования послойный синтез физической копии на основе ЗЕ)-САГ)-модели //CAD/CAM/CAE Observer. -М., 2003.- №2.

13. Изаков В.Я., Иткин Г.П., Мархасин B.C. и др. Биомеханика сердечной мышцы. -М.: Наука, 1981. 245 с.

14. Левтов В.А., Регирер С.А., Шадрина Н.Х. Реология крови. М.: Медицина, 1982.

15. Локшин Л.С., Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно-сосудистой хирургии //НИХ РАМН. -М., 1998.

16. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1986, - С. 201.

17. Парашин В.Б., Иткин Г.П. Биомеханика кровообращения: Учеб. пособие /Под ред. С.И. Щукина. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. - 224 с.

18. Прохорова Е.А., Кормер А.Я., Казаков Э.Н. Длительная негликозидная интропная поддержка у пациентов ожидающих трансплантацию сердца (обзор литературы) //Вестник трансплантологии и искусственных органов. М., - 2000. -том 2.-С. 40-45.

19. Сапожников А.Г., Доросевич А.Е. Гистологическая и микроскопическая техника: Руководство. Смоленск: САУ, 2000.

20. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. Чиженко И.М. -Киев: Техника, 1978. 547 с.

21. Шумаков В.И., Алферов А.В., Матвеев Ю.Г. и др. Первый клинический опыт двухэтапной трансплантации сердца через обход левого желудочка (первый этап) //Трансплантология и искусственные органы. М., 1997. - том 3. - С. 4-6.

22. Шумаков В.И., Иткин Г.П., Вашуркин Д.В. и др. Современные проблемы механической поддержки кровообращения //Мехатроника, Автоматизация, Управление. М., 2007. - №8.

23. Шумаков В.И., Казаков Э.Н., Кормер А.Я. и др. Трансплантация сердца. Трансплантология. Руководство. -М.: Медицина, 1995. С. 212-238.

24. Шумаков В.И., Казаков Э.Н., Кормер А.Я. Терапия прогрессирующей сердечной недостаточности перед трансплантацией сердца //Клиническая фармакология и терапия. М., 1993. - том 4. - С. 26-30.

25. Шумаков В.И., Толпекин В.Е., Шумаков Д.В. Искусственное сердце и вспомогательное кровообращение. М.: Янус-К2, 2003, - 376 с.

26. Хандельсман Ю.М. Камневые опоры. М.: Машиностроение, 1973.

27. Ashton R.C., Oz М.С., Michler R.E. et al. Left ventricular assist device options in pediatric patients //ASAIO J., 1995. No.41 (3). - P. M277-M280.

28. Ayre P.J., Vidakovic S.S., Tansley G.D. et al. Sensorless flow and head estimation in the ventricular assist rotary blood pump //Artificial Organs, 2000. No.24.-P. 585-588.

29. Ayre P.J., Lowell N.H., Woodard J.C. Non-invasive flow estimation in an implantable rotary pump: a study considering non-pulsatile and pulsatile flow //Phyiol. Measurement, 2003. - No. 24. - P. 179-189.

30. Baldwin R.T., Radovancevic B., Duncan J.M. et al. Quality of life in long time survivors of the Hemopump left ventricular assist device //ASAIO J., — 1991. — Vol.37, No.2.-P.422-423.

31. Berry C., Murdoch D., McMurray J. Economics of chronic heart failure //Europe Journal of Heart failure, 2001. - Vol.3, No.3. - P.283-291.

32. Bullister E., Reich S., d'Entremont N., Sluetz J. A blood pressure sensor for long-term implantation //Artificial Organs, 2001, - No.25 (5). - P.376-379.

33. Colding L.A., Stewart R.W., Sincewich M. et al. Nonpulsative ventricular assist briging to transplantation //ASAIO J., 1988. - Vol.34. - P.476-477.

34. Cooley D.A. Recollection of early development and later trends in cardiac surgery//Journal of Thoracic Cardiovascular Surgery, 1989. - Vol.98. -P.817-822.

35. DeBakey M. A miniature implantable axial flow ventricular assisted device //The Annals of Thoracic Surgery, 1999. - No.68. - P.637-640.

36. Dipla K., Mattiello J.A., Jeevanandam V. et al. Myocyte recovery after mechanical circulatory support in humans with end-stage heart failure //Circulation, -1998.-No.97.-P. 2316-2322.

37. Frazier O.H., Myers T.J., Jarvik R.K. et al. Research and development of an implantable, axial-flow left ventricular assist device: the Jarvik 2000 Heart //The Annals of Thoracic Surgery, -2002. -No.71 (3), Suppl. 3: S125-S132.

38. Frazier O.H., Wampler R.K., Duncan J.M. et al. First human use of the Hemopump, a catheter-mounted ventricular assist device //The Annals of Thoracic Surgery, 1990. - Vol.49. - P. 299-304.

39. Frazier O.H. et al. Support and Replacement of the failing heart //Lippincott-Raven. NY. - 1996.

40. Frazier O.H., Robert L. Kormos., Griffith B.P. et al. Discussion of implantable nonpulsatile devices //The Annals of Thoracic Surgery, 2001. - Vol.71. -P. S144-S146.

41. Funakibo A., Ahmed S., Sakuma I., Fukui Y. Flow rate and pressure head estimation in a centrifugal blood pump //Artificial Organs, 2002, No.26 (11). - P. 985990.

42. Goldowsky M., Lafaro R., Reed G. Magnevad Status of Desing Improvements Human Blood Results and Preliminary Sheep Trial //Artificial Organs, -2005,-Vol.29, No.10.

43. US 2004/0241019 A1 (USA). Passive non-contacting smart bearing suspension for turbo blood-pumps / Goldowsky M. //Valhalla, NY (US), - 2004.

44. Goldowsky M., Lafaro R., Reed G. Magnevad Status of Design Improvements human blood results and preliminary sheep trial //Artificial Organs, -2005. No.29(10). - P.855-856.

45. Gooodwin J.F., Orkley C.M. Editorial: The cardiomiopathies //British Heart Journal, 1972. - Vol.34. - P.545-552.

46. Gracin N., Johnson M., Spocas D., et al. The Use of APACHE II scores to select candidates for left ventricular assist device placement //J. Heart Lung transplant., 1998.-Vol.17.-P. 1017-1023.

47. Guyton A.C.and Hall J.E., Textbook of Medical Physiology. Philadelphia, PA: Saunders,- 1996.

48. Hoshi H., Shinski T., Takatani S. Third-generation blood pump with mechanical noncontact magnetic bearing //Artificial Organs, 2006. - No.30 (5). -P.324-338.

49. Kaczmarek I., Mair H., Groetzner J. et al. Mechanical circulatory support in infants and adults with the MEDOSHIA assist device //Artificial Organs, 2005. -No.29 (10).-P.857-860.

50. Kim H.C., Khanwilkar P.S., Bearnson G.B., Olsen D.B., Development of a microcontroller-based automatic control system for the electrohydraulic total artificial heart /IEEE Trans. Bio-Med. Eng., 1997. No.44. - P.77-89.

51. Kitamura T., Matsushima Y., Tokuyama T. et al. Physical model-based inderect measurements of blood pressure and flow using a centrifugal pump //Artificial Organs, 2000. No.24 (8). - P.589-593.

52. Korfer R., EI-Banayosy A., Posival H. et al. Mechanical circulatory support with the Thoratec assist device in patients with postcardiotomy shock //The Annals of Thoracic Surgery, 1996. - Vol.61, No.4. - P.314-316.

53. Kumpati G.S., McCarthy P.M., Hoercher K.J. Left ventricular assist device bridge to recovery: a review of the current status //The Annals of Thoracic Surgery, -2001.No.71.-3 Suppl. — P.S103-108.

54. McCarthy P.M., Savage R.M., Fraser C.D. et al. Hemodynamic and physiologic changes during support with an implantable left ventricular assist device //Journal of Thoracic Cardiovascular Surgery, 1995. No.109 (3). -P.409-417.

55. McDonagh T.A., Morrison C.E., Lawrence A. et al. Symptomatic and asymptomatic left-ventricular systolic dysfunction in an urban population //Lancet., -1997. No.350. -P.829-833.

56. McMurray J., Hart W., Rhodes G. An evaluation of the cost of heart failure to the national health Service in the UK //Br. J. Med. Econ., 1993. - Vol.6. - P.91-98.

57. Muller J., Wallukat G., Weng Y.G. et al. Weaning from mechanical cardiac support in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy //Circulation, 1997. No.96 (2). - P.542-549.

58. Nakazawa T., Makinouchi K., Ohara Y. et al. Development of a pivot bearing supported sealless centrifugal pump for ventricular assist //Artificial Organs, 1996. No.20 (6). - P.485-489.

59. Navia J.L., McCarthy P.M., Hoercher K.J. Do left ventricle assist device (LVAD) bridge to transplantation outcomes predict the results the results of permanent LVAD implantation //The Annals of Thoracic Surgery, 2002. - No.74. - P.2051-2062.

60. Nishida H., Nishinaka T., Koyanagi H. et al. Clinical application of newly development autoflow control system for the Terumo centrifugal pump: from external control to built-in direct control //Artificial Organs, 1966. - No.20 (6). - P.625-631.

61. Nonaka K., Linneweber J., Ichikawa S. et al. Development of the Baylor Gyro permanently implantable centrifugal blood pump as a biventricular assist device //Artificial Organs, 2001. -No.25. - P.675-82.

62. Oku T., Harasaki H., Smith W., Nose Y. Hemolysis. A comparative study of four nonpulsatile pumps //J. Heart Lung Transplant., 2006. - No.25 (2). - P. 181-186.

63. Pennington D.G. Mechanical circulation support for acute heart failure //The Annals of Thoracic Surgery, 2001. - No.71. - P.S59-S59.

64. Pennington G., Swartz M. T. Assisted circulation and mechanical hearts. -Meysby. NY. - 1997.

65. Radovancevic B., Frazer O.H., Duncan J.M. Implantation technique for the HeartMate left ventricular assist device //J. Cardiac Surg., 1992. - Vol.7. - P.203-207.

66. Raman J, Jeevanadam V. Destination therapy with ventricular assist devices. Review. //Cardiology, 2004. - No. 101(1-3). - P. 104-10.

67. Razzouk A.J., Cecere R., Gundry SR. et al. Emergency implantation of a left ventricular assist device in adolescents with biventricular failure //ASAIO J., 2000. No.46 (5).-P.573-575.

68. Reichenbach Steven H., Farrar David J., Hill J. Donald. A versatile intracorporeal ventricular assist device based on the Thoratec VAD system //The Annals of Thoracic Surgery, 2000. -No.71 (3), Suppl. 3: S171-S175.

69. Rooks J.R., Burton N.A., Lefrak E.A. et al. Mediastinitis complicating successful mechanical bridge to heart transplantation //J. Heart Lung Transplant., -1992. No. 11. - P.261-264.

70. Savage E.B., Clark R.E., Griffin W.P. et al. The AB-180 circulatory: summary of development and plans for phase I clinical trial // The Annals of Thoracic Surgery, 1999. -No.68 (2). - P.768-774.

71. Scheld H.H., Soeparwata R., Schmid C. et al. Rupture of inflow conduits in the TCI-HeartMate system //J. Thorac. Cardiovasc Surg., 1997. - No.l 14 (2). - P.287-299.

72. Schima H., Trubel W., Moritz A. et al. Noninvasive monitoring of rotary blood pumps: Necessity, possibilities, and limitations //Artificial Organs, 1992. -No.6.-P.195-202.

73. Schuder JC, Stephenson HE, Jr., Townsend JF. Energy transfer into a closed chest by means of stationary coupling coils and a portable high-power oscillator //Trans Am Soc Artif Intern Organs, 1961. -No.7. - P.327-331.

74. Trubel W., Losert U., Schima H. et al. Total artificial heart bridging: a temporary support for deteriorating heart transplantation-candidates-methods and results //Thoracic Cardiovascular Surgery. 1987. -No.35 (5). - P.277-282.

75. Untaroi A., Amy L. Throckmorton, Sonna M. Patel, et al. Numerical and Experimental Analysis of an Axial Flow Left Ventricular Assist Device: The Influence of the Diffuser on Overall Pump Performance //Artificial Organs, 2005. -No.29(7). -P.581-591.

76. Vigano M., Martinclli L. Modified method for Novacor left ventricular assist device implantation //The Annals of Thoracic Surgery, 1996. - Vol.61. - P.247-249.

77. Wakisaka Y., Okuzono Y.,Taenaka Y. et al. Nonivasive pump flow estimation of a centrifugal blood pump //Artificial Organs, 1997. - No.21 (7). -P.651-654.

78. Wakisaka Y., Okuzono Y.,Taenaka Y. et al. Establishment of flow estimation for an implantable centrifugal pump //ASAIO J., 1997. - No.43. - P.2659-2662.

79. Weng-Kong Chan, Yew-Wan Wong, Wendy Ong et al. Numeral Investigation of the effects of clearance gap between the inducer and impeller an Axial Blood Pump //Artificial Organs, 2005. - Vol.29, No.3.

80. Wernicke J.T., Meier D., Mizuguchi K. et al. A fluid dynamic analysis using flow visualization of the Baylor/NASA implantable axial flow blood pump for design improvement //Artificial Organs, 1995. - Vol.19, No.2. - P. 16-77.

81. Westaby S., Jin X.Y., Katsumata T. et al. Mechanical support in dilated cardiomyopathy: signs of early left ventricular recovery //The Annals of Thoracic Surgery, 1997. - No.64 (5). - P. 1303-1308.

82. Wieselthaler G.M., Schima H., Hiesmayr M. First clinical experience with the DeBakey VAD continuous-axial-flow pump for bridge to transplantation //Circulation,-2000.-No.101 (4).-P.356-359. .

83. Wu. Z., Antaki J.F., Burgreen G.W, et al. Fluid dynamic characterization of operating conditions for continuous flow pumps //ASAIO J., -1999. No.45. - P.442-449.

84. Yamagishi H., Sankai Y., Jikuya T., Tsutsui T. Development of built-in type and noninvasive sensor system for smart artificial heart //ASAIO J., 2003. - No.49. -P.265-270.

85. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ВХОДА ЛОПАТКИ НА ПЕРИФЕРИИ1. ДАВЛЕНИЕ1. ПОЛНОЕ ДАВЛЕНИЕ 3 градуса1. Тсто! Рге«иге

86. ZClo.-ity и I М| ~ГЗИ1»' ■■ 7 Пи.'-ИЬинаге'-гЯао1 572г+0(ш1 вга* от

87. V' чек 11 у г МI' ' ГГ1' от я г Мь^оо7 ЛЬг.О(И>1. в 10<г.0()<>5 48 71>.Я0№1. Л 57^,00»- 3 658с+000- г 7»ле<ооо4 градуса3 градуса-в г^пвчмо«НиМО