автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Создание и исследование мехатронного модуля искусственного сердца пульсирующего типа

На правах рукописи

БЕЛЯЕВ ЛЕОНИД ВИКТОРОВИЧ

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ ИСКУССТВЕННОГО СЕРДЦА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТИПА

Специальность 05.02.05 - Роботы, мехатроника и

робототехнические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 0 г "-"'71 о .то

Владимир 2012

005042628

005042628

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» на кафедре «Технология машиностроения»

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

- доктор технических наук,

профессор Морозов Валентин Васильевич

- кандидат технических наук, доцент Жданов Алексей Валерьевич

- доктор технических наук,

доцент Татмышевский Константин Вадимович

- кандидат технических наук Захаров Алексей Вадимович

- Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр_транс-плантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздравсоцраз-вития РФ (ФГБУ «ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ)

Защита диссертации состоится «25» мая 2012 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д.212.025.05 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, корпус 1, аудитория 335.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ГОУ ВПО ВлГУ, диссертационный совет Д.212.025.05, тел./факс: 8(4922) 47-9924, e-mail: tms@vlsu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых».

Автореферат размещен на сайте ВлГУ www.vlsu.ru и ВАК РФ www.vak.ed.gov.ru и разослан «24» апреля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Е.А. Новикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России смертность от сердечно-сосудистых заболеваний составляет более 50% от общей смертности. При ишемической болезни сердца и дилатационной кардиомиопа-тии единственным методом лечения является пересадка сердца, широкому внедрению которого препятствует трудность подбора донорского сердца. В связи с этим, одним из основных направлений применения аппаратов искусственного сердца (ИС) является его использование в качестве так называемого «моста» к трансплантации сердца. Это означает, что ИС берет на себя функцию естественного органа и поддерживает адекватную гемодинамику у больных на период их нахождения в листе ожидания.

Кроме того, существует категория пациентов, у которых применение систем ИС является единственным способом продления жизни. К ним относятся пациенты, которые имеют сопутствующие заболевания, являющиеся противопоказаниями к транснлантацни сердца, и не могут быть реципиентами.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями российских и зарубежных ученых в разное время занимавшихся проблемой создания ИС пульсирующего тнпа, в частности, В.П. Демиховым, В.И. Шумаковым, В.Е. Толпекнным, Т. Akutsu, D. Liotta, R. Jarvik и другими, доказана возможность создания и успешного клинического применения данных систем.

Получение качественно новых характеристик систем механической поддержки кровообращения возможно путем создания систем обхода левого желудочка сердца на основе мехатронного модуля (ММ). Данные системы были разработаны в России (ФГБУ «ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова», МАИ-РЭЛМА, ВлГУ) и за рубежом (Hershey Medical Center, США). Результатом такой компоновки является значительное снижение массы и габаритов устройства, значительное упрощение сборки и монтажа за счет высокой встраиваемости его элементов, причем не только электронных компонентов, но и силовых узлов - электрических машин и механических передач. Все перечисленные факторы позволяют приблизить массу и габариты разрабатываемых систем к параметрам естественного сердца.

Однако, указанные системы берут на себя лишь часть насосной функции естественного сердца. Поэтому, рассматриваемая в диссертации задача по созданию отечественных имплантируемых систем ИС, обеспечивающих полное замещение насосной функции сердца на базе ММ, является чрезвычайно актуальной.

Целью работы является повышение эффективности работы систем ИС пульсирующего типа за счет создания методики проектирования элементов ММ.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ динамики ММ искусственного сердца. На основе проведенного анализа сформулировать энергетические требования к ММ искусственного сердца;

- провести анализ изменения гидродинамических характеристик во время работы ММ искусственного сердца пульсирующего типа, который позволит создать конструкцию искусственного желудочка сердца (ИЖС) для работы без образования тромбов и допустимым индексом гемолиза;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки работоспособности и удовлетворения МТТ, предъявляемым к системам ИС;

- разработать инженерную методику проектирования ММ ИС, удовлетворяющего условиям имплантации и длительно замещающего насосную функцию естественного сердца, отвечающего заданным гидродинамическим свойствам имплантируемой системы ИС и МТТ.

Методы исследований. Поставленные задачи решались на основе 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 с использованием программных комплексов (Pro/Engineer, ANSYS, MATLAB, LabVIEW).

Научная новизна работы заключается в следующем:

- математическая модель динамики ММ искусственного сердца пульсирующего типа и ее динамические характеристики;

- математическая модель гидродинамики ММ искусственного сердца пульсирующего типа;

- методика проектирования ММ искусственного сердца с заданными гидродинамическими свойствами, удовлетворяющего МТТ, предъявляемым к системам ИС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработана и спроектирована конструкция ИЖС с заданными гидродинамическими свойствами для ММ искусственного сердца;

- создан опытный образец системы ИС, защищенный патентом РФ на полезную модель № 104461.

Реализация результатов. Полученные результаты использовались при разработке и изготовлении ряда конструкций имплантируемых систем ИС и вспомогательного кровообращения по заказу ФГБУ «ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва.

Результаты работы использованы при выполнении ряда госбюджетных НИР: ГБО-655 «Теоретические и экспериментальные исследования имплантируемых мехатронных систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца пульсирующего типа»; ГБО-657 «Теоретические основы синтеза автономных мехатронных систем искусственного сердца

пульсирующего типа»; ГБ-461 «Разработка теории и методов проектирования мехатронных приводов и технологической оснастки для создания гемосовместимых искусственных желудочков сердца».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- IX Международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» (Суздаль, 2010 г.);

- III Международная конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» 4- 8 октября 2010 г. Суздаль;

- II ШУМАКОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Мин-здравсоцразвития РФ, г. Москва (2011 г.);

- V съезд трансплантологов, ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Мин-здравсоцразвития РФ, г. Москва (2010 г.);

- I Межвузовская Конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» 17-19 марта 2009 г. г. Братск.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ в журналах и сборниках трудов российских и международных научно-технических конференций, в том числе 5 в журналах из Перечня ведущих научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ; получен патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, включая приложения, и содержит 78 рисунков и графиков, 17 таблиц, а также список литературы из 93 наименований. Приложение содержит акты внедрения результатов работы на 2 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована научная новизна работы и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ требований предъявляемых к системам ИС пульсирующего типа, дан обзор существующих систем, показано место систем ИС в общей классификации устройств механической поддержки кровообращения, приведена классификация систем ИС пульсирующего типа. Проведенный обзор литературы позволил сформулировать цель и определить основные задачи исследований.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили системы ИС американского производства: Jarvik-l (.Jarvik Heart Inc.), оснащенная электропневматическим приводом и AbioCor, AbioCor II (ABIOMED Inc.) с электрогидравлическим приводом. Применение систем с электропневматическим приводом характерно для стационарных систем с малой

мобильностью, т. к. требуют наличия дополнительных устройств и являются неполностью имплантируемыми. Электромеханические системы являются полностью имплантируемыми, обладают высокими динамическими показателями при высокой надежности и большом сроке службы.

Среди электромеханических устройств наибольший интерес представляют системы ИС с бесконтактными момептными двигателями постоянного тока, обладающими высокой полезной мощностью и работающими в реверсивном режиме с планетарными преобразователями движения, которые обеспечивают возвратно-поступательное движение мембран ИС. Планетарные механизмы, встраиваемые в полый ротор электродвигателя, обладают большой редукцией и трансформируют движение от двигателя к рабочим органам ММ ИС, изменяя скорость вращения и крутящий момент.

Сравнительный анализ существующих конструкций систем ИС показал, что электромеханические приводы представляют наиболее перспективное решение для трансплантологии. Это объясняется более высоким КПД, меньшими массой и габаритами. Применение электромеханических приводов позволяет создавать полностью имплантируемые, компактные системы ИС вместо стационарных центров.

Создание ММ ИС требует решения целого ряда задач в области исследования и проектирования. В частности, решение задачи синтеза механических, энергетических, электронных и информационных компонент в единую систему, удовлетворяющую жестким МТТ. Медико-технические требования ставят задачу создания ИС, содержащего системы управления (СУ) и питания, ИЖС 1 и электромеханический привод, приводящий в движение мембрану ИЖС 2 (рис.1).

ИЖС не должен содержать зон застоя, рециркуляции потоков крови, турбулентности и т.д. Мембрана не должна касаться корпуса. Объем заполнения - 60...80 мл. Электромеханический привод ИЖС, входящий в состав ММ ИС, должен обеспечивать требуемые динамические показатели работы системы: ход мембраны — 18...22 мм, частота колебаний мембраны - 40... 120 мин'1, средняя скорость нарастания давления в кровяной камере не более 2500 мм. рт. ст./с., нагрев при работе не более 42° С.

Во второй главе исследуются динамические и тепловые характеристики ММ ИС. Объектом исследования является ММ поступательного перемещения, структурная схема которого показана на рис 2. Встраиваемая конструкция вентильных двигателей с полым ротором позволяет создавать приводы в виде единого модуля, когда ротор устанавливается на ведущем

Рис.1. ЗР-модель ММ ИС без СУ и питания

и А Блок \ питания \

Силовой каскад

|1 Вентильный двигатель <

¡1 У

I! да

ИЖС

звене исполнительного механизма. Возвратно-поступательное движение обеспечивает ролико-винтовой механизм (РМВ), входное звено которого встроено в ротор, а выходное - толкает мембрану.

Динамика ММ ИС исследована на основе двухмассовой математической модели. Первая масса (входное звено исполнительного механизма) жестко связана с ротором двигателя и описывается переменными состояния ф (угол поворота) и со = ф (угловая скорость), а вторая масса (выходное звено) поступательно перемещает нагрузку (мембраны ИЖС) и описывается Рис.2. Структурная схема ММ ИС переменными состояния х (перемещение мембраны) и у = х (скорость перемещения мембраны).

Если пренебречь силами вязкого трения, то модель динамики ММ ИС сводится к системе дифференциальных уравнений:

Модель динамики ММ ИС сводится к системе дифференциальных уравнений:

Тгх 0</<?л;

ТсТх2 + Тсх2 -х2 = -(у* +У1)г1„ 1,ю < , < Тухг +Хг= (У^, + ), / < / < Г ;

Ггх4 + х4 = -(у^ + ), /", </<

с краевыми условиями:

х,(0)=0. *,(0) = 0. *э(0=нт+не.

' ' » 9 }

*з(0 = *г(0 • *4('„ )= )= ят + Я, + 0.8Ят . ('„, )=х, ((„, ). )= ят + Н, + Я . Х4 (/„, )= о

> 5

гДе 1<!ш > ~ время диастолы и систолы соответственно; у^ = уойи,„„ - идеальная скорость нагрузки при управлении и = мЛа; = уеб - эквивалентная скорость нормального систолического давления Г = /«хх5д.с - постоянная времени, вызванная растяжимостью камеры ИЖС; *£ = уовичз - идеальная скорость нагрузки при управлении г^ = и • - эквивалентная скорость нормального давления /;Ла;

т, = + ^/ц -электромеханическая постоянная времени ММ;

"хх =5л «хх - идеальная скорость движения нагрузки; и = и/и„ - отношение управляющего напряжения к номинальному; /;,М, , - КПД, пусковой момент двигателя; 5Д. - передаточная функция исполнительного механизма.

(1)

(2)

Цикл начинается с фазы диастолы в левом ИЖС. При этом давление в камере левого ИЖС снижается, аортальные клапаны закрываются, а венозная кровь начинает заполнять камеру. По окончании фазы диастолы начинается изоволюметрическая фаза систолы в правом желудочке - нагнетания давления при закрытом клапане. Модуль под действием некоторого постоянного управления и = иху8 начинает перемещать мембрану в условиях возрастающего давления. Окончание изоволюметрической фазы (х = Нхарактеризуется открытием клапана и началом изгнания крови из камеры правого ИЖС. При этом модуль продолжает разгоняться под действием и = преодолевая постоянное давление рхух. В фазу изгнания привод должен пройти ход достаточный для обеспечения ударного выброса V, придя в крайнее положение Н с нулевой скоростью. Для этого следует в некоторый момент времени !хух осуществить переключение управления на и = - Поэтому при / > наступает фаза, когда модуль продолжает двигаться с положительной скоростью, но новое управление тормозит движение.

Механическая мощность, затрачиваемая приводом на перемещение мембраны ИЖС, изменяется с течением времени по закону:

^мех (0=^(040- (3)

На рис. 3 представлены графики выходного перемещения, скорости, расхода и максимальной мощности для ММ ИС.

О 0.10 0.20 0.30 0.Л0 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

а)

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.60 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Время, с

в)

0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Время, с

Рис. 3- Диаграммы: а) выходного перемещения мембраны; б) выходной скорости мембраны; в) расхода крови из ИЖС; г) изменения мощности ММ ИС

При анализе графика расхода видно, что модуль обеспечивает экспоненциальный закон выброса в фазу систолы, что соответствует закону расхода естественного сердца. В табл.1 приведены расчетные значения показателей динами ММ ИС, полученные при различных частотах работы модуля и для различной жесткости материала ИЖС.

Таблица 1

Сравнительные результаты расчетных показателей динамики ММ ИС

Параметр Значение

Г= 1 Гц Г=2 Гц

с-20Н/мм с=50Н/мм с=20Н/мм с=50Н/мм

Время сердечного цикла /„, с 0,998 0,998 0,498 0,498

Время изоволюметрической фазы /,., с 0,02 0,006 0,023 0,006

Время систолы /„■„ с 0,230 0,244 0,102 0,119

Время диастолы с 0,748 0,748 0,373 0,373

Объем выброса, мл 80 80 80 80

Систолический ход штока //„,„ мм 13,689 12,724 13,644 12,598

Диастолический ход штока Н,ц„, мм 12,540 12,540 12,502 12,502

Изоволюметрический ход штока Нп мм 1,582 0,572 1,747 0,634

Полный ход штока Н, мм 26,846 26,801 26,847 26,780

Максимальная систолическая скорость, мм/с 219 224 276 281

Максимальная диастолическая скорость, мм/с 17,512 17,512 36,653 36,653

Максимальная мощность Ртах, Вт 22,844 22,306 28,558 28,114

Из таблицы видно, что режим с большей жесткостью камеры ИЖС является энергетически выгодным. Это объясняется тем, что приводу в изоволюметрическую фазу требуется пройти меньший ход Нс, необходимый для создания давления р,ух. Так же необходимо отметить, что заданные и расчетные значения циклов работы ММ ИС отличаются на 1...2%, что объясняется отсутствием учета в модели вязких сил трения жидкости.

Полученные результаты позволяют проводить синтез ММ ИС.

Другой важной проблемой в создании ММ ИС является обеспечение продолжительной, непрерывной работы в условиях ограниченного тепло-отвода. Температура корпуса не должна превышать 40°С, а перегрев до 42°С допустим лишь в кратковременных режимах. Поэтому для обоснования возможности применения ММ в имплантируемых системах был проведен анализ теплообмена, происходящего при работе ММ ИС, и получены количественные температурные характеристики. Максимальные температуры соответствуют установившемуся режиму работы ММ ИС, для которого параметры теплообмена постоянны. Для решения данной задачи проводился численный анализ теплового состояния ММ ИС на основе результатов решения стационарной задачи теплопроводности методом конечных элементов (КЭ).

Метод КЭ, с использованием вариационных принципов, сводит решение задачи теплопроводности к минимизации функционала на множестве узловых значений температур. Функционал имеет вид:

= ^ ¡рг^-ТМ- ¡0Г</Г- ¡а(Т„ -Т)\Я+ \qJdS , (4)

I,, ах су о„ от г ^ ^

где V — область интегрирования; - площади поверхностей, для которых заданы граничные условия второго и третьего рода соответственно. Функционал системы КЭ представляется суммой функционалов отдельных элементов:

Ф = 5>., (5)

где п — число элементов, на которое разбито тело. В результате минимизации функционала:

ЭФ(Г) = ^эфлг)=0

8{Т} £ 5(7-} (6)

для стационарной постановки задачи получаем систему линейных уравнений:

[Л]{7-} = {*•}, (7)

где [Н] = ^[И]е, = - глобальные матрицы теплопроводности и теплоёмкости; {К} = ^ \ [\е - глобальный вектор тепловой нагрузки.

Стационарная постановка задачи упрощает вычислительный процесс, так как сводит решение к системе линейных уравнений вида:

Проведенный анализ установившегося теплового состояния ММ ИС прн различной мощности тепловых потерь (5; 8; 10 Вт) показал отсутствие перегрева поверхности корпуса ММ ИС и мембраны ИЖС выше критической температуры 7"кр = 42 °С при длительной работе и принципиальную возможность применения разработанной конструкции ММ ИС в качестве имплантируемой системы (рис. 4). Однако, полученные результаты позволяет дать лишь предварительную оценку температуры (например, отвергнуть заведомо неприемлемые решения) и вопрос о применимости ММ для имплантации может быть решен только в ходе экспериментальных исследований.

В третьей главе для проверки соответствия гидродинамических характеристик ИЖС медико-техническим требованиям, во время работы ММ ИС проведено математическое моделирование трехмерного вязкого течения крови с использованием современных методов вычислительной гидродинамики (СГП-метод) на основе компьютерного программного комплекса КЭ анализа Л\'БУ8.

Математическое моделирование основано на решении дифференциальных уравнений течения жидкости в заданной области с определенными краевыми условиями. Основными уравнениями, описывающими течение несжимаемой ньютоновской вязкой жидкости, являются уравнение неразрывности (8) и система уравнений движения сплошной среды (уравнения Навье-Стокса) (9).

Мощность тепловых потерь, Вт

-На поверхности корпуса ММ ПС

----Мембраны ИЖС

др + дри, дриу дри, дт дх ду dz

ди,

8т ди,.

ди, дх

- + г/,

ди

——+и-—+и

8т дх

дих ~8У ди,

ди, v 1 дР и Л + и,—-= X---+ —Ди

dz рдхр

ди,.

■ V 1 8Р i" А

— + и,—- = Y---+ — Аи„

ду ' dz р ду

Р

(8)

(9)

ди, дт

ди, ~дх

ди

ди, 1 дР ц Л + и,—-= Z---+ —Д и,

ду dz р dz р

где их, иу, ¡^-составляющие (проекции) вектора скорости ЩР — давление; ¡д - эффективная динамическая вязкость; V - кинематическая вязкость; р — плотность; X, У, 2 - составляющие (проекции) вектора /•' внешней массовой силы; А — оператор Лапласа.

Для замыкания системы уравнений использована к-е модель турбулентности. Для описания турбулентных величин в ней используется система двух нелинейных дифференциальных уравнений — для кинетической энергии турбулентности -к (10) и для скорости диссипации турбулентной энергии -е(11).

+ div(pUk) = div[(juhm + ^-)gradk] + ju,G - pe дт crk

Зб Ll £ S^

— + div(pUs) = div[(julam + —)grads] + Cup,G- - C2l.p —-, от aE к к

^ .8u,, 2 ,8u7s2^ ,ди, ди ди, ди,.2 ,ди, ди ,

где G = 2[(—i)2 + (-^)2 + (—] + (—л- + —i-)- + + —г-)2 + (—- + ;

ах ду dz ду ох dz дх ду dz

(10) (П)

к1

= Ры, + М,.

здесь //, - турбулентная динамическая вязкость; \i¡am - динамическая вязкость ламинарного потока. С/е= 1,44, С2е = 1,92, Q, = 0,09, ае= 1,3, ок = 1 эмпирические константы к-е модели турбулентности.

КЭ модель внутреннего объема ИЖС учитывает реальную геометрию основного тела, клапанов, радиусов и переходов. Для упрощения модели и сокращения машинного времени при расчетах рассматривалась геометрия только рабочего патрубка и клапанной системы. Начальные условия обеспечивали подвижность стенки ИЖС со стороны толкателя ММ: в фазе диастолы - 21 мм/с; в фазе систолы - 10,5 мм/с. Временные интервалы фаз диастолы и систолы были приняты одинаковыми, а именно 0,5 с, то есть частота сокращений ИЖС составила 1 Гц. В процессе решения интервал разбивался на 50 шагов. Граничные условия - непроницаемая стенка, скорость движения жидкости на которой равна 0, то есть реализуется условие «прилипания» жидкости к стенке. В результате проведенного моделирования были получены следующие результаты: скорость и давление потока, зоны торможения и закручивания потока, касательные напряжения Рей-нольдса, рассчитан по известной методике нормализованный индекс гемолиза, который составил 0,0037 г/ 100л.

Картина распределения полей скоростей внутри камеры ИЖС для ММ искусственного сердца в начальный и конечный момент времени фаз выброса и заполнения свидетельствует об отсутствии застойных зон и локальных зон закручивания потока (рис. 5). Выраженное закручивание потока в сторону противоположенного патрубка в фазу диастолы способствует хорошей омываемости внутренней полости камеры ИЖС и снижает возможность образования тромбов.

Рис. 5. Поля векторов скоростей внутри камеры ИЖС в фазу систолы (а, б) и в фазу диастолы (в, г)

На рис. 6 приведена сравнительная диаграмма нормализованного индекса гемолиза NIH для различных систем. Показатель N1H спроектированной конструкции ИЖС ММ хорошо коррелирует с аналогичными показателями других систем, уже применяемых в клинической практике. Таким образом, разработанная конструкция ИЖС ММ ИС обеспечивает требуемые показатели гидродинамики и обеспечивает отсутствие застойных зон.

Рис.6. Показатель NIH для различных конструкций ИЖС:

1 - ИЖС «Ясень» с клапаном типа «ЭМИКС»;

2 - центрифужный насос «CentriMag©»;

3 - центрифужный насос «Medtronic ВР-

80»;

4 - центрифужный насос «GYRO©»;

5 — разработанная конструкция ММ ИС

6 - Электромеханическое ИС ТАН (Япония);

В четвертой главе проведен комплекс экспериментальных исследований для проверки работоспособности и оценки эффективности насосной функции ММ ИС.

Для проведения экспериментальных исследований был разработай гидродинамический стенд, оснащенный регистраторами давления, скорости потока, устройствами сбора и обработки экспериментальных данных LabVlEW DAQmx (рис. 7, а). Для этой цели в среде LabVIEW разработаны виртуальные приборы для измерения производительности и давления. Экспериментальный образец ММ ИС содержит спроектированные левый и правый ИЖС с дисковыми клапанами «МИКС», ММ на базе РВМ, систему управления и энергообеспечения. Система управления ММ ИС построена на микроконтроллере (МК) MS'/430F2274 компании Texas Instruments. Он соединяется с ПК по интерфейсу UART через преобразователь UART<->USB СР2102. Микроконтроллер управляет драйвером трехфазного двигателя L6234PD компании ST. Используя управляющую программу ПК можно изменять скорость и направление вращения двигателя. Программа ПК посылает команды микроконтроллеру, алгоритм которого в свою очередь выполняет действия по управлению двигателем. Считывая состояния датчиков Холла, МК изменяет состояние выходов управления в соответствии с заданной таблицей переключения. Поскольку система предусматривает вращение двигателя в двух направлениях, то МК также учитывает текущее направление движения и переключает выходы управления в соответствии с заданным алгоритмом движения. Изменение скорости вращение производится при помощи подачи сигналов широтно-

I

•Яг*

i ■..............- I

0 1 2 3 4 5 6

импульсного модулятора на драйвер двигателя. Направление вращения изменяется при помощи изменения порядка включения обмоток двигателя. На индикацию выводится информация о режимах работы ММ ИС, значения параметров управления.

Результаты гидродинамических испытаний показали, что разработанный ММ ИС обеспечивает требуемую производительность, удовлетворяющую МТТ при всех режимах нагрузки (рис. 7, б).

40 50 60 70 80 90 100 110 Частота пульса, уд/мин

а) б)

Рис. 7. Гидродинамические испытания ММ ИС: а) фотография стенда; б) результаты

испытаний:---давление на выходе 60 мм.рт.ст.; ... - давление на выходе 80

мм.рт.ст.;— - - - давление на выходе 100 мм.рт.ст.;— - - - давление на выходе 120 мм.рт.ст.;

Производительность ММ ИС прямо пропорционально зависит от частоты пульса и изменяется от 2,5 л/мин до 5,5 л/мин. Максимальное значение наблюдается при частоте 100 уд/мин и значении противодавления - 60 мм. рт. ст. Результаты проведенных испытаний свидетельствуют, что разработанная конструкция обладает требуемыми характеристиками и удовлетворяет МТТ.

Для подтверждения гидродинамических свойств ИЖС ММ ИС и оценки работоспособности системы в реальных условиях имплантации проводились медико-биологические испытания. В качестве экспериментального образца использовали разработанный ИЖС с пневматическим приводом. Было выполнено 3 эксперимента на животных.

В пятой главе представлена методика проектирования с обратными связями на основе программного обеспечения, относящегося к системам автоматизированного проектирования и графическим языкам программирования (рис. 8), по которой созданы опытные образцы ММ ИС (рис. 9). Сравнение технических характеристик спроектированного ММ ИС и известных аналогов представлено в табл. 2.

Датчик расхода

Источник / питания /

ММ ИС

Библиотека ,

- стандартных элементов / \ \ \ 11/Г7П^7ГТ/ Концептуальное проектирование

Мат. модель динамики ММ ИС

Управление проектированием деталей (РатНу ТаЫе! и сборок

Геом. анализ модели

Детальное

конструиродание

Л КЗ-анализ и Моделиро6оние\ у оптимизация / работ ш \ V X /V / /

конструкции

^ ИзготоЬление прототипа ММ И С

Зксперементальные исследойания ММ И С

Технологическая подготовка произдодстба

Техническая документация, отчетные и презентационные материалы

Механообработка на станках с ЧТ1Ч

Рис. 8. Методика проектирования ММ ИС, с заданными гидродинамическими характеристиками на основе программного обеспечения с обратными связями

Рис. 9. Внешний вид ММ ИС без системы управления и питания: 1 - имплантируемый блок ММ, 2 - ИЖС, 3 - кабель для подключения системы управления, 4 - толкатель, 5 - мембрана ИЖС

Таблица 2

Сравнительные характеристики ММ ИС ЛСсог и АЫоСог_

Характеристика Разработанный Аналог

Наименование ММ ИС на базе РВМ АСсог АЫоСог

Систола/диастола 1:1, 1:2, 1:3 1:1, 1:2, 1:3 1:1,1:2,1:3

Макс, частота, мин"1 120 140 150

Шум, дБ 50 н/д н/д

Ударный объем выброса, мл 62 65 60

Производительность, л/мин 5,5 8 10

Масса (с СУ), кг 0,75 0,77 0,8

Габариты модуля, мм 090x150x115 094x115x104 085x120x105

Потребляемая мощность, Вт 25...30 10 22

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по работе.

Основные результаты и выводы по работе

В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, и практической реализации разработана методика расчета и проектирования элементов ММ ИС позволяющая повысить эффективность работы системы.

Получены следующие основные результаты:

1. Проведенный анализ литературных источников позволил сделать вывод о том, что создание ММ ИС пульсирующего типа с полным замещением насосной функции сердца на базе моментного двигателя и РВМ позволит удовлетворить всем МТТ, предъявляемым к ММ ИС;

2. Исследование, разработанной математической модели динамики ММ ИС показали, что для соответствия МТТ ММ ИС должен обладать рабочей мощностью 28...30 Вт при мощности тепловых потерь не более 10 Вт.

3. Исследование, разработанной математической модели гидродинамики ИЖС с учетом трехмерного вязкого течения крови, подвижного толкателя мембраны и сопротивления току крови клапанной системы, с использованием современных методов вычислительной гидродинамики {CFD-метод), позволили создать конструкцию ИЖС, отвечающую МТТ, предъявляемым к ММ ИС. Индекс гемолиза NIH= 0,0037 г/100л;

4. Проведенный анализ установившегося теплового состояния ММ ИС при мощности тепловых потерь 10 Вт показал принципиальную возможность его длительной работы при имплантации вследствие отсутствия перегрева выше критической температуры Гкр = 42 °С;

5. Проведенные лабораторно-стендовые исследования показали, что разработанный ММ ИС обеспечивает требуемую МТТ производительность в 5,5 л/мин при противодавленииpsys= 120 мм. рт. ст. Проведенные медико-биологические испытания подтвердили эффективность работы, созданных конструкций ИЖС.

6. Разработана инженерная методика проектирования ММ ИС на базе систем автоматизированного проектирования и графического языка программирования, удовлетворяющего условиям имплантации и длительно замещающего насосную функцию естественного сердца, отвечающего заданным гидродинамическим свойствам и МТТ, предъявляемым к системам ИС, позволяющая создавать конкурентоспособные аналоги.

7. Результаты диссертационной работы внедрены во Всероссийском научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники (г. Москва), а так же в учебный процесс (курс «Протезы и искусственные органы»), что подтверждено актами внедрения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Морозов, В.В. Разработка мехатронного модуля имплантируемой системы искусственного сердца и его лабораторно-стендовые испытания [Текст] / В.В. Морозов, A.B. Жданов, J1.B. Беляев // Мехатроника, автоматизация, управление / М.: Новые технологии. - 2009. - № 5 (98). - С. 58-61. - ISSN 1584-6427.

2. Беляев, JI.B. Обоснование конструкций лабораторных стендов для исследования характеристик систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца [Текст] / Л.В. Беляев, В.В. Морозов, A.B. Жданов // Мехатроника, автоматизация, управление / М.: Новые технологии. - 2010. - № 2 (107). - С. 51-55. - ISSN 1584-6427.

3. Беляев, Л.В. Использование методов компьютерного моделирования в разработке искусственных желудочков сердца [Текст] / Л.В.Беляев, А.В.Жданов // Вестник трансплантологии и искусственных органов Т.13. / М. Триада.-2011 - №4. С. 97-100.-ISSN 1995-1191.

4. Беляев, J1.B. Уточнение и корректировка моделей гемодинамики искусственного желудочка сердца с учетом движения мембраны [Текст] / Л.В. Беляев, И.В. Волкова // Биотехносфера / СПб.: Политехника. - 2011. - № 4 (16). С. 31-34.-ISSN 2073-4824.

5. Беляев, Л.В. Лабораторно-стендовые установки для комплексной оценки характеристик аппаратов вспомогательного кровообращения и искусственного сердца [Текст] / Л.В. Беляев // Биотехносфера / СПб.: Политехника. - 2011. - № 4 (16). С. 51-56. - ISSN 2073-4824.

В других изданиях

6. Пат. 104461 Российская Федерация, МПК5 А 61 М 1/10. Электромеханический привод искусственного сердца [Текст] / Беляев Л.В., Жданов А.В., Морозов В.В. ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет». - № 2010149967/14; заявл. 06.12.2010 ; опубл. 20.05.2011 Бюл. № 14.-147 с.

7. Morozov, V.V., Belyaev, L.V., Zhdanov, A.V. [Text] / V.V. Morozov, L.V. Belyaev, A.V. Zhdanov. // Application of functional hemocompatibility coatings for the implantable devices of artificial heart // The International Journal of Artificial Organs. - 2010. - Vol. 33. - № 7. - P. 148. - ISSN 0391-3988.

8. Morozov, V.V., Belyaev, L.V., Zhdanov A.V. [Text] / V.V. Morozov, L.V. Belyaev, A.V. Zhdanov. // Application of CAD/CAE-technologies for working out of a universal design of an artificial ventricle of heart // The International Journal of Artificial Organs. - 2011. - Vol. 34. - № 8. - P. 708. - ISSN 03913988.

Подписано в печать 23.04.12. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 70 экз.

Заказ

Редакционно-издательский комплекс Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87

Список принятых сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ требований к системам искусственного сердца.

1.1. Анализ существующих систем искусственного сердца. Требования к имплантируемым системам искусственного сердца.

1.1.1. Классификация систем искусственного сердца.

1.1.2. Анализ существующих систем искусственного сердца.

1.1.3. Системы искусственного сердца на базе мехатронных модулей.

1.2. Медико-технические требования к системам искусственного сердца.

1.3. Выводы по главе. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Математическая модель динамики мехатронного модуля искусственного сердца.

2.1. Вывод уравнений динамики мехатронного модуля искусственного сердца.

2.2. Анализ динамических характеристик мехатронного модуля искусственного сердца.

2.3. Исследование тепловых характеристик мехатронного модуля искусственного сердца.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Математическое моделирование гидродинамических параметов мехатронного модуля искусственного сердца.

3.1. Применение математического моделирования для проектирования ИЖС ММ ИС с заданными гидродинамическими показателями.

3.2. Методика исследования гидродинамики ИЖС ММ ИС.

3.2.1. Основные уравнения гидродинамики ИЖС.

3.2.2. Алгоритм определения показателя гемолиза.

3.3. Численное моделирование процессов гидродинамики в камере ИЖС ММ ИС.

3.3.1. Параметры расчетной модели ИЖС ММ ИС.

3.3.2. Оценка результатов моделирования пульсирующего кровотока в ИЖС ММ ИС. Расчет показателя гемолиза разработанной конструкции.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4 Экспериментальные исследования мехатронного модуля искусственного сердца.

4.1. Стендовые испытания ММ ИС.

4.1.1. Обзор существующих стендов для исследования характеристик ММ ИС.

4.1.2. Разработка универсального стенда для проверки функционирования ММ ИС.

4.1.3. Описание объекта исследований.

4.2. Анализ результатов испытаний. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4.2.1. Проведение экспериментальных исследований.

4.2.2. Анализ результатов измерений.

4.3. Выводы по главе.

Глава 5. Методика проектирования мм ис с заданными гемодинамическими характеристиками. Описание разработанных конструкций.

5.1. Методика расчета и проектирования.

5.2. Разработанные конструкции мехатронных модулей искусственного сердца.

5.3. Выводы по главе.

В настоящее время в России смертность от сердечно-сосудистых заболеваний составляет более 50% от общей смертности. При ишемической болезни сердца и дилатационной кардиомиопатии единственным методом лечения является пересадка сердца, широкому внедрению которого препятствует трудность подбора донорского сердца. Одним из путей решения проблемы нехватки донорских органов является применение технических средств и устройств частично или полностью, временно или постоянно замещающих насосную функцию пораженного сердца. В последние десятилетия параллельно с трансплантацией бурно развивается одно из новых направлений в технике и медицине - создание искусственных органов.

В решении этой проблемы можно выделить два основных направления: (1) постоянная замена естественного органа протезом, полностью заменяющим насосную функцию сердца и способного длительные годы поддерживать кровообращение - искусственное сердце (ИС); (2) временная замена функции на период лечения сердца до восстановления его функциональной способности. К последнему направлению относятся методы временной помощи сердцу и замены его нагнетательной функции механическими устройствами, объединенными понятием «вспомогательное кровообращение» (ВК).

В последние годы в мире наблюдается тенденция увеличения количества операций по имплантации механических аппаратов, замещающих сердечную деятельность. Сегодня полностью удовлетворить потребность в донорских сердцах не удается, поэтому чрезвычайно актуальной является задача по созданию имплантируемых систем искусственного сердца.

Работы в этом направлении проводили Шумаков В.И., Шумаков Д.В., Толпекин В.Е., Куликов Н.И., Иткин Г.П., Бокерия JI.A., Шаталов К.В., Сво-бодов A.A. [52], Капелько В.И. [62, 63], Морозов В.В, Жданов A.B., Косте • рин А.Б. [74-76].

Однако в известных работах не ставились задачи построения математической модели динамики ММ искусственного сердца и исследования ее динамических характеристик, а так же исследования гидродинамических процессов в камере искусственного желудочка сердца с целью минимизировать процесс образования тромбов.

Таким образом, создание и исследование ЭМП и ИЖС, как составляющих ММ, является важной и актуальной задачей при создании имплантируемых систем ИС в соответствии с МТТ.

Целью работы является повышение эффективности работы систем ИС пульсирующего типа за счет создания методики проектирования элементов ММ.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ динамики ММ искусственного сердца. На основе проведенного анализа сформулировать энергетические требования к ММ искусственного сердца;

- провести анализ изменения гидродинамических характеристик во время работы ММ искусственного сердца пульсирующего типа, который позволит создать конструкцию искусственного желудочка сердца (ИЖС) для работы без образования тромбов и допустимым индексом гемолиза;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки работоспособности и удовлетворения МТТ, предъявляемым к системам ИС;

- разработать инженерную методику проектирования ММ ИС, удовлетворяющего условиям имплантации и длительно замещающего насосную функцию естественного сердца, отвечающего заданным гидродинамическим свойствам имплантируемой системы ИС и МТТ.

Методы исследований. Поставленные задачи решались на основе 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 с использованием программных комплексов {Pro/Engineer, ANSYS, MATLAB, Lab VIEW).

Научная новизна работы заключается в следующем:

- математическая модель динамики ММ искусственного сердца пульсирующего типа и ее динамические характеристики;

- математическая модель гидродинамики ММ искусственного сердца пульсирующего типа;

- методика проектирования ММ искусственного сердца с заданными гидродинамическими свойствами, удовлетворяющего МТТ, предъявляемым к системам ИС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработана и спроектирована конструкция ИЖС с заданными гидродинамическими свойствами для ММ искусственного сердца;

- создан опытный образец системы ИС, защищенный патентом РФ на полезную модель № 104461.

Реализация результатов. Полученные результаты использовались при разработке и изготовлении ряда конструкций имплантируемых систем ИС и вспомогательного кровообращения по заказу ФГБУ «ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва.

Результаты работы использованы при выполнении ряда госбюджетных НИР: ГБО-655 «Теоретические и экспериментальные исследования имплантируемых мехатронных систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца пульсирующего типа»; ГБО-657 «Теоретические основы синтеза автономных мехатронных систем искусственного сердца пульсирующего типа»; ГБ-461 «Разработка теории и методов проектирования мехатронных приводов и технологической оснастки для создания гемосовмести-мых искусственных желудочков сердца».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX Международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» (г. Суздаль, 2010 г.); III Международная конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (г. Суздаль, 2010 г.); II ШУМАКОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва (г. Москва, 2011 г.); V съезд трансплантологов, ФНЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, (г. Москва, 2010 г.); I Межвузовская Конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (г. Братск, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ в журналах и сборниках трудов российских и международных научно-технических конференций, в том числе 5 в журналах из Перечня ведущих научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ; получен патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, включая приложения, и содержит 78 рисунков и графиков, 17 таблиц, а также список литературы из 93 наименований. Приложение содержит акты внедрения результатов работы на 2 страницах.

Общие выводы по работе

В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, и практической реализации разработана методика расчета и проектирования элементов ММ ИС.

Получены следующие основные результаты:

1. Проведенный анализ литературных источников позволил сделать вывод о том, что создание ММ ИС пульсирующего типа с полным замещением насосной функции сердца на базе моментного двигателя и РВМ позволит удовлетворить всем МТТ, предъявляемым к ММ ИС;

2. Исследование, разработанной математической модели динамики ММ ИС показали, что для соответствия МТТ ММ ИС должен обладать рабочей мощностью 28. .30 Вт при мощности тепловых потерь не более 10 Вт.

3.Исследование, разработанной математической модели гидродинамики ИЖС с учетом трехмерного вязкого течения крови, подвижного толкателя мембраны и сопротивления току крови клапанной системы, с использованием современных методов вычислительной гидродинамики (CFZ)-метод), позволили создать конструкцию ИЖС, отвечающую МТТ, предъявляемым к ММ ИС. Индекс гемолиза ШН= 0,0037 г/100л;

4. Проведенный анализ установившегося теплового состояния ММ ИС при мощности тепловых потерь 10 Вт показал принципиальную возможность его длительной работы при имплантации вследствие отсутствия перегрева выше критической температуры Ткр = 42 °С;

5. Проведенные лабораторно-стендовые исследования показали, что разработанный ММ ИС обеспечивает требуемую МТТ производительность в 5,5 л/мин при противодавлении рзу5 - 120 мм. рт. ст. Проведенные медико-биологические испытания подтвердили эффективность работы, созданных конструкций ИЖС.

6. Разработана инженерная методика проектирования ММ ИС на базе систем автоматизированного проектирования и графического языка программирования, удовлетворяющего условиям имплантации и длительно замещающего насосную функцию естественного сердца, отвечающего заданным гидродинамическим свойствам и МТТ, предъявляемым к системам ИС, позволяющая создавать конкурентоспособные аналоги.

7. Результаты диссертационной работы внедрены во Всероссийском научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники (г. Москва), а так же в учебный процесс (курс «Протезы и искусственные органы»), что подтверждено актами внедрения.

1. Akutsu, Т. Components of artificial hearts Text. / T. Akutsu // Bulletin of the New York Academy of Medicine. 1972. - Vol. 48, №. 2. p. 362-378. - ISSN: 0028-7091.

2. American Society for Testing and Materials. Standard practice for assessment of hemolysis in continuous flow blood pumps. Standard F 1841- 97, ASTM.

3. Arora, D. Computational hemodinamics: hemolysis and viscoelasticity Text. / D. Arora // A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. 2005. - 231 p.

4. Arora, D. Estimation of hemolysis in centrifugal blood pumps using morphology tensor approach Text. / D. Arora, M. Behrb, O. Coronado-Matutti [et al.] // Computational Fluid and Solid Mechanics. 2005. - p. 578 - 582.

5. Arora, D. Hemolysis Estimation in a Centrifugal Blood Pump Using a Tensor-based Measure Text. / D. Arora, M. Behr, M. Pasquali // The International Journal of Artificial Organs. 2006. - Vol. 30. №7. - p. 539 - 537. - ISSN 1724-6040.

6. Avrahami, I. Hemodynamic aspects of the Berlin ventricle assist device Text. /1. Avrahami, S. Einav, M. Rosenfeld [et al.] // Engineering in Medicine and Biology Society. 2001. - Vol. 1. - p. 468 - 472. - ISSN: 0739-5175.

7. Behr, M. Efficient Parallel Simulations in Support of Medical Device Design Text. / M. Behr, M. Nicolai 1, M. Probst // Parallel Computing: Architectures, Algorithms and Applications. p. 19-26.

8. Blackshear, P.L. Mechanical Hemolysis Text. / P.L. Blackshear, G.L. Blackshear // Handbook of Bioengineering. 1987. - p. 15.1-15.19.

9. Boron, W.F. Medical Physiology: A Cellular and Molecular Approach Text. / W.F. Boron, E.L. Boulpaep // Vol. Saunders. 2003, Philadelphia. Chapter 21.

10. Cervino, С. O. Cardiocirculatory Assistance and Total Artificial Heart. Historical Review Электронный ресурс. / С. О. Cervino, D. A. Bracco // URL: http://www.unimoron.edu.ar/Portals/0/PDF/doc-invest-tesauro-en-21.pdf (дата обращения: 07.02.2010).

11. Cohn, L. H. Total Artificial Heart Text. / L. H. Cohn // Cardiac Surgery in the Adult. New York, 2003. - 1668 p. - ISBN: 0071391290.

12. Colleen, D. The k-epsilon model in the theory of turbulence Text. / D. Colleen, S. Pomerantz University of Pittsburg. 2004.

13. Dasi, L. P. Vorticity dynamics of a bileaflet mechanical heart valve in an axisymmetric aorta Text. / L. P. Dasi, L. Ge, H. A. Simon [et al.] // Physics of fluids. 2007. - Vol. 19. №6. - p. 17.

14. Deutsch, S. Experimental Fluid Mechanics of Pulsatile Artificial Blood Pumps Text. / S. Deutsch, J. M. Tarbell, К. B. Manning [et al.] // Annual Review of Fluid Mechanics. 2006. - Vol. 38. - p. 65 - 86.

15. Dowling, R. D. The AbioCor Implantable Replacement Heart Text. / R. D. Dowling, L. A. Gray, S. W. Etoch [et al.] // The Annals of Thoracic Surgery. -2003. Vol. 75. p. 93-99. - ISSN: 0003-4975.

16. Flow-sensors and flow-meters for liquids Text. / Installation manual and operating instruction. 2007. - 45p.

17. Galanga, F. An Experimental Study of the Flow-Induced Mass Transfer Distribution in the Vicinity of Prosthetic Heart Valves Text. / F. Galanga, J. Lloyd // Journal of Biomechanical Engineering. 1981. - Vol. 103. - p. 1-10.

18. Goldsmith, H. S. Hemodynamics Text. / H. S. Goldsmith // Annual Review of Fluid Mechanics. 1975. - Vol. 7. - p. 213-247.

19. Introduction to Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 Text. / PTC University. 627 p.

20. Kollmorgen RBE(H) series motors: Catalog. Rockford: Danaher Motion Customer Support Center электронный ресурс. - 44 p. // URL: http://www.danahermotion.com/docments/200512291032290.RBE Series Mot-orsBrochure.pdf (дата обращения 02. 03. 2003).

21. Kwant, P. В. Implantable electromechanical displacement blood pumps: systematic design and validation methods., 2007. 157p. - http://darwin.bth.rwth-aachen.de/opus3/volltexte/2008/2380/pdf/Kwant Paul.pdf.

22. Mitoh, A. Computational Fluid Dynamics Analysis of an Intra-Cardiac Axial Flow Pump Text. / A. Mitoh, T. Yano, K. Sekine [et al.] // The International

23. Journal of Artificial Organs. 2003. - Vol. 27. №1. - p. 34 - 40. - ISSN 17246040.

24. Naito, K. The need for standardizing the index of hemolysis Text. / K. Nai-to, K. Mizuguchi, Y. // The International Journal of Artificial Organs. 1992. -Vol. 38.- p. 237 - 242. - ISSN 1724-6040.

25. Nakhiah, C. S. Electroelastic modeling of dielectric elastomer membrane actuators Text. / C. S. Nakhiah // A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. 2005. - 165 p.

26. New Humanitarian Device Approval / U.S. food and drug administration Электронный ресурс. // URL: http://www.accessdata.fda.gov/cdrhdocs/pdf4/H040006c.pdf (дата обращения: 07.03.2010)

27. Ohashi, Yu. Hemolysis in electromechanical driven pulsatile total artificial heart Text. / Yu. Ohashi, A. de Andrade, Yu. Nose // The Artificial Organs. -2003. Vol. 27. №12. - p. 1089 - 1093.

28. Okamoto, K. Design of a miniature implantable left ventricular assist device using CAD/CAM technology Text. / K. Okamoto, T. Hashimoto, Y. Mitamura // The International Journal of Artificial Organs. 2003. - Vol. 6. - p. 162 - 167. -ISSN 1724-6040.

29. Pierce, W. S. An electric artificial heart for clinical use Text. / W. S. Pierce, G. Rosenberg, A. J. Snyder [et al.] // Annals of Surgery. 1990. - Vol. 212, № 3. p. 339-343. - ISSN: 0003-4932.

30. Pope, J. Artificial Hearts Text. / J. Pope // The Associated Press. 2001.

31. Reul, H. M. Blood pumps for circulatory support Text. / H. M. Reul, M. Akdis // Perfusion.-2000.-vol. 15 №.4.-p. 295-311.

32. Sahrapour, A. Optimal Control of the Navier -Stokes Equations Text. / A. Sahrapour, N. U Ahmed, S. Tavoularis // In: Proceedings of the First Conference of the CFD Society of Canada, Montreal. 1993. - p. 437- 448.

33. Sahrapour, A. Optimal Control of Time-Dependent Viscous Flow with Potential Application to Artificial Hearts Text. / Ph.D. Dissertation. // Department of Mechanical Engineering, University of Ottawa, Ottawa, Canada. 1995.

34. Slepian, M. J. The SynCardia CardioWest. Total artificial heart Электронный ресурс. / M. J. Slepian, R. G. Smith, J. G. Copeland // URL: http://www.syncardia.com/dldirl/8263C026.pdf (дата обращения: 07.02.2010).

35. Stein, P. S. Measured Turbulence and its Effects Upon Thrombus Formation. Text. / P. S. Stein // Circulation Research. 1974. - Vol. 35. - p. 608 - 614.

36. Summary of safety and probable benefit / AbioCor Implantable Replacement Heart Электронный ресурс. // URL: http://www.accessdata.fda.gov/cdrhdocs/pdf4/H040006b.pdf (дата обращения: 16.04.2010).

37. Takatani, S. Beyond Implantable First Generation Cardiac Prostheses for Treatment of End-stage Cardiac Patients with Clinical Results in a Multicenter

38. Text. / S. Takatani // Annals of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2002. -Vol. 8, №. 5. p. 253-263. - ISSN: 1341-1098.

39. Takatani, S. Development of a totally implantable electromechanical total artificial heart: Baylor TAH Text. / S. Takatani, M. Shiono, T. Sasaki [et al.] // Artificial Organs. 1992. - Vol. 16, № 4. p. 398-406. - ISSN: 0391-3988.

40. Tiederman, W. Two-Component Laser Velocimeter Measurements Downstream of Heart Valve Prostheses in Pulsatile Flow Text. / W. Tiederman, М/ Steinle, W. Phillips // Journal of Biomechanical Engineering. 1986. - Vol. 108. -p. 59-64.

41. Watton, P.N. Dynamic modelling of prosthetic chorded mitral valves using the immersed boundary method Text. / P.N. Watton, X.Y. Luo, X. Wang [et al.] // Journal of Biomechanics. 2007. - Vol. 40. - p. 613 - 626. - ISSN 00219290.

42. Yoganathan, A . Using Computational Fluid Dynamics to Examine the Haemodynamics of Artificial Heart Valves Text. / A. Yoganathan, F. Sotiro-poulos // Business briefing: global health care: medical device manufacturing & technology. 2005. - p. 5.

43. Алешкевич, В.А. Механика сплошных сред. Лекции Текст. / В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев. М: Изд-во МГУ, 1998. - 92 с. -ISBN 5-8279-0001-Х.

44. Бокерия, JI.A. Системы вспомогательного и заместительного кровообращения Текст. / Л.А. Бокерия, К.В. Шаталов, A.A. Свободов М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2000. - 196 с.

45. Батоврин, В. К. Lab VIEW: практикум по основам измерительных технологий Текст. / В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин [и др.]. -М. изд-во «ДМК», 2005 207 с. - ISBN 5-94074-267-Х.

46. Беляев, Л.В. Лабораторно-стендовые установки для комплексной оценки характеристик аппаратов вспомогательного кровообращения и искусственного сердца Текст. / Л.В. Беляев // Биотехносфера / СПб.: Политехника. 2011. - № 4 (16). с. 51-56. - ISSN 2073-4824.

47. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. шк., 1998.-479 с.

48. ГОСТ 26997-2003. Клапаны сердца искусственные. Общие технические условия Текст. Введ. 2004-01-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2003, 16 с.

49. Измерения в Lab VIEW. Руководство по применению. / National Instruments Текст. 2003. - 148 р.

50. Капелько, В.И. Гидродинамические основы кровообращения Текст. /

51. B.И. Капелько // Соросовский образовательный журнал. 1996. - № 6.1. C. 44-50.

52. Капелько, В.И. Работа сердца Текст. / В.И. Капелько // Соросовский образовательный журнал. 1999. - № 4. - С. 28-34.

53. Карташев, А. П. Обыкновенные дифференциальные уравнения и основы вариационного исчисления Текст. / А.П. Карташев, Б.Л. Рождественский. М.: Наука, 1980. - 288 с.

54. Кузьминов, А. В. Метод расчета турбулентных течений несжимаемой жидкости на основе двухслойной (к в)-модели Текст. / А. В. Кузьминов, В. Н. Лапин, С. Г. Черный // Вычислительные технологии Том 6, № 5. -2001.

55. Куликов, Н.И. Имплантируемая система поддержки кровообращения на основе мембранного насоса и электромеханического привода Текст.: автореф. дис. . докт. биол. наук: 14.00.41. / Н. И. Куликов; НИИ трансплантологии и искусств, органов. М., 2005. - 24 с.

56. Куликов, Н. И. Имплантируемая система поддержки кровообращения на основе мембранного насоса и электромеханического привода Текст.: дис. . докт. биол. наук: 14.00.41. / Н. И. Куликов; НИИ трансплантологии и искусств, органов. М., 2005. - 249 с.

57. Кутателадзе, С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Текст.: Справочное пособие // -М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с. -ISBN 5-283-00061-3.

58. Ландау, Л. Д. Гидродинамика Текст. / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. -М. : Наука, 1988. 736 с.

59. Математическое моделирование гемодинамики в камере искусственного желудочка сердца : отчет о НИР (по договору № 2926/03 за II этап) / Владим. гос. ун-т ; рук. В.В. Морозов ; исполн. : A.B. Жданов и др.. -Владимир, 2004. 51 с.

60. Медико-технические требования на создание электромеханической имплантируемой системы обхода левого желудочка сердца Текст. М.: НИИТиИО, 2001.- Юс.

61. Новикова, Ю.А. Создание и исследование мехатронного модуля имплантируемой системы вспомогательного кровообращения Текст.: авто-реф. дис. . канд. техн. Наук: 05.02.05 /Ю. А. Новикова; Владим. гос. ун-т. Владимир, 2003. - 16 с.

62. Новикова, Ю.А. Создание и исследование мехатронного модуля имплантируемой системы вспомогательного кровообращения Текст.: дис. . канд. техн. Наук: 05.02.05 / Ю.А. Новикова ; Владим. гос. ун-т. Владимир, 2003. - 124 с.

63. Орловский, П. И. Искусственные клапаны сердца Текст. / П. И. Орловский, В. В. Гриценко, А. Д. Юхнев [и др.]. Спб. - Олма Медиа Групп, 2007. - 464 с. - ISBN 978-5-373-00314-8.

64. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости Текст. :М., Энергоатомиздат. - 1984. - 154 с.

65. Полиуретан новая эра в технологии материалов электронный ресурс. HURL: http://vitur33.ru/sale-raw-matherial/based-light/ (дата обращения 24.10. 2011).

66. Понтрягин, JI.C. Обыкновенные дифференциальные уравнения Текст. / J1.C. Понтрягин. М. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 400 с. - ISBN 5-93972-053-6.

67. Руководство по основным методам проведения анализа в программе ЖЖ электронныйресурс. // URL: www.ans.COm.ru (датаобращения 24. 11. 2010).

68. Руководство пользователя и технические характеристики USB-6008/6009. National Instruments Электронный ресурс. 26 с. // URL: ftp://ftp.ni.com/pub/branches/russia/daq/ni usb 6008 6009.pdf (дата обращения 20.04.2011).

69. Стренг, Г. Теория метода конечных элементов Текст. / Г. Стренг, Дж. Фикс [пер. с англ.] / В.И. Агошкова, В.А. Василенко, В.А. Шайдурова. М. из-во «Мир», 1977 - 351 с.

70. Тревис, Д. LabView для всех Текст. / Д. Тревис [пер. с англ.] / H.A. Клушина. М. Изд-во «ДМК», 2005 - 539 с. - ISBN 5-94074-257-2.

71. Физиология системы крови / А Я. Ярошевский под ред.. Л.: Наука, 1968.-280с.

72. Чигарев, A.B. ANSYS для инженеров Текст.: справочное пособие / A.B. Чигарев, A.C. Кравчук, А.Ф. Смалюк // — М.: Машиностроение, 2004.-512 с.

73. Шумаков, В.И. Искусственное сердце и вспомогательное кровообращение Текст. / В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, Д.В. Шумаков. М.: Янус-К, 2003. - 376 с. - ISBN 5-8037-0119-Х.

74. Шумаков, В.И. Атлас вспомогательного кровообращения Текст. / В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, Т.А. Попов. Алма-Ата: Гылым, 1992. - 208 с.

75. Шумаков, Д.В. Механическая поддержка кровообращения в клинике Текст.: дис. докт. . мед. наук: 14.00.41, 14.00.44 / Д. В. Шумаков. -М., 2000.