Одной из актуальной процедур современной медицины при проведении хирургических операций и процедуры трансплантации органов является перфузия, заключающаяся в перекачивании крови и кровезамещающих растворов через сосудистую систему организма для поддержания жизнеспособности органов. К недостаткам существующих методов и устройств для перекачивания крови относятся высокая травматизация клеток крови при перекачивании, узкие диапазоны регулирования характеристик перекачиваемого раствора (расхода и напора) и сложность применяемых методов.

Альтернативным способом перекачивания крови по сосуду является вибрационный метод, позволяющий интенсифицировать процесс перемещения жидкости и одновременно минимизировать травмирование элементов крови и кровезамещающих растворов. Предлагаемая работа направлена на исследование виброобъемного метода перекачивания крови по искусственному или естественному сосуду вибрационным методом воздействием на сосуд сжимающими периодическими усилиями со стороны противофазно вибрирующих стенок. Предлагаемый метод исключает образование сдвиговых напряжений в потоке крови при перекачивании и тем самым позволяет избежать травмирование элементов крови (эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов) при проведении перфузионных процедур. Результатом его применения является совершенствование технологии аппаратной перфузии внутренних органов человека. К преимуществам метода также относится возможность регулирования частоты и амплитуды колебаний стенок, позволяющая управлять режимами работы устройства для перекачивания крови и кровезамещающих растворов.

О проекте

Разрабатываемая научная проблема заключается в изучении гидродинамики процесса течения крови по трубке с эластичными стенками под действием вибрационной сжимающей нагрузки и требует изучения взаимного влияния параметров вибрационного сжимающего воздействия на канал с расширяющимися стенками и определении влияния геометрических характеристик канала на гидродинамические параметры пульсирующего потока крови.

Решаемые конкретные задачи:
1)Создание математической модели процесса, определение гидродинамических параметров движения крови и оптимизация формы поперечного сечения канала для достижения заданного расхода и напора крови, необходимых для проведения перфузионных процедур. Совершенствование существующей технологии может быть достигнуто за счет применения метода для разработки перфузионного насоса;
2)Изучение взаимосвязи между геометрическими и механическими параметрами движения стенок, характеристиками вынуждающей вибрационной силы, параметрами трубки (диаметром и толщиной стенок, материалом трубки) и формы стенок расширяющего канала на гидродинамические параметры потока (расход жидкости вдоль транспортного канала, давление в канале) на основе применения разработанной математической модели.
3)Оптимизация формы канала с расширяющимися стенками для достижения наибольших расходов потока крови, перекачиваемого по вибрирующему сосуду.
4)Разработка рекомендаций к проектированию лабораторного устройства для проведения исследования процесса перекачивания крови и кровезамещающих растворов.

Рис. 1. Схема виброобъемного метода воздействия на сосуд с эластичной стенкой

Сущность предлагаемого метода поясним схемой, представленной на рисунке 1. Изучаемый метод механического воздействия на эластичную трубку с транспортируемым потоком крови заключается в ее двухстороннем сдавливании двумя плоскими стенками, образующими канал с расширяющейся формой продольного сечения, позволяющей создавать разность давлений на входе и выходе из канала. Стенки приводятся в движение установленными на каждой из них вибраторами, вызывающими их противофазные поперечные колебания и циклическое сжатие эластичного сосуда. Требуемые параметры сжатия стенок и давление потока жидкости в эластичной трубке обеспечиваются выбором частоты и амплитуды внешней силы, жесткости упругих элементов взаимодействия стенок канала и углом раскрытия его продольного сечения канала.

Документация:

[1] Сизиков В.С., Сизиков С.А. Способ переработки зернистых материалов и устройство для его осуществления: пат. 2675554 Рос. Федерация / заявитель и патентообладатель Сизиков В.С. № 2016140584/05; заявл. 14.10.2016; опубл. 19.12.2018. Бюл. № 35. 2 с. 

Пользователи:

• 1)Специалисты хирургического профиля (врачи-хирурги).
• 2)Предприятия – изготовители высокотехнологичных устройств, занимающиеся разработкой высокотехнологичного медицинского оборудования и информационных систем, их внедрением и изготовлением.

Контакты:
Научный сотрудник лаборатории вибрационной механики ИПМаш РАН Сизиков Валентин Станиславович sizikov.v.s@ipme.ru