Transcript Медико-інженерна розробка технічних засобів керованого

Науково-дослідна робота:
Медико-інженерна розробка технічних засобів керованого
термічного впливу та його контролю для хірургічного лікування
серцево-судинних захворювань
(номер державної реєстрації: 0111U009102)
Організація-виконавець: Національний технічний університет України
«Київський Політехнічний Інститут», Науково-навчальний Центр
«Серцево-судинної інженерії».
Науково-навчальний Центр «Серцево-судинної інженерії»
Спільним рішенням НАН і НАМН України в НТУУ «КПІ» створений
Науково-навчальний центр серцево-судинної інженерії. Центр об’єднав:
НТУУ «КПІ» з Національним інститутом серцево-судинної хірургії
ім.М.Амосова НАМНУ та ІЕЗ ім. Є.О.Патона НАНУ.
Етап № 2:
РОЗРОБКА ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ БЕЗКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЮ
ТЕМПЕРАТУРИ МОЗКУ І СЕРЦЯ ПРИ ОПЕРАЦІЯХ В УМОВАХ
ЩТУЧНОГО КРОВООБІГУ.
РОЗРОБКА КАРДІОХІРУРГІЧНОГО ІНСТРУМЕНТАРІЮ ДЛЯ
ДІАТЕРМОКОАГУЛЯЦІЇ ТКАНИН ТА ЗУПИНКИ КРОВОТЕЧ.
Об'єкт дослідження – глибинні температури біологічних об`єктів та
термографи різних діапазонів.
Мета 2 етапу роботи – розробка кардіохірургічного інструментарію для
діатермокоагуляції тканин та зупинки кровотеч і технічних засобів
безконтактного контролю температури мозку і серця при операціях в умовах
штучного кровообігу.
Завданнями другого етапу роботи було:
Розробка методики безконтактного контролю температури мозку і
серця при операціях в умовах штучного кровообігу.
Створення
технічних
засобів
безконтактного
контролю
температури мозку і серця, що застосовані при операціях в умовах
штучного кровообігу.
Методи дослідження – інфрачервоної термографії, методи багаторівневих
схем із субмікронними розмірами, статистичний аналіз електричних
характеристик.
Кадрове забезпечення
До виконання першого етапу роботи були залучені: усього – 30 виконавців,
з них: професорів – 5, доцентів – 6, аспірантів – 4,
с.н.с. – 11, н.с. – 4, м.н.с. – 3;
з них: - кандидатів/докторів наук – 12/5.
Зміст виконаної роботи за етапом:
1. Створені технічні засоби безконтактного контролю температури мозку
і серця, що застосовані при операціях в умовах штучного кровообігу
(ШК).
Рисунок – Термограф і термопрофіль міокарду
по лінії Li1 і Li2 після проведення гіпотермічного етапу ШК
Зміст виконаної роботи за етапом:
2. Надано протоколи клінічного використання в умовах операцій із
штучним кровообігом засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця, контролю керованої гіпотермії мозку в умовах штучного
кровообігу, контролю керованої гіпертермії в умовах штучного
кровообігу.
N
Середній час
перфузії, хв.
Середній час
перетину
аорти, хв.
Середній
час РЦП,
хв.
Операція Бенталла
24
247,3±52,2
175,4±35,3
–
2
Операція Бенталла з РЦП
11
304,8±66,1
131,9±32,4
52,1±39,5
3
СКПА с ГГОК.
2
379±12
162±10
45±15
4
СКПА
18
241,2±43,3
157,9±19,6
–
5
СКПА с РЦП
28
270±40,2
104,7±33,9
47,4±23,1
Всього
83
№
п/п
Вид операції
1
Таблиця – Розподіл хворих досліджуваної групи за часом перфузії,
перетину аорти при різних видах операцій на висхідній аорті і дузі аорти
Зміст виконаної роботи за етапом:
3.
Створено
проектну
документацію
та
дослідний
зразок
кардіохірургічного інструменту для діатермокоагуляції тканин та зупинки
кровотеч.
Основні
переваги
високочастотного
зварювання в порівнянні з традиційними
методами з’єднання розрізів живих тканин:
– відсутність розвитку запальної інфекції в
рані;
– відсутність
загрози
розповсюдження
інфекції з полих органів (кишечник, шлунок),
що має місце при використанні шовних
матеріалів;
– відсутність
загрози
стенозування
анастомозів внаслідок розвитку грубих
рубцевих
тканин
у
віддаленому
післяопераційному періоді.
Рисунок – Розділення тканин за допомогою біполярного ножа
Застосування методу методом інфрачервоної термографії:
Діагностика за методом теплового випромінювання дозволяє визначити
запалення, що приводить до гіпертермії, та занепаду м`язової
активності і недостатності кровопостачання (перфузії), що дають
картину гіпотермії.
Рисунок – Фрагмент теплового портрету міокарда
Застосування методу методом інфрачервоної термографії:
Точний контроль температури охолодження і нагрівання тканин мозку і
серця дозволяє розрахувати час повторного введення кардіоплегічного
розчину, несвоєчасність якого може викликати порушення мікроциркуляції в органах черевної порожнини, м'язах, та інших органах, та
стати причиною прихованої тканинної гіпоксії і ацидозу в організмі
хворих.
Рисунок - Термограма операційного поля
Використання засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця в умовах операцій із штучним кровообігом
Всі пацієнти проходили стандартне передопераційне клінічне та
лабораторне дослідження, що включає: ЕКГ, фонокардіографію, ЕХОкардіографію, чрезстравохідну ЕХО-кардіографію, коронарографію,
ангіографію, томографію, проводився збір клінічних та біохімічних
показників.
В дослідженні застосовується клініко-лабораторне обладнання:
1. Для термометрії застосовувався тепловізор інфрачервоного діапазону
випромінювання FLIR i7, а також термодатчики, які поміщали в пряму
кишку і на задню стінку ротоглотки.
2. Апаратом Vitalab Flexor (Голландія) вимірювалися рівні лактату і
глюкози в артеріальній і венозній крові через кожні п'ять градусів на
етапах охолодження і зігрівання.
3. Електрична активність мозку реєструвалася на 16-канальному
електроенцефалограф «ЕкспертТМ» у складі медичного діагностичного
телеметричного комплексу «Тредекс».
4. Для постійного контролю електрокардіограми (ЕКГ), артеріального
тиску (АТ), пульсоксиметрії використовувалися монітори «Салют» і
«Ютас».
5. При оперативному втручанні використані методики анестезіологічного
забезпечення, проведення штучного кровообігу (ШК), захисту серця і
мозку при операціях протезування аорти та її дуги.
Використання засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця в умовах операцій із штучним кровообігом
Рисунок – ЕЕГ в умовах операційної
на тлі наркозу і в умовах штучного кровообігу
Використання засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця в умовах операцій із штучним кровообігом
Рисунок – ЕЕГ в умовах гіпотермії мозку 18˚С
під час операції з приводу аневризми аорти
Використання засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця в умовах операцій із штучним кровообігом
Рисунок – ЕЕГ в умовах штучного кровообігу через 10 хв.
після зняття затискача з аорти і активного зігрівання до 35˚C
Використання засобів неінвазивного контролю температури
мозку і серця в умовах операцій із штучним кровообігом
Застосування неінвазивного контролю температури забезпечує
скорочення часу зігрівання на 12 хв., що на 5 хв. менше в порівнянні з
хворими з групи порівняння:
– хворі з охолодженням до t˚ 12 - 14˚С мали час зігрівання 132 ± 38 хв.;
– хворі з охолодженням до t˚ 17˚ - 18˚С мали час зігрівання 109 ± 38 хв.;
– хворі з охолодженням до t˚ 25˚ - 27˚С мали час зігрівання 79 ± 38 хв.
Хворі, які охолоджувалися до t˚ 28˚ - 30˚С зігрівалися на 20 хв. довше,
ніж хворі з групи порівняння.
Рисунок – Термограма поверхні міокарду
після проведення гіпотермічного етапу штучного кровообігу
Випробовування кардіохірургічного інструменту
для діатермокоагуляції тканин та зупинки кровотеч
Генерація радіочастотної енергії двома парами електродів дозволяє
формувати деструкцію в самій важкодоступній ділянці міокарду - в
глибині тканини міокарду.
Завдяки динамічному моніторингу та підстроюванню потужності в
залежності від провідності тканини, енергія подається в обсязі,
необхідному для формування постійної деструкції тканини. Дозована і
контрольована подача енергії забезпечує захист суміжних тканин і
структур серця.
Рисунок – Захист суміжних тканин і структур серця
Випробовування кардіохірургічного інструменту
для діатермокоагуляції тканин та зупинки кровотеч
Метод радіочастотної абляції дозволяє локально знищувати анатомічну
причину аритмії (додаткові провідні шляхи) діатермічною коагуляцією
провідної тканини серця радіочастотним струмом. При цьому не
травмується сполучнотканинний каркас міокарда та мінімізується
діаметр зони коагуляції (до 3мм).
Завдяки динамічному моніторингу та підстроюванню потужності в
залежності від провідності тканини, енергія подається в обсязі,
необхідному для формування постійної деструкції тканини.
Рисунок – Абляція тканин серця струмом високої частоти
Використання результатів та продукції у навчальному процесі
1. Одержані в роботі результати застосовано в навчальному процесі НТУУ “КПІ”
шляхом доповнення курсів відповідних лекцій розділами “Кардіохірургічний
інструментарій для зварювання тканин” та “Медичні акустичні прилади та
системи”.
2. Створено курс лабораторних робіт “Зварювальні технології як метод
радіочастотної абляції”, та розроблена нова лабораторна робота до курсу
“Медичні акустичні прилади”.
3. Результати роботи використані при підготовці фахівців на кафедрі біомедичної
інженерії НТУУ”КПІ” за спеціальністю 6.090905 – “Медичні прилади і системи”, а
саме створено курс лабораторних робіт до дисципліни “Основи біомедичної
інженерії та медичної фізики”.
4. Результати роботи використані при підготовці фахівців на кафедрі акустики та
акустоелектроніки НТУУ “КПІ” за спеціальністю 8.05080303 “Медичні акустичні та
біоакустичні прилади і апарати”, а саме введені нові розділи до курсів:
“Зварювальні технології як метод радіочастотної абляції” - до курсу ”Медичні
акустичні прилади та системи”.
5. Виконано розробку проектної документації, виготовлення та випробовування
кардіохірургічного інструменту для діатермокоагуляції тканин та зупинки
кровотеч.
6. Отримані результати можуть бути використані при підготовці іншими вищими
навчальними закладами України фахівців за спеціальностями медико-технічного
та медико-біологічного профілю.
Практична цінність результатів
Номер етапу
№ 2.
Назва етапу відповідно до
технічного завдання.
Очікувані результати етапу.
1. Розробка технічних засобів
безконтактного контролю
температури мозку і серця
при операціях в умовах
штучного кровообігу.
2. Розробка кардіохірургічного
інструментарію для
діатермокоагуляції тканин та
зупинки кровотеч.
Отримані результати етапу
1.Надано протоколи: технології клінічного
використання засобів неінвазивного
контролю температури мозку і серця в
умовах операцій із штучним кровообігом;
контролю керованої гіпотермії мозку в
умовах штучного кровообігу; контролю
керованої гіпертермії в умовах штучного
кровообігу.
2.Створено проектну документацію на
дослідний зразок кардіохірургічного
інструменту для діатермокоагуляції тканин
та зупинки кровотеч .
3.Представлено заявку на винахід .
4.Подані до друку наукові статті, доповіді
на конференціях.
Отримана науково-методична і науково-технічна продукція:
Опубліковано монографій – 2,
статей у фахових виданнях – 8,
з них публікацій у журналах, що входять до науково-метричних баз даних – 1,
матеріалів конференцій та тез доповідей – 19.
Отримано патентів – 1, подано заявок на отримання патентів – 3.