CC BY
20
УДК 338.242.4 Проф. €.В. Сторчун, д-р тех. наук;
доц. Л.К. Глтенко, канд. тех. наук; доц. В.Н. Фаст, канд. тех. наук - НУ "nbeiecbm полiтехнiка"
ЕВОЛЮЦ1ЙНИЙ ПОТЕНЦ1АЛ СИСТЕМ ДЕФ1БРИЛЯЦ11
Викладено основи методу еволюцшного потенщалу. За даними аналiзу матерь ашв патентного фонду США дослщжено еволюцiйний потенцiал систем дефiбриляцii.
Ключов1 слова: дефiбриляцiя, еволюцiйний потенщал, напрямок розвитку.
Prof. Y.V. Storchun; doc. L.K. Glinenko, V.N. Fast - NU "Lviv Polytechnica" Evolutionary potential of defibrillation systems
Main features of the evolutionary potential method are analyzed. Evolutionary potential of defibrillation systems is investigated considering the data of the US Patent Office.
Keywords: defibrillation, evolutionary potential, evolution direction.
Сумна статистика серцевих захворювань у форм1 порушень ритму серця аж до його зупинки призводить до зростання потреби в системах де-ф1бриляци р1зного типу. Незважаючи на величезш обсяги робгг за щею темою, нов1 ефективш вз1рщ систем деф1бриляцп з'являються досить рщко.
Публжацп за темою дослщження. 1стор1я розвитку систем деф1бриля-цii викладена в [1]. Анал1з ринку як зовшшшх, так i 1мплантованих деф1бри-лятор1в демонструе стiйку тенденцiю на розширення, причому зростання об-сягу продажу iмплaнтовaних i зовнiшнiх автоматичних i переносних дефiбри-ляторiв увесь час прискорюеться [2, 3]. Огляд основних рiзновидiв iмплaнто-ваних дефiбриляторiв/кaрдiоверторiв (1КД) наведено у [4], стацюнарних та переносних зовнiшнiх дефiбриляторiв - у [2]. Численш публiкaцii за темою та бшьш нiж 500 патенлв тiльки США дають змогу оцшити основнi напрям-ки вдосконалення систем дефiбриляцii у минулому.
Метою дaноi роботи е прогнозування ефективних напрямюв вдосконалення iмплaнтовaних та зовшшшх систем дефiбриляцii на основi дослiджен-ня стану розвитку цих систем у цшому та окремих ix пiдсистем.
Методи дослiдження. Для досягнення мети роботи був застосований метод еволюцшного потенщалу [5]. Цей метод дае змогу визначити стан i перспективи розвитку довшьно1" техшчно1" системи та окремих ii шдсистем шляхом порiвняння ix конструктивно-теxнологiчниx втшень з основними етапами вiдомиx лшш розвитку теxнiчниx систем i вщобразити цей стан гра-фiчно на полярних дiaгрaмax, осi яких вщповщають основним тенденцiям розвитку систем даного класу, розбитим на основш етапи за кожним з напрямюв. Виявлене дослщженням юнуючих систем значення параметра по кожнш з осей буде вщповщати досягнутому в кожному з напрямюв етапу розвитку системи; "непройдеш" етапи розвитку будуть вщповщати майбут-нiм втiленням теxнiчноi чи бiзнес-системи i складати ii "еволюцшний потен-цiaл" у кожному з напрямюв. За коректного вибору осей дiaгрaми (тобто ль нiй розвитку, що адекватно вiдбивaють всi аспекти еволюци системи, нaйбiльш ефективними переважно вважаються теxнiчнi рiшення iз вдосконалення ТС у напрямках, коли система мае найбшьший еволюцшний потенщал.
Результати дослщження з обгрунтуванням отриманих результaтiв. Для визначення спрямовaностi i способiв реaлiзaцii запропонованих теxнiчниx рь
шень був проведений вибiрковий аналiз описiв техшчних рiшень, якi мютять-ся у патентному фовдд США [uspto.gov]. Для суцшьного аналiзу були обранi: 1996 р., 2000-2002 рр.; вибiрковий аналiз проводився для рiшень, запатенто-ваних у 1995, 1998, 1999 рр. Даш аналiзу дають змогу визначити сучасш тен-денци та стан розвитку ТС "дефiбрилятор".
Можна стверджувати, що вдосконалення ТС мдефiбриляторм йшло шляхом вдосконалення його окремих пiдсистем (блоку формування iмпульсу (БФ1) та його подачi на пащента (електроди), блоку керування (БК), блоку створення заряду (БСЗ). Так, наприклад, вдосконалення БФ1 досягалось за рахунок:
• зменшення енерги 1 тривалост 1мпульсу для збшьшення безпеки пащента шляхом переходу вщ монофазно! до дво- 1 трифазно! хвпш за рахунок розробки вщ-повщних схемних ршень, зокрема, збшьшення в контур1 розряду кшькосп емностей 1 перемикачш;
• збшьшення ефективност роботи деф1брплятора за рахунок: а) збшьшення су-марно! в1ддач1 енергп 1мпульсу навантаженню розгортанням схем деф1брпля-тор1в та переходом до 1мпульсно! роботи; б) отриманням бшьшого струму розряду без збшьшення напруги на обкладинках конденсатора внаслщок викорис-тання спещальних тип1в конденсатор1в на так званих "розумних матер1алах";
• збшьшення ефективност деф1брилюючо! дп за рахунок оптим1зацп м1сць по-дач1 розряду зб1льшенням шлькосп та оптим1защею розташування електро-дов, за рахунок зменшення дестабшзуючого впливу 1мпедансу пациента та узгодження параметр1в ДФ 1мпульсу та пащента Импедансу пациента, стану серцево! д1яльност1 тощо), зб1льшення керованост блоком;
• збшьшення безпеки пащента за рахунок шунтування активного контура та замши одного 1мпульсу полшистемою 1мпульс1в, розподшених в простор1 1 в часц стабшзащя порога 1 моменту деф1брпляцп; збшьшення над1йност1 роботи за рахунок контролю параметр1в елеменпв в процес роботи.
Аналогiчно були визначеш основнi напрямки вдосконалення шших блокiв зовнiшнiх та iмплантованих систем дефiбриляцil i самих систем у цшо-му. Аналiз конкретних техшчних ршень iз застосуванням методу еволюцшно-го потенцiалу дозволив визначити стан розвитку кожно! з цих систем та шд-систем та напрямки зосередження максимального еволюцшного потенцiалу.
Практичне застосування методу вимагае вибору з уЫе! безлiчi потен-цiйних осей дiаграми - лiнiй розвитку ТС - сукупност саме тих лшш, що ха-рактеризують еволюцiю ТС даного класу, i спiврозмiрного градуювання всiх осей дiаграми. Ми провели параметризащю лiнiй розвитку шляхом градуювання вшх осей розвитку за десятибальною шкалою [6], i обрали лши розвитку, що найбшьшою мiрою вiдображають еволюцiю системи "дефiбриля-тор". Кiлькiсне значення параметра розвиненост дослщжувано! ТС вiдбивае етап, на якому знаходиться об'ект у кожному з напрямюв (осей) розвитку. Да-нi, якi ми отримали за результатами аналiзу патентного фонду за останш 30 рокiв i шших даних про дослщжувану систему, дозволили визначити ста-ди розвинутостi системи "дефiбрилятор" та окремих його шдсистем. Так, наприклад, наявнiсть iмплантованого дефiбрилятора з "гарячим" електродом iз пористою поверхнею, покритою полiмерним матерiалом (окис полiетилени з хлоридом натрiю), дае змогу за напрямком розвитку "роздрiбнення повер-хнi" надати стану розвинутост як блоку електродiв, так i дефiбрилятору у щ-лому значення 8 ("пориста поверхня з активними порами") за десятибальною
шкалою [6]. Завдяки розвинутш поверхш контакту утворюеться iонна мережа електрод-тканина i не розвиваеться поляризацiя границ тканина-електрод, що забезпечуе стабiлiзацiю порога "дефiбриляцп [Патент США 6 395 474].
Аналопчно були визначенi значення параметрiв розвинутост систем де-фiбриляцil та 1Х пiдсистем за обраними напрямками (шшями розвитку). Результа-ти дослщження з вказiвкою технiчного ршення, що обгрунтовуе присвоення параметру певного значення за шкалами, розробленими у [6], наведено у табл. 1.
Табл. 1. Значення градаци окремих шкал полярних дiаграм розвитку ТС "дефiбрилятор" (для зовншнього та iмплантованого дефiбрилятора) на основi
аналiзу патентного фонду США
Л1тя роздр1бнення (структуризаци) об'екту
№ гтапу Стащонарний чи переносний зовтшнш ДФ № етапу 1мплантований деф1брилятор
1 2 3 4
7 Об'ект з польовим зв'язком частин [Патент США 6 304 780, 6.459.9931 8 Об'ект з перюдичним зв'язком частин [Патент США 6 343 231, 6 076 0141
ЛЫя роздр1бнення поверхш
8 Пориста поверхня з активними порами [Патент США 6 395 4741 8 Пориста поверхня з активними порами [Патент США 6 395 4741
Лш1я взаемодп з органами почутпв
6 1нформащя сприймаеться декшько-ма органами почутпв [Патент США 6 356 7851 9 1нформащя сприймаеться 1з залучен-ням слабих пол1в [Патент США 5 562 7091
ЛЫя застосування внутр1шнього простору системи
9 3 Б з додатковим елементом усереди-и [Патент США 6 041 2551 9 3 Б з додатковим елементом усередиш [Патент США 6.363 2761
Лш1я застосування "розумних матер1ал1в"
2 Застосування "розумних матер1ал1в" для мш1мального згортання 1 покра-щання характеристик [Патент США 5 728 138, 5 549 1841 5 Застосування "розумних матер1ал1в" для часткового згортання 1 покращання характеристик [Патент США 6 404 619, 6 395 474, 5 728 138, 5 549 184, 5 527 3461
Лш1я згортання
2 Згортання вилученням елемента з передачею його функцп шшим еле-ментам [Патент США 6 6 477 413, 6 175 765, 6 041 2541 4 Згортання вилученням елемента 3 передачею його функцп об'екту функцп [Патент США 6 076 0141
Лш1я застосування асиметричносп внутр1шнього простору системи
5-6 Асиметричний об'ект 7-8 Посилення ступеня асиметрп [Патент США 6 076 0141
Лш1я зменшення кшькосп перетворень енергл у систем1
2 МЫмальне зменшення внаслщок вдосконалення перетворювач1в [Патент США 6 477 413, 6 175 7651 3 Значна кшьюсть при однорщносп (сиг-нали на одше'! природи) [Патент США 6 041 2541
Лш1я переходу на мшрор1вень 1 до застосування пол1в (лш1я макро-нано у простор!)
2 Полюистема з деталей узагальнено! форми (електроди р1зно! конф1гурац1'1) [Патент США 6 449 506, 6 405 0841 3 Система на надмолекулярному р1вш [Патент США 6 038 4721
Лш1я макро-нано в час
6 Примусовий перехщ з одного стану у другий 1 автоматично - назад [Патент США 6 487 448, 6 405 082, 6 356 785, 6 351 6711 10 Система сама постшно переходить з1 стану в стан [Патент США 6 076 014, 6 096 0611
1 2 3 4
Лш1я динам1зац1! у простор!
5-7 Тшо з багатьма шартрами з переходом до гнучкого [Патент США 6 178 357] 10 Система, що змшюеться (керуеться) д1ею пошв [Патент США 5 728 138, 5 549 184]
Лш1я динам1зац1'1 поля
4 Система з1 змшними робочими органами [Патент США 6 272 385]; поле з1 змшою параметр1в [Патент США 6 405 082] 7 Послщовшсть чи просторова полюис-тема 1мпульс1в [Патент США 5 531 766, 6 038 472]
Лш1я динам1зацп у час
5-7 Система з примусово змшними робочими органами [Патент США 6 088 617, 6 021 349] 10 Система з самозмшними робочими органами [Патент США 6 088 616]
Лш1я зменшення стабшьносп системи
3-4 Система з шерегою змшних сташв [Патент США 6 405 082] 9 Динам1чно стшка система [Патент США 6 096 061]
ЛЫя роздр1бнення в час
7-8 Робоче поле стае 1мпульсним В паузах одно! дп здшснюеться друга [Патент США 6 173 204] 9-10 В паузах одно! дп здшснюеться друга Сумщення 1 узгодження дш [Патент США 6 480 738]
Лш1я збшьшення керованосп системи
7 Простий зворотний зв'язок [Патент США 6 047 212] 10 Система з "розумним" зворотним зв'яз-ком [Патент США 6 096 061]
Лш1я витюнення людини з системи
4-8 Витюнення людини з р1вня керуван-ня (самокерування) [Патент США 5 507 778, 6 405 082, 6 351 671] 9-10 Витюнення людини з шформацшного р1вня (прийняття ршень) [Патент США 6.345 199, 6 343 231]
Лш1я нелшшносп
6 Нестащонарна система (робоче поле мае змшний параметр) [Патент США 6 487 448] 7-8 Нестащонарна система (робоче поле мае кшька змшних параметрiв) [Патент США 5 531 768]
ЛЫя розвитку спод1вань споживача
3-4 Результат застосування товару 3-4 Результат застосування товару
Лш1я узгодження дш в простор!
4 З буферним частковим узгодженням [Патент США 6 351 671] 8 З буферним повним узгодженням [Патент США 6 076 014]
Лш1я узгодження дш
7-9 З повним узгодженням (одна д1я в паузах друго!) [Патент США 6 173 204, 6 405 082] 10 Самоузгодження [Патент США 5 490 862, 6.345 199, 6 343 231]
Лш1я узгодження ритмши
9 Застосування резонансу, синхротзаци [Патент США 6 304 783, 5 507 778.] ,0 Динамiчне узгодження / розузгодження [Патент США 5 584 864, 6 256 534,6 096 061]
ЛЫя розвитку моно-б1-пол1
5 Багатофункцюнальна бюистема [Патент США 6 154 673]. Полюистема електрод1в 8 Сумщення систем в полюистемь (ДФ, кардюстимулятор, пейсмейкер) [Патент США 6 442 426]
За табл. 1 побудована полярна дааграма системи "дефiбрилятор" (рис. 1).
З рис. 1 видно, що найбiльший еволюцшний потенцiал ТС "дефiбриля-тор" (як по зовшшньому, так i по iмплантованому ДФ) зосереджений в кшькох основних напрямках: зменшення кiлькостi перетворень енерги в системi, згор-тання, застосування "розумних матерiалiв", переходу макро-нано (на мжрорь вень) у просторь Для зовнiшнього ДФ додатковий потенщал мiстять лши ди-
намзаци i узгодження дiй в просторi i часi. За аналогiчними даним табл. 1 да-ними для БФ1, БК та БСЗ побудоваш 1х дiаграми розвинутостi (рис. 2-4).
Роздрiбнення об'екту
Споживацью переваг Спод!вання споживача,
Моно-бi-полi
Узгодження ритмжи Узгодження дш (час) Узгодження дш (простр) Витiснення людини
Розумнi матер !али
Згортання
Керованють Стабил
тьнють
оздрiбнення поверхнi Перетворення енерги
Еволюцш простору
Асиметрш
Взаeмодiя з органами почутпв
Макро-нано, простiр
Макро-нано, час Динамiзацiя в просторi
Динамiзацiя поля
инамiзацiя в. часi оздрiбнення в час
□ 1мплантований ДФ □ Зовншний (стацiонарний, автоматизований) ДФ Рис. 1. Дiаграма розвинутостi техтчног системи "дефiбрилятор "
Знаходження технiчних рiшень для переходу на наступш стадп роз-витку по цих осях може забезпечити збшьшення ефективностi, зручностi експлуатацп, зменшення вартостi i збiльшення надшност роботи системи. Аналогiчнi висновки можна зробити по окремих тдсистемах ТС "дефiбриля-тор" (рис. 2-4).
Роздрiбнення об' екту
Моно-бi-полi Узгодження дш (час)
Узгодження дш (простiр) Витiснення людини Керованiстъ
Роздрiбнення в часi
pоздрiбнення поверхнi
Перетворення енерги
Еволюцiя простору Макро-нано, простр Згортання
Розумнi матерiали
Динамiзацiя в час^^^^^^ I \ y^;:í->/Асиметрiя Динам iзацiя пол^^^^^!^^^^
Динамiзацiя в простс^
□ 1мплантований ДФ Н Зовшшний (стацiонарний, автоматизований) ДФ
Рис. 2. Дiаграмарозвинутост1 мдсистеми "блок формування iмпульсу " (БФ1)
техшчно'1 системи "дефiбрилятор " Загальний висновок. З отриманих даних видно, що як для системи "дефiбрилятор" в цшому, так i для окремих шдсистем майже по всiх напрям-ках розвитку iмплантований дефiбрилятор е досконашшим за зовнiшнiй. Тому один з найпростших i найперспектившших шляхiв вдосконалення зов-нiшнього дефiбрилятора полягае у перенесеннi на нього (з вщповщною моди-
фшащею) ршень, отриманих для iмплантованого дефiбрилятора, з урахуван-ням специфiки застосування дефiбриляторiв рiзних типiв.
Роздр1бнення об'екту
,, • В3аемод1я з органами
Моно-бьполь
Узгодження дш (час) Узгодження дш (простр)
Випснення людини
Керовашсть
Роздр1бнення в час1
Динам1зац1я в часГ
почутпв
Застосування кольору
Нелшшшсть Макро-нано, час
Згортання
Розумш матер1али Динам1зац1я в простэр1
Динам1зац1я поля
□ 1мплантований ДФ □ Зовшшний (стацюнарний, автоматизований) ДФ Рис. 3. Дiаграма розвинутост1 мдсистеми "блок керування " техтчног системи
"дефiбрилятор "
Роздр1бнення об'екту
Моно-б1-пол^^^^^^^~~^Роздр1бнення простору
Взаемодш з органами почуттш
Узгодження дш (час) Вит1снення людини
Керовашсть
Динам1зац1я поля в простор!
Динам1защя в час1
Стабшьшстъ
Еволющя простору
Перетворення енергй
Згортання
Макро-нано, час озумш матер1али
Асиметрш
□ 1мплантований ДФ □ Зовшшний (стацюнарний, автоматизований) ДФ Рис. 4. Дiаграма poeeuHymocmi мдсистеми "блок створення заряду " (БСЗ)
техшчно'1 системи "дефiбрилятор "
Лггература
1. The History of Defibrillators. - www.bae.ncsu.edu/bae/courses/bae465/1995_projects
2. U.S., European, and Japanese External Defibrillator Markets. - www.mindbranch.com
3. Defibrillators, external - Market Overview. http:// medizin.li/defibrillator
4. Guidant study could boost defibrillator sales. - www.heart1.com
5. Mann D. Evolutionary-Potential™ in Technical and Business Systems// Journal of TRIZ, July, 2002. - www.triz-journal.com.
6. Глшенко Л. Адаптащя методу еволюцшного потенщалу для постановки задач вдосконалення ТС.// Зб. наук. праць ФМ1 НАН Украши: Фiзичнi методи та засоби контролю середовищ, матерiалiв та виробiв. - Львiв: Вид-во ФМ1. - 2003, вип. 8. - С. 191-198.
