CC BY
174
Селищев С.В.
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ИСКУССТВЕННЫХ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
На основе результатов кафедры биомедицинских систем Московского государственного института электронной техники (технического университета) (МИЭТ) в области разработки программно-аппаратных комплексов мозг-компьютер, автоматических наружных дефибрилляторов, гемодиализных аппаратов, носимых аппаратов вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца человека, биосовместимых объёмных нанокомпозитов обсуждаются перспективы решения научно-технических проблем разработки искусственных органов и систем жизнеобеспечения человека и перспективы коммерциализации их результатов.
Существенным, интенсивно развивающимся, перспективным и особенно наукоемким сегментом высокотехнологичной медицинской техники являются искусственные органы и системы жизнеобеспечения человека: приборы и аппараты временного и постоянного замещения, поддержки физиологических функций и органов, реанимации и реабилитации, повышающие качество и продолжительность жизни у людей с тяжелыми формами заболеваний, в том числе у младенцев с врожденными пороками развития.
Осуществление конкурентных преимуществ в этом направлении возможно, если в сжатые сроки и на высоком научно-техническом уровне разрабатывать высокотехнологическую медицинскую технику, т.е. с высоким качеством в сжатые сроки реализовывать процесс концепция - проектирование - изготовление прототипа - медицинские и сертификационные испытания - производство. Достигнуть этого можно интенсивным использованием систем автоматизированного проектирования на основе современных ресурсов и средств компьютерных технологий, интеграцией междисциплинарных макро-, микро- и нанотехнологий [1-5].
Разработанные методы и алгоритмы синтеза нейрокомпьютерного интерфейса на основе анализа вызванного потенциала Р300 электроенцефалограммы позволили создать программно-аппаратный комплекс для ментального ввода текста в режиме реального времени людьми с частичной или полной потерей двигательной активности, для управления движущимися устройствами: роботы-манипуляторы, нейропро-
тезы, инвалидные коляски и т.д. Данные комплексы прошли апробацию в НИИ Нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко РАМН, лаборатории сенсорных систем Института высшей нервной деятельности РАН.
Разработанные методы и алгоритмы параллельной обработки электрофизиологических сигналов (электроэнцефалограмма, электромиограмма и электроокулограмма) позволили создать программно-аппаратный комплекс для автоматического распознавания стадий сна, который прошел апробацию в Государственном научном центре - Институте медико-биологических проблем РАН для исследования особенностей физиологической адаптации, устойчивости к стрессовым ситуациям человека в условиях длительной изоляции в рамках экспериментов по программе «Марс - 105».
Разработанные цифровые технологии генерации импульсов электрического тока, эффективно останавливающих фибрилляцию, позволили создать опытные образцы автоматических наружных дефибрилляторов нового поколения для реаниматологии и систем жизнеобеспечения человека. Данные дефибрилляторы прошли апробацию в экспериментах на лабораторных животных (собаки, свиньи) в Федеральном научном центре трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова, были представлены на международной выставке медицинской техники «MEDICA - 200 9» в Дюссельдорфе, Германия. Широкомасштабное внедрение автоматических наружных дефибрилляторов даст значительный социальный эффект, существенно снизит уровень смертности людей от сердечных аритмий, фибрилляций, внезапной остановки сердечной деятельности, так как по Российской Федерации нарушения электрического ритма ежегодно являются причиной смерти более 300 тыс. человек, а по Москве более 15 тыс. человек.
Разработанные технологии управления процессами бикарбонатного гемодиализа, гемодиафильтрации позволят завершить в 2010 году создание опытных образцов интеллектуального гемодиализного аппарата для систем жизнеобеспечения человека. В Российской Федерации при потребности в 12 - 15 тыс. аппаратов в настоящее время в 4 92 гемодиализных отделениях и центрах эксплуатируется ~ 2 500
аппаратов "искусственная почка", из которых 99 % составляют гемодиализные аппараты зарубежного производства, причем половина из них - технически устаревшие модели, нуждающиеся в замене. Потребность российского здравоохранения в современных гемодиализных аппаратах удовлетворена сегодня не более чем на 20 %.. Главная практическая ценность результатов проекта заключается в создании современных отечественных медико-технических средств для гемодиализа, обеспечивающих сохранение жизни тысячам больных. Учитывая, что в этом виде медицинской помощи в России нуждаются, прежде всего, люди трудоспособного возраста, решение данной проблемы будет иметь большое социальное значение.
Разрабатываются оригинальные отечественные технологии управления потоком крови в искусственном контуре вспомогательного кровообращения и опытные образцы носимого аппарата вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца человека на основе имплантируемого осевого насоса крови с наружным, носимым блоком электрического управления и энергопитания для систем жизнеобеспечения больных с тяжелыми формами сердечной недостаточности. Проводится большой объём экспериментальных работ на лабораторных животных (телята, овцы) в лаборатории биотехнических систем Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова.
Разрабатываются оригинальные лазерные технологии создания высокопористых биосовместимых объёмных нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок, которые могут быть пригодны в качестве заполняющих материалов хирургических имплантатов, в том числе направленные на лечение незаращения (расщепления) нёба. Это заболевание, называемое также «волчьей пастью», встречается приблизительно у 1 из 600 новорожденных (ежегодно у около 30.000 детей в России), составляя до 30 % всех аномалий развития.
Дальнейшее развитие представленных работ направленно на комплексное решение задач ликвидации зависимости России от импорта дорогостоящей высокотехнологичной медицинской техники в области создания искусственных органов: искусственные почки, поджелудочная железа, легкие, сердце, печень и специализированные искусственные ткани, в том числе инкубаторы для новорожденных, имплантаты для детей с врожденными пороками развития, имплантируемые интеллектуальные миниатюрные устройства.
Интеграция междисциплинарных макро-, микро- и нанотехнологий позволит решить эту задачу используя:
математическое моделирование нативных физиологических и патофизиологических процессов;
математическое моделирование физико-химических процессов в искусственных органах;
математическое моделирование и макетирование информационно-управляющих систем искусственных органов;
исследования и разработку биосовместимых материалов для искусственных органов и тканей;
клеточную инженерию;
автоматизированное компьютерное проектирование и разработку приборов и аппаратов временного и постоянного замещения, поддержки физиологических функций и органов, реанимации и реабилитации;
исследования и испытания высокотехнологичной медицинской техники в экспериментах на животных;
ЛИТЕРАТУРА
1. Селищев С.В. Автоматизированное проектирование биомедицинских электронных систем// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2001, № 12, с.5-17.
2. Селищев С.В. Интеграция фундаментальных и прикладных медико-технических исследовательских работ на кафедре биомедицинских систем МИЭТ// Медицинская техника, 2004, № 3, с.3-6.
3. Селищев С.В. Итеграция макро-, микро- и нанотехнологий миокарда // Нанотехнологии в электронике, ред. Ю.А.Чаплыгин, М.: Техносфера, 2005, с.422-443.
4. Иткин Г.П., Филатов И.А., Адаскин А.В., Конышева Е.Г., Розинов А.В., Горбунов Б.Б., Гусев А.Н., Селищев С.В. Многоканальный вычислительный комплекс для исследования и оценки новых биотехническим систем// Вестник трансплантологии и искусственных органов, 2009, № 1, с.59-65.
5. Андреева И.В., Баграташвилли В.Н., Ичкитидзе Л.П., Подгаецкий В.М., Пономарёва О.В., Савранский В.В., Селищев С.В. Исследование механических свойств биосовместимых нанокомпозитов, изготовленных лазерным методом// Медицинская техника, 2009, № 6, с.1-9.
