Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии наружного массажа сердца с использованием робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей

Номер контракта: 14.575.21.0014

Руководитель: Грязнов Николай Анатольевич

Должность руководителя: Начальник НИО

Докладчик: Сенчик Константин Юрьевич, Главный научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
кардиокомпрессор, мехатронный, сердечно-легочная реанимация, компрессия, массаж сердца, грудная клетка

Цель проекта:
1. В настоящее время непрямой массаж сердца (НМС) выполняется медицинским персоналом или лицом, владеющим данным методом. Необходимо отметить, что правильно выполняемый (эффективный) непрямой массаж сердца чрезвычайно трудоемкий и энергозатратный процесс. Физически здоровый мужчина в состоянии эффективно проводить данную процедуру в среднем 25-30 мин, на практике же – минут 5, от силы – 10. Потом требуется замена. Однако, в условиях чрезвычайных ситуаций, массового поступления пострадавших имеется дефицит сил и средств медицинской службы. Естественно, можно предположить, что время НМС в реальных условиях будет сокращено, или что НМС не будет выполняться вовсе. Это приведет (и приводит!) к увеличению смертности среди пострадавших, чью жизнь в принципе можно было бы и сохранить. Разумным решением в этих условиях является организация аппаратного обеспечения процедуры НМС с помощью портативного, анатомически адаптируемого механического устройства, допускающего автономное применение. 2. Целью проекта является разработка научно-технического задела в области создания робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей для повышения эффективности мероприятий сердечно-легочной реанимации при внезапной остановки сердца.

Основные планируемые результаты проекта:
1. По результатам предлагаемой работы ожидается вероятное расширение знаний о технологии наружного массажа сердца с использованием робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей. На основе результатов экспериментальных исследований будут сформированы рекомендации по возможностям использования робототехнического комплекса в медицинской практике.

В ходе выполнения ПНИ будут получены следующие научно-технические результаты:
1) Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
2) Отчеты о патентных исследованиях.
3) Заявки на получение правоохранных документов объектов интеллектуальной собственности.
4) Алгоритмы функционирования робототехнического комплекса.
5) Программное обеспечение для управления работой робототехнического комплекса.
6) Технические требования к компонентам экспериментального образца (ЭО) робототехнического комплекса (РК) системы и экспериментального стенда.
7) ТД на ЭО РК.
8) ЭО РК.
9) Экспериментальный стенд для отработки алгоритмов функционирования робототехнического комплекса.
10) План и методика проведения экспериментальных исследований алгоритмов функционирования робототехнического комплекса при различных значениях упругости грудной клетки и различных значениях артериального давления.
11) Рекомендации по возможности использования результатов работы в медицинской практике.
12) Проект ТЗ на ОКР «Разработка робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей для повышения эффективности мероприятий СЛР при внезапной остановке сердца».

2. Разрабатываемый ЭО РК должен содержать:
1) исполнительные мехатронные устройства, осуществляющие механическую компрессию грудной клетки;
2) систему из 4-х пневматических автоматических жгутов для осуществления компрессии конечностей;
3) средства измерения параметров компрессии грудной клетки;
4) средства контроля состояния пациента;
5) устройство управления и отображения информации;
6) устройство фиксации.
ЭО РК должен обладать следующими функциональными характеристиками:
1) обеспечивать номинальную компрессию стенок сердца, находящегося в грудной клетки для обеспечения необходимого физиологически достаточного сердечного выброса;
2) обеспечивать физиологичность режимов компрессии;
3) обеспечивать адаптацию режима компрессии грудной клетки и конечностей в зависимости от состояния пациента.
ЭО РК должен обладать следующими техническими характеристиками:
1) создаваемая компрессия грудной клетки в пределах 0,2-5 МПа;
2) создаваемая компрессия конечностей в пределах 5-70 кПа;
3) частота компрессии от 1 до 2 Гц;
4) режим работы - непрерывный;
5) автоматическое регулирование компрессии грудной клетки по параметру величины усилия на исполнительном устройстве;
6) автоматическое регулирование частоты компрессии по величине артериального давления;

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В результате выполнения проекта будет создана научно-техническая база для проведения опытно-конструкторских работ по разработке робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей при проведении мероприятий СЛР. Робототехнический комплекс компрессии грудной клетки и конечностей (далее Комплекс) предназначен для автоматического поддержания кровообращения в организме человека при внезапной остановке сердца на необходимом для обеспечения жизнеспособности важнейших органов уровне в течение продолжительного времени, до поступления раненного или пострадавшего на этап квалифицированной медицинской помощи (госпиталь) для оказания специализированной врачебной помощи.
Внедрение робототехнического комплекса в медицинскую практику позволит повысить эффективность мероприятий СЛР на 20-30 % и снизить нагрузку на медицинский персонал. Применение робототехнического комплекса в полевых условиях позволит проводить долговременную безостановочную СЛР, в т.ч. и во время переноски и перевозки пациента.

2. Научно-технической новизной разрабатываемого Комплекса является наличие сенсорных устройств для мониторинга процесса компрессии и регистрации физиологических параметров пациента. По информации, полученной от диагностических устройств Комплекс подстраивает цикл компрессии для обеспечения максимальной величины артериального давления в сердечнососудистой системе пациента. Важной отличительной особенностью разрабатываемого Комплекса является реализация функции немедикаментозной централизации кровообращения в процессе СЛР (за счет компрессии верхних и нижних конечностей автоматическими жгутами), что позволит в значительной мере улучшить кровоснабжение наиболее важных органов – мозга и сердца, тем самым повысить эффективность мероприятий СЛР.

3. Разработаны и применяются системы активной компрессии-декомпрессии: портативные ручные (ASD), одновременный грудинно-грудной реанимации (SST-CPR), например, AutoPulse, механическое устройство с пневматическим приводом, обеспечивающее сердечно-легочную реанимацию без участия персонала, например Lucas (Steen S. et al, 2002).
Недостатками устройств первого типа являются необходимость участия персонала в выполнении компрессии грудной клетки, что не всегда возможно в течение продолжительного времени.
Недостатками устройств второго типа являются нефизиологичность механизма компрессии грудной клетки и, как результат, неэффективное кровообращение в коронарных и мозговых сосудах.
Недостатками устройств третьего типа являются большие массо-габаритные характеристики, сложность конструкции и необходимость внешнего источника энергии в виде воздушного компрессора большой массы.
Общим недостатком всех трех типов устройств является отсутствие интегрированной системы контроля эффективности сердечно-легочной реанимации и, как следствие, невозможность автоматического контроля и управления.

4. Заявленные результаты ПНИ достигаются путем проведения комплексного НИР, включающего теоретические расчеты, математическое, моделирование, создание ЭО Комплекса, отработку функциональности ЭО на специальном экспериментальном стенде. На основе результатов экспериментальных исследований будут сформированы рекомендации по возможностям использований Комплекса в медицинской практике.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Потенциальными потребителями продукции являются реанимационные службы стационарных медицинских учреждений, бригады скорой помощи, медицинские службы МЧС, МО и др.
Внедрение разрабатываемого Комплекса в медицинскую практику позволит задействовать меньшее число медицинских работников при проведении СЛР. Во время работы Комплекса медицинский персонал может заниматься другими аспектами СЛР: установка дефибриллятора, выполнение вентиляции легких, например, с помощью мешка Амбу и т.д.). Применение Комплекса также резко уменьшает риск возможной травмы пациента при проведении закрытого массажа сердца. Ограждает медицинский персонал от рентгеновского излучения при проведении исследований в катетеризационных лабораториях.

2. После завершения работ по данному проекту, на основе разработанных технических заданий, будут организованы и выполнены опытно-конструкторские/технологические работы, в результате которых будут разработаны комплекты РКД для постановки на производство робототехнического комплекса компрессии грудной клетки и конечностей для повышения эффективности мероприятий СЛР при внезапной остановки сердца».
С целью построения стратегии коммерциализации запланировано проведение бизнес-планирования, а также других мероприятий по доведению до потребителя разработанных технологий и оборудования.

3. Результаты проекта расширят знания в области разработки новых роботизированных устройств для СЛР, послужат хорошим научно-техническим заделом для исследований и разработки роботизированных устройств для реанимации.

4. Результаты проекта могут быть применены в рамках проведения совместных НИОКР с иностранными партнерами. На сегодняшний день более 10 команд из США, Германии и Китая проводят интенсивные разработки в области создания автоматизированных устройств для СЛР.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения проекта были получены следующие результаты:

1) Проведен патентный поиск, подтверждающий научную новизну исследований. Подается заявка на регистрации полезной модели.
2) Разработано программное обеспечение для управления работой робототехнического комплекса по адаптивному режиму. Подана заявка на регистрацию программы для ЭВМ.
3) Разработана ТД на ЭО робототехнического комплекса и экспериментальный стенд.
4) Изготовлен ЭО робототехнического комплекса и экспериментальный стенд для отработки алгоритмов функционирования робототехнического комплекса.
5) Разработан план и методика проведения экспериментальных исследований алгоритмов функционирования робототехнического комплекса при различных значениях упругости грудной клетки и различных значениях артериального давления.
6) Опубликованы 4 научные статьи (3 в иностранных журналах) по результатам работы. По результатам работы представлены доклады на 2-х российских конференциях.

В настоящий момент времени заканчиваются экспериментальные исследования ЭО робототехнического комплекса.