Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0021

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0021
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное учреждение "Научный центр сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Название доклада
Разработка макета устройства микроэлектромеханического (МЭМС) преобразователя кинематической активности сердца в электрическую энергию для применения в высокотехнологичной кардиохирургии.
Докладчик
Бокерия Ольга Леонидовна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Разработка и изготовление вариантов МЭМС для преобразования кинематической энергии сердца.
2.Разработка стенда имитации кинематической активности эпикарда. 3.Проведение инвазивных и неинвазивных исследований для оценки кинематической активности миокарда интактного левого желудочка (у животных), у пациентов с различной сердечно-сосудистой патологией. 4.Испытание и сравнение вариантов МЭМС по энергоэффективности и надежности на имитационном стенде.
5. Разработка и изготовление макета имплантируемого варианта МЭМС преобразователя энергии со средствами контроля параметров тока, напряжения и телеметрией.
6.Биологические испытания макетов МЭМС-преобразователя на животных.
7. Разработка прогностических карт энергоэффективности МЭМС у пациентов с различной сердечнососудистой патологией.
8.Выводы и рекомендации по созданию макета МЭМС-преобразователя сокращений.
Актуальность и новизна исследования
Несмотря на значительный прогресс в лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы (ССЗ) 3 млн. человек ежегодно погибает внезапно при возможности внебольничного выживания не более 5 % в экономически развитых странах. Среди ССЗ, занимающих 55-60% в структуре смертности, на аритмии приходится около 50%.
Единственный способ предотвращения внезапной сердечной смерти – имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы (КВДФ). Аритмии можно вылечить имплантируемыми кардиостимуляторами (И-ЭКС) и кардиовертерами дефибрилляторами (И-КВДФ). 4 миллиона человек в мире имеют имплантируемое устройство, каждый год имплантируется 1 млн новых устройств. Таким образом, к 2018 году рынок И-ЭКС и И-КВДФ достигнет 331,5 миллиардов рублей.
Учитывая малый срок службы и большие габариты имплантируемых устройств, перспективным является создание новых устройств для электротерапии в высокотехнологической кардиохирургии, способных преобразовывать естественную энергию вибраций сердца в электрическую энергию для обеспечения их работы.
Описание исследования

В ходе выполнения работ по проекту разрабатывались и применялись методы инвазивного и неинвазивного изучения кинематической активности миокарда левого желудочка у животных; неивазивное изучение кинематической активности миокарда проведено на 12 группах пациентов с различной сердечно-сосудистой патологией.

Объектом исследования являлся интактный эпикард левого желудочка сердца животных (свиньи домашние) или пациента. Исследование проводили методами электрокардиографии (ЭКГ) и эхокардиографии (ЭхоКГ). При проведении ЭКГ определяли электрическую ось сердца (ЭОС). ЭхоКГ проводилась оценка сократительной, клапанной функции сердца. Постпроцессиновая обработка ЭхоКГ включала векторный анализ следующих показателей: продольное и радиальное смещение эпикарда, деформацию миокарда интактного левого желудочка. На основании полученных данных неинвазивно оценивалась кинематическая активность эпикарда левого желудочка.

Полученные данные показывают, что базальный отдел левого желудочка тестируемых животных является наиболее энергоэффективной зоной для имплантации микроэлектромеханических систем (МЭМС) -преобразователя. Неинвазивность данного подхода позволяет использовать его для оценки кинематической активности эпикарда интактного ЛЖ сердца индивидуально у пациентов с различной сердечно-сосудистой патологией и прогнозировать место локализации имплантируемых устройств.

​В рамках исследования разработан макет МЭМС-преобразователя с макетом стимулятора. Проведены их имплантации животным.

​Разработаны прогностические карты по оценке энергоэффективности зон миокарда у пациентов с различной патологией сердечно-сосудистой системы.

В рамках работ по разработке технических требований к стенду лабораторному имитации кинематической активности эпикарда разработана конструкция устройства контактного контроля кинематической активности эпикарда, состоящая из трехосевого датчика ускорения и угловых скоростей, подшиваемого на поверхность эпикарда и блока обработки данных и управления датчиком. Разработано встроенное программное обеспечение для микроконтроллера в составе блока обработки данных. Разработано прикладное программное обеспечение для ПК под управлением ОС Window для обработки и анализа данных о ускорении и траектории перемещения
контролируемого участка эпикарда. Обмен данными между устройством контактного контроля и ПК осуществляется по интерфейсу USB 2.0. Изготовлена партия устройств контактного контроля кинематической 1 активности эпикарда в количестве 5 шт. Разработан комплект конструкторской документации на устройство. Данное устройство разработано для определения показателей ускорения и траектории перемещения эпикарда для уточнения технических требований к стенду. Проанализированы результаты экспериментальных исследований по неинвазивной оценке показателей кинематической активности эпикарда и деформации миокарда интактного левого желудочка животных, в том числе: сопоставлены результаты векторного анализа движения миокарда интактного левого желудочка с электрокардиографическими данными. Разработано техническое задание на изготовление стенда. Завершен обзор литературы, разработан протокол экспериментальных исследований по неинвазивной оценке показателей кинематической активности эпикарда и деформации миокарда интактного левого желудочка.

 

 

Результаты исследования

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы на тему МЭМС преобразователей в кардиохирургии. Исследованы технический уровень, выявлены тенденции развития и отобрана информация о наиболее эффективных научно-технических достижениях в области кардиохирургии, которые касаются устройств микроэлектромеханического преобразования кинематической активности сердца в электрическую энергию. Анализ результатов проведенных патентно-информационных исследований позволяет сделать вывод об актуальности разработки макета устройства микроэлектромеханического (МЭМС) преобразования кинематической активности сердца в электрическую энергию для применения в высокотехнологичной кардиохирургии. Проведена сравнительная оценка вариантов решений создания МЭМС преобразователей. Результаты рассмотрения многочисленных научных материалов и экспериментальных данных подтверждают возможность получения электрической энергии за счет преобразования кинетической (вибрационной) энергии эпикарда сердца в количестве до 50-60 мкВт. Проведены экспериментальные исследования по неинвазивной оценке показателей кинематической активности эпикарда и деформации миокарда интактного левого желудочка животных (векторный анализ скорости 2-D изображения (VVI), анализ положения электрической оси сердца по данным электрокардиографии).  При проведении неинвазивных исследований отмечалась следующая тенденция: средние показатели продольного смещения на базальном, среднем и верхушечном уровнях у животных с нормальным расположением электрической оси сердца (угол α от +30° до 70°) были выше по сравнению с животными, у которых было зарегистрировано горизонтальное положение электрической оси сердца (угол α от 0° до 30°). У последних средние показатели радиального смещения были выше. Проведён теоретический расчет и моделирование вариантов электромагнитного преобразователя, вариантов кинематического преобразователя, вариантов преобразователя напряжения, теоретический расчет макета устройства МЭМС- преобразователя кинематической энергии сердца. Выполнена разработка эскизной конструкторской документации. Изготовлен стенд лабораторной имитации кинематической активности эпикарда. Разработаны программы и методики. Проведена аттестация стенда лабораторной имитации кинематической активности эпикарда. Разработана эскизная конструкторская документация на детали и узлы макетов устройств МЭМС-преобразователей кинематической энергии сердца. Проведено получение и анализ клинических данных пациентов с сердечно-сосудистой патологией. Всего обследовано 2456 пациентов. В каждую из 12 групп включено по 15 пациентов. Каждому пациенту была проведена неинвазивная оценка кинематической активности эпикарда с помощью векторного анализа скорости с постпроцессинговым анализом. Получены клинические данные линейных и угловых показателей движения эпикарда, деформации миокарда, показателей энергоэффективности для уточнения требований к макетам МЭМС-преобразователей, а также разработаны рекомендации по применению макетов стимуляторов с макетами МЭМС- преобразователей у пациентов при различных формах ишемической болезни сердца, клапанной патологии и при нарушениях ритма сердца. Изготовлены и проведены доклинические испытания макетов имплантируемого стимулятора с устройством МЭМС- преобразователя кинематической энергии сердца и программатора.

Практическая значимость исследования
Область применения- сердечно-сосудистая хирургия.
Интегрирование МЭМС преобразователя кинематической энергии сердца в современные имплантируемые эпикардиальные устройства позволит увеличить их срок службы, а следовательно, увеличить период между плановыми операциями по
замене устройств в связи с истощением их источника тока. Полученные результаты по проекту будут способствовать развитию материально-технической инфраструктуры производства современных отечественных имплантируемых систем для электротерапии сердца.