Постановка задачи в новых условиях

Наша разработка, внутрисосудистый микроро­бот — как раз пример такой системы.

Итак, наша задача состояла в том, чтобы создать музыкальный центр, устройство, которое малоинвазивным спо­собом можно ввести в сосудистое русло и, что особенно важно, выполнить ряд операций, т.е. обе­спечить такому устройству некий функционал. Да­вайте посмотрим, что даст нам такой микроробот. Хирург должен видеть, что происходит внутри со­суда, т.е. нам нужна визуализация. Также необходи­мо иметь возможность в режиме онлайн сразу проана­лизировать различные функциональные параметры состояния сосудистого русла: сужение, облитерация, тромбы. Важная задача — анализ состава крови в ре­альном времени, например на содержание ионов каль­ция, потому что именно кальцинация и приводит к по­явлению атеросклеротических новообразований. Эти задачи сегодня решают эндоскопы, с помощью которых можно и сделать некоторую визуализацию, и взять кровь на анализ, но уже постфактум, а не в ходе опера­ции.

Нужны возможности для того, чтобы вмешать­ся в ситуацию. Допустим, мы вошли и увиде­ли тромб, который надо разрушить. Значит, нуж­на некая технологическая оснастка нашего микро­робота — прежде всего система, которая позволяла бы разрушить новообразование, естественно, не по­вреждая  сосуд,   и  удалить   продукты  разрушения.

Для всего этого должна быть реализована система управления, которая позволит перемещаться и фик­сироваться в сосудистом русле. Вот задачи, сформули­рованные медициной. А теперь давайте задумаемся об ограничениях.

Первое: система должна быть микроминиатюрная. Наше устройство ориентировано на средние и крупные сосуды: аорты, крупные артерии с диаметром от 10 до 20 мм. Следовательно, мы имеем максимальный диа­метр нашего транспортного модуля 8 мм. И вот в этот «червячок» мы должны поместить системы визуализа­ции и управления, химические анализаторы и техно­логическую систему, которая позволит удалить бляш­ку и разрушить тромб, попутно эвакуируя его остатки.

Здесь и начинается самое интересное. Я как кон­структор понимаю, что если буду действовать тради­ционным образом, то никогда не втиснусь в эти пара­метры. Одни только сенсоры займут весь объем прибо­ра и даже больше. Вопрос: а как же это делает природа? Ответ: применяя совершенно другие принципы про­ектирования и конструирования, как в любой биони­ческой системе. «Сэкономить место» можно с помощью интегрированных компонентов, которые одновремен­но выполняют несколько функций. Например, необ­ходимый нам корпус транспортного модуля следует «превратить» в распределенный сенсор и анализатор, используя принцип кожного покрова человека и жи­вотных. Это позволяет нам перейти уже к принципу интегрального конструирования и проектирования, когда все элементы многофункциональны. Подчер­кну еще раз, что такие принципиально новые подхо­ды в инженерии требуют еще и идеологических изме­нений: нужно отказаться от канонических принципов конструирования, подходов к созданию новых тех­нологий. Но вернемся к нашему примеру и идее сде­лать сам корпус микроробота датчиком. На часть кор­пуса мы наносим специальную пленку, получаем хемосенсор, благодаря чему можем видеть, например, превышение концентрации ионов кальция (ведь нор­му в данном случае нет надобности фиксировать).

Еще одна важная особенность нашей систе­мы заключается в том, что она не перекрыва­ет кровоток. Созданный нами образец впервые в мире уже был испытан на крупных животных —  быке,   баране.   Сегодня  наш  аппарат  уникален.

Есть еще ряд ограничений, связанных с осново­полагающим врачебным принципом «Не навреди». Мы внедряемся в живой организм, значит, не долж­ны там ничего повредить. Понятно, что все материа­лы, участвующие в процессе, должны быть биосов­местимыми, но также важно, чтобы в ходе манипу­ляции контролировалось усилие, с которым аппарат действует на сосудистую стенку. Если оно превышает допустимые значения, то система останавливается.

Видеокамера —  неотъемлемая часть этой си­стемы. Она, разумеется, очень миниатюрная, с под­светкой. В результате мы прекрасно видим всю сосу­дистую стенку, т.к. нам удалось добиться очень высо­кого разрешения. Разрешающая способность у нашей системы лучше, чем у самых совершенных эндоскопов. Видны даже только зарождающиеся бляшки. Питание такой видеокамеры приходит извне, по оптоволокну.

Что касается вопроса об автономности систе­мы, я склонен ответить, что такого рода систе­мы вряд ли будут автономными, все-таки это не­сет определенную опасность для жизни чело­века. Мы должны всегда иметь возможность извлечь микроробота из организма пациента, не при­бегая к серьезному хирургическому вмешательству.

Система управления позволяет осуществлять лю­бые движения, фиксироваться в любом месте сосу­дистого русла. Это можно делать как программным методом в предоперационном периоде, так и с пуль­та джойстиком. Технологическая система здесь — ми­кроминиатюрная турбинка. Представьте себе, в этом транспортном модуле есть технологическое простран­ство. Такая турбинка обеспечивает работу в режи­ме гидравлического скальпеля, который разрушает «лишнее» с помощью физраствора. Турбинка-скальпель может разрушать, а может отсасывать продукты разрушения в специальную емкость. Получается аб­солютно целостная, замкнутая техническая система.

Комментарии к записи Постановка задачи в новых условиях отключены

Комментарии закрыты

Оставить комментарий
  • Smru.ua.com © 2013 Все права защищены. Копирование материалов разрешено только с указание активной ссылки на источник.
  • Яндекс.Метрика