Управление кровью

На столе в лаборатории доцента кафедры автоматизации и систем управления Череповецкого госуниверситета Анатолия Полянского лежит книга об орбитальной станции «Мир» — подарок авторов бывшему коллеге. Ученый, всю жизнь посвятивший автоматике, пытается воплощать в жизнь технологии космического приборостроения. Впрочем, по скромному признанию самого Полянского, его наиболее перспективную разработку «космической» назвать нельзя. Специальные насосы для перекачки крови в экстремальных условиях доцент не придумал, а лишь усовершенствовал. Улучшение оказалось прорывным с коммерческой точки зрения: стоимость насосов снизилась в разы. Однако только в теории. Воплотить многочисленные идеи в производство оказалось не так просто.
К автоматизации в медицине Анатолий Полянский пришел случайно. Несколько лет назад на одной из столичных конференций по экстремальной робототехнике, разговорившись с коллегами, узнал об их проблеме. Ученые разработали стационарную систему искусственного кровообращения с так называемыми перфузионными насосами для перекачки крови. Смысл их в том, что подвижные детали, в отличие от обычного насоса (например для перекачки воды), не соприкасаются с жидкостью. В случае с кровью это категорически запрещено, так как может произойти заражение. В перфузионном насосе нет привычного поршня, но есть металлическое кольцо, по внутренней поверхности которого катаются несколько роликов. Между роликами и стенками зажата полимерная трубка — магистраль с донорской кровью. За счет различной силы прижатия роликов и их движения обеспечивается то или иное давление крови. В России такие насосы массово не производят: нерентабельно. Зарубежные аналоги стоят 100 — 200 тыс. долларов за комплекс, состоящий из самого насоса и компьютеризированного допоборудования.

— Мои коллеги далеко продвинулись в создании отечественного прибора, но они чувствовали недостатки, — рассказывает Анатолий Полянский. — Пока я не начал заниматься этой темой, к медицине я был причастен только как пациент. Но оказалось, что с точки зрения автоматчика усовершенствование этого прибора — моя прямая задача. Проблема заключалась в формировании импульсов крови и силе прижатия роликов. При случайных колебаниях, смене или «усталости» магистрали могло возникнуть пережатие трубки, а в этом случае кровь «умирает». Это хорошо видно, так как она темнеет. В стационарных условиях специалисты вручную следят за режимами работы прибора. Если нужно, что­то подкрутят, сбавят темп и так далее. А если больной в вертолете или на месте чрезвычайной ситуации? Возможности ограничены во всем: в запасе крови и электроэнергии, весе аппаратуры и даже квалификации, которая у спасателя на уровне санитара. Как такой насос будет использоваться в вертолете, где и вибрация, и тряска, и чего только нет? Встала цель разработать математическую модель движения крови и исходя из нее обеспечить рабочий режим независимо от внешних факторов.

Доцент Полянский подключил к работе своих аспирантов Александра Кузнецова и Дмитрия Эйсмонта, и вскоре движение крови по трубке было описано многостраничными формулами. Вместо крови для проведения расчетов по трубке запускали раствор глицерина пополам с водой: по вязкости эта смесь почти идентична крови. Затем в системе появилась обратная связь: несколько датчиков, отслеживающих различные параметры. Так, появились датчики цвета крови, которые в просвете трубки отслеживали, не потемнела ли она. Если цвет менялся, датчик посылал сигнал в блок управления, а тот уже уменьшал силу прижатия роликов. Проще говоря, система стала «умной» и научилась сама регулировать давление роликов и форму импульсов крови в магистрали.

— Главное, чего мы добились, это существенное снижение затрат на производство, — считает Анатолий Полянский. — Если до введения обратной связи для производства насоса нужно было очень высокоточное оборудование (седьмой класс точности и выше), то теперь делать его можно, я думаю, даже на небольших предприятиях, имеющих токарный станок и людей, не забывших, как на нем работать. Режим слежения за импульсом резко снизил требования к механике, так как теперь электроника сама выдерживает нужный зазор и изменение режимов, включая состояние пациента.

Сейчас доцент Полянский думает над тем, как реализовать насос в уменьшенных размерах и сократить габариты сопутствующего оборудования: аккумулятора, блока управления и так далее. В идеале все должно помещаться в небольшой чемоданчик. Пока на кафедре автоматизации и систем управления собран только экспериментальный стенд, подключенный к ноутбуку. Разработку, включая комплектующие, существенно поддержали средства гранта от правительства области. Однако чтобы сделать опытный образец, который можно передать промышленности, необходимы значительные затраты: около 10 млн рублей.

— Везде, где бы мы ни выступали, интерес очень большой, — объясняет Анатолий Полянский. — Но за производство никто не берется, хотя проведенное нами улучшение позволяет делать эти насосы на предприятиях малого и среднего бизнеса. Проблема, видимо, еще в том, что нет четко обозначенного интереса со стороны крупного заказчика.

Тем не менее доцент Полянский продолжает заниматься усовершенствованием насоса и надеется на то, что сумеет заинтересовать своей разработкой центральные структуры МЧС.

— Ничего гениального я на самом деле не придумал, — считает ученый. — Просто раньше этой проблемой занимались медики и механики, а автоматчиков не было. Как только мне принесли этот прибор, я увидел, что здесь не хватает теории и практики автоматического управления, и сделал как лучше.

Андрей Ненастьев
№224(22634)
02.12.2009