СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАТРОННЫХ АППАРАТОВ НАРУЖНОЙ КОМПРЕССИИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СЕРДЕЧНО-ЛЕГОЧНОЙ РЕАНИМАЦИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

 К. Ю. Сенчик К.Ю., В. В. Харламов 
Центральный Научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики

 

Материал подготовлен при поддержке Министерства образования и науки в ходе выполнения работ по Соглашению от 17.06.2014 г. №14.575.21.0014 о предоставлении субсидии в целях реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы».

Объектами проводимого исследования являются интеллектуальные мехатронные (синергетические объединённые механические и электронные системы на основе кибернетики) аппараты для наружной компрессии грудной клетки (МНК). Область применения: МНК предназначен для использования в качестве замены ручного массажа сердца при совершении процедуры сердечно-легочной реанимации (CЛР) в том числе и в экстремальных условиях. Несмотря на то, что безаппаратные методы СЛР в настоящее время являются хорошо разработанными и рутинно применяемыми в практике оказания экстренной помощи больным и пострадавшим, они имеют один существенный недостаток: невозможность осуществлять эффективную компрессию грудной клетки реаниматором ввиду его быстрого утомления (эффективная работа по компрессии грудной клетки ‒ 3 минуты). Поэтому создание и освоение в производстве отечественной медицинской промышленностью МНК в настоящее время является важнейшей технической и гуманитарной задачей.

Рассмотрены международные и отечественные исследования, направленные на разработку автоматизированного аппаратно-программного комплекса, предназначенного для механической компрессии грудной клетки человека при его сердечно-легочной реанимации и интегрированных средств контроля эффективности его функционирования. На сегодняшний день на мировом рынке представлено только 2 автоматических устройства для осуществления компрессий грудной клетки пациента при проведении СЛР: ZOLL AutoPulse (ZOLL Medical Corporation, США) и LUCAS (Jolife AB / Physio-Control Lund, Швеция). Система ZOLL AutoPulse (рисунок 1) обеспечивает непрерывные компрессии на протяжении продолжительного времени при проведении СЛР и возможность продолжать компрессии во время других реанимационных мероприятий или транспортировки; не требует прерывания СЛР для осуществления дефибрилляции; обеспечивает щадящую продолжительную СЛР для пациентов с сильной гипотермией до восстановления нормальной температуры тела и для пациентов с интоксикацией до достижения детоксикации.

Рисунок 1 - Реанимационная система AutoPulse.  А – укладка пациента на платформу. Б – правильное размещение пациента на платформе и закрепление ремней. В. – перенос пациента. Г – возможность проведения дефибрилляции без прерывания компрессии грудной клетки.

 

В то же время система ZOLL AutoPulse имеет два серьезных недостатка. В первую очередь следует отметить недостаточно высокую частоту компрессий грудной клетки – 80 в минуту, что не соответствует современным требованиям к СЛР. Во-вторых, не были изучены возможность, эффективность и безопасность применения системы ZOLL AutoPulse в катетеризационных лабораториях.

Система компрессии грудной клетки LUCAS (рисунок 2) предназначена для обеспечения непрерывных компрессий грудной клетки с постоянными частотой и глубиной продавливания грудины.

Рисунок 2 - Кардиокомпрессор LUCAS в рабочем положении.

 

Кардиокомпрессоры LUCAS производятся в двух вариантах: пневматический LUCAS и электрический LUCAS 2. Первой была разработана система LUCAS, которая работает от переносного пневмокомпрессора. Такой пневмокомпрессор обладает большой массой и является неудобным для транспортирования. Более современный кардиокомпрессор LUCAS 2 работает от встроенной модульной аккумуляторной батареи, которую можно вынимать из кардиокомпрессора и заряжать отдельно от него. Система LUCAS показала эффективность и безопасность, сравнимые с ручным непрямым массажем сердца, а конструктивные особенности системы не препятствуют проведению мероприятий по поддержанию жизни пациента при проведении СЛР: дефибрилляции и искусственной вентиляции легких. Система LUCAS проницаема для рентгеновских лучей, и, следовательно, она может быть применима в катетеризационных лабораториях. К недостаткам можно отнести отсутствие у системы LUCAS силомоментного очувствления. Это важный фактор, так как необходимо не допускать перелома ребер при проведении СЛР. Менее очевидным, но значительным недостатком аппарата LUCAS является жесткое требование к высокой точности позиционирования поршня на грудине. Небольшое смещение поршня относительно правильного его положения на грудине вызывает снижение качества СЛР и может привести к травмам грудной клетки.

Проведенный анализ конструкций мехатронных наружных кардиокомпрессоров и средств автоматического контроля процесса реанимации позволил заключить, что задача создания наружных кардиокомпрессоров является актуальной, а область медицинской техники достаточно бурно развивается в последние десять лет.

Предлагаются пути совершенствования МНК в плане возможности, безопасности и эффективности их применения в экстремальных условиях. Специалист, осуществляющий сердечно-легочную реанимацию, должен обладать навыками по оценке адекватности как клинического статуса больного или пострадавшего, так и своевременности и адекватности выполняемых мероприятий по СЛР. При этом ему приходится выполнять очень тяжелую физическую работу. В условиях массового поступления больных или пострадавших эти действия становятся затруднительными, а иногда и невыполнимыми.

Решение данной техно-гуманитарной проблемы лежит в плоскости создания принципиально новой аппаратуры для сердечно-легочной реанимации на основе современных достижений кибернетики и мехатроники.

Рациональным путем решения данной задачи является создание недорогого отечественного кардиокомпрессора на основе современных мехатронных технологий, обладающего удовлетворительными массогабаритными и энергетическими характеристиками.

При этом он должен обладать функцией автоматического регулирования с элементами интеллектуализации, а также удобным и понятным интерфейсом (рисунок 3). Интеллектуализация в данном случае подразумевает программно-аппаратное командное решение задач управления актуаторным устройством.

Рисунок 3 – Интерфейс разрабатываемого отечественного кардиокомпрессора.

 

Решение о выполнении действий (движений) принимается экспертной системой, являющейся частью аппарата. Современная электронная база и программное обеспечение позволяют создать компактное, портативное, устройство с низким энергопотреблением. В случае применения интернет-технологий или других средств обмена информацией, таких, например, как спутниковая связь, экстренная медицинская помощь получит возможность наиболее оперативно реагировать на возникновение угрозы жизни больным и пострадавшим, находящихся в удаленном доступе (районы дальнего Севера, морской транспорт и др.). Вопрос об интеграции в разрабатываемый аппаратный комплекс дефибриллятора-кардиовертора, без сомнения, стоит на повестке дня, однако требует более внимательного исследования.