АЛЬТЕРНАТИВНІ СПОСОБИ ЕНЕРГОЖИВЛЕННЯ ІМПЛАНТАТІВ З ВЕЛИКОЮ ПОТУЖНІСТЮ СПОЖИВАННЯ В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ СИТУАЦІЯХ - Scientific conference
Main page
UA RU EN

Congratulation from Internet Conference!

Hello

Рік заснування видання - 2011

АЛЬТЕРНАТИВНІ СПОСОБИ ЕНЕРГОЖИВЛЕННЯ ІМПЛАНТАТІВ З ВЕЛИКОЮ ПОТУЖНІСТЮ СПОЖИВАННЯ В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ СИТУАЦІЯХ

17.10.2022 15:04

[3. Technical sciences]

Author: Олійник Володимир Петрович, кандидат технічних наук, доцент, професор кафедри Радіоелектронних та біомедичних комп’ютеризованих засобів і технологій, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» м. Харків; Теличко Дарія Вікторівна, аспірант, кафедра Радіоелектронних та біомедичних комп’ютеризованих засобів і технологій, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», м. Харків


Вступ. Сучасні імплантати є складними електромеханічними та радіоелектронними засобами, які потребують тривалого безперебійного енергопостачання. Це створює ряд проблем, особливо для живлення потужних імплантатів – штучне серце, штучна нирка, допоміжні помпи. Перспективним є безконтактний черезшкірний спосіб живлення, який зменшує ризик виникнення  інфекційних захворювань і ускладнення основних патологій. Інше рішення це імплантація відповідного автономного джерела живлення. Для малопотужних імплантатів (кардіостимулятори) розроблені акумулятори які зберігають працездатність декілька років. Але для таких імплантатів як наприклад апарат «штучне серце» такі джерела відсутні [1]. Черезшкірне живлення потужного імплантату потребує зовнішнього електронного блоку з магнітоіндукційним  способом передачі енергії і носимим акумулятором підвищеної ємності. У разі виникнення екстремальних ситуацій, наприклад повному розрядженню акумулятора і відсутності запасного, зникненню мережевого електроживлення, виходу з ладу мережевого адаптера, пацієнт з імплантатом опиняється у скрутному становищі. Особливо подібні ситуації актуальні під час військових конфліктів, техногенних та природних катастроф. 

Мета роботи полягає у пошуку технічних рішень по забезпеченню енергоживлення  потужних імплантатів  у екстремальних ситуаціях. 

Основна частина. 

Розглянемо  варіанти енергопостачання які підвищують надійність живлення імплантату.

У США з 1967 по 1977 рік реалізовувалися дві дослідницькі програми з використання повністю автономного механічного серця з живленням від атомної батареї. Для забезпечення роботи імплантату «штучне серце» потрібно 60 – 100 г плутонію-238, радіоактивний розпад якого генерує необхідний обсяг електричної енергії. Металева оболонка, в якій розміщений плутоній, внаслідок радіоактивних процесів нагріватиметься до температури близько 180 ºС. Одне з запропонованих рішень забезпечення теплового режиму полягає в розміщені «атомного реактору» в спеціальному термосі [2]. Цей термос за допомогою трубок з титану прикріплюється до аорти – головної артерії тіла. Весь пристрій в цілому охолоджується кров'ю, подібно до методів охолодження за допомогою циркуляції рідини. 

В якості джерела радіоізотопів компанія Philips також розглядала прометій-147 і тулій-171, але обрала плутоній-238 через його доступність, великий період напіврозпаду (87,7 року), високу потужність. Розробка фірми Philips забезпечувала потужність у навантаженні 33 Вт, що є цілком достатнім для електроживлення апаратів «штучне серце» [3].

Головні труднощі, пов'язані з використанням плутонію в системах електроживлення імплантатів, пояснюються упередженим відношенням суспільства до джерел атомної енергії, а також великою вартістю технології. До середини 1970-х років під натиском політиків та громадськості Агентство з атомної енергетики припинило розробку радіоактивних джерел електроживлення для імплантації в організм людини [2]. Зважаючи на технологічний прогрес в різних галузях інженерії є сенс повернення до побудови малогабаритних джерел атомної енергії для апаратів медичного застосування.  

Інший варіант  аварійного живлення  потужного імплантату це спосіб перетворення механічної енергії в електричну [4]. Для досягнення необхідних потужностей пропонується використати динамо-машину постійного струму. У режимі генератора під час однонаправленого обертання ротора у силових котушках наводиться ЕРС незмінної полярності. З використання додаткової електронної стабілізації напруги досягаються умови електропостачання зовнішнього носимого блоку живлення імплантату. Використовуючи мускульну силу самого пацієнта або оточуючого персоналу можна на певний час забезпечити функціонування імплантату. Відпрацьовані малогабаритні пристрої з вихідною потужністю близько 20 Вт, що достатньо для живлення апарату «штучне серце».

Висновки. В результаті проведеного аналізу було  розглянуто два способи альтернативного енергоживлення потужних імплантатів в екстремальних ситуаціях. Перше рішення полягає в поверненні до розробки малогабаритних джерел електроенергії на основі радіоактивного розпаду ізотопів елементів. Успіхи у цьому напрямі можуть вирішити нагальну проблему створення протезів внутрішніх органів з великою потужністю споживання і довготривалою дією. Також, використання радіоактивного джерела в якості зовнішнього елемента електропостачання імплантатів та інших протезів є альтернативою до домінування акумуляторів с обмеженим строком дії.

Друге рішення базується на використанні поширених конструкцій динамо-машин постійного струму. Інженерна підтримка цього варіанту потребує адаптації відомих зразків динамо-машин до специфіки їх використання як медичної апаратури.  

Перелік посилань

1. Lavie, C.J. (2020). Statistics 2020 at progress in cardiovascular diseases. Progress in Cardiovascular Diseases, 63(4), 534–535. https://doi.org/10.1016/j.pcad.2020.07.008.

2. Medical and Industrial Radioisotopes.-ANSTO Brochure Private Mail Bag 1, Menai, NSW 2234. – Australia, July 1999.

3. Вплив енеговтрат імплантата з бездротовим живленням на тепловий стан організму [Текст] / В. П. Олійник, Д. В. Теличко, В. М. Олійник  // Радіоелектронні і комп’ютерні системи: Науково-технічний журнал – Х.: Нац. аерокосм.   ун-т „Харк. авіац. ин-т”, 2021, №3 (99). – С. 114 – 124.  Doi: 10.32620/reks.2021.3.09

4. Загальний курс фізики: науковий посібник для студентів вишів Текст] / Сивухін Д. В.– М.: Наука, 1974. – 520 с). 



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Another articles in this section

Сonferences

Conference 2024

Conference 2023

Conference 2022

Conference 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення