А.В. Щербачев1, И.А. Кудашов2, Г.П. Иткин3, Е.А. Бычков4, А.Н. Говорин5

1,2,4,5 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

3 ФГБУ «НМИЦ ТИО им. акад. В.И. Шумакова» Минздрава России (Москва, Россия)

Постановка проблемы. В России с начала XXI в. общее количество больных с хронической сердечной недостаточностью увеличилось в 2 раза (с 7 до 15,0 млн), при этом число пациентов с терминальной стадией данной патологии выросло в
3,4 раза (с 1,75 до 6,0 млн). Из-за имеющегося дефицита донорских органов актуальным направлением в современной биомедицинской инженерии является разработка устройств механической поддержки кровообращения. Данные устройства представляют собой «мост» к трансплантации», способный поддерживать пациента до получения донорского сердца.

Цель работы – разработка аппроксимационной модели для измерения конечного диастолического объёма искусственного желудочка сердца электроимпедансным методом.

Результаты. Разработана модель, предназначенная для автоматизированного тестирования новых устройств механической поддержки кровообращения. За счет непрерывного определения гидродинамических параметров системы и адаптивного управления будет возможна имитация работы сердца в условиях нормы и при наличии каких-либо патологий.

Практическая значимость. Использование разработанного стенда в процессе обучения позволит получить более полную информацию о работе сердечно-сосудистой системы человека, отследить влияние патологий и действие врачебных контрмер на гидродинамическую функцию сердца. Полученные в статье экспериментальные результаты имеют большую практическую значимость для создания биотехнической системы исследования эффективности аппаратов искусственного кровообращения.

Щербачев А.В., Кудашов И.А., Иткин Г.П., Бычков Е.А., Говорин А.Н. Аппроксимационная модель для измерения конечного диастолического объёма искусственного желудочка сердца // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 5. С. 32-38. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202205-04

1. Хубутия М.Ш., Соколов В.В., Редкобородый А.В., Козлов И.А., Тимербаев В.Х., Хуцишвили Л.Г., Бикбова Н.М., Пархоменко М.В., Косолапов Д.А. Опыт 70 трансплантаций сердца в многопрофильном медицинском учреждении // Трансплантология. 2018. Т. 10. № 3. С. 197–206.
2. Терещенко С.Н., Жиров И.В. Хроническая сердечная недостаточность: новые вызовы и новые перспективы // Терапевтический архив. 2017. Т. 9. С. 4–9.
3. Дземешкевич С.Л., Трекова Н.А., Бабаев М.А., Чаус Н.И., Локшин Л.С., Фролова Ю.В., Домбровская А.В., Заклязьминская Е.В. Отдаленные клинические результаты как индикатор фундаментальных проблем в кардиотрансплантологии // Клиническая и экспериментальная хирургия // Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2020. Т. 8. № 3. С. 22–26.
4. Zhang X., Schulz B.L., Punyaeera C. The current status of heart failure diagnostic biomarkers // Expert Rev. Mol. Diagn. 2016.
   V. 16(4). P. 487–500.
5. Казаков Э.Н., Кормер А.Я., Шемакин С.Ю. Отбор и подготовка больных к трансплантации сердца. В кн.: В.И. Шумаков (ред.). Трансплантация сердца: Руководство для врачей. М.: МИА. 2006. С. 30–45.
6. Koomalsingh K., Kobashigawa J.A. The future of cardiac transplantation // Annals of Cardiothoracic surgery. 2018. № 8 (1). P. 135–142.
7. Готье С.В. Инновации в трансплантологии: развитие программы трансплантации сердца в Российской Федерации // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2017. Т. 21. № 3. С. 61–68.
8. Готье С.В., Хомяков С.М. Донорство и трансплантация органов в 2018 году // Вестник трансплантации и искусственных органов. 2019. № 21 (3) С. 7–32.
9. Шумаков Д.В., Толпекин В.Е., Игнатова Н.В. Механические системы обхода сердца: медицинские аспекты // Биотехносфера. 2011. № 16 (4) С. 6–8.
10. Briko A.N., Selutina S.E., Parnovskaya A.D., Emelin M.E. Determination of Tissue Properties Based on Modeling and Electrical Impedance Registration,” in 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2020. P. 28–31.
11. Kudashov I., Shchukin S., Al-Harosh M., Shcherbachev A. Smart Bio-Impedance-Based Sensor for Guiding Standard Needle Insertion // Sensors. 2022. V. 22(2). P. 665.
12. Shcherbachev A., Kudashov I.A., Itkin G., Bychkov E.A., Galiamov A.Z. Development of the Unit for Measuring the Hydrodynamic Parameters of AHV. In Proceedings of the 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). Yekaterinburg. Russia. 7–8 May 2020. P. 36–39.
13. Shcherbachev A., Kudashov I.A., Itkin G., Bychkov E.A., Galiamov A.Z. Determination of Electrode Assembly Parameters for Electroimpedance Measurement of AHV Volume. 2021 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2021. P. 0125-0128.
14. Kobelev A.V., Shchukin S.I. Anthropomorphic prosthesis control based on the electrical impedance signals analysis. Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2018. P. 33–36.
15. Quadra website URL: https://eliko.tech/quadra-impedance-spectroscopy/ (accessed 19.05.2022)
16. Grimnes S., Martinsen Ø.G. Bioimpedance and Bioelectricity Basic. Academic Press: Cambridge. MA. USA. 2015. P. 563.
17. Tikhomirov A.N., Briko A.N., Seleznev N.V., Shchukin S.I., Levando A.M., Murashko M.A. Development of a Geometric Model of the Heart and Chest for Multichannel Electrical Impedance Computer Cardiography Technology. In Proceedings of the 2020 IEEE Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). Yekaterinburg. Russia. 13–14 May 2020. P. 32–35.
18. Al-harosh M., Yangirov M., Kolesnikov D., Shchukin S. Bio-Impedance Sensor for Real-Time Artery Diameter Waveform Assessment // Sensors. 2021. V. 21. P. 8438.
19. Shcherbachev A.V., Bychkov E.A., Kudashov I.A., Volkov A.K. Research coaxial needle electrode characteristics for the automated vein puncture control system. Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2018. P. 37–41.