В последние годы в мире наблюдается тенденция увеличения количества операций по имплантации механических аппаратов, поддерживающих сердечную деятельность, так как пересадка донорского органа связана со многими неразрешимыми биологическими и социальными проблемами и не может обеспечить всех нуждающихся. Сегодня полностью удовлетворить потребность в донорских сердцах не удается, поэтому чрезвычайно актуальной является задача по созданию автономных имплантируемых систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца.
В решении этой проблемы можно выделить два основных направления: постоянная замена естественного органа протезом, полностью заменяющим насосную функцию сердца и способного длительные годы поддерживать кровообращение - искусственное сердце; временная замена функции на период лечения сердца до восстановления его функциональной способности. К последнему направлению относятся методы временной помощи сердцу и замены его нагнетательной функции механическими устройствами, объединенными понятием «вспомогательное кровообращение».
При разработке мехатронного модуля искусственного желудочка сердца (ИЖС) с исполнительным механизмом кулачкового типа необходимо придерживаться требований надежности обеспечения подачи крови в систему кровообращения при заданном противодавлении и низкой травме крови, обеспечения устойчивости работы при пульсирующем изменении давления и расхода на его входе. Он должен гарантировать полную герметичность рабочей полости насоса по отношению к внешней среде, иметь минимальные размеры и массу для имплантируемых вариантов применения, низкий уровень пульсаций и шума. Исследования показали, что данный мехатронный модуль при заданных характеристиках способен удовлетворять вышеописанным требованиям.
В качестве кулачкового механизма выбран трехзвенный механизм с выходным толкателем. Для замены трения скольжения трением качения и уменьшения износа кулачка в схему механизма включено дополнительное звено - ролик. Подвижность в этой кинематической паре не изменяет передаточных функций механизма и является местной подвижностью. Данный кулачковый механизм предназначен для преобразования поступательного движения кулачка в возвратно-поступательное движение толкателя. При этом в исполнительном механизме данного типа, можно реализовать преобразование движения по сложному закону. Одним из важных преимуществ кулачкового механизма является возможность обеспечения точных выстоев выходного звена.
При проектировании данного механизма в составе ИЖС необходимо учитывать его теплоэнергетические характеристики, поскольку при работе привода неизбежно тепловыделение к, но оно не достигает столь высоких значений, чтобы приводить к нагреву корпуса благодаря нереверсивному режиму работы двигателя. Это основное преимущество предлагаемой конструкции с кулачком по сравнению с ранее разработанным в ВлГУ приводом ИСВК на базе роликовинтового механизма.
Работа выполнена при поддержке аналитической программы Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» (проект РНП-2.1.2.3641) и выполняются по заказу НИИ трансплантологии и искусственных органов под научным руководством профессора В.В. Морозова.