Биотехническая система регуляции свертывания крови

Изобретение относится к медицине, в частности, к способам и устройствам антикоагулянтной терапии и может классифицироваться как биотехническая система медико-терапевтического назначения с биологическим управлением по типу отрицательной обратной связи, поддерживающая жизнедеятельность отдельной системы организма. Заявляемая биотехническая система регуляции свертывания крови может быть востребована во всех случаях применения антикоагулянтной терапии: после инфаркта миокарда, в ходе и после сердечнососудистых операций, при лечении тромбоэмболических болезней и т.п.Биотехническая система регуляции свертывания крови включает инструментально-мониторинговую подсистему, использующую коагулограмму венозной крови в качестве физического сигнала о состоянии объекта управления; эффекторно-управляющую подсистему, включающую автоматические дозаторы антикоагулянтов, коагулянтов и физиологического раствора, соединенные с объектом управления; а также блок управления, включающий микропроцессор, имеющий блок сравнения фактических состояний параметров объекта управления с заданными моделью, а также блок коррекции, выдающий управляющие команды на дозаторы эффекторно-управляющей подсистемы в зависимости от реакции объекта управления на введение предшествующей дозы вещества, при этом входы и выходы биотехнической системы регуляции свертывания крови подключены экстракорпорально к венам различных конечностей; причем микропроцессор взаимосвязан с блоком мониторинга технического состояния исполнительных устройств и имеет механизм отключения входа и выхода системы от объекта управления при возникновении нештатных ситуаций.

Изобретение относится к медицине, в частности, к способам и устройствам антикоагулянтной терапии и может классифицироваться как биотехническая система терапевтического назначения с биологическим управлением по типу обратной связи, поддерживающая жизнедеятельность отдельной системы организма.

Принято, что биотехнические медико-терапевтические системы, в которых полный цикл управления протекает без участия человека-оператора, называют автоматическими. При этом под «биологическим управлением» понимается, что процессом лечения управляет сам организм, если удается использовать командные сигналы с управляемого органа (объекта управления) (Биотехнические системы: Теория и проектирование. Под редакцией В.М.Ахутина. Л., Изд. ЛГУ, 1981, с.129-132).

Заявляемая биотехническая система регуляции свертывания крови может быть востребована во всех случаях применения антикоагулянтной терапии: после инфаркта миокарда, в ходе и после сердечно-сосудистых операций, при использовании аппаратов искусственное сердце, искусственная почка, при лечении тромбоэмболических болезней и т.п.Главная трудность любой антикоагулянтной терапии состоит в подборке времени введения индивидуально различных доз анти коагулянта при невозможности постоянного контроля за фактическим состоянием свертывающей системы крови пациента. Задача длительного поддержания пониженных показателей свертывания крови еще более осложняется тем фактом, что организм человека может выдавать двухфазную гомеостатическую реакцию на введение повышенных доз антикоагулянтов. В этих условиях мониторинг любых обобщающих показателей состояния системы имеет жизнеобеспечивающее значение.

Система свертываемости крови организма, состоящая из двух десятков взаимовлияющих факторов, до сих пор не поддается формализации из-за чрезвычайной лабильности и взаимозависимости от состояния многих других функциональных систем организма. (Б.М. Панченко. Свертывающая и противосвертывающая система в патогенезе и лечении внутрисосудистых тромбозов. М.: Медицина. 1967; Лакин К.М. Лекарственное регулирование свертываемости крови. М.: 1971; Бокарев И.И. Внутрисосудистая свертываемость крови. Киев, 1989).

Система чрезвычайно ранима и вовлекается практически в любые патологические состояния, связанные с обменом веществ или патологией сосудистой стенки магистральных или органных сосудов. Однако на сегодняшний день сложные медицинские органозамещающие системы, даже аппараты искусственного кровообращения, не имеют автоматизированных систем регуляции свертываемости крови и обслуживаются гематологическими лабораториями. При этом большинство анализов становятся ретроспективными. Разработка систем автоматизированного управления свертываемостью крови остается несбыточной мечтой сердечно-сосудистой хирургии. Мы предложили вариант решения указанной проблемы.

Прямых аналогов биотехнической системы автоматической коррекции показателей свертывания крови не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением является система для автоматизированной коррекции калиевого гомеостазиса организма, разработанная А.А.Киселевым и В.В.Обойшевым (цит. по Н.Н.Першину «Терапевтические биотехнические системы» в кн.:

Биотехнические системы: Теория и проектирование, под ред. В.М. Ахутина. Л., ЛГУ, 1981, С.135-137). Система состоит из информационно-измерительной подсистемы, включающей блок снятия электрокардиограмм с физиологического объекта управления, аналого-цифрового преобразователя физического сигнала (ЭКГ), передаваемого в управляющую вычислительную машину, выдающую управляющий сигнал на исполнительное устройство, главный элемент которого колонка, наполненная ионообменной смолой, служащей для купирования гиперкалиемии, включена в кровоток экстракорпорально по схеме:

артерия-колонка-вена, при этом исполнительное устройство содержит автоматический шприц для введения ионов калия в кровь при гипокалиемии, при этом управляющая вычислительная машина имеет выход на дисплей как канал визуализации обработки физического сигнала о состоянии объекта управления для выработки тревожного сигнала и привлечения врача к управлению процессом гомеостазиса и коррекции показателей.

Недостатком системы является ее работа в полуавтоматическом режиме с привлечением врача для управления процессом гомеостазиса. Кроме того, система адаптирована только для обработки электрокардиограмм как информационно-измерительных сигналов о состоянии объекта управления и никак не связана с системами регулирования показателей свертывания крови.

Техническим результатом заявляемой биотехнической системы регуляции свертывания крови является создание системы автоматизированного управления параметрами свертывающей системы крови с длительным регулированием их интегральных показателей в заданном диапазоне гомеостатических колебаний.

Поставленная задача решается тем, что биотехническая система медико-терапевтического назначения с биологическим управлением по типу отрицательной обратной связи с вещественным управлением функцией регулируемой системы организма, включающая информационно-измерительную подсистему параметров системы регулирования, аналого-цифровой преобразователь физического сигнала, передаваемого в блок управления, вырабатывающий управляющий сигнал на исполнительные устройства, включающие автоматический дозатор веществ, влияющих на параметры объекта регулирования и подключенных экстракорпорально в кровоток пациента, при этом элементы системы соединены так, что выход одного блока является входом другого согласно изобретению информационно-измерительная подсистема представлена инструментально-мониторинговой подсистемой, использующей коагулограмму венозной крови в качестве физического сигнала о состоянии объекта управления; при этом управляющий блок, содержит блок сравнения фактических параметров системы регулирования и заданных моделью сравнения, блок коррекции дозировки веществ, учитывающий индивидуальную реакцию объекта управления на минимально действующие дозы вводимых веществ; блок мониторинга технического состояния исполнительных устройств и механизм отключения входа и выхода системы от объекта управления при возникновении нештатных ситуаций; при этом измерительное и исполнительное устройства, подключены экстракорпорально к венам различных конечностей.

На фигуре 1 изображена блок-схема заявляемой биотехнической системы регуляции свертывания крови.

На фигуре 2 приведена фотография исходной до наркоза коагулограммы венозной крови вне медикаментозных воздействий, причем отрезок В-С определяет время свертывания цельной крови;

отрезок В-А показывает неопределенность процесса после ретракции фибринового сгустка.

На фигуре 3 приведена фотография коагулограммы до введения веществ, изменяющих время свертывания крови.

На фигуре 4 приведена фотография коагулограммы через 5 минут после внутривенного введения раствора адреналина (1:1000) 0,3 мл на кг массы тела показывает резкое сокращение времени свертывания крови.

На фигуре 5 приведена фотография коагулограммы через 10 минут после введения антикоагулянта (гепарина) показывает длительность процесса ретракции сгустка фибрина. Коагулограммы, приведенные на фигурах 3, 4, 5, даны в одном масштабе времени.

Заявляемая биотехническая система регуляции свертывания крови включает: объект управления 1, в частности, внутреннюю среду организма, влияющую на состояние свертывающей системы организма, принимаемую как частично детерминированную систему в виде «черного ящика» с одним входом 2, в виде вены конечности, в которую вводят вещества, влияющие на свертываемость крови, и одним выходом 3, в виде вены другой конечности, из которой берут пробу крови для определения влияния введенной дозы вещества на объект управления 1 после прохождения вещества по большому кругу кровообращения;

инструментально-мониторинговую подсистему 4, включающую устройство 5 автоматического забора венозной крови, устройство получения физического сигнала о состоянии объекта управления 1 в виде микрокоагулографа 6 и блока автоматического цифрового преобразователя 7; блока управления 8, включающего блок сравнения 9, состоящий из блока фактических данных 10 состояния объект управления 1 и блока заданных параметров модели сравнения 11 объекта управления], вводимых дежурным оператором по каналу 12 с учетом индивидуальных особенностей, определенных на предварительном этапе;

при этом блок управления 8 содержит управляющий микропроцессор 13, взаимосвязанный с блоком коррекции 14 управляющих сигналов 15, поступающих из микропроцессора 13 в эффекторно-управляющую подсистему 16, включающую автоматические дозаторы анти коагулянтов 17, коагулянтов 18 и физиологического раствора 19; при этом микропроцессор 13 взаимосвязан с блоком мониторинга 20 технического состояния технических устройств и запорных элементов 21 и имеет выход на тревожный сигнал пульта оповещения 22 в случае нештатных ситуаций в подсистеме технических устройств и запорных элементов 21 и имеет механизм отключения входа 2 и выхода 3 системы от объекта управления 1 при возникновении нештатных ситуаций (на фигуре 1 не показан); при этом микропроцессор 13 имеет канал связи с блоком визуализации и архивирования 23.

Биотехническая система регуляции свертывания крови работает следующим образом.

1. На предварительном этапе обычными лабораторными методами определяют индивидуальную чувствительность пациента к минимальным дозам веществ, принятым к использованию в качестве корректирующих состояние свертывающей системы организма с учетом характера сопутствующего медикаментозного лечения.

2. С учетом выявленных индивидуальных и патологических особенностей, а также задач, поставленных перед биотехнической системой, перепрограммируют микропроцессор 13 с введением в блок сравнения 11 параметров модели сравнения, используя канал 12;

3. Подключают вход 2 и выход 3 объекта управления 1, т.е. эффекторно-управляющую подсистему 16 и инструментально-мониторинговую подсистему 4 к венозным катетерам, введенным в вены конечностей;

4. После настройки системы и включения микропроцессора 13, лечащий врач и инженер, отвечающий за техническое состояние системы, включают устройство 5 автоматического забора венозной крови, подаваемой в измерительный блок 6, после чего полученный физический сигнал оцифровывается в блоке 7 и полученные данные о фактическом времени свертывания крови из блока 10 направляются в блок сравнения 11, где фактические данные сопоставляются с заданными моделью сравнения; полученный сигнал анализируется в микропроцессоре 13 и выдается на блок визуализации 23, одновременно сигнал поступает в блок коррекции 14 для уточнения коэффициентов к управляющим сигналам 15. Например, если фактическое время свертывания крови, как интегральный показатель, соответствует заданному диапазону гомеостатических колебаний, например - не менее 2-х минут и не более 4-х минут, если не запрограммировано другое в соответствии с целями применения биотехнической системы регуляции свертываемости крови, то запрограммированный управляющий сигнал 15 приведет в действие дозатор физиологического раствора 19 (для избегания тромбирования катетера); при снижении времени свертывания менее 2-х минут (возможное влияние боли или эмоционального стресса) управляющий сигнал 15 приведет в действие дозатор с антикоагулянтом 17, который выдаст на вход 2 в объект управления 1 минимальную дозу антикоагулянта, реакция на которую была предварительно определена (см. п.1); если окажется, что под влиянием неизвестных причин время свертывания микропробы крови превысило допустимый диапазон более 4-х минут (состояние сна или влияние другого медикамента), то на вход 2 объекта управления 1 будет подан управляющий сигнал 15 для автоматического дозатора коагулянтов 18 для минимального введения доз коагулянтов (изменяющих свертывание крови физико-химическим воздействием, например, раствором хлорида кальция, биологическим коагулянтом, например, протамином или гормональном препаратом, активно влияющим на свертывание крови); при повторном анализе через 30 минут (время, запрограммированное на угасание гомеостатических реакций организма на предварительно введенную дозу вещества) реализуемый через микропроцессор 13 управляющий сигнал 15 будет зависеть от реакции объекта управления 1 на предварительно введенную дочу; при возникновении нештатных ситуаций микропроцессор 13 отключает вход 2 и выход 3 биотехнической системы от объекта управления 1.

Пример конкретного применения.

Как следует из теории биотехнических систем, (Биотехнические системы: Теория и проектирование. Под ред. В.М.Ахутина. Л., Изд. ЛГУ, 1981) морфологическая структура и функционирование любой биотехнической системы медицинского назначения должны основываться на закономерностях функционирования системы, принятой как объект управления. В отличие от «вероятностных» (стохастических) моделей биотехническая система регуляции свертывания крови относится к «ограниченно детерминированным», то есть поддающимся аналитическому описанию и позволяющим прогнозировать динамику ее состояния, при этом человеческий организм (орган или функциональная система) становится элементом системы регулирования. Термины и классификация приведены по Ахутину В.М. с соавторами («Биотехнические системы: теория и проектирование». Л., ЛГУ, 1981, с. 5).

Мы провели изучение изменений и типов реакций на медикаментозное воздействие интегральных показателей свертывающей и антисвертывающей систем организма в ходе экспериментальных операций по замещению магистральных и органных вен организма. Основные результаты приведены в публикации Е.М.Герасимова (Е.М.Герасимов «Экспериментальные обоснования операции пластики воротной вены и изменения коагулограммы крови при ней». В кн.: «Вопросы пластической хирургии и регенерации тканей». Труды Оренбургского государственного медицинского института. Том 15 Сборник научных трудов кафедр госпитальной хирургии, факультетской хирургии и оперативной хирургии. Оренбург, изд. «Южный Урал», 1969, с.106-112).

Установлено, что система регуляции свертывания крови чрезвычайно мобильна и управление по временным параметрам становится ограниченно пригодным. Например, при аллопластике воротной вены время свертывания цельной венозной крови существенно изменяется под влиянием глубины наркоза, под влиянием болевых импульсов, при изменении кровенаполнения печени. Причем, кровь легочных вен всегда имела пониженные характеристики свертывания, тогда как кровь портального бассейна, напротив, всегда имеет повышенную свертываемость относительно нижней полой вены. Различаются также параметры венозной крови перед ее поступлением в печень или легкие и после прохождения через эти органы. Соответственно изменялась и длительность действия антикоагулянтов, в частности, гепарина, вводимого в вены конечностей и в воротную вену. Причем выявлена существенная индивидуализация показателей, исключающая строго обязательное соотношение доз анти коагулянта на единицу массы тела экспериментального животного и зависимость интервалов введения антикоагулянтов от введенной дозы. При этом не удалось установить зависимости качества поверхности и порозности аллотрансплантата воротной вены от времени свертывания цельной крови и скорости фибринолизации внутренней поверхности протеза. Причем ранний тромбоз протеза неминуемо приводил к летальному исходу, а слишком раннее введение больших доз антикоагулянта неизбежно сопровождалось внутренним летальным кровотечением. Успех аллопластики всецело зависел от оперативности лабораторного определения показателей свертываемости крови. Анализы приходилось проводить практически беспрерывно (каждые два часа) первые 14 суток после начала операции, т.е. до начала эндотелизации внутренней поверхности протеза.

Выходом из создавшейся ситуации послужило создание установки непрерывной антикоагулянтной терапии, управляемой биохимической системой самого биологического объекта, т.е. без участия человека-лаборанта и, соответственно, без осознанных действий субъекта регулирования. Принцип работы устройства заключался во введении эталонной дозы анти коагулянта в одну из периферических вен и определение эффекта от введенной дозы в вене другой конечности. При этом определялась суммарная индивидуальная реакция конкретного биологического объекта, как на антикоагулянт, так и на оперативное вмешательство и его последствия без строгой расшифровки всех известных или скрытых механизмов регуляции системы свертывания крови.

Основой технического оформления частного случая реализации заявляемой биотехнической системы регуляции свертываемости крови, являлся поворотный круг, содержащий в себе капилляр, в который через катетер, введенный в вену, забирали микропорцию крови (0,05 мл), и в котором производили само исследование крови на свертываемость. После забора крови капилляр по команде с блока управления поворачивался электромагнитным преобразователем (исполнительный механизм) на определенный угол, причем к катетеру, находящемуся в вене, подводился канал дозатора с физраствором. При этом капилляр с порцией крови, контактируя с входом от микрокомпрессора, становился рецепторным блоком микрокоагулографа. Микрокоагулограф состоит из смесительной камеры, продолжением которой является капилляр, расположенный в термостате, из фотоэлемента с источником света, устройства для производства колебательного движения крови в капилляре и усгройства, которое графически регистрирует токи фотоэлемента изменяемые соответственно изменениям амплитуды движения крови в капилляре в процессе образования фибринового сгустка из порции жидкой крови. При этом под действием микропроцессора, создающего в капилляре давление с заданной периодичностью, кровь в капилляре движется. По мере изменения ее агрегатного состояния в ходе процесса свертывания капелька крови начинает «прилипать» к стенке капилляра за счет увеличения ее вязкости. При этом скорость движения и перемещения крови по капилляру уменьшаются. А после того, как из образовавшегося сгустка выделится сукровица, и он уменьшится в размере, его передвижение по капилляру, как видно на коагулограмме отрезок В-А (фигура 2), резко увеличится. Весь этот процесс регистрируется фотодиодной системой относительно функции времени.

Таким образом, момент образования фибринового сгустка, как показано на фигурах 2-5, четко прослеживается, при этом автоматически высчитывается время, прошедшее с начала принудительных дозированных возвратно-колебательных смещений микропробы крови внутри капилляра до ее тромбообразования.

В ходе поиска аналогов информационно-измерительной подсистемы параметров системы регулирования (рецепторного блока биотехнической системы регуляции свертываемости крови) были рассмотрены различные модификации тромбоэластографов, гемокоагулографов, гемокоагулометров и анализаторов крови. Для автоматизации коагулогических анализов используются в основном клоттинговые, хромогенные и иммунологические тесты (Добровольский Н.А. и др. Анализатор крови коагулогический. /Медицинская техника, 1 М.: Медицина, 1999 С.40-42). Минздрав РФ и Госстандарт РФ рекомендует использовать полуавтоматический анализатор крови коагулогический (АККШ-10-01 «МЕЛТ»), основанный на регистрации процесса фибринообразования. Функциональная схема прибора включает кювету с пробой крови, размещенной в термостате на вращающейся оси, причем ось вращения и термостат автоматически управляются микросхемами, а в кювету помещается металлический шарик, при коагуляции крови захватываемый фибриновым сгустком. При этом регистрируется время коагуляции. 10 канальный прибор разработан для автоматизации лабораторных анализов проб крови, забираемых лаборантом из вены пациента. Вследствие чего для целей биотехнической системы регуляции свертываемости крови прибор не может быть использован. По этим же причинам отклонены многочисленные аналоги (Устройство для измерения показателей свертывания крови. А.с. СССР 722538, опубл. Б.И. 11 1980;

Устройство для измерения времени свертывания крови. Патент РФ 20703327 Опубл. 1996.12.10).

Все известные автоматизированные тромбоэластографы и даже биотехнические медицинские лабораторные системы не имеют каналов связи с венозной системой пациента, адаптированы для лабораторных исследований, кроме того, требуют постоянного забора лаборантским персоналом относительно больших порций крови. Как ближайший аналог рецепторного блока рассматривали возможность автоматического измерения и регистрации процесса свертывания крови по показателям изменения электрического сопротивления крови, измеряемого внутрисосудистыми платиновыми (неокисляемыми) электродами. Этот способ определения существенно упрощал конструкцию рецепторного блока, но электроды быстро выходили из строя из-за поверхностных отложений фибрина на электродах, что, кроме метрологических проблем, создавало опасность эмболизации. Оптимальным для безопасности пациента мы сочли внесосудистый вариант размещения датчика определения интегральных показателей свертывания крови в термостатируемым рецепторном блоке.

Сама процедура экстракорпорального подключения заявляемой системы имеет существенные преимущества перед аналогом в виде меньшей травматичности. Согласно аналогу подключение производят по схеме: артерия- колонка- вена. При этом контакт артериальной крови с содержимым ионообменной колонки неизбежно сопровождается изменением параметров свертывания крови при контакте с чужеродной поверхностью. Сам факт подобного контакта чреват возможностями тромбоэмболических осложнений. В заявляемой биотехнической системе регуляции свертываемости крови экстракорпоральный контакт входа и выхода объекта регулирования ограничивается стандартными внутривенными катетерами, которые рассчитаны на длительное использование и имеют поверхность с электроотрицательным зарядом, что исключает возможность локального тромбирования.

Поскольку с помощью обычных медицинских приборов можно получить только аналоговый сигнал в случаях применения микропроцессорного блока управления такой сигнал необходимо преобразовать в цифровую форму.

Известно предложение по применению сигнальных процессоров для обработки биомедицинских сигналов, упрощающее создание автоматизированных лечебно-диагностических комплексов (С.В.Петров, A.C.Глущенко Применение сигнальных процессоров для обработки биомедицинских сигналов. Конференция «Современные проблемы радиоэлектроники». / www.rtf.kgtu.runnet.ru Время обращения 09.03 2010 16:34). При этом модуль цифровой обработки биомедицинских сигналов соединен с персональным компьютером через аналоговый мультиплексор, обеспечивающий усиление сигналов датчиков приборов до уровня, необходимого для их преобразования в модуле цифровой обработки сигналов. Техническое предложение адаптировано для обработки сигналов различных биомедицинских систем, обладающих электропроводящими датчиками, т.е. электродами ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, микрофонами ФКГ, не адаптировано для целей обработки сигналов о состоянии свертывающей системы крови.

Таким образом, примененный нами микрокоагулограф имеет преимущества для использования в заявляемой биотехнической системе регуляции свертывания крови, при этом параметры получаемой коагулограммы легко могут быть оцифрованы в блоке аналого-цифрового преобразователя биотехнической системы регуляции свертывания крови для передачи информационного сигнала в блок управления этой системы.

Важно отметить, что на сегодняшний день отсутствует общепринятый интегральный показатель, который мог быть индикатором состояния свертывающей системы крови. Эффективность антикоагулянтной терапии в ходе опытов мы определяли по динамике изменений показателей: ВС- времени свертывания (по методу Масс-Магро), ТГ- толерантности к гепарину (по Сиггу) и по протромбиновому индексу (по Леманну). Наиболее оперативным оказался контроль по времени свертывания. При этом автоматическим дозатором забирается из вены в капилляр 0,05 мл венозной крови, которую специальным пневмомеханизмом заставляют совершать дозированные возвратно-поступательные движения до момента тромбообразования, который регистрируется фотодиодной системой.

В блок сравнения микропроцессора введены как стандартизованные, но нуждающиеся в индивидуализации и коррекции в зависимости от назначения антикоагулянтной терапии, следующие параметры времени свертывания: не менее двух минут и не более четырех минут.При этом применен трехпозиционный регулятор и заложена пауза в тридцать минут для стабилизации эффекта от введения предшествующей дозы ингредиента. В качестве базовой дозы антикоагулянта принят гепарин, вводимый капельно на физрастворе в дозе 200 единиц на килограмм массы тела пациента, если не выявлена повышенная чувствительность к этому медикаменту и метод лечения основного заболевания не предписывает другую дозу. В качестве коагулянта испытаны растворы адреналина, протамина и хлорида кальция. При этом в капельную систему, закрепленную в вене конечности, растворы вводятся типовыми микродозаторами капельных растворов. Обязательным условием применения системы является необходимость раздельного введения медикаментов, то есть, взятие крови на анализ производится из вены одной руки, а введение медикамента в вену другой руки. Этим обеспечивается суммация всех биохимических преобразований медикамента и реакций различных систем организма на медикамент в ходе его миграции по большому кругу кровообращения, включая печень и легкие.

При поиске оптимальных фармакопейных медикаментов вещественного воздействия на состояние свертывающей и антисвертывающей систем организма установлены многочисленные факты изменения ее параметров под действием веществ, формально не относящихся к разряду антикоагулянтов или коагулянтов. Так, известен способ снижения свертываемости крови у человека при вдыхании паров окситоцина (патент РФ 93035038. Опубл. 1996.06.10).

Все эти факты предопределяют необходимость предварительного установления совместимости средств медикаментозного лечения пациента с типовыми средствами регуляции состояния свертывающей и антисвертывающей систем организма, заложенными в биотехническую систему, а также необходимость предварительного учета реакции объекта управления на минимально действующие дозы веществ, применяемых для поддержания гомеостазиса на заданном уровне.

Этот факт предопределил введение в структуру блока управления дополнительного блока коррекции управляющего воздействия на результаты сравнения в блоке сравнения фактических параметров свертывания крови как реакции на введение предыдущей дозы корректирующего вещества с ожидаемыми, полученными на предварительном этапе изучения реакции объекта управления. Таким образом, в блок сравнения введены параметры динамических значений интегральных показателей: «не более и не менее», а в исполнительное устройство - трехступенчатые регуляторы, выдающие требуемую дозу вещества мелкими дробными порциями с временными интервалами, достаточными для развития эффекта от предыдущей введенной дозы. Это позволило избежать эффекта кумуляции или отсроченного эффекта на введение предварительно введенной дозы вещества.

Таким образом, принцип работы заявляемой биотехнической системы регуляции свертывания крови осуществляется за счет отрицательной обратной связи при отклонении параметров системы от заданного уровня, что имитирует принцип гомеостазиса в реальном биологическом объекте. Конструктивно это обеспечивается потоком управляющих воздействий блока управления (искусственного нейрона-управляющего микропроцессора) к исполнительным устройствам (микродозаторам соответствующих веществ), количественно утихающей интенсивности в зависимости от информационных сигналов (афферентного, сенсорного потока) информационно-измерительной подсистемы параметров системы регулирования.

В связи с тем, что в систему управления между информационно-измерительным блоком измерения показателей свертываемости крови и исполнительным блоком (эффекторным блоком коррекции отклонений этих показателей от заданных моделью сравнения) включен конкретный объект управления с биологическими непредсказуемыми особенностями воздействия на систему крови (вариант «черного ящика»), предварительно определяют индивидуальную чувствительность на типовое вещество, принятое как влияющее на состояние свертывающей и антисвертывающей систем организма. Только после этого в блок сравнения микропроцессора вводится диапазон параметров модели сравнения как основа сравнения фактических параметров и заданных моделью.

Таким образом, объектом управления становится организм биологического объекта, при этом рецепторную информацию снимают с пробы крови, получаемой непосредственно из вены одной конечности, а микропроцессор оценивает суммарный эффект от введения предшествующей дозы, прошедшей большой круг кровообращения со всеми возмущающими влияниями от органов и систем организма, после введения эталонной дозы действующего ингредиента в вену другой конечности. Автоматизированное регулирование по отклонению с отрицательной обратной связью является основой управления в заявляемой биотехнической системе.

Для повышения надежности работы системы и обеспечения безопасности пациента предусмотрен блок мониторинга технического состояния исполнительных устройств (наполненность дозаторов, электроблокировка запорных устройств и др.), а также контроль состояния капельниц и внутривенных катетеров в местах подключения системы к венам пациента с возможностью отключения входа и выхода системы от организма объекта регулирования при возникновении нештатной ситуации.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемая биотехническая система регулирования свертывания крови позволяет в автоматизированном режиме, используя принцип отрицательной обратной связи, управлять параметрами свертывающей системы крови и длительно регулировать интегральные показатели в требуемом диапазоне гомеостатических реакций.

Биотехническая система регуляции свертывания крови, отличающаяся тем, что для управления по принципу интеллектуальных нейронных сетей с отрицательной обратной связью включает инструментально-мониторинговую подсистему, использующую коагулограмму венозной крови в качестве физического сигнала о состоянии объекта управления, при этом блок управления содержит блок сравнения фактических параметров системы регулирования и заданных моделью сравнения, учитывающей индивидуальную реакцию объекта управления на минимально действующие дозы вводимых веществ, вырабатывает управляющий сигнал на исполнительное устройство, включающее автоматические дозаторы веществ, влияющих на параметры объекта регулирования, блок мониторинга технического состояния исполнительных устройств и механизм отключения входа и выхода системы от объекта управления при возникновении нештатных ситуаций, при этом измерительное и исполнительное устройства подключены к венам различных конечностей.