Аспирант факультета компьютерных и физико-математических наук ВятГУ Михаил Туев вместе с научным руководителем Сергеем Ворончихиным, зав. кафедрой физики и методики обучения физике, разработал и запатентовал серию технических устройств медицинского назначения. Все разработки основаны на так называемом вихревом эффекте, или эффекте Ранка-Хилша, который заключается в разделении рабочего тела, чаще всего сжатого газа, на две фракции при закручивании в цилиндрической или конической камере. При этом периферия рабочего тела образует закрученный поток с большой температурой (порядка плюс 500С), а в центре – охлажденный поток (температура порядка минус 400С), закрученный в противоположную сторону.
Эффект был открыт французским инженером Ранком в конце 20-х годов прошлого века, а на исходе 40-х гг. устройство вихревого энергоразделения было значительно улучшено немецким инженером Хилшем. Впоследствии вихревым эффектом заинтересовались исследователи по всему миру. Сейчас разработано большое количество разновидностей вихревых труб для различных потребителей, в основе которых применяется вихревое энергоразделение рабочей среды, чаще всего, сжатого воздуха.
Разработки исследователей Вятского государственного университета относятся, прежде всего, к медицинской сфере. Применение вихревой трубки в указанной сфере до недавнего времени ограничивалось охлаждением конечности перед вводом лекарственных средств при полиомиелите и созданием криогенных установок для хранения биологических объектов.
Михаил Туев и Сергей Ворончихин расширили возможности применения вихревого эффекта, предложив ряд актуальных моделей медицинской техники. Одна из них – мобильная установка термостатирования.
Устройство работает следующим образом: в предварительно охлажденный термоконтейнер, внутри которого находятся испаритель и термогранулы, помещается биопрепарат. Затем на вход испарителя прикрепляется выход холодного потока вихревой трубки Ранка-Хилша. На вход вихревой трубки Ранка-Хилша подается воздух из компрессора при помощи пневмошланга. Затем холодный поток из вихревой трубки попадает в испаритель, проходит по его контуру, тем самым обеспечивая требуемое охлаждение термогранул, -
рассказал Михаил Туев.
Предложенная модель может использоваться для хранения и транспортировки биопрепаратов. Для этих же целей создано и другое устройство – портативная термостатическая установка, обеспечивающая возможность регулирования и поддержания необходимого температурного режима внутри термоконтейнера с точностью до десятых долей градуса Цельсия в широком диапазоне температур.
Установка для локальной криотерапии также относится к медицинской технике. Это оборудование может применяться в криохирургии и косметологии. Михаил Туев прокомментировал:
При работе трубки исходный воздушный поток разделяется на два - холодный и горячий. Горячий поток отводится в атмосферу через специальный глушитель. Холодный поток используется для проведения сеанса криотерапии. Для повышения эффективности распределения холодного потока могут быть использованы специальные глушители и насадки.
Техническим результатом модели является повышение надежности и отказоустойчивости при практически мгновенном обеспечении широкого диапазона рабочих температур от минус 400С до плюс 20С.
Вихревой инсуффлятор предназначен для поддержания внутриполостного (абдоминального) давления с целью облегчения визуализации состояния внутренней поверхности и содержимого полости при проведении лапароскопичеких операций и других медицинских процедур.
В данном случае вихревая трубка используется в качестве вакуумного насоса с возможностью подогрева исходящего газа. Горячий конец вихревой трубки через контрольный манометр и бактериальный фильтр соединен с оперируемой полостью полимерной трубкой, что обеспечивает возможность нагнетания внутрь полости необходимого давления при помощи используемого газа, при этом газ подогревается. Холодный конец вихревой трубки, используемый в данном случае для отсасывания избыточного давления и, возможно, посторонних биологических включений, также может быть соединен с оперируемой полостью полимерной трубкой через контрольный манометр и бактериальный фильтр с выходом в приемную емкость, -
пояснил Михаил Туев.
Среди разработок ученых ВятГУ – хирургический аспиратор, предназначенный для отсасывания крови, гноя и различных жидкостей, частиц тканей и газов из операционных ран и других полостей во время и после операций.
Следует назвать и еще одно изобретение – вихревой термостат МРТ, относящийся к области теплотехники и рекомендованный для использования в теплообменном оборудовании, в частности в термостатах. Модель относится к устройствам, позволяющим поддерживать заданную температуру теплоносителя. Она может применяться в различных областях медицинской техники, в частности для термостатирования теплоносителя МРТ.
Вихревая трубка обладает высокой надежностью (нет вращающихся деталей, различного рода приводов, хладагентов), ценовой привлекательностью (например, почти в 20 раз дешевле ближайших традиционных холодильных компрессионных аппаратов для локальной криотерапии), неограниченной продолжительностью рабочего цикла и отсутствием необходимости в систематическом квалифицированном обслуживании, -
подытожил Михаил Туев, сделав акцент на несомненных плюсах устройств, созданных на основе эффекта Ранка-Хилша. При этом автор разработок упомянул и о «ложке дегтя». Ею, считает исследователь, является относительно невысокий КПД.
Фото заголовка: внешний вид мобильной установки термостатирования (1 – компрессор с системой фильтрации и осушения воздуха; 2 – вихревая трубка; 3 – термоконтейнер)
Рис.1: устройство простейшей вихревой трубы
Рис.2: пневмосхема мобильной установки термостатирования (1 - компрессор; 2 - вихревая трубка; 3 - термоконтейнер; 4 - испаритель; 5 - термогранулы; 6 - термостатируемый объём)
Рис.3: установка для локальной криотерапии
Рис.4: вихревой инсуффлятор
Рис.5: хирургический аспиратор
