Поиском экологически чистых методов получения самого энергоемкого и легкого из всех видов топлива занимаются многие исследовательские группы как в России, так и за рубежом. Ученые Самарского государственного технического университета сфокусировались на генерации водорода из попутного нефтяного газа. Проект получил поддержку Инновационного фонда Самарской области.
Подробнее: https://volga.news/article/653401.html
В различных медучреждениях страны уже не первый год используется первая зарегистрированная российская система хирургической навигации AUTOPLAN. Ее разработали специалисты Самарского государственного медицинского университета Минздрава России. С применением AUTOPLAN проведено уже более полутора тысяч высокотехнологичных операций. А в январе этого года было получено регистрационное удостоверение на обновленную версию системы.
AUTOPLAN — это инновационная технология навигации и интраоперационной визуализации. Она помогает хирургам планировать и выполнять операции с высочайшей точностью. На подготовительном этапе пациенту проводят исследование (КТ или МРТ), результаты которого затем загружаются в программную среду AUTOPLAN. В ней производится планирование хирургического вмешательства: строится 3D-модель нужного органа или анатомической структуры, выделяется целевая патология и опасные зоны (куда нельзя проникать и что нельзя задеть при операции), планируются траектории введения инструментов хирурга в ходе операции.
“В среднем планирование операции занимает от 15 до 20 минут, в сложных случаях — до 40 минут, — рассказывает начальник отдела медицинских навигационных систем Института инновационного развития СамГМУ Артем Морев. — Это зависит от типа и вида патологии, расположения опасных зон и других факторов. Во время операции осуществляется интраоперационный контроль: с помощью специального навигационного инструментария хирург отслеживает положение инструмента, в режиме реального времени видит, достиг ли он локации целевой патологии. После завершения хирург может просмотреть видеопротокол операции”.
Как поясняет Артем Морев, навигационная станция решает несколько важных задач. Во-первых, это обеспечение точности во время операции. Во-вторых, переход к малоинвазивным хирургическим вмешательствам — это ускоряет восстановление пациента, снижает травматичность и позволяет быстрее вернуться к обычной жизни.
“Кроме того, AUTOPLAN обеспечивает снижение рисков для врача, — говорит Артем Морев. — При грамотном планировании и хороших навыках управления комплексом в ходе интраоперационного контроля практически отсутствует вероятность ошибки. К тому же, система в реальном времени сама просигнализирует о том, что что-то идет не так”.
Система хирургической навигации AUTOPLAN сейчас используется в крупнейших медицинских центрах страны: НМИЦ нейрохирургии им. академика Н.Н.Бурденко, Федеральном центре нейрохирургии в Тюмени, ГКБ им. С.П.Боткина, НИИ скорой помощи имени Н.В.Склифосовского и других медучреждениях.
Основная сфера применения AUTOPLAN — нейрохирургия головного мозга и позвоночника. Но операции уже проводятся также в эндокринной хирургии, травматологии и челюстно-лицевой хирургии. Например, в декабре 2022 года с помощью системы AUTOPLAN провели уникальную операцию девушке, которая в результате травмы потеряла часть нижней челюсти. Пациентке установили индивидуальный эндопротез, напечатанный на 3D-принтере. Его тоже разработали ученые Самарского государственного медицинского университета и изготовили на собственной производственной площадке в соответствии с анатомическими особенностями пациента. AUTOPLAN помог максимально точно установить эндопротез.
В 2023 году аппаратно-программный комплекс планируют также адаптировать к ЛОР-хирургии.
В январе 2023 года было получено регистрационное удостоверение на обновленную версию системы. В ней добавлена дополнительная стойка с монитором, на котором дублируется информация с основного экрана AUTOPLAN. Такая стойка пригодится во время операций, в которых задействована большая хирургическая бригада и не все могут увидеть экран. Также теперь есть возможность размещения экранов визуализации и для хирурга, и для его ассистента.
Материал, из которого производят комплект навигационного инструментария, заменен на алюминий. Это нужно для снижения массы инструментов, что приведет к снижению усталости хирурга и повышению точности вмешательств. Также теперь будут использоваться светоотражающие сферы собственного производства.
Кроме того, произведена интеграция с микроскопами Zeiss и Leica, это было необходимо для использования AUTOPLAN в сосудистой хирургии — хирургии аневризм и других сосудистых патологий в головном мозге. При интеграции в окуляры микроскопа навигационная станция в режиме дополненной реальности передает визуальную информацию об очаге патологии: например, границы опухоли, сегментацию аневризмы. Это помогает хирургу при манипуляциях на малых (до 2 мм) анатомических структурах.
Проект по направлению «Автоплан.Навигация, медицинская робототехника» реализуется в Самарском медуниверситете в рамках участия в федеральной программе поддержки университетов «Приоритет 2030». Серийный выпуск системы хирургической навигации налажен в собственном Центре серийного производства СамГМУ.
Сейчас проходит подготовка документов на зарубежную регистрацию системы AUTOPLAN.
Поиском экологически чистых методов получения самого энергоемкого и легкого из всех видов топлива занимаются многие исследовательские группы как в России, так и за рубежом. Ученые Самарского государственного технического университета сфокусировались на генерации водорода из попутного нефтяного газа. Проект получил поддержку Инновационного фонда Самарской области.
Возглавляет команду исследователей заведующий кафедрой «Физика», руководитель научно-исследовательского центра «Фундаментальные проблемы теплофизики и механики», доктор технических наук Игорь Кудинов. По его словам, только в России ежегодно 23 миллиарда кубометров попутного нефтяного газа сжигается на факельных установках, то есть расходуется впустую и негативно влияет на окружающую среду. Задача, которую ставят перед собой политеховцы, — не просто использовать его при выработке водорода, но и делать это рационально. Работы ведутся в лаборатории на базе кафедры «Газопереработка, водородные и специальные технологии».
Чтобы вырабатывать водород, ученые намерены подвергать газ пиролизу, то есть разложению, в присутствии катализаторов. Реакция также позволит дополнительно получать углерод и применять его в химической промышленности, металлургии, медицине и строительстве.
«Генерация водорода из природного газа — это термический процесс: пиролиз метана протекает при нагреве до определенной температуры. Ввиду низкой теплопроводности газа для его эффективного прогревания нужно, чтобы он либо двигался с большими скоростями у поверхности нагрева, либо чтобы таких поверхностей нагрева в реакторе было много. И то, и другое достаточно сложно осуществить на практике, для этого требуются компетенции теплофизиков», — объясняет нетривиальность стоящей перед инноваторами задачи Игорь Кудинов.
Одна из перспективных технологий, которую развивают в Самарском политехе, — пиролиз углеводородного сырья в жидких металлах. Объединив усилия, ученые создали специальное диспергирующее (распыляющее) устройство, с помощью которого газ подается в расплавленный металл в виде мелких пузырьков. За счет рассеивания увеличиваются поверхность и время контакта между ними, то есть вещество лучше прогревается, разлагается и, соответственно, конвертируется.
Результаты первых экспериментов показали, что концентрация водорода на выходе из вузовского реактора составляет около 79%, при этом в обычных реакторах она равна 70%. Однако сотрудники университета считают, что и это не предел. Эталон чистоты водорода, к которому стремятся в научном сообществе, составляет 99,9%, на такой показатель нацелены и ученые Самарского политеха. Для этого в университете будут использовать гибридные реакторы. Установить их помогут коллеги из Московского физико-технического института, специализирующиеся в области плазмохимической технологии.
«Метан будет предварительно проходить через плазму, в процессе чего будут образовываться свободные радикалы и углеродные наночастицы, — поясняет руководитель научно-исследовательского центра. — Затем прошедший предварительную обработку газ будет подаваться в расплавы металлов или солей и проходить окончательную стадию пиролиза. Это позволит уменьшить энергию активации реакции и увеличить процентное содержание водорода на выходе».
Сейчас самарские ученые работают над созданием экспериментальных стендов жидкометаллического пиролиза метана. Аналогов таких установок не существует. Поскольку термический пиролиз протекает при высоких температурах — до 1000 градусов, а водород — это взрывоопасный газ, такие установки и используемые в них материалы должны отвечать особым требованиям. Предполагается, что генерировать водород они смогут без выбросов вредных оксидов углерода в атмосферу. При этом предлагаемая технология будет не только экологичной, но и гораздо менее затратной, чем существующие — такие, как, например, электролиз.
«Продуктом пиролиза является не только водород, но и углерод — это ценное сырье, которое можно использовать в резиновой промышленности, в дорожном строительстве, в фармацевтике, — перечисляет Игорь Кудинов. — Кроме того, при пиролизе образуются еще и кристаллические нанодисперсные частицы углерода. Сейчас пробы таких углеродных отложений находятся в лаборатории Института органической химии Российской академии наук. Исследования их структуры сканирующей и просвечивающей электронной микроскопией показали наличие упорядоченных углеродных нановолокон. Их извлечение из общей массы углеродного материала и использование на практике будут являться предметом дальнейших исследований сотрудников нашего университета».
В решении научной проблемы заинтересованы крупнейшие нефтегазовые российские компании, которые могли бы применять пиролиз не природного, а попутного нефтяного газа, чтобы не сжигать его. Подписан договор о научном сотрудничестве между Самарским политехом и Новосибирским государственным техническим университетом. Самарцы будут испытывать катализаторы новосибирских коллег на своих стендах пиролиза в газовой фазе, жидких металлах и плазме тлеющего разряда.
Андрей Ленин
