فایل مدلسازی و کنترل غیر تهاجمی پمپ های خون قابل کاشت در بدن برای بیماران نارسایی قلبی

توضیحات

فایل مدلسازی و کنترل غیر تهاجمی پمپ های خون قابل کاشت در بدن برای بیماران نارسایی قلبی
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
تجهيزات کمکي بطن چپ(LVAD)، پمپ­هاي مکانيکي است که به کمک عمل جراحي در بدن بيماراني که در مراحل خطرناک و نهايي نارسايي تراکمي قلب هستند، قرار مي­گيرد و به ادامه يافتن جريان خون همچون حالت طبيعي از قلب بيمار کمک مي­نمايد. پمپ­هاي نوع روتاري يا چرخان، ميزان جريان خون عبوري از LVAD را به کمک کنترل سرعت متغير پره­هاي پمپ کنترل مي­نمايد.
يکي از چالش هاي مهم در بکار بردن اين تجهيزات، اجتناب از پمپاژ بيش از اندازه خون از بطن چپ (که به عنوان پديده مکش يا Suction شناخته مي­شود) مي­باشد، که باعث تخريب قلب بخاطر سرعت بالاي پمپ مي­شود. يکي از نوآوري­هاي اين سيستم کنترلي، کنترل سرعت براي اجتناب از قرارگيري در اين محدوده مي­باشد.
در اين پايان نامه، ابتدا مدار ترکيبي مدل غير خطي متغير با زمان، LVADبا سيستم قلبي- عروقي مورد بررسي قرار خواهد گرفت. با استفاده از اين مدل، مشخصه مکش (Suction Index) براي تشخيص حالت مکش مورد آزمايش قرار مي­گيرد. در پايان، سيستمي کنترلی، بر پايه منطق فازي و مدل پيشگويانه ارائه خواهد شد که سيگنال جريان پمپ را براي تنظيم سرعت پمپ بر اساس مشخصه مکش و آستانه مربوطه تنظيم مي­کند. هدف اين روش کنترلي، بروزرساني و متناسب­سازي سرعت چرخش پمپ براي تطابق با تغييرات فيزيولوژيکي بيمار در کمترين زمان و بدون رخداد پديده مکش مي­باشد.
نتايج شبيه­سازي براي شرايط مختلف و سطح فعاليت­هاي مختلف بيمار ارائه خواهد شد و قدرتمندي کنترلر در کاهش اثرات نويز نيز مورد بحث و بررسي قرار خواهد گرفت.
کليات
براساس ارزيابي سازمان سلامت جهاني و آمار به دست آمده توسط اين سازمان، حدود يک سوم از بيماري­هاي رايج در سراسر دنيا، به بيماري­هاي قلبي اختصاص دارد. موضوع حائز اهميت، سير صعودي ابتلا به اين بيماري­ها بخصوص در زمينه 'نارسايي انقباضي بطن چپ' است که يکي ازمهم­ترين و حادترين انواع بيماري­هاي قلبي محسوب مي­شود[1]. عارضه حاصل از اين بيماري، پمپاژ نامناسب خون و در نتيجه، نرسيدن ميزان کافي خون به ارگان­ها و اعضاي بدن مي باشد.
اگرچه، درمان­هاي دارويي تاثير بسزايي در بهبود کيفيت زندگي بيماران نارسايي انقباضي قلب دارد، اما تا زماني که اين نوع درمان براي بلند مدت قابل استفاده نباشد، کاهش آمار بالاي مرگ و مير اين بيماران امکان پذير نمي­باشد. در نتیجه، عمليات پيوند قلب، تنها روش مطمئن و قابل قبول براي درمان موارد جدي نارسايي انقباضي قلب خواهد بود.
عموماً بيماران مبتلا به نارسايي تراکمي قلب، براي دريافت قلب مناسب جهت پيوند، مي­بايست مدت زماني طولاني (حدود يک سال يا حتي بيشتر) در انتظار بمانند، و بديهي است که در طول اين مدت، امکان وخيم­تر شدن بيماري آنها و اختلال بيشتر در عمليات پمپاژ خون به وسيله قلب وجود دارد. از اينروست که، تجهيزات کمکي بطن چپ(LVADs)، مي­توانند به عنوان پلي براي رسيدن به مرحله جراحي، به کمک قلب ضعيف بيمار آمده و شرايط مساعدي را برايبيمار تا زمان عمل جراحي فراهم نمايند[2].
تجهيزات کمکي بطن چپ(LVADs)
تجهيزات کمکي بطن چپ (LVADs) را بر اساس الگو و روش پمپاژ خون، به دو دسته عمده مي­توان تقسيم کرد:
LVADهاي جابجايي مثبت (ضرباني) و LVADهاي توربوديناميک (روتاري). نسل اول از اين تجهيزات،LVAD هاي ضرباني بوده که رفتار عملکردي شبيه ضربان قلب داشته و جريان طبيعي خون را به همان شکل توليد مي­نمايد. LVADهاي روتاري به عنوان نسل جديدتر اين تجهيزات، جريان خون پيوسته­اي را به جاي جريان ضرباني توليد مي­نمايند. بعلاوه، LVADهاي روتاري امکان اتصال به قلب و شريان و کاشت زير پوست را به ما مي­دهند که بطور معمول در حفره درون قفسه سينه و يا فضاي اضافي آن کاشته مي­شوند [1]. امروزه LVADهاي روتاري به دليل اندازه کوچکتر، وزن کمتر، بقاء و پايداري بيشتر [3] و راندمان بالاترشان نسبت به نوع ضرباني و معمول آنها، به شکل فراگيرتري در درمان­هاي کلينيکي مورد استفاده قرار مي­گيرند.
LVAD روتاري، پمپ مکانيکي است که به کمک عمل جراحي از بطن چپ تا آئورت و مابين آنها، در بدن بيمار قرار مي­گيرد، تا به اين وسيله، به تامين جريان خون کافي، که قلب بيمار به تنهايي قادر به فراهم آوردن آن نيست، کمک نمايد [2]. پمپ­هاي روتاري به کمک تغيير سرعت چرخششان، ميزان جريان خون عبوريرا کنترل مي­نمايند. به واسطه کنترل اتوماتيک سرعت چرخش اين پمپ­ها، که بر اساس نيازهاي فيزيولوژيکي بيمار تنظيم مي­شود، اين امکان به بيمار داده مي­شود که، از پزشک مربوطه، بيمارستان و مراقبت­هاي ويژه دور باشد، و تا زمان عمل جراحي پيوند قلب از سطح سلامت قابل قبولی برخوردار باشد.
پدیده­های مهم در LVADها
با توجه به سرعت چرخشLVADهاي روتاري، دو پديده مهم در عملکرد آنها اتفاق مي­افتد:
پديده اول: در صورتي که سرعت چرخش پمپ خيلي پايين باشد، خون از آئورت به بطن چپ برگشته و به عنوان جريان برگشتي (Backflow) شناخته مي شود.
پديده دوم: در شرايطي که سرعت چرخش پمپ بالا باشد، پديده مکش (Suction) اتفاق مي­افتد،که اين رخدادي نامناسب است، چرا که سبب فعاليت بيش از حد پمپ براي پمپاژ ميزان خون بيشتري از آنچهدر بطن چپ موجود است، مي­شود و اين اتفاق مي­تواند منجر به تخريب و يا آسيب رساندن به بافت­هاي قلب شود. بنابراين، آنچه حائض اهميت است، اجتناب از پيشآمد هر دو پديده در هنگام عملکرد LVAD مي­باشد، بالاخص پديده مکش که بمراتب خطرناک­تر است.
براي اين که پديده مکش رخ ندهد، دو مرحله عمليات مي­بايست انجام شود. مرحله اول، شناسايي و آشکار ساختن پديده مکش است. در سال­هاي اخير روش­هاي مختلفي براي حل مسئله آشکارسازي پديده مکش پيشنهاد و ارائه شده است. پايه اصلي اغلب اين روش­ها و دستاوردها، آناليز متغيرهاي مشخصي همچون سرعت چرخش پمپ، جريان خون عبوري از پمپ و جريان الکتريکي موتور پمپ مي­باشد. اين متغيرها ممکن است در زمان رخداد پديده مکش به شدت و ناگهاني تغيير کنند.