بخشی از مقاله
خلاصه
مسئله کنترل و تنظیم فشارخون بیمار توسط داروی نیتروپروساید سدیم به عنوان سیستمی در نظر گرفته شده است. این سیستم با نامعینیهای پارامتریک، اغتشاش ها و دینامیکهای مدل نشده همراه است. تنظیم فشارخون بیمار حین عمل جراحی قلب حائز اهمیت است. میزان تزریق داروی مذکور نیز به دلیل قدرت و سرعت تاثیر آن از اهمیت خاصی برخوردار است. بنابراین کنترل فشارخون در یک بازه زمانی مشخص پیرامون فشارخون مطلوب و از پیش تعیین شده مهمترین هدف این مقالهمی باشد. اخیرا تلاشهای زیادی جهت تنظیم و کنترل فشارخون با کمک روشهای مختلف کنترلی از جمله انواع کنترلکنندههای چندگانه تطبیقی، غیرخطی، PID و غیره تا حد مطلوبی توانسته است این هدف را دنبال کند. در این مقاله سعی بر کنترل فشارخون با استفاده از روش ترکیبی H2/H می باشد. در این روش در مدت زمان مطلوب فشارخون بیمار با خطای قابل قبولی کنترل و تنظیم شده است.
.1 مقدمه
فشارخون بالا1یک بیماری مزمن است که امروزه افراد بسیاری از آن رنج می برند. معمولا فشار خون طبیعی سیستولی - یا حداکثر فشار خون - بین 100 تا 140 میلیمتر جیوه و فشار خون طبیعی دیاستولی - یا حداقل فشار خون - بین 60 تا 90 میلیمتر جیوه است. در صورتی که فشار خون بیمار برابر یا بیش از 140 بر روی 90 میلیمتر جیوه باشد، فرد از فشار خون بالا رنج میبرد. بیماران با بیشتر از این محدوده فشارخون ناچار به مراقبت و تزریق دارو جهت تنظیم آن میباشند.
داروی نیتروپروسایدسدیم در درمان نارسائی قلبی، کاهش فوری فشارخون در بیماران مبتلا به بحران فشارخون بالا و به منظور کاهش خونریزی در ناحیه تحت عمل جراحی مصرف میشود. زمان لازم برای رسیدن به اوج اثر این دارو تقریبا فوری است و طول اثر دارو پس از قطع انفوزیون 1-10 دقیقه میباشد. دو متغیر با نامهای فشار میانگین شریانی2 و خروجی قلبی1 از متغیرهای کلیدی فشار خون هستند که متخصصان توسط آنها سیستم فشار خون بیمار را توصیف میکنند. به دلیل اهمیت خاص فشار شریانی کنترل این متغیر مدنظر است. فشارخون بیمار با تزریق داروی نیتروپروساید سدیم با واحد اندارهگیری میکروگرم بر میلیلیتر کاهش یافته و تا رسیدن به میزان مطلوب کنترل میشود. با درنظرگرفتن حساسیت بیماران مختلف به این دارو تزریق آن میبایست تحت کنترل باشد چرا که تزریق بیش از حد مجاز منجر به خطرات احتمالی و جدی میشود.
بدیهی است تنظیم دوز و مانیتورینگ آن توسط اپراتور کار وقتگیری است و ممکن است با خطا روبرو شود. وجود یک روش حلقه بسته جهت تنظیم خودکار آن بسیار کارآمد میباشد. پیادهسازی این سیستم با تاخیر در ورودی - نامعینی بدون ساختار2 ضربی - ، اغتشاش - 3نویز اندازهگیری و نوسانات فرکانس پائین فشارخون بیمار - و نامعینی ساختار یافته4در مدلسازی سیستم همراه است. در گذشته محققان توانستهاند با بهرهگیری از روش کنترل تطبیقی چندگانه جهت حفظ کنترل فشار خون بیمار بدون درنظرگرفتن نامعینی در تاخیر و ثوابت زمانی خصوصیات حالتهای گذرا و دائمی خروجی را به خوبی حفظ نمایند.[2] پس از آن محققان دریافتند با توجه به ذات غیرخطی بدن انسان و محدوده وسیع حساسیت بیماران مختلف به میزان تزریق دارو، طراحی یک کنترلکننده PID نمیتواند اهداف موردنظر را برآورده سازد.
بنابراین آنها توسط روشی استوار بر اصول کنترل تطبیقی توانستند کنترلکنندهای طراحی کنند و آن را در آی سی یو بیمارستان رویال ملبورن تحت آزمایش و بررسی قرار دهند.[ 3] پس از آن با درنظرگرفتن سیستم بدن انسان به صورت غیرخطی و همراه با پارامترهای متغیر با زمان و تاخیر زمانی از اصول روش فازی مبتنی بر کنترلکننده غیرخطی PI جهت کنترل تزریق دارو استفاده شده است.[4] و آخرین تلاشها استفاده از روش کنترل تطبیقی چندگانه مقاوم5بر اساس روش سنتز جهت تعدیل فشار خون بیمار در مدت زمان معینی تحت شرایط کنترل شدهای بوده است.
[5] اگرچه سیستمهای متنوعی جهت تنظیم خودکار فشارخون با داروی نیتروپروساید سدیم طراحی شده است ولی تنها دستگاه موجود IVAC Titrator نام دارد. این سیستم شامل یک رگولاتور غیرخطی خودکارPID میباشد. این دستگاه میزان حساسیت بیمار را سنجیده و تزریق دارو را کنترل مینماید. در ادامه و در پیرو راه محققان قبلی در جهت توسعه روشهای کنترل فشارخون، سعی بر آن است تا با کمک روش ترکیبی H2/H در مدت زمان تعریف شده فشارخون بیمار را روی عدد مطلوب، متناسب با شرایط خاص بیمار تنظیم نموده و نتایج شبیهسازی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
.2 مدل حلقه باز سیستم
در شکل - - 1 مدل حلقه باز سیستم طراحی شده است. این مدل رفتار ورودی-خروجی سیستم را به صورت ریاضی طبق رابطه زیر بیان میکند. که در آن مقدار تزریق داروی مذکور با واحد میکروگرم بر لیتر و میزان کاهش فشارخون بر حسب میلیمترجیوه میباشد. خروجی سیستم y میباشد که به صورت تعریف شده است .فشار اولیه بیمار است که در لحظه اندازهگیری میشود.خروجی تحت تاثیر نویزسفید گوسی 1 با انحراف معیار 2 میلیمترجیوه قرار گرفته و خروجی واقعی را تولید میکند.
نویز گوسی سفید در واقع یک نویز پایه است که نشان دهنده تاثیر بسیاری از فرآیندهای تصادفی است که در طبیعت اتفاق میافتد و تمامی فرکانسها را شامل میشود. ثوابت زمانی ، و s به صورت ثابت و نامتغیر نسبت به زمان درنظر گرفته شده اند. [0.25, 9.5] k بهره حساسیت2 بیمار نسبت به تزریق 200 میکروگرم بر لیتر داروی نیتروپروسایدسدیم میباشد. در واقع k یک شاخص جهت سنجیدن میزان حساسیت شخص به دارو با توجه به شرایط فیزیکی و وزن وی است. و [0.25, 0.75] ثابت گردش دارو توسط خون در بدن میباشد.
