بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله جزئیات طراحی و ساخت یک تورنیکت دیجیتال دوبل - تورنیکت با کاف دوگانه - برای استفاده در در جراحیهای کوتاه و اورتوپدی و اجرای روش بلوک بیر ارائه شده است. دستگاه دارای پنج قسمت اساسی است: - 1 کاف دوبل؛ - 2 صفحه و پنل ارتباط با کاربر جهت نمایش فشار و زمان اعمال کاف، آلارمها و خاموش و روشن کردن دستگاه؛ - 3 بردهای الکترونیکی و کنترلی شامل میکرو پمپ ویژه تورنیکت، برد کنترل کننده فشار درون کاف - فشار بالا یا پایین - ، برد الکترونیکی کنترل زمان اعمال فشار و تعویض کاف، شیرهای کنترل و تخلیه، سنسورهای مربوطه. - 4 مدارات تغذیه که شامل برد الکترونیکی سوئیچینگ جهت تبدیل برق شهر به ولتاژ مورد نیاز و تثبیت ولتاژ خروجی را در محدوده تغییرات ولتاژ ورودی از 200 تا 240 ولت است.
بعلاوه، مدارات تغذیه شامل باتری پشتیبان و مدارات مربوط به شارژ و کنترل شارژ باتری نیز میباشد. - 5 بدنه که در بر گیرنده بردهای الکترونیکی میباشد. کلیه مدارات مطابق با الزامات و استانداردهای تجهیزات پزشکی ساخته شده است. عملکرد و کارآیی دستگاه ساخته شده پس از تستهای اولیه و کنترل کیفی در آزمایشگاه ابزار دقیق پزشکی دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز، درچندین بیمارستان وابسته به دانشگاههای علوم پزشکی شیراز، علوم پزشکی یاسوج و علوم پزشکی فسا بررسی شد. که خوشبختانه صحت عملکرد و کارایی این دستگاه مورد تأیید متخصصان بیهوشی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
تورنیکت یا شریان بند نام وسیله ای است که دور اندام بسته میشود تا مسیر جریان خون درون این اندام را بطور موقت مسدود کند .[1] رومیان و یونانیها نخستین کسانی بودند که از تورنیکت استفاده کردند. در واقع تورنیکت مورد استفاده آنها تنها مقداری پارچه و یک تکه چوب بود که برای جلوگیری از خونریزی و هنگام قطع کردن یک عضو از آن بهره میبردند .[ 2]
در طول زمان، تلاش های بسیاری برای بهبود کارایی تورنیکت انجام شد. به عنوان مثال مکانیزم پیچ و تسمه در سال 1718 توسط یک جراح فرانسوی مورد استفاده قرار گرفت، او این وسیله را تورنیکت نامید، از ریشه فرانسوی tourner به معنی چرخیدن .[3] شکل ظاهری و نحوه استفاده از تورنیکت با گذشت زمان تغییرات بسیاری کرد اما اصول پایهای و کاربرد آن همچنان ثابت است امروزه تورنیکت به یک عضو جدایی ناپذیر بسیاری از اعمال جراحی تبدیل شده است. در اطاق عمل و برای بعضی اعمال جراحی ارتوپدی از نوعی تورنیکت بادی استفاده میگردد که آن را مانند بازوبند به دور بازو یا ران بسته و با باد کردن آن، از رسیدن جریان خون به انتهای اندام به طور موقت پیشگیری میشود.
به ای ن ترتی ب جراح میتواند بدون وجود مشکل خونریزی عمل جراحی را انجام دهد .[8]-[4] از دیگر کاربردهای مهم این دستگاه در تکنیک بی حس نمودن عضو جهت انجام عمل جراحی است که این نوع بی حسی عضو، بلوک بیر نام دارد. روش بلوک بیر [9]، که نامگذاری آن به افتخار مخترع این روش، A.G.Bier، بوده است، یک روش متداول در اعمال جراحی کوتاه مدت میباشد.
در این روش، که از تورنیکت با کاف دوگانه استفاده میشود، ابتدا خون را از اندام خارج کرده و سپس مقدار مشخصی از داروی بیحسی را در پایین تورنیکت بسته شده، در انتهای عضو، تزریق مینمایند. ترتیب باد کردن کاف ها و میزان فشار اعمالی در این روش بسیار مهم است. مزیت این روش سادگی و قابلیت اعتماد بالای آن است. علاوه بر آن، شروع بیحسی در این روش آنی است. در شکل 3 مراحل اجرای روش بلوک بیر را ملاحظه میکنید. به طور خلاصه از کاربردهای مهم تورنیکت میتوان به موارد زیر اشاره کرد :[10]
1. تمامی اعمال جراحی کوتاه مدت که بر روی اندام تحتانی یا فوقانی انجام میشود.
2. تکنیک بی حسی داخل وریدی.
3. استفاده در مرکز فوریت های اورژانس برای جلوگیری از خونریزیهای شدید ناشی از صدمات و پیشگیری از شوک - خونریزی، به عنوان یک نتیجه از آسیب، باعث اختلال در تعادل مایعات میشود که منجر به کاهش حجم خون و اختلال درخونرسانی بافت شده و شوک ایجاد میکند - .
4. در طب رزم، که قطع شدگی و پارگی عضو شایع است. میزان موفقیت، در موارد و روشهایی که اجرای آنها مستلزم به کار بردن تورنیکت است، تا حدود زیادی به صحت عملکرد تورنیکت مورد استفاده بستگی دارد .[17]-[11] بعلاوه، استفاده نادرست از این وسیله ممکن است باعث صدمه دیدن بیمار شود. به عنوان مثال، اعمال تورنیکت برای مدت طولانی - بیشتر از 120 دقیقه - آسیب عصبی و عضلانی به دنبال خواهد داشت .[11]
زمانی که استفاده طولانی مدت از تورنیکت مورد نیاز است، تخلیه هوای درون کاف پروگزیمال - کاف شماره - 1 بعد از مدت 30 تا 45 دقیقه و باد کردن کاف دیستال - کاف شماره - 2 میتواند ایسکمی عصبی عضلانی را کاهش دهد .[18] اعمال فشار بیش از حد به عضو ممکن است باعث آسیب دیدن شریانها، عصب های عضو و در نتیجه فلج شدن کلی و یا نسبی آن شود. بنابراین استفاده از تورنیکت های سنتی، که فشار و طول مدت اعمال آن به طور دستی کنترل میشود، به دلایل زیر ممکن است با خطر بالایی همراه باشد .[19]-[17]
1. در بسیاری از مواقع به علت نشتی تورنیکت، هوای آن خارج میشود بدون اینکه کاربر مطلع شود و باعث خونریزی در محل جراحی شده و جراح به سختی میتواند به ادامه عمل بپردازد. به علت فرسوده شدن گیج - gauge - اندازه گیری فشار، ممکن است این پارامتر بهطور صحیح خوانده نشود.
2. در این روش مدت زمان روشن و خاموش بودن پمپ تورنکیت باید توسط کاربر به صورتکاملاً دقیق کنترل گردد که امکان اشتباه در ثبت آن وجود دارد.
3. اگر درهنگام استفاده از تورنیکت دوگانه در تکنیک بیر بلاک، حین بی حسی موضعی تور نیکت تخلیه شود، حجم بالایی دارو به بدن وارد شده و مریض دچار شوک و تشنج میشود.
4. احتمال بالا رفتن فشار تورنیکت به علل مختلف و آسیب به عضو وجود دارد.
5. جراح علاقه مند به کار در یک محیط - field - عاری از خون میباشد؛ بنابراین اگر در حین جراحی تورنیکت تخلیه شود، علاوه بر از دست رفتن حجم زیاد خون، عمل جراحی مختل میشود. بنابراین، طراحی و ساخت تورنیکت دیجیتال اتوماتیک، که در آن پارامترهای حیاتی مانند فشار اعمالی و زمان خاموش و روشن بودن دستگاه بهطور هوشمند کنترل شود، یک ضرورت است. از مزیت های دستگاه های دیجیتال و هوشمند این است که علاوه بر دارا بودن دقت، سرعت و تکرار پذیری بالا، کار با آنها نیز آسان است.
تحقیقات گوناگونی در زمینه طراحی و ساخت یک دستگاه تورنیکت هوشمند انجام شده است؛ نخستین بار در اوای ل دهه 1980 دکتر جیمز مک اون، یک تورنیکت الکترونیکی مدرن - کنترل شونده توسط میکرو ک امپیوتر - اختراع کرد .[2] از آن زمان به بعد این تورنیکت مبنای طراحی و تولید تورنیکت های هوشمند فراوانی شده است. این تورنیکت ها، نسبت به نمونههای مکانیکی قبلی خود ضریب اطمینان بالاتری داشته و استفاده از آنها بسیار سادهتر است .[22]-[20]
هم اکنون مدلهای مختلفی از این دستگاه در بازار موجود است که میتوان به دستگاههای مختلف شرکتهای UZUMCU، VBM Medizin technik GmbH و TDSG International اشاره کرد. برخی از این دستگاهها تمام اتوماتیک هستند به طوری که میزان فشار درون کاف نیز توسط خود دستگاه، با توجه به فشار خون شخص، تخمین زده میشود. برخی نیز نیمه اتوماتیک بوده و تنظیمات لازم میبایست توسط کاربر انجام شود [4]، [5] و .[22]
هرچند که دستگاه های تورنیکت گوناگونی، با قابلیت و کاربریهای مختلف، در بازار کشور موجود است، این دستگاهها داری مشکلات و نواقص متعدی هستندد. از جمله این مشکلات میتوان تخلیه سریع کاف در پایان استفاده که ممکن است منجر به مسمومیت بیمار به دارو شود. در این تحقیق، یک دستگاه تورنیکت هوشمند برای رفع مشکلات مذکور طراحی و ساخته شده است.
-2 طراحی و ساخت دستگاه
تورنیکت مورد نظر در این طرح، یک تورنیکت دوبل - تورنیکت با کاف دوگانه - برای اجرای روش بلوک بیر در جراحیهای کوتاه و اورتوپدی است. بلوک دیاگرام دستگاه ساخته شده در شکل 1 نشان داده شده است. دستگاه مورد نظر از دو میکرو پمپ ویژه تورنیکت، میکرو کنترلر، شیرهای کنترل و تخلیه، سنسورها و مدارهای ویژه تشخیص فشار بالا یا پایین درون کاف، آلارم ها و واحدهای نمایش است.
در ابتدا پس از وارد نمودن میزان فشار خون بیمار توسط کاربر، دستگاه فشار لازم برای هر کاف را با استفاده از رابطه - + 150 فشارسیستولیک = فشار کاف - محاسبه می کند. که در این رابطه تمام مقادیر برحب میلی متر جیوه - mmHg - می باشند. پس از نمایش فشار محاسبه شده و تأیید آن توسط کاربر، دستگاه جهت تأمین این فشار در کاف شروع به کار میکند. میکرو پمپ شرع به کار کرده و کاف مورد نظر به اصطلاح باد میکند، بعلاوه به طور همزمان فشار درون کاف توسط سنسورهای فشار و تقویت کننده های مربوطه اندازه گیری و نمایش داده میشود.
زمانیکه فشار درون کاف به مقدار مورد نظر رسید، میکرو کنترلر پمپ را خاموش میکند. در طول عمل جراحی نیز فشار درون کاف به صورت مداوم کنترل و نمایش داده میشود بطوریکه میزان خطای بین فشار درون کاف و فشار تعیین شده توسط کاربر حداکثر %2 مقدار تعیین شده باشد. این کار توسط برنامه نرم افزاری نوشته شده و با استفاده از سیستم کنترل on/Off انجام میشود. بعلاوه، در صورتی که فشار به هر علتی بالا رود که برای بیمار خطر آفرین باشد، دستگاه با به صدا درآوردن آلارم هوای درون کاف را نیز توسط شیر ایمنی تخلیه میکند.
ولتاژ لازم برای مدارات الکترونیکی توسط یک مدار منبع تغذیه که مطابق با استانداردهای IEC 60601 طراحی میشود تعیین میشود. این برد الکترونیکی از نوع سوئیچینگ بوده و قابلیت تثبیت ولتاژ خروجی را در محدوده تغییرات ولتاژ ورودی از 200 تا 240 ولت را دارا میباشد. در شکل 2 نمایی از برد منبع تغذیه نشان داده شده است. بعلاوه، برای جلوگیری از ایجاد خلل در کارکرد دستگاه به دلیل قطع برق یک باطری نیز برای دستگاه تعبیه شده است. شارژ دستگاه توسط مدارات الکترونیکی تعبیه شده کنترل میشود. در شکلهای 3 و 4 نمایی از دستگاه ساخته شده نشان داده شده است.
-3 نتایج تست دستگاه
عملکرد و کارآیی نمونه آزمایشگاهی دستگاه دیجیتال اتوماتیک ساخته شده بهصورت کمی و کیفی مطابق زیر انجام شد. ابتدا تستهای اولیه و کنترل کیفی مطابق با دستورالعمل IPM 443- 0595 در آزمایشگاه ابزار دقیق پزشکی دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز انجام شد. مطابق با این دستورالعمل حداکثر خطای نمایشگر فشار کاف و تایمر - نشان دهنده زمان سپری شده - میبایست به ترتیب %5 و 2 دقیقه باشد.
