بخشی از مقاله
طراحی کنترلر پیش بین به منظور کنترل دوز داروی مصرفی بیمار
چکیده
کنترل پیش بین، کنترلی پیشرفته است که می تواند در مـدل هـای دارای تـاخیر عملکـردی مطلـوب داشـته باشـد. کنتـرل کننده های پیش بین مبتنی بر مدل های دینامیکی فریند،آ عمدتاً مدل های خطی تجربی است که بـا شناسـایی سیسـتم بـه دست آمده اند.MPC1 توانایی پیش بینی رخدادهای آینده و اتخاذ اعمال کنترلی متناسب با آن را دارد ولی کنترل کننده هـای ٍPID توانایی پیش بینی را ندارند. در سیستم های پزشکی بعداز مصرف دارو، بیمار نیاز به مدت زمانی تـاخیر دارد تـا دارو در بدن آن اثر نماید. لذا باید تزریق دارو با دقت فراوانی انجام گردد. برای نگهداری حالت پایدار بیهوشی می بایست مدام تزریق دارو کنترل گردد که این امر از توانایی انسان خارج است. در این مقاله، برای کنترل دارو از یک کنترلـر، کـه بـا وجـود عـدم قطعیت مدل، بتواند به درستی عمل کند، استفاده گردیده است. این کنترلر پیش بین قادر است با یک مدل سـاده کنتـرل دوز داروی مصرفی را انجام می دهد به گونه ای سلامت بیمار پایدار گردیده است.
کلمات کلیدی: کنترل پیش بین، کنترل مصرف دارو، تاخیر زمانی
.1 مقدمه
کاهش و تنظیم فشار متوسط شریانیَ توسط تزریق سدیم نیتروپروسیدُ امری رایج در بیمارستان ها می باشد. از آنجایی که این تزریق خاصیت سمی و مرگ آوری دارد تزریق آن نیازمند مانیتورینگ دقیق است. همین امر سبب گردیده است تا تحقیقات زیادی در این زمینه انجام گیرد. پژوهش های مختلفی جهت کنترل این تزریق در حال انجام نیز می باشد. طراحی کنترلرهایی به کمک شبکه های عصبی، شبکه های فازی، کنترل پیش بین و .... انجام گرفته است. کنترل فشار خون بعلت اهمیت بالا در سلامتی فرد، از دیرباز مورد توجه قرار گرفته است.کنترل کننده های تناسبی-انتگرالگیر-مشتقگیر اولین سیستم هایی بودند که برای این منظور استقاده شدند. تنظیم بهره از جمله نکات مهمی بود که باید در این کنترل ها مدنظر گرفته می شد. مدل های فارماکوکینتیک در مطالعات سم شناسی ناشی از جمع شدن داروهای تزریقی در عضو یا بافت و نیز پیش بینی تاثیر اختلالات فیزیولوژیکی در عملکرد بافت ها مورد استفاده قرار می گیرند.
داروهای مختلفی ممکن است برای یک بیمار بکار برده شود اما هدف، به صورت خاص بر روی داروهای بیهوشی است و تاثیر آن ها را بر روی فشار خون مورد بررسی قرار می دهیم و سعی در ارائه یک مدل برای آن هستیم. با استفاده از این مدل فارماکوکینتیکی امکان پیش بینی رفتار دارو در بدن برای متخصص بیهوشی فراهم می آید.
غلظت دارو در محل اثر که تعیین کننده میزان تاثیر فارماکولوژیک است باعث ایجاد یک رابطه قوی بین عمق بیهوشی و غلظت پلاسمایی ثابت پایدار یا فشار نسبی مواد بیهوشی دهنده می دهد. این مدل می تواند در طراحی سیستم تزریق دارو جهت رسیدن به یک غلظت مشخص که باعث نگه داشتن بیمار در یک سطح خاص از بیهوشی است مورد استفاده قرار می گیرند. کنترل میزان دارو در بدن بیمار در اتاق عمل بسیار مهم می باشد چرا که نگهداشتن بیمار در یک سطح خاص برای جلوگیری از صدمه رسیدن به بیمار امر بسیار مهمی است.
روش هایی که برای این کار بکار برده می شود عموما روش دستی است که این روش ها با خطای زیادی همراه است ولی برای این کار روش های خودکاری نیز وجود دارد که با استفاده از یک پمپ تزریق و یک کنترلر میزان تزریق را کنترل می کنند. تزریق خودکار باعث ایجاد اثرات مطلوب دارویی و رسیدن به غلظت پلاسمایی مورد دلخواه و باعث ایجاد زمانبندی مناسب جهت بروز اثرات مطلوب دارویی می گردد.
.2 مدل سازی براساس مدل فارماکوکینتیک
فارماکوکینتیک، به مطالعه پروسه پخش دارو در داخل بدن و تغییرات غلظت دارو در نواحی مختلف بدن می پردازد. برای ورود دارو به بدن دو راه وجود دارد: راه اول، گوارشی است و راه دوم، هر راه دیگری غیر از آن که Parenteral باشد. در راه گوارشی شخص دارو را می خورد، مناطقی از سیستم گوارشی که دارو را می توانند جذب کنند شامل دهان، زیر زبان ، شکم و روده بزرگ و کوچک است.
اما یدبا دانست که دارو تنها از طریق دهان و روده کوچک است که مستقیماً وارد گردش خون سیستمی می شود و دارو از طریق راه های دیگر وارد گردش بدن می گردد که دارو را به کبد می رساند و سپس از طریق سیاه رگ ها دارو،نهایتاً وارد گردش خون سیتمی می شود. در شکل((1 میزان غلظت برای انواع مختلف دریافت دارو بر حسب زمان نشان داده شده است.
منخنی I نشان دهنده حالتی است که دارو به آرامی جذب می شود و رفته رفته غلظت دارو در پلاسما افزایش می یابد تا زمانی که به بیشترین مقدار خود می رسد و سپس به مرور مقدار دارو در خون به واسطه برخی پروسه ها کاهش می یابد. منحنی II نشان دهنده حالتی است که تزریق ناگهانی و سریع دارو داریم که معمولا تزریق درون رگی است، همان طور هم که در شکل (1) دیده می شود در همان لحظه تزریق غلظت ناگهانی افزایش می یابد و سپس به مرور کم می شود.
منحنی III نشان دهنده حالتی است که تزریق مداوم و پیوسته انجام می شود که در این حالت بعد از زمان کمی میزان غلظت دارو و خون به مقدار ماندگارٌ خود رسیده و در هر جا که تزریق قطع شود، غلظت شروع به افت می کند.
در مدل های فیزیولوژیکی، حرکت دارو وابسته به نرخ جریان خون در داخل بافت یا ارگان بوده و شامل ملاحظات نرخ جابجایی ماده در ناحیه مورد نظر بوده است. برای تعریف پارامترهای مدل احتیاج به غلظت تجربی دارو در پوست و خون است. داروهای مختلفی ممکن برای یک بیمار بکار برده شود که در این مقاله به صورت خاص بر روی داروهای بیهوشی کار می گردد و تاثیر آن ها را بر روی فشار خون مورد بررسی قرار می گیرد.
با استفاده از مدل فارماکوکنتیکی امکان پیش بینی رفتار دارو در بدن برای متخصص بیهوشی فراهم می گردد. غلظت در محلی که تعیین کننده میزان تاثیر فارماکولوژیک است باعث ایجاد یک رابطه قوی بین عمق بیهوشی و غلظت پلاسمایی ثابت پایدار یا فشار نسبی مواد بیهوشی دهنده می دهد. این مدل می تواند در طراحی سیستم تزریق دارو جهت رسیدن به یک غلظت مشخص که باعث نگه داشتن بیمار در یک سطح خاص از بیهوشی است مورد استفاده قرار می گیرد.
مدلی که برای این منظور در نظر گرفته شده است براساس[1] است. در این مدل همانطور که در زیر هم می توان دید برای بیان پاسخ بیمار به داروی نیروی پروساید از یک تابع تبدیل استفاده گردیده است که در آن P(s) میزان تغییرات فشار شریانی و I(s) نرخ تزریق دارو در بدن است و داروی ورودی یک ارتباط ساده در نظر گرفته شده است. ضرایب تابع تبدیل برای افراد مختلف متفاوت است.
برای مثال برای افراد حساس به دارو صفر است. از آنجا که هدف در این مقاله پیاده سازی کنترلر پیش بین است لذا ما نیاز به یک مدل خیلی کامل نداریم و می توان مدل را به صورت ساده تری در نظر گرفت. حال کنترلر برای افراد حساس با 0 در نظر گرفته می شود ومدل ساده تری دارند. نتیجتاً مدل نهایی با جایگذاری مقادیر ضرایب بر اساس [1] برای افراد حساس به صورت زیر است:
.3 سیستم تزریق خودکار دارو:
همانطور که گفته شد فشار نسبی به میزان تزریق دارو با واسطه تابع تبدیلی که بیان گردید وابسته است. کنترل میزان دارو در بدن بیمار در اتاق عمل بسیار مهم می باشد، چرا که نگهداشتن بیمار در یک سطح خاص برای جلوگیری از صدمه رسیدن به بیمار امر بسیار مهمی است. روشهایی که برای این کار بکار برده می شود عموماً روش دستی است که این روشها با خطای زیادی همراه است ولی برای این کار روش های خودکاری نیز وجود دارد که با استفاده از یک پمپ تزریق و یک کنترلر میزان تزریق را کنترل می کنند. تزریق خودکار باعث ایجاد اثرات مطلوب دارویی و رسیدن به غلظت پلاسمایی مورد دلخواه و باعث ایجاد زمان بندی مناسب جهت بروز اثرات مطلوب دارویی می گردد. مزایای تنظیم خودکار دارو را می توان به صورت زیر بیان کرد:
✓ تزریق خودکار قادر است با سرعت زیادی شرایط مطلوبی را بدون عوارض قلبی عروقی مشهود ایجاد کند.
✓ برای نگهداری حالت پایدار بیهوشی می بایست مدام تزریق دارو کنترل گردد که این امر از تواایی انسان خارج است.
✓ با استفاده از این سیستم می توان مناسب ترین پارامترهای مدل فارماکوکینتیکی را برای هر جمعیتی تعیین کرد.
✓ مقایسه روش تزریق خودکار و دستی نشان می دهد که با روش خودکار میزان میزان بروز کمتری از سختی عضلانی و کاهش فشار خون و کاهش ضربان قلبی ایجاد می شود.
✓ برای کنترل خودکار تزریق دارو احتیاج به یک پمپ تزریق و یک کنترلر است که ورودی پمپ را کنترل می کند.
