بخشی از مقاله
چكیده
تئوری فازی توسط در سال 1965 زاده معرفی شد. در طول دو دهه اخیر، کنترل منطق فازی به عنوان یکی از زمینه های جذاب و قابل توجه و پربار برای تحقیقات دراستفاده ازتئوری فازی برای مسائل مهندسی واقعی است. FLC در واقع یک جایگزین عملی برای روشهای متداول کنترل است که برای انواع کنترل کاربردی قابل استفاده است به دلیل آن که یکروش مناسب برای پیاده سازی کنترل کننده های خطی وغیر خطی ازطریق استفاده ازهر دو اطالعات اکتشافی وریاضی فراهم می کند. در این مقاله سعی شده است تا کابرد منطق فازی در کنترلهای فشار متوسط شریانی و رونوشت فازی را بیان نماید.
مقدمه
منطق فازی بیش از بیست سال پس از 1965 از درگاه دانشگاهها به بیرون راه نیافت زیرا کمتر کسی معنای آنرا درک کرده بود. در اواسط دهه 80 میلادی قرن گذشته صنعتگران ژاپنی معنا و ارزش صنعتی این علم را دریافته و منطق فازی را بکار گرفتند. اولین پروژه آنها طرح هدایت و کنترل تمام خودکار قطار زیرزمینی شهر سندای بود که توسط شرکت هیتاچی برنامهریزی و ساخته شد.
نتیجه این طرح موفق و چشمگیر ژاپنیها به طور ساده اینگونه خلاصه میشود: آغاز حرکت نامحسوس - تکانهای ضربهای - قطار، شتابگرفتن نامحسوس، ترمز و ایستادن نامحسوس و صرفه جویی در مصرف برق. از این پس منطق فازی بسیار سریع در تکنولوژی دستگاههای صوتی و تصویری ژاپنیها راه یافت - از جمله نلرزیدن تصویر فیلم دیجیتال ضمن لرزیدن دست فیلمبردار - . اروپاییها بسیار دیر، یعنی در اواسط دهه 1990 میلادی، پس از خوابیدن موج بحثهای علمی در رابطه با منطق فازی استفاده صنعتی از آن را آغاز کردند.
-1کاربرد منطق فازی در فشار متوسط شریانی
یکی از مسایل مهم در عملهای جراحی، قرار گرفتن بیمار در وضعیت مناسب بیهوشی است .وظیفه متخصصان و تکنسینهای بیهوشی هم این است که با استفاده از داروهای مختلف، سطح بیهوشی بیمار را در حین انجام عملیات و مداخلات جراحی در سطح مناسب نگهدارند و از آثار سوء دوز کم دارو که هوشیاری در حین بیهوشی است و نیز از آثار سوء دوز اضافی دارو که مسمومیت دارویی و طولانی شدن دوره احیا و بازیابی بیمار است، جلوگیری کنند . لذا برای متخصصان بیهوشی اطلاع از سطح بیهوشی بیمار بسیار مهم است
آنها اغلب با توجه به تجربیات شخصی و وضعیت پارامترهای مانیتور شده بیمار سطح هوشیاری بیمار را تخمین زده و دارو تجویز می نمایند .اما با توجه به ریسکهای فراوان این کار، از سالهای گذشته محققان تلاش کرده اند با پردازش علایم حیاتی به پزشکان یاری دهند .در نتیجه این تحقیقات و پیشرفت تکنولوژی، روشهای ارزیابی on-line سطح بیهوشی مانند شاخصBIS یا پتانسیلهای اوک [1] معرفی شده اند و امروزه پیشنهاد می شود این دستگاههای مانیتور که از پردازش EEG استفاده می کند، در اتاقهای جراحی به کار رود .اما استفاده از این دستگاهها در حال حاضر به طور گسترده و همواره مقدور نیست
با توجه به این موضوع و در نظر گرفتن اینکه پزشکان متخصص بیهوشی و تکنسینهای بیهوشی بیشتر علاقمند هستند از پارامترهای قلبی -عروقی مانند تغییر تعداد ضربان قلب و فشار خون استفاده کنند[ 2] ، این ایده مطرح می شود که سطح بیهوشی براساس پارامترهای محسوس قلبی تعیین شود، تا پزشکان بتوانند به آن اعتماد کنند. در گذشته محققین در [2-4] نظرات متخصصین بیهوشی معیارهایی برای تعیین سطح بیهوشی و کنترل آن برمبنای فشار خون و ضربان قلب مطرح کرده اند ولی چون در آن زمان روشی برای ارزیابی صحت این معیارها، وجود نداشت، در مورد میزان دقت چنین پارامترهایی بررسی نشد .اما در حال حاضر با وجود و پذیرش در خور توجه آن در محافل علمی BIS دستگاه امکان ارزیابی و اعتبار سنجی مانیتورینگ قلبی وجود دارد. با چنین بررسیهایی می توان معیارهایی قابل اعتماد بر اساس پارامترهای قلبی بدست آورد و در مواردی که امکان وجود ندارد، از این معیارهای BIS استفاده از دستگاه جایگزین استفاده نمود.
متخصصصان و پزشکان، هوشبری عمومی را نتیجه ترکیب -سه جزء کارکردی یعنی -1 حذف درک و هوشیاری، -2 حذف درد - حذف رفلکسهای خودکار قلبی -تنفسی - -3 حذف رفلکسهای عضلانی میدانند .با توجه به اینکه میزان تحریکهای جراحی در حین عمل تغییر می کند، متخصصان بیهوشی باید به طور پیوسته درجه بیهوشی را تنظیم نمایند تا از دوزهای کم و زیاد اجتناب شود
و از فعالیت زیاد سیستم اعصاب سمپاتیک که می تواند باعث آسیب ارگانهای حیاتی بدن شود، جلوگیری شود.[5] تاکنون تلاشهای بسیاری صورت گرفته است محققین که سالیان متمادی روی این موضوع تحقیق کرده اند، از پارامترهای مختلفی برای تعیین عمق بیهوشی در نتیجه تحقیقات این گروه[2] و [6-7] استفاده نموده و سایر گروههای تحقیقاتی معلوم شد که سیگنال EEG و اوکهای آن بهترین پارامترهای مشخص کننده عمق بیهوشی را در بردارند. در بسیاری از مراکز درمانی و اتاقهای جراحی به علت هزینه دستگاه و سنسورهای مخصوص آن تجهیزات مربوط به اندازه گیری BIS وجود ندارد
همانطور که گفته شد وظیفه اصلی یک متخصص بیهوشی کنترل عمق بیهوشی در طی عمل جراحی به منظور فراهم نمودن عمل جراحی بدون درد و راحت برای بیماران است] .[9-11 با این حال، عمق بیهوشی را،به راحتی نمی توان اندازه گیری نموده و یا تخمین زد. اندازه گیری میزان فشار متوسط شریانی - - MAP،ضربان قلب و اندازه مردمک چشم برخی ازاطلاعات مربوط به عمق بیهوشی MAP است که به عنوان مطمئن ترین راهنما برای تزریق بیحس کننده های بیهوشی مورد استفاده قرارمی گیرد.
فشار متوسطشریانیMAP بیمار باید در یک محدوده ازپیش تعریف شده برای کنترل خوب عمق بیهوشی قرار بگیرد.دلیل اصلی برای کنترل خودکار عمق بیهوشی آزاد شدن - وقت - متخصص بیهوشی - ازتزریق بی حس کننده های بیهوشی - برای توجه به کارهای دیگری که فقط اومی تواند انجام دهد - اختصاصا او - ،از قبیل کنترل تعادل مایعات در بدن، تهویه و مواد،برنامه های کاربردی است که در نتیجه افزایش ایمنی بیمار نمی تواند تا حد زیادی خودکار باشد.
به این ترتیب، به نظر می رسدکنترل فشار متوسطشریانیMAP ،به عنوان مهم ترین راه موثر در کنترل عمق بیهوشی باشد. در سال های اخیر، منطق فازی برای کنترل فشار متوسطشریانیMAP استفاده شده است. به این دلیل که دانش فشار متوسطشریانی - - MAP کارشناسان بیهوشی1 میتواند بااستفاده ازمنطق فازی در داخل یک کنترل کننده تعبیه شود.[4] با این حال، اثرات تغییرات پارامتر بر کنترل عملکرد سیستم به وضوح دراغلب مطالعات انجام شده در نظر گرفته نشده است.
-2رونوشتبرداری فازی
رونوشت برداری فازی یک روش رونوشت برداری ناهمگام3 است که در آن تنها با رخ دادن تغییرات مهم عمل رونوشت برداری برای مقصد انجام می شود. در روش فازی شده عمل رونوشت برداری محدود به هیچ دوره زمانی بخصوصی نبوده و در صورت براورده شدن شرایط فازی عمل رونوشت برداری آغاز می شود. در این روش تغییرات مهم توسط تریگرهای فازی که در نقش استخراجگر4 عمل می کنند تشخیص داده می شوند. این روش برای حذف دوره پوشش برنامه در رونوشت برداری مشتاق و نیز جهت داشتن دوره پوشش رونوشت برداری پویا و متغییر بر اساس رویدادهای فازی در روش رونوشت برداری تنبل کاربرد دارد.
در ادامه معماری رونوشت برداری فازی که دارای دوره پوشش وفق پذیر می باشد که آنرا دوره پوشش فازی می نامیم، ارائه خواهد شد. دوره پوشش فازی مدت زمان تاخیری است در یک سیستم پایگاه داده که از زمان آخرین همگام سازی انجام شده تا وقوع یک رویداد فازی مانند if few sales are big -" "sale then start replication بطول می انجامد. زمانیکه یک رویداد فازی رخ می دهد عمل رونوشت برداری آغاز خواهد شد و این هدف اصلی رونوشت برداری فازی می باشد که زمانیکه یک رویداد فازی رخ می دهد بتواند عمل رونوشت برداری را آغاز نماید. دوره پوشش فازی یک زمان ثابت نمی باشد و بستگی به ارزش اطلاعات تغییر یافته و قوانین فازی تعریف شده بر روی تغییرات داده ها دارد.
-1-1 کمیت سنج هاي فازي:
در سیستم های منطق کلاسیک از دو نوع کمیت سنج جهانی6 و وجودی7 استفاده می شود. اما در سیستم های فازی اجازه داده می شود تا از انواع گسترده تری از کمیت سنج ها بهره مند شویم. بعنوان مثال کمیت سنج های چون معمولا8، بیشترین9، چندین10 و غیره را می توان در سیستم های فازی استفاده کرد. کمیت سنج های فازی را براحتی می توان در پایگاه های داده استفاده نمود زیرا در پایگاه داده مجموعه های ساختیافته ای چون جدول بطور طبیعی وجود دارد. یک کمیت سنج فازی را می توان بصورت "Q A's ARE B" نمایش داد که در این قالب Q بیانگر کمیت سنج مربوطه و A بیانگر فیلد جدول که مربوط به مجموعه فازی خاصی می باشد و B بیانگر فازی ترم مربوط به همان مجموعه فازی فیلد است و بیانگر آنست که Q عنصر از یک مجموعه فازی A شرایط فازی گزاره B را براورده می سازند.
-1-1-1 روش محاسبه کمیت سنج هاي فازي:
برای محاسبه کمیت فازی از دو روش می توان استفاده کرد. یکی روش محاسبه عمومی است و دیگری روش محاسبه جزئی است. در روش محاسبه عمومی که آقای ولسکی و همکارانش در [3] معرفی کردند مجموع خروجی تابع عضویت گزاره B برای تمامی رکوردها را می باید بر تعداد کل رکوردهای جدول اطلاعاتی تقسیم نمود و سپس عدد بدست آمده را که عددی بین صفر و یک می باشد را بعنوان مقدار ورودی تابع عضویت کمیت سنج Q قرار می دهیم تا درجه درستی کل رکوردهای قرار گرفته در شرط فازی برآورد شود. اما از این روش نمی توان در فازی سازی رونوشت برداری استفاده نمود بعلت آنکه در این روش داده های غیر ضرور که در شرایط فازی رونوشت برداری قرار ندارند نیز در محاسبات فازی دخیل می باشند، از این رو روش جدیدی را جهت محاسبه کمیت سنج های فازی ارائه می کنم و از آن به روش محاسبه جزئی نام می بریم. کمیت سنج فازی جزئی بر اساس رکوردهای هدف محاسبه می شود.
رکوردهای هدف عبارتند از تمام رکوردهای ثبت شده جدیدی که شرط گزاره فازی را برآورده می سازند و بعد از آخرین عمل همگام سازی درج شده اند. مقدار ورودی تابع عضویت کمیت سنج جزئی عبارتست از تعداد رکوردهای هدف. در این روش محاسباتی جدید برای کمیت سنج جزئی از جملات زبانی مانند تعداد کمی1، و تعداد زیادی2 و امثالهم استفاده می شود. دامنه این جملات زبانی جدید R+ می باشد. بعد از هر عمل همگام سازی در روش رونوشت برداری فازی مجموعه هدف که شامل تمامی رکوردهای هدف می باشد تهی می گردد و بعد از عمل همگام سازی هر تغییر رکورد جدید که شرط فازی را براورده می سازد در مجموعه هدف جهت استفاده در محاسبات کمیت سنج جزئی اضافه خواهد شد. ابتدا روش محاسبه عمومی را با ذکر مثالی تشریح و در ادامه به بیان روش جدید محاسبه جزئی و تغییراتی که باید در سیستم محاسباتی لحاظ شود پرداخته خواهد شد.
-1-1-2 کمیت سنج عمومي:
برای اینکه مفهوم کمیت سنجی فازی با معنا شود نیاز به تعریف روشی است که بتواند تعداد عناصر یک مجموعه فازی را بشمارد. از اینرو مفهوم سیگما-کانت3 برای این منظور استفاده می شود.
سیگما-کانت نسبی A در B به آسانی توسط تابع عضویت A و B محاسبه می شود. هنگامیکه A یک مجموعه خشک4 باشد، گام دوم محاسبه درستی کل گزاره "Q A's ARE B" می باشد. برای این منظور می باید خروجی سیگما-کانت هدف یعنی را بعنوان ورودی تابع عضویت مجموعه فازی Q قرار دهیم در روش محاسبه کمیت سنج عمومی مقدار عددی بین صفر و یک است و کلیه جملات زبانی مجموعه فازی Q مانند most بر روی بازه اعداد صفر تا یک نقش می شوند.
اما در روش محاسبه کمیت سنج جزئی عدد هر مقدار بزرگتر یا مساوی صفر می باشد و جملات زبانی مجموعه فازی Q مانند many در بازه اعداد بزرگتر از صفر قابل تعریف می باشند. پس مجموعه فازی Q در روش اول با روش دوم متفاوت است و قابلیت بیشتری را در تعریف کمیت سنجهای فازی جهت استفاده برای عمل رونوشت برداری فازی در اختیار قرار می دهد. هر چند که بعضی از جملات زبانی در این روش جدید قابل تعریف نمی باشند.
به عنوان مثال جملاتی مانند most یا usually که در روش محاسباتی نسبی قابل تعریف می باشند در این روش جدید نمی توان استفاده نمود، زیرا کمیت most بر روی تمامی رکوردهای یک جدول اطلاعاتی تعریف می شود که در روش جدید سعی شد رکوردهای غیر هدف از محاسبات حذف گردند. در عوض با این روش می توان از کمیت سنج های جدیدی مانند many یا few و a little و غیره استفاده نمود.-مجموعه مقادیر فروش رفته عبارتست از Sales={200, 15, 550, 25, 400}
- کمیت سنج فازی many نیز بصورت مقابل تعریف شده است:
Triangular - 3, 5, 7 -
- متغیر زبانی mediumSale نیز قبلا در مجموعه فازی SaleFuzzySet بصورت روبرو تعریف شده است:
Trapezoidal - 10, 20, 450, 500 -
-1-1-3 کمیت سنج جزئي توسعه یافته:
ما از کمیت سنجهای فازی جزئی مانند many بجای کمیت سنجهای عمومی مانند most برای عمل رونوشت برداری استفاده می کنیم ولی همچنان می توان نو آوری هایی در آن برای رونوشت برداری فازی ایجاد کرد. فرض کنید بجای گزاره فازی "PDQ\ PRWRUV DUH KRW" گزاره فازی جدیدی مانند "PDQ\ PRWRUV DUH KRW TXDQWLILHG ZLWK $PRXQW - LHOG" داشته باشیم. این گزاره در حالت کلی بصورت "4 $ʼV $5 - % 4XDQWified ZLWK &" می باشد که بدین معناست Q عنصر از مجموعه A شرط فازی B را براورده کند و تعداد - مقدار - رکورد جاری که باعث ایجاد رویداد شده است برابر C می باشد.
-1-1-4 کمیت سنجهای جدید جهت رونوشت برداري فازي:
بطور معمول برای ارزیابی یک گزاره فازی مانند "many motors ARE hot threshold 0.3" اگر خروجی تابع عضویت عبارت فازی " ARE hot" بزرگتر از 0.3 باشد و شرط many نیز براورده شده باشد آن گزاره درست ارزیابی می شود. اما در رونوشت برداری فازی با گزاره های فازی مانند "many motors ARE hot quantified wiyh AmountField threshold 0.3" سروکار داریم. در این حالت فقط درستی شرط " ARE hot" برای رونوشت برداری کاربردی ندارد. ما مقدار جدیدی را بنام تعریف می کنیم که باید با حد آستانه مقایسه شود. اگر بزرگتر از حدآستانه 0.3 باشد گزاره فازی "many motors ARE hot quantified wiyh AmountField threshold 0.3" درست ارزیابی می شود.
اگر گزاره فازی درست ارزیابی شود آن وقت رونوشت بردار فازی عمل همگام سازی را شروع می نماید.گزاره فازی "many motors ARE hot quantified wiyh AmountField threshold 0.3" را در نظر بگیرید. در اینصورت هیچگاه عمل همگام سازی آغاز نخواهد شد حتی اگر کمیت سنج فازی many درست ارزیابی شده باشد و دارای مقداری بزرگتر از 0.3 باشد. در این حالت هر تعداد رکورد دیگری هم درج شود که F آن کمتر از حد آستانه 0.3 باشد باز هم عمل همگام سازی آغاز نخواهد شد.
