فایل مدلسازی و کنترل غیر تهاجمی پمپ های خون قابل کاشت در بدن برای بیماران نارسایی قلبی
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته پزشکی (آموزش_و_پژوهش)
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.