تنظيم نرخ دوز داروي بيهوشي با استفاده از كنترل‌كننده تطبيقي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

بيهوشي، حالتي است كه در آن بيمار به طور موقت هوشياري، احساس درد و برخي عملكردهاي بدني خود را از دست مي‌دهد. اين حالت با استفاده از داروهاي بيهوشي ايجاد مي‌شود و در حين عمل‌هاي جراحي براي بي‌حس كردن بيمار و كاهش استرس او به كار مي‌رود. اين مطالعه به طور ويژه بر روي روشي از بيهوشي تمركز دارد كه در آن داروهاي بيهوشي مستقيماً به رگ بيمار تزريق مي‌شوند. متخصصان بيهوشي نه‌تنها وظيفه ايجاد بي‌حسي موضعي را بر عهده دارند، بلكه مسئوليت حفظ وضعيت پايدار بدن بيمار و تأمين اكسيژن موردنياز او را نيز به عهده دارند. استفاده از سيستم‌هاي تزريق خودكار داروهاي بيهوشي، امكان كنترل دقيق‌تر و بهتري بر روند بيهوشي را فراهم مي‌كند. اين سيستم‌ها با تسهيل فرايند كنترل بيهوشي، كيفيت مراقبت از بيمار را افزايش مي‌دهند و به متخصص بيهوشي اجازه مي‌دهند تا با تمركز بر جنبه‌هاي مهم‌تر عمل جراحي، اطمينان حاصل كنند كه بيمار كمترين مقدار ممكن از دارو را دريافت مي‌كند. مطالعات نشان داده‌اند كه سيستم‌هاي تزريق داروي خودكار به طور دقيق‌تري سطح بيهوشي موردنياز بيمار را تنظيم مي‌كنند و در مقايسه با روش‌هاي سنتي، به مقدار داروي كمتري نياز دارند. براي ساخت اين دستگاه‌ها، سه عنصر اصلي موردنياز است: اندازه‌گيري، مدل‌سازي و كنترل. در ابتدا، اندازه‌گيري كه با استفاده از شاخص‌هايي مانند BIS، عمق بيهوشي بيمار به‌صورت عددي اندازه‌گيري مي‌شود. دوم، در مدل‌سازي، مدل رياضي ساخته مي‌شود تا نشان دهد كه بدن بيمار چگونه به مقدار مشخصي دارو واكنش نشان مي‌دهد. در نهايت، كنترل‌كننده نرخ تزريق دوز دارو را تعيين مي‌كند. الگوريتم‌هاي كنترلي متعددي براي تنظيم سطح عمق بيهوشي مورد بررسي قرار گرفته‌اند كه شامل كنترل‌كننده‌ PID، كنترل¬كننده¬ پيش¬بين مدل، كنترل‌كننده‌هاي تطبيقي و غيره هستند. در اين پژوهش، ما به دنبال طراحي و بهبود سيستم‌هاي كنترلي براي تنظيم دقيق مقدار داروي بيهوشي (پروپوفول) هستيم. ابتدا، يك كنترل‌كننده ساده اما كارآمد (PID) براي اين منظور طراحي شده و عملكرد آن در شرايط مختلف بررسي مي‌شود. سپس، باتوجه‌به اهميت عملكرد كنترل‌كننده در حضور نامعيني و مستقل‌بودن كنترل‌كننده از پارامترهاي مدل بيمار، كنترل‌كننده تطبيقي مدل مرجع مستقيم غير نرماليزه طراحي مي‌گردد. هر دو كنترل‌كننده‌ي طراحي شده در برخورد با بخش غيرخطي مدل بيمار، تابع هيل، از معكوس آن استفاده‌ مي‌كنند كه نيازمند اطلاعات دقيق مدل بيمار هستند. در نتيجه، در بخش بعدي اين پژوهش، با تقريب خطي تابع هيل، راهكاري جديد ارائه مي‌شود و چون در اين صورت سيستم غيرمينيمم‌فاز مي‌گردد، كنترل‌كننده‌ي مدل مرجع مستقيم با قانون تطبيقي متفاوت و استفاده از خطاي رديابي جايگزين براي اين سيستم طراحي مي‌گردد كه ميانگين درصد خطاي كنترل‌كننده‌هاي طراحي شده به ترتيب %67/0، %91/1 و %74/0 به دست آمدند. از طرفي كنترل‌كننده PID ميزان مصرف داروي پروپوفول بيشتري را در طول بيهوشي نسبت به كنترل‌كننده‌هاي تطبيقي داشت. سپس در بخش آخر پژوهش، باتوجه‌به آنكه در طول بيهوشي به دليل پمپاژ كندتر قلب و تبادل كندتر دارو ممكن است تأخير به وجود بيايد، يك كنترل‌كننده‌ي مدل مرجع مستقيم تطبيقي با قانون كنترلي متفاوت براي اين چالش طراحي خواهد شد.

231681

بيوالكتريك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان