قلب، بطن، کنترلر، ضربان، عبوری، دهلیز، آشکارسازی، سیاهرگی، قلبی،، چرخش، می¬باشد.، قلب،

در این سیستم، اندیس¬ها و شاخصه¬های مکش بر اساس دامنه زمانی، دامنه فرکانسی و دامنه فرکانسی-زمانی و تلفیق آنها، برای ایجاد تصمیم¬گیری در مورد الگوهای جریان عبوری از پمپ تعیین می¬شود. این الگوها در این سیستم، با استفاده از روش¬های آنالیز تفکیکی (DA)، به طور صحیح دسته بندی می¬شوند. این سیستم، به کمک دو سری اطلاعات عملی و مدل شبیه¬سازی، آزمایش شده و نتایج خوبی به دست آمده است.
دکتر Mason و همکارانش [8]، یک آشکارساز حالت مکش مطمئن را پیشنهاد نمودند. این آشکارساز، با استفاده از هفت دسته اندیس دامنه زمانی از جهش¬های مثبت مشاهده شده در شکل موج سرعت چرخش پمپ، به جای سیگنال جریان عبوری از پمپ طراحی شده است. ایشان، محدودیت¬ها و دامنه¬های متفاوتی از اندیس¬های مکش را برای بیماران متفاوت در نظر گرفتند. آزمایش مربوطه، با هر دو اندیس سیگنال مکش و اندیس مزدوج مکش انجام شد و نشانگر این نکته بود که شاخص¬های مزدوج مکش بهتر و مناسب¬تر از شاخص سیگنال می-باشند.

تاریخچه و سیر تحول طراحی کنترلرهای مربوطه

پس از عملیات آشکارسازی مکش، مرحله دوم برای جلوگیری از رخداد پدیده مکش در زمان استفاده از LVADهای روتاری، طراحی و ارائه یک کنترلر مناسب به گونه¬ای است که، نه تنها باید توانایی تنظیم اتوماتیک سرعت چرخش پمپ را داشته باشد و همواره آن را پایین¬تر از سرعتی که در آن مکش رخ می دهد، قرار دهد، بلکه میزان کافی خروجی قلبی (CO) و فشار لازم برای برآورده شدن نیازهای فیزیولوژیکی بدن بیمار را فراهم کند. دکترYi Wu و چند تن ازهمکارانش [9]، کنترلر پیشرفته¬ای را برای آشکارسازی پدیده مکش ابداع کردند. این کنترلر از نوع تناسبی- انتگرالی (PI) بهینه می¬باشد که برای بهینه¬سازی توان تابع وزنی غیر خطی ورودی کنترلی (سرعت پمپ) و سیگنال¬های خطا (اختلاف بین سیگنال خروجی مرجع و سیگنال خروجی واقعی)، مورد استفاده قرار می¬گیرد. با استفاده از تابع وزنی غیرخطی، مکش به کمک این کنترلر PI توسعه یافته، آشکارسازی خواهد شد. اما این کنترلر، میزانی را برای فشار آئورتی به عنوان مرجع در نظر گرفته است که، در عمل نمی¬تواند بطور پیوسته وجود داشته باشد.
دکتر Vollkron به همراه همکارانش [10]، ارائه یک سیستم کنترلی اتوماتیک سرعت را برای پمپ¬های خون کاشته شده در بدن انسان مطرح نمودند. سیستمی کامپیوتری، که بتواند کارایی پمپ را براساس اطلاعات عملکردی موجود از آن (همچون دبی عبوری، سرعت، جریان الکتریکی و مصرف توان) آنالیز کند. نتایج عملی نشان داد که این سیستم کنترلی اتوماتیک سرعت، حتی می¬تواند برای بیمارانی با آریتمی شدید و دیواره¬های بسیار نازک، خوب و مناسب، عمل کند.
دکتر Shaohui Chen و همکارانش، طی تلاش¬های مستمر، موفق به ساخت [12و11] یک کنترلر فیدبک بر پایه فشارسنج باروفلکس (Baroflex) شدند،که با یک مدل سیستم قلبی، مرتبط و هماهنگ شده است. نتایج عملی نشان داد که این کنترلر فیدبک می¬تواند سرعت چرخش پمپ را بر اساس مقدار مقاومت سیستمی قلب (SVR) تنظیم کند. این مقدار مقاومت، حاصل ضرب سطح فعالیت بیمار و میزان ضربان (HR) او می¬باشد و تحت کنترل است. این کنترلر نشان داد که، قادر است به بیماران دارای نارسایی تراکمی قلبی، تحت شرایط فیزیولوژیکی متغیر و متفاوت، کمک بسزایی نماید. اگرچه، هیچ سیستم آشکارسازی مکشی در این مدل وجود ندارد.
دکتر Ferreira و همکارانش [14و13]، سیستم کنترلی را بر اساس کنترلر منطق فازی (FLC) طراحی کردند. در این سیستم، آشکارساز مکش دو مقدار مجزا را به عنوان خروجی تولید می‌کند که این دو مقدار، به عنوان ورودی‌های کنترلر فازی نیز استفاده می‌شوند. کارایی این سیستم کنترلی در شبیه‌سازی‌هایی که برای مقادیرمختلف مقاومت سیستی قلب انجام شده، مورد آزمایش قرار گرفته است.این شبیه¬سازی¬ها نشان می¬دهد که، این سیستم کنترلی می¬تواند به صورت اتوماتیک، سرعت پمپ را برای اجتناب از رخداد پدیده مکش تنظیم کند، وعملی بودن آن را اثبات نماید. اگرچه، ذکر شده است که وجود باروفلکس در این سیستم، عملکرد مناسب¬تر چنین کنترلری را تضمین می¬کند.
دکتر Simman و همکارانش [15]، نوعی کنترلر فیدبکی را بر پایه سیگنال جریان یا همان دبی عبوری از پمپ-که به عنوان تنها متغیر پیوسته قابل اندازه گیری بوده و از تکنولوژی سنسورهای جریانی بهره می¬گیرد- را در نظر گرفتند. در این طرح، سرعت چرخش پمپ بر اساس شیب پوش منحنی سیگنال جریان حداقلی عبوری از پمپ در هر سیکل قلبی، بروزرسانی می‌شود. بنابراین، این رهآورد، به عنوان یک الگوریتم دنبالگر اکسترمم (ESA)‌ در نظر گرفته می‌شود. نتایج نشان داد که کنترلر پیشنهاد شده تا زمانی که نسبت سیگنال به نویز خیلی پایین (کمتر از20dB)، به سیگنال جریان عبوری از پمپ اضافه شود، نسبتا خوب عمل می¬کند.

مطلب مرتبط با این موضوع :  ,، اتوماسیون، معادن، کامپیوتر، ربات، استخراج، معدن، CAM، CAD، بازدهی، CNC، mining

سیر بررسی مطالب

در این پایان نامه هدف این است که از روش آنالیزیشناخته شده با نام Min-Mean-Max بهره گرفته شود. این روش بر طبق مقادیر متوسط، کمینه و بیشینه سیگنال جریان عبوری از پمپ، که تنها متغیری است که می‌تواند به کمک تکنولوژی سنسورهای اندازه گیری جریان، به شکل زمان حقیقی اندازه¬گیری شود، عمل می¬کند.
این معیار برای تست اندیس و شاخص مکش استفاده شده و برای آشکارسازی وجود پدیده مکش بکار می¬رود. همچنین محدوده مرتبط با شاخص مکش،مشخص خواهد شد. بعلاوه اینکه اندیس مکش ذکر شده برای بروزرسانی سرعت پمپ به شکل پیوسته و به منظور رفع نیازهای فیزیولوزیکی بدن بیمار بدون رخدادپدیده مکش، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
روند ارائه مطالب این پایان نامه به شرح زیر است:
فصل دوم؛ این فصل به بررسی برخی مفاهیم پایه‌ای ساختار قلب، مدل مداری پایه‌ای برای قلب و مدل ترکیبی قلب و LVAD خواهد پرداخت و سپس به آنالیز برخی نتایج شبیه سازی مدل ترکیبی قلب و LVAD پرداخته خواهد شد.
فصل سوم؛ آنچه که در این فصل مورد بررسی قرار می¬گیرد، روش “کمینه-متوسط-بیشینه” می¬باشد. همچنین، آنالیزهای بعدی برای تست شاخص مکش به کمک سیستم آشکارساز مکش و با اطلاعات عملی و مدل شبیه سازی پدیده مکش، انجام خواهد شد.
فصل چهارم؛ در این فصل به مطالعه کنترلر تلفیقی فازی-مدل پیش¬بین پرداخته شده و نتایج شبیه سازی آن ارائه خواهد شد. در نهایت قدرتمندی این کنترلر نسبت به نویز مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
فصل پنجم؛ نتیجه¬گیری¬های مربوطه و فعالیت¬های بعدی نیز دراین فصل، بیان خواهند شد.

سیستم قلب و مدل مربوط به آن

در این فصل، برخی مفاهیم ابتدایی و پایه¬ای مرتبط با قلب و همچنین ساختار فیزیولوژیکی آن ارائه خواهد شد. برای درک بهتر مدل ترکیبی قلب-LVAD، اشراف به این مطالب لازم و ضروری می¬باشد. شرح مطالب این فصل، بهترتیب زیر خواهد بود.
سیستم قلب و گردش خون در بخش (2-1) ارائه خواهد شد. بخش (2-2)، شرح سیکل عملکردی قلب با جزئیات آن خواهد بود. بخش (2-3)، به بررسی مدل مداری قلب خواهد پرداخت. در بخش (2-4)، مطالعه یک مدل ترکیبی از قلب و LVAD انجام خواهد شد و پاسخ مدار باز این مدل به کمک دو الگوی متمایز از سرعت چرخش پمپ یعنی ورودی پله و شیب و برای مقادیر متفاوت مقاومت سیستمی قلب (SVR) شبیه سازی خواهد شد.

مطلب مرتبط با این موضوع :  ٍ، ثثِ، دس، اص، ثبصاسیبثی، کٌٌبیغ

قلب و سیستم گردش خون

قلب

قلب، عضو مهمی در سیستم گردش خون است. قلب در حفره صدری یا همان محفظه قفسه سینه، بین ریه¬های چپ و راست قرار دارد. زمانی که قلب منقبض می¬شود، سایز آن به اندازه مشت فرد خواهد شد. استخوان¬های قفسه سینه، دنده¬ها و غضروف¬ها، در مجاورت سطوح جلویی و بالایی قلب قرار دارند. بعد از قلب، مری و حفره صدری قرار گرفته¬اند. بخش تحتانی قلب، به ماهیچه دیافراگمی نزدیک بوده و در بخش فوقانی آن وریداجوف یا سیاهرگ بزرگ (Superior Vena Cava)، آئورت و شریان ریوی قرار دارد. شیارهایی در سطح قلب وجود دارند. شیارهای اکلیلی (Coronary Sulcus) که بخش جدایش و حدی بطن و دهلیز می¬باشد. شیار طولی قدامی -خلفی (anterior-posterior longitudinal sulci) که صفحه جدایش بطن چپ و بطن راست می¬باشد. شکل (2-1)، بخش¬های جلویی و عقبی قلب را نشان می¬دهد.

(الف)

(ب)
شکل2- 1- نماهای جلویی و عقبی قلب [16]

قلب عضوی تو خالی است که درون آن به چهار بخش و یا حفره تقسیم می¬شود. دو حفره بالایی، دهلیز¬ها می¬باشند که با دیواره دهلیزی به دهلیز چپ و راست تقسیم می¬شوند. همچنین دو حفره پایینی، که بطن¬ها نام دارند و به وسیله دیواره بطنی به بطن چپ و راست تقسیم می¬گردند. شکل (2-2)، ساختار اصلی قلب را نشان می¬دهد.

شکل2- 2- ساختار اصلی قلب [16]
سیستم گردش خون

سیستم گردش خون، شامل قلب و بخش¬های مربوط به انتقال خون ( شریان¬ها، شریان¬های کوچک یا مویرگ¬ها و خون) است،که وظیفه آنها رساندن اکسیژن و مواد مغذی به بافت¬های بدن و گرفتن محصولات فرعی از متابولیسم بدن می¬باشد. شکل (2-3-الف)، بلوک دیاگرام فرآیند گردش خون در بدن انسان را نشان می¬دهد. این فرآیند، شامل دو چرخه است: چرخه سیستمی و چرخه تنفسی (2-3-ب).

(الف)

(ب)
شکل2- 3- بلوک دیاگرام و چرخه سیستمی و تنفسی فرآیند گردش خون انسان [31]

چرخه سیستمی، که به عنوان چرخه اصلی نیز شناخته می¬شود، از بطن چپ آغاز می¬گردد. زمانی که بطن چپ منقبض می¬شود، خون دهلیز، که شامل اکسیژن و مواد مغذی برای تغذیه بافت های بدن است، از طریق بطن به آئورت پمپاژ شده و سپس از طریق شاخه¬های مختلف شریان¬ها وارد مویرگ¬ها می¬گردد. خون شریان¬ها، تبدیل به خون سیاهرگی یا وریدی می¬شود و حاوی دی اکسید کربن و محصولات متابولیک است که به شکل گاز و محصولاتی خواهند بود که از طریق مویرگ¬ها از سلول¬ها و بافت¬های بدن دریافت می¬گردند. خون سیاهرگی، از طریق مویرگ¬ها به رگ¬های کوچک (Venules) وارد شده و به سمت ورید اجوف فوقانی و تحتانی جریان یافته، و از سطوح مختلف سیاهرگ¬ها به سینوس کرونری (Coronary Sinus) برمی-گردد و سپس به دهلیز راست می¬رود. پس از آن، خون سیاهرگی ازطریق دهلیز راست به سمت بطن راست جریان یافته و چرخه تنفسی شروع می¬شود.
چرخه تنفسی گردش خون، که به عنوان چرخه فرعی نیز از آن نام برده می¬شود، از بطن راست شروع شده و با انقباض بطن راست، خون سیاهرگی به شریان ریوی رفته و سپس به مویرگهای دیواره کیسه¬های تنفسی ریه می¬رود. این عمل،از طریق تمام شاخه¬های شریانی موجود در ریه صورت می¬پذیرد. پس از آن، خون سیاهرگی تبدیل به خون سرخرگی حاوی اکسیژن اشباع شده، می¬گردد، که این عمل به کمک تبادل گازها بین رگها و کیسه¬های هوایی شکل می¬گیرد. پس از آن، خون سرخرگی از طریق مویرگها به رگهای کوچک رفته و به سمت وریدهای ریوی چپ و راست میرود و از طریق آنها به سمت دهلیز چپ جریان می¬یابد. نهایتاً، خون سیاهرگی از دهلیز چپ وارد بطن چپ شده و یک چرخه سیستمی دیگر آغاز خواهد شد.

مطلب مرتبط با این موضوع :  حسابداران، مدیران، مدیریتی، موسسات، حسابداری، استقلال

سیکل قلبی

بررسی برخی از مفاهیم اصلی

در این بخش، قبل از پرداختن به مبحث ساختار سیکل یا چرخه قلبی، که موضوع اصلی این قسمت می¬باشد، لازم است که برخی مفاهیم اصلی و پایه¬ای مرتبط با این ساختار، توضیح داده شوند.
میزان ضربان یا نرخ ضربان (HR): نرخ ضربان، در واقع همان تعداد ضربان قلب بر واحد زمان است و به شکل ضربان بر دقیقه (bpm) بیان می¬شود که با توجه به سن، جنس و دیگر نیازهای فیزیولوژیکی بدن انسان، متغیر خواهد بود.
خالی شدگی (Systole): خالی شدگی، فازی از چرخه قلبی است که قلب در آن، در حال انقباض است. در طی این فرآیند، فشار در دهلیزها و بطن¬ها تولید شده و قلب جریان خون را در این حالت پمپاژ می¬کند. شکل (2-4)، فاز خالی شدگی بطن را نشان می¬دهد.
پرشدگی (Diastole): پرشدگی، فازی از چرخه قلبی است که در آن قلب پس از فاز خالی شدگی، از خون پر می¬شود. شکل (2-5)، فاز پرشدگی بطن را نشان می¬دهد.

شکل2- 4- فاز خالی شدگی بطن

شکل2- 5- فاز پرشدگی بطن
حجم ضربه (Stroke Volume): حجم ضربه، حجم خونی است که از یکی از بطن¬های قلب با هر ضربان پمپاژ می¬کند. این مقدار، تقریبا برای هر دو بطن چپ و راست قلب برابر است. این میزان از رابطه زیر تبعیت می¬کند:

معادله (2-1) SV= EDV- ESV

در اینجا EDV، حجم پایانی پرشدگی و یا حجم خونی است که درون بطن در ابتدای هر ضربان قلب وجود دارد و ESV، حجم پایانی خالی شدگی و یا حجم خونی است که در پایان هر ضربان قلب وجود دارد.
خروجی قلب (CO): خروجی قلب، حجم خونی است که توسط بطن در یک دقیقه پمپاژ می¬شود. این مقدار از حاصل ضرب حجم ضربه در نرخ ضربان، به شکل زیر به دست می¬آید.

معادله (2-2) CO = SV * HR

پیش بارگذاری (Preload): پیش بارگذاری، میزان “بار” قبل از شروع انقباض ماهیچه-های قلب می¬باشد و به عنوان بار حجمی نیز شناخته می¬شود.
پس بارگذاری (Afterload): پس بارگذاری، میزان”بار”ی است که قلب در آغاز شروع انقباض دارد و توسط آن بر مقاومتش غلبه کرده و خون را خارج می¬کند و به عنوان بار فشاری نیز شناخته می¬شود.

چرخه قلبی

چرخه قلبی، بازه¬ی زمانی مابین دو ضربان متوالی قلب است. به عنوان مثال، برای یک قلب طبیعی و سالم، اگر نرخ ضربان قلب bpm75 باشد، چرخه قلبی 0.8ثانیه بطول می¬انجامد. یک چرخه قلبی شامل دو فاز اصلی است: فاز خالی شدگی (انقباض) و پرشدگی (انبساط یا حالت آرامش) برای بطن¬ها و دهلیزها. بنابراین، در طی بازه پمپاز خون توسط