توصيفگر ها :
بيهوشي داخل وريدي , كنترل عمق بيهوشي , كنترل تطبيقي , تخمين پارامتر , تأخير زماني , تابع هيل
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Anesthesia is a medically induced state of unconsciousness, loss of sensation, or analgesia (lack of pain). This state is achieved through the administration of anesthetic drugs, primarily during surgical procedures to render the patient unconscious and alleviate pain. This study focuses on intravenous anesthesia, where anesthetic drugs are directly injected into a patient's vein. Anesthesiologists not only induce anesthesia but also maintain the patient's physiological stability, ensuring adequate oxygenation. Automated drug delivery systems provide a more precise and efficient method for controlling anesthesia, enhancing patient care. These systems streamline the anesthesia process, allowing anesthesiologists to focus on other critical aspects of surgery while minimizing drug administration. Studies have shown that automated systems more accurately regulate the depth of anesthesia and require lower drug doses compared to traditional methods. Three core elements are essential for constructing these devices: measurement, modeling, and control. Measurement involves quantifying the depth of anesthesia using indices such as the Bispectral Index (BIS). Modeling involves creating a mathematical representation of how a patient's body responds to a given drug dose. Finally, the controller determines the drug infusion rate. Various control algorithms have been explored for regulating the level of unconsciousness, including PID controllers, model predictive controllers, and adaptive controllers. This research aims to design and improve control systems for precise administration of the anesthetic drug propofol. Initially, A simple yet effective PID controller has been designed for this purpose, and its performance is evaluated under various conditions. Considering the importance of the controller's performance in the presence of uncertainties and its independence from the patient model parameters, a direct model reference adaptive controller (non-normalized) is developed. Both designed controllers utilize the inverse of the Hill function to address the nonlinear aspects of the patient model, which requires precise information about the patient model.Consequently, in the next section of this research, a new approach is proposed by linearly approximating the Hill function. Since this results in a non-minimum phase system, a direct model reference adaptive controller with a different control law is designed for this system, replacing it with a tracking error. The average percentage errors for the designed controllers were found to be 0.67%, 1.91%, and 0.74%, respectively. Additionally, the PID controller consumed more propofol during anesthesia compared to the adaptive controllers.In the final section of the research, considering that slower heart pumping and drug exchange during anesthesia may cause delays, an adaptive direct model reference controller with a different control law is designed to address this challenge.