كنترل اتوماتیك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظیم پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیك

دسته: کامپیوتر و IT
بازدید: 22 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 520 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 132

امروزه كنترل اتوماتیك ، نقش مهمی در پزشكی مدرن ایفا می نماید از كاربردهای كنترل در پزشكی ، سیستم های تزریق انسولین1،2 ، كنترل تنفس3،4 ، قلب مصنوعی5،6 و كنترل اندام های مصنوعی7 را میتوان نام برد

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

كنترل اتوماتیك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظیم پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیك

فصل اول : مقدمه

امروزه كنترل اتوماتیك ، نقش مهمی در پزشكی مدرن ایفا می نماید . از كاربردهای كنترل در پزشكی ، سیستم های تزریق انسولین[1،2] ، كنترل تنفس[3،4] ، قلب مصنوعی[5،6] و كنترل اندام های مصنوعی[7] را میتوان نام برد.

از دیگر كاربردهای مهم و حیاتی كنترل در پزشكی ، كنترل فشار خون است . بطور ساده می توان گفت ، فشار خون متناسب با برون ده قلبی و مقاومت رگ ها است ، لذا برای كاهش فشار خون در فشار خون بالا می توان ، برون ده قلبی و یا مقاومت رگی را كاهش داد.[8] روش معمول برای كاهش فشار خون ، كم كردن مقاومت رگی ، از طریق تزریق داروهای بازكننده رگ است .

داروی كاهنده فشار خون مورد استفاده در این پایان نامه ، داروی سدیم نیترو پروساید[1] است كه از طریق مهار پیام عصبی از گره های سمپاتیك و پاراسمپاتیك فشارخون را كاهش می دهد . [9،10]

می توان گفت ، یكی از مهمترین عوامل در عمل جراحی كنترل فشارخون است .[11] زیرا در این حالت افزایش فشارخون ممكن است ، به خونریزی شدید و حتی مرگ بیمار منجر گردد . به طور كلی ،    می توان كنترل فشار خون در عمل جراحی را به دو دسته كلی كنترل فشار در حین عمل جراحی و بعد از عمل جراحی تقسیم بندی نمود .

كنترل فشار خون بعد از عمل جراحی ، معمولاً در بیماران قلبی كه عمل بای پس عروق كرونری[2] داشته اند انجام می گیرد ،[12،13] زیرا در این بیماران خطر افزایش فشار خون وجود دارد .كنترل فشار خون در حین عمل جراحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، از دلایل آن می توان به كاهش خون ریزی داخلی ، آشكارسازی جزئیات ساختارهای آناتومی بدن كه ممكن است توسط خونریزی محو شده باشند و همچنین تسریع و تسهیل در عمل جراحی ، اشاره كرد .[14]

محققین زیادی در رابطه با كنترل فشار خون به تحقیق پرداخته اند . در اواخر دهه ۱٩٧٠ سیستم های كنترل فشارخون گسترش زیادی یافتند . شپارد[3] [15] یك كنترل كننده PID را برای كنترل فشار خون بكار برد ، ولی این كنترل كننده نتوانست نسبت به اختلافات جزئی پاسخ به داروهای هایپوتنسیو عملكرد خوبی داشته باشد . استفاده از كنترل تطبیقی توسط ویدرو[4] [16] ، آنسپارگر[5] و همكارانش[17] بررسی شد ، ولی این روش نیز نسبت به اغتشاشهای موجود ، كارایی خوبی نداشت . كویوو[6] [18]، سیستم كنترل فشار خونی را در یك سطح پایین نگه می داشت ولی محدوده فشارخونی كه می تواست به عنوان مرجع در نظر گرفته شود ، كم بود . فوكوی[7] و ماسوزاوا[8] [19] از منطق فازی برای كنترل فشار خون استفاده كردند ، بطوریكه فشار خون را در یك سطح بالا ، برای بعضی كاربردهای پزشكی ، كنترل می نمودند ولی نوسانات به سادگی در پاسخ ظاهر می شدند ، زیرا وجود زمان مرده در پاسخ را در مرحله طراحی در نظر نگرفته بودند .[47]

الگوریتم ژنتیك ، یك روش بهینه سازی تصادفی است كه ایده اولیه آن از مكانیسم انتخاب طبیعی و ژنتیك تكاملی گرفته شده است ،[20]  این روش بهینه سازی با روش جستجوی موازی از مؤثرترین روش های بهینه سازی است .

در این پروژه ، با استفاده از الگوریتم ژنتیك و الگوریتم های هم تكاملی هم كارانه  ، كنترل كننده PID بهینه برای كنترل فشارخون حین عمل جراحی طراحی گردیده است . با استفاده از این روش ، می توان سطح فشار خون را در سطح دلخواه با خطای حالت ماندگار صفر تنظیم نمود .

در فصل دوم این پایان نامه ، در رابطه با فشار خون و روش های درمان پزشكی آن صحبت خواهد شد . فصل سوم به بررسی كنترلر PID و الگوریتم ژنتیك و مدل های ریاضی موجود برای سیستم فشارخون و همچنین تنظیم پارامترهای كنترلر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیك ، اختصاص داده می شود . در فصل  چهارم الگوریتم های هم تكاملی هم كارانه و استفاده از آن ها برای تنظیم پارامترهای كنترلر PID مورد بحث قرار خواهد گرفت .  در فصل پنجم نتایج به دست آمده از شبیه سازی سیستم فشار خون و طراحی كنترلر آن مورد مطالعه قرار گرفته و در نهایت در فصل ششم ، نتایج بدست آمده از این تحقیق بیان شده و پیشنهاداتی برای مطالعات آینده ارائه خواهد گردید .

          فصل دوم : بیماری فشارخون و روش های درمان پزشکی

2-1  مقدمه

در فصل قبل اهمیت ویژه كنترل اتوماتیك فشارخون در حین عمل جراحی و همچنین تحقیقاتی را كه در این رابطه محققین زیادی انجام داده اند اشاره شد ، حال می خواهیم در مورد بیماری فشار خون مفصل تر بحث كنیم .

دستگاه قلب و عروق بدن انسان از یک پمپ با عنوان قلب و کیلومتر ها راه ارتباطی بین اعضا سراسر بدن با عنوان عروق تشکیل شده است.[25]

خون تصفیه شده توسط یک رگ بزرگ با عنوان آئورت از قلب خارج می شود، در مسیر خود به قسمت های کوچکتر تقسیم شده و پس از چندین تقسیم سر انجام به مویرگ های کوچکی تبدیل می شود که به خاطر داشتن منافذ ریز در مسیر خود، کار تبادل مواد و انرژی را با بافت ها انجام می دهند.

این مویرگ های کوچک خود مجددا بزرگ و بزرگتر شده و سرانجام از به هم پیوستن همه ی آنها دو سیاهرگ فوقانی و تحتانی بزرگ بوجود آمده که خون را به قلب وارد می کنند. این خون توسط شریان ریوی به ریه ها برده شده و پس از تصفیه مجددا به قلب بر می گردد تا همان طور که در ابتدا گفته شد توسط شریان آئورت از قلب خارج گردد.

به طور تقریبی کل خونی که در دستگاه قلب و عروق جریان دارد، چیزی حدود 5 لیتر است و تمام این 5 لیتر در طول یک دقیقه به قلب وارد شده و از آن خارج می شود. برای آنکه خون بتواند در بدن و در درون رگ ها گردش داشته باشد لازم است که همواره دارای فشار باشد، این فشار را قلب تامین می کند، یعنی با استفاده از قدرت عضلانی خود باز و بسته شده و خون را به گردش در می آورد.

در انتهای هر بار باز شدن، چیزی حدود 100 میلی لیتر خون در قلب وجود دارد که وقتی بسته می شود حدود 80-70 درصد آن وارد ابتدای آئورت می کند. وقتی این خون وارد ابتدای آئورت، می شود، فشاری ایجاد می کند که به آن فشار ماکزیمم گفته می شود، حالا قلب شروع به باز شدن می کند تا خون را از ریه ها و همچنین از قسمت های مختلف بدن وارد خود کند. اکنون دریچه ای که در ابتدای آئورت وجود دارد بسته می شود و خون راهی ندارد جز اینکه در مسیر آئورت به راه خود ادامه دهد. خونی که وارد ابتدای آئورت شده بود و فشار ماکزیمم را ایجاد می کرد اکنون به تدریج کم می شود و بدنبال آن طبیعی است که فشار آن هم کم شود اما این فشار به صفر نمی رسد زیرا در مسیر تخلیه آئورت زمانی می رسد که قلب پر شده و مجددا می خواهد خون خود را تخلیه کند. فشار درون شریان آئورت، قبل از باز شدن مجدد دریچه، فشار مینیمم نامیده می شود. از آنجایی که دیواره ی عروق بزرگ و از جمله آئورت خاصیت الاستیسیته دارند ، این فشار ها در مسیر رگ های بزرگ بدن قابل انتقال و همچنین قابل اندازه گیری هستند. . فشار خون سرخرگ ها بوسیله میزان تلاش قلب و سلامتی عروقی خونی مشخص می شود. فشار خون بالا یا هیپرتاسیون[9] زمانی رخ می دهد که این فشار افزایش یابد.

با توجه به آنچه گفته شد فشار خون در قسمت های مختلف بدن، قابل اندازه گیری است اما بر اساس تجربه بهترین محل اندازه گیری فشار خون، قسمت فوقانی ساعد است.

برای اندازه گیری هر چیزی واحدی وجود دارد و واحد اندازه گیری فشار خون یا در واقع واحد اندازه گیری فشاری که در ابتدای آئورت وجود دارد میلی متر جیوه است که البته در محاوره و در گفتگو های میان پزشک و بیمار بخاطر سهولت از واحد بزرگ تر یعنی سانتی متر جیوه استفاده می شود.

2-2  تعریف فشار خون

فشار خون از نظر همودینامیک عبارتست از  نیرویی که خون بر دیواره رگ هایی که در آن جریان دارد وارد می کند. ازدیاد فشار خون از افزایش برون ده قلبی با بالا رفتن مقاومت عروقی و یا هر دو ناشی می شوند. مطالعات مختلف نشان داده که در تمام سطوح فشار خون، خطر مرگ و میر در اثر بیماری های قلبی عروقی متناسب با بالا رفتن میزان فشار خون افزایش می یابد. در واقع نمی توان مرز مشخصی را به عنوان مرز فشار خون طبیعی و فشار خون بالا تعریف کرد، چون فشار خون متغیری است که به صورت پیوسته در جامعه توزیع شده و معیار مشخصی برای طبیعی و یا غیر طبیعی بودن آن وجود ندارد. در واقع فشار خون بالا سطحی از فشار خون است که در آن فواید درمان، بیش از خطر های عدم درمان باشد. فشار خون طبیعی بر اساس فشار سیستولی پایین تر از 120mmHg و برای فشار خون دیاستولی پایین تر از 80mmHg است و فشار خون دیاستولی 80 تا 90 و سیستولی 120 تا 139 به عنوان پره هایپرتانسیون شناخته می شود. شیوع فشار خون بالا در جوامع گوناگون متفاوت بوده و از حدود 10 تا 60 درصد متغیر می باشد. هر چه فشار خون بیشتر باشد، خطر بیماری های قلبی عروقی بیشتر و امید به زندگی کمتر خواهند بود.

فشار خون بالا زمانی ایجاد می شود، که فشار خون در دیواره ی رگ ها بیش از حد معمول بالا رود. این وضعیت بسیار خطرناک است، زیرا گاهی اوقات تاثیرات مخرب آن در مرور زمان افزایش می یابد و حتی ممکن است تا زمانی که به بالاترین حد ممکن نرسیده باشد، مشخص نشود، این مسئله باعث شده است که گاهی از فشار خون به "کشنده آرام" هم یاد کنند. مخالف آن یعنی فشار خون پایین زمانی اتفاق می افتد که فشاری که خون را در رگ ها به سمت قلب و مغز و سایر اعضا داخلی بدن می رساند، بسیار کم شود که باعث سر گیجه و منگی می شود.

فشار خون طبیعی اغلب متغیر است. میزان فشار خون از فردی به فرد دیگر تغییر کرده و در هر فرد طی روز به طور طبیعی بر اساس کار قلب بالا یا پایین می رود. با افزایش سن فشار خون به آرامی بالا می رود. در یک فرد جوان طبیعی، متوسط فشار خون حدود 80/120 است. به طور ایده آل فشار خون باید زیر 85/140 باشد. اگر فشار خون به طور مداوم از این میزان بالاتر رفت و مثلا به 90/166 رسید، نیازمند درمان است. برای اندازه گیری فشار خون، دو عدد باید مورد توجه قرار بگیرد: عدد سیستولی (انقباض قلب) و عدد دیاستولی(انبساط قلب) .

عدد سیستولی: فشار خون در مقابل دیواره رگ ها وقتی قلب تازه از تلمبه زدن متوقف شده است این عدد اول یا بالایی است که خوانده می شود. معمولا روی 100 یا بالاتر از آن قرار دارد. بین 120 تا 135 حالت نرمال است.

عدد دیاستولی: فشار خون در دیواره رگ ها بین هر ضربان قلب، زمانی که قلب در حالت استراحت قرار دارد است. این عدد دوم یا پایینی است که خوانده می شود. معمولا روی 85 یا پایین تر باید باشد.[21]

2-3 انواع فشار خون

چهار نوع فشار خون وجود دارد : مطلوب ، نرمال ، بالاتر از نرمال و بالا. فشار خون بالا نیز به سه نوع تقسیم بندی می شود. در زیر انواع این فشار خون ها و راه های در مانشان بررسی شده است.

2-3-1 علائم

تا زمانیکه صدمات ایجاد شده توسط فشار خون در بدن نمایان نشده اند، هیچ نشانه یا علامتی برای آن وجود ندارد. در مراحل جدی تر فشار خون (مرحله 2 و 3) بیمار دچار سردرد، تهوع و استفراق و اختلالات بینایی می شود. با مرور زمان شدید تر شدن این عارضه ممکن است باعث مسدود، باریک و ضعیف تر کردن رگ ها شود. این مسئله باعث لخته شدن خون می شود که ممکن است به قلب و رگ ها، کلیه ها و شبکه چشم صدمه وارد کند.

2-3-2  تشخیص

پزشکان ممکن است در معاینات سالانه خود فشار خونتان را نیز اندازه گیری کنند و این زمانی است که ممکن است تازه متوجه شوید که فشار خونتان بالاتر از حد نرمال است. اگر شک دارید، می توانید همیشه با مراجعه به داروخانه ها فشار خونتان را تست کنید و اگر اعداد آن بالاتر از نرمال بود با پزشک خود تطبیق دهید تا از آن مطمئن شوید. به طور معمول، تشخیص فشار خون بالا زمانی اتفاق می افتد که به دفعات متعدد فشار خونتان بالاتر از 140 تا 190 خوانده شود.

2-3-3  درمان

فشار خون بالایی که در مراحل اولیه قرار دارد و کمی بالاتر از حد نرمال است ممکن است با تغییر روش های زندگی مثل کم کردن وزن، ترک عادات بد غذایی، مصرف کمتر نمک و روغن، ترک سیگار، عدم استفاده از مشروبات الکلی، کم کردن فشار های عصبی و ورزش کردن درمان شود. گاهی لازم است که فشار خونتان را در منزل اندازه بگیرید تا مطمئن شوید که تغییرات انجام شده نتیجه بخش بوده است یا خیر.

هدف از درمان، رساندن فشار خون به کمتر از 90/140 در افراد معمولی و کمتر از 85/130 در بیماران مبتلا به بیماری کلیوی یا دیابت است. با این هدف که در دراز مدت خطر عوارض وخیمی که گفته شد کاهش پیدا می کند. اگر فشار خون به مراحل 2 و 3 برسد، معالجه آن ضروری است. این جا به 4 دسته از داروهایی که برای معالجه فشار خون بالا استفاده می شوند اشاره می کنیم:

• باز دارنده های ACE : که از رها شدن هورمونی به نام آنژیوتنشن در بدن جلوگیری می کند و بنابراین باعث باز شدن رگ های خونی می شود.
• ادرار آور ها که با دفع نمک و آب های زائد بدن به این مساله کمک می کنند.
• داروهای مهار کننده تپش  قلب که باعث کندتر شدن ضربان قلب می شوند و به همین ترتیب فشار را نیز پایین می آورند.
• داروهای گشاد کننده رگ ها که رگ های خونی را باز کرده و میزان تلاشی را که قلب باید صرف تلمبه کردن خون به همه نقاط بدن کند را پایین می آورد.

در واقع همه افراد فشار خون دارند! خون برای گردش موثر در عروق بدن از نیرو و فشاری برخوردار است که آن را به نقاط مختف بدن میرساند. این افزایش فشار خون است که بیماری تلقی می شود. افزایش فشار خون می تواند اعضای مختلفی از جمله قلب، عروق خونی، کلیه ها و مغز را تحت تاثیر قرار دهد .

فشار خون بالا در چه کسانی دیده می شود؟ فشار خون بالا خصوصا در افراد مسن بسیار شایع است. تقریبا در حدود یک نفر از هر چهار هزار نفر از فشار خون بالا رنج می برند. در بیماران جوانتر در مردان شایعتر است ولی در سنین بالاتر در زنان بیشتر از مردان دیده می شود. به طور کلی با افزایش سن خطر ابتلا افزایش می یابد.

عوامل مستعد کننده چیست؟ بیشتر مردم (نزدیک به 95 درصد آنها) از نوعی افزایش فشار خون رنج می برند که علت خاصی برای آن یافت نشده است. به این فرم افزایش فشار خون اولیه گفته می شود. 5 درصد باقی مانده مبتلایان به فشار خون افزایش یافته علت مشخصی برای بیماری خود دارند. به این نوع افزایش فشار خون ثانویه گفته می شود.

عوامل زیر در بروز این نوع فشار خون موثر هستند:

• بیمار کلیوی: به دلیل احتباس آب و نمک در بدن موجب بالا رفتن فشار خون می شود. این افزایش، خود می تواند باعث ایجاد بیماری کلیوی شود و یا آن را بدتر کند.
• بیماری های غدد درون ریز:(مانند سندرم کوشینگ، هایپرپلازی آدرنال و فئوکروموسایتوما).
• داروها و سموم: افزایش فشار خون می تواند عارضه جانبی استروئید ها، الکل، کوکائین، سیکلوسپورین و اریتروپوئیتین باشد.
• مصرف مواد حاوی تیروزین مانند برخی پنیر ها در افرادی که از دارو های ضد افسردگی خاصی استفاده می کنند.

چرا باید فشار خون بالا را کنترل کرد؟ فشار خون بالا یک عامل خطر مهم در ایجاد نارسایی قلبی است. همچنین می تواند موجب نارسایی کلیه، مشکلات عروق محیطی، تخریب عروق شبکیه چشم، سکته مغزی و حمله قلبی شود به همین دلیل پیشگیری و درمان آن بسیار مهم است.

اگر میزان فشار خون به سرعت بالا رفته و به حدود 13/200 برسد به آن فشار خون بد خیم گفته می شود که آسیب زیادی ایجاد می کند و موجب مرگ و میر می شود.

فشار خون بالا چگونه تشخیص داده می شود؟

• اندازه گیری فشار خون: فشار خون در چند نوبت و در شرایط استاندارد اندازه گیری می شود.
• عکس قفسه سینه: ممکن است علائم نارسایی قلبی و بزرگ شدن قلب را نشان دهد.
• نوار قلب: ممکن است بزرگی بطن چپ یا کم خونی موضعی (ایسکمی) را نشان دهد.
• آزمایش خون: اوره ها و الکترولیت ها برای بررسی عملکرد کلیه و همچنین چربی و قند خون.
• آزمایش ادرار: برای یافتن بیماری کلیوی.

---

جهت دریافت فایل كنترل اتوماتیك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظیم پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیك لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

برچسب ها : كنترل اتوماتیك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظیم پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیك , فشارخون , دانلود كنترل اتوماتیك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظیم پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیك , کامپیوتر , الگوریتم ژنتیك , نرم افزار , برنامه نویس , سخت افزار , تنظیم اتوماتیك فشارخون , كنترلر PID , الگوریتم ژنتیك , تنظیم پارامترهای كنترلر PID با الگور