Kalp-akciğer makinelerinde peristaltik ve santrifüj pompa kontrolü ile basınç regülasyonu

Kalp-Akciğer Makinesi (KAM), Kardiyopulmoner Baypas (KPB) sırasında kullanılan ve geçici olarak kalbin ve akciğerin işlevini üstlenen bir cihazdır. KPB sırasında, bu cihaz kanı vücut dışına alarak oksijenlendirir, karbondioksiti uzaklaştırır ve dolaşıma geri pompalar. Vücuttan alınan kanı oksijenlendirerek dolaşıma geri verirken aynı zamanda kan basıncı, akış hızı, kan sıcaklığı ve oksijen doygunluğu gibi birçok fizyolojik parametrenin sürekli takibini sağlar. KPB sırasında arteriyel kan basıncının kontrolü, hasta morbidite ve mortalitesini doğrudan etkileyen kritik bir faktördür. Yüksek arteriyel basınç, özellikle serebral kanama ve nörolojik komplikasyon riskini artırabilir. Bu tez kapsamında, Kalp-Akciğer Makinelerinde ameliyat süresince hastanın kan basıncını izleyen ve regüle eden bir algoritma geliştirilmiştir. Algoritma, basınç regülasyon seviyesinin aşılması durumunda basıncı hedef değere düşürmeyi, regülasyon seviyesinin altına inilmesi durumunda ise pompa hızını regülasyon öncesindeki seviyeye ulaştırmayı amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, peristaltik (roller) ve santrifüj pompalarının hızları kontrol edilmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, muadil Kalp-Akciğer Makinelerinin çalışma prensipleri incelenmiş ve sağlık personeliyle yapılan görüşmeler sonucunda sistem gereksinimleri belirlenmiştir. Bu gereksinim analizine dayanarak, basınç verilerinin stabilizasyonu ve kontrol algoritmasının kararlılığı için filtreleme yöntemleri uygulanmıştır. Filtrelenen basınç verileri, kontrol algoritmasına girdi olarak verilmiştir. Kontrol algoritmasının çıkışında elde edilen RPM (Revolution Per Minute) değeri ve filtrelenen basınç verileri için yakınlık algoritması geliştirilerek, kontrol sürecinde meydana gelebilecek kararsızlıkların ve basınç dalgalanmalarının önüne geçilmiştir. Çalışmanın bir diğer aşamasında, sistemin deneysel analizleri gerçekleştirilerek elde edilen veriler doğrultusunda, basınç regülasyonunda sistem davranışını yansıtan temel bir model oluşturulmuştur. Hortum hatlarına uygulanan sabit klemp açıklık oranlarında elde edilen peristaltik pompa hızı ve basınç verilerine polinom uyumlandırılarak, RPM ve klemp açıklık oranları kullanıldığında basınç değerini hesaplayan bir fonksiyon geliştirilmiştir. Bu fonksiyon kullanılarak oluşturulan model, açık çevrim ve PI kontrolcüyle birlikte kapalı çevrim olarak test edilmiştir. Çalışmanın bulguları, geliştirilen kontrol algoritmasının her iki pompa tipi için de etkili bir şekilde çalışarak basınç değerini kontrol altında tuttuğunu ve santrifüj pompaların basınç regülasyonunda daha kararlı bir sonuç verdiğini göstermiştir. Peristaltik pompaların mekanik yapısının basınç verisi ve kontrol algoritması üzerindeki etkileri de ayrıca değerlendirilmiştir.