РОЗДІЛ 2
ІНФОРМАЦІЙНИЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРНИХ КОМПОНЕНТІВ СУЧАСНОЇ ГЕМОДІАЛІЗНОЇ СИСТЕМИ ТА ЇХ ВЗАЄМОДІЯ В ЗАМКНУТОМУ КОНТУРІ КЕРУВАННЯ
В даному розділі проведено аналіз структурних компонентів ГДС, як її технічних компонентів так і біологічних, які функціонують разом в замкнутому контурі керування.
Значну увагу приділено аналізу біологічних компонентів на основі сучасних математичних уявлень.
Вперше розглянуто стан об'єкту керування (пацієнта) з точки зору поняття гомеостазу організму, наведено уточнену математичну модель гомеостазу.
Розглянуті взаємозв'язки лікаря (оператора) ГДС з усіма структурними компонентами системи, виконано оцінку його фізіологічних обмежень з точки зору можливостей оптимального керування у системі.
В основу аналізу технічних компонентів покладено теорію множин, теорію інформації та системного аналізу складних технічних комплексів. При аналізі біологічних об'єктів використано методи математичної біології, інженерної фізіології, інженерної психології.
2.1. Інформаційна модель сучасного апарату "штучна нирка"
Сучасні АШН є складними АСКТП в яких втілені останні досягнення науки і техніки. Функціонально АШН може розглядатися як взаємодія набору субмодулей автоматизованого керування окремими параметрами (рис. 1.4). Наприклад: ультразвуковий детектор повітря у венозної магістралі, регулюючий насос крові і т. ін. Але для подальшого аналізу нам необхідно дати опис АШН як "чорної скриньки", на вхід якої надходить інформація, переробляється згідно алгоритму, який встановлено лікарем-оператором, та видає інформаційні впливи на об'єкт керування.
Будемо розглядати процес штучного очищення біологічного об'єкта як деяку множину взаємозалежних процесів керування та діагностики, що відбуваються в керуючих Faj і виконавчих Fdj елементах екстракорпорального штучного органа Fj (Рис.2.1) [53]:
. (2.1)
В найбільш загальному випадку не залежно від функціонального призначення, конструктивного виконання та методики застосування екстракорпорального штучного органу Fj в його керуючому елементі Faj у результаті обробки інформації Ikj яка надходить, із використанням технічних засобів генерується середовище, яке керує Фaj.
У виконавчому елементі Fdj безпосередньо, або крізь штучні мембрани, керуюче середовище Фaj діє на середовище Фвj, яке керується і належить організму. В результаті керуючого впливу середовище Фвj (наприклад кров, у випадку гемодіалізу) перетворюється у середовище Фjb, а продукти взаємодії середовищ Фbj і Фaj створюють середу Фdj яка дренується, яка може бути використана у керуючім елементі Faj для одержання діагностичної інформації Iaj про стан організму та режиму гемодіалізу
, (2.2)
де через умовно позначений процес взаємодії середовищ.
Ефективність керуючих впливів у загальному випадку залежить від технічних араметрів середовищ Фвj і Фaj, в частковості від її складу, температури, тиску, а
також від конструктивних параметрів елементів.
При проведенні штучного очищення організму апаратурою А (рис. 2.2) організм Мb інформаційно взаємопов'язаний (Ib,Iob) з оператором Мо, і середовищами (Фi,Фо), тобто апаратура
(2.3)
складає БТС штучного очищення
(2.4)
У формулах (2.3), (2.4) Кс,Sэ - канали зв'язку, що забезпечують інформаційну взаємодію керуючих елементів БТС штучного очищення між собою, пацієнтом Мb і оператором Мо.
З метою подальшого аналізу АШН, структурна схема якого представлена на рис.1.4, розглянемо його як складову частину БТС SГД (Рис.2.3) [13], де:
. (2.5)
При проведенні гемодіалізу з кровеносної системи Sb організму пацієнта Mb забирається кров Фbo, яка потім перфузується крізь магістралі Sе і діалізатор Fdн органа нормалізуючого впливу Fи. Після нормалізуючого впливу кров Фbн повертається до кровоносної системи пацієнта. Переміщення крові у ЕК відбувається за рахунок дії перфузуючого блоку Fп= {Fап, Fdп}, де Fап- керуючий елемент перфузійного блоку, який передає механічну енергію Фап у виконавчий елемент Fdп.
Інфузія лікарських препаратів (речовинного керуючого середовища), наприклад гепарина, відбувається за рахунок дії інфузійного блоку Fи = {Fаи, Fdи}, де Fаи - керуючий елемент (інфузійний насос), який транспортує лікарняне середовище Фаи до виконавчого елементу Fdи - інфузійниного вузлу магістралі.
При проведенні гемодіалізу із заміщенням ультрафільтрату (гемодіафільтрації)
інфузія термостастабілізованого заміщаючого розчину Фаз (речовинно-енергетичного середовища) відбувається за рахунок дії інфузійного блоку Fз = {Fаэ, Fdз}, де Fаэ - керуючий елемент, який транспортує заміщаючий розчин Фаз до виконавчого елементу Fdа - пастка повітря у магістралі.
При проведенні гемодіалізу стабілізація іонного складу крові і видалення з неї токсичних речовин відбувається у діалізаторі за рахунок концентраційного перепаду, який виникає при взаємодії через мембрану діалізатора крові та ДР (речовинно-енергетичного середовища), а ультрафільтрація видалення з організму надлишкової рідини) - під дією трансмембранного тиску (різниці між додатнім значенням тиску у порожнині крові та вакуометричним тиском у порожнині ДР).
В блоці ДР(елементі Fан, який керує ), модуля Fн готується ДР (середовище яке керує Фан), за рахунок якого і відбувається нормалізуючий вплив на перфузат у діалізаторі Fdн. Відпрацьований ДР та ультрафільтрат (середовище яке дренується Фdн) транспортується знову у блок ДР.
При проведенні штучного очищення організму методом гемодіалізу, блок ДР Fан, блоки перфузійний Fап і заміщуючого розчину Fаз, інфузійний насос Fаи та канал зв'язку Кс утворюють АШН, який використовуються разом із діалізатором Fdн і магістралями крові, які складаються із трубопроводу Sе, роликового сегменту Fdп , повітряної пастки Fdз та інфузійного блоку Fdи. Керування АШН відбувається лікарем-оператором Мо, який інформаційно