Yapay dolaşım sistemi ve modellemesi

Abstract

Bu tezde, insanın kan dolaşım sistemindeki basınç ve debinin zamana göre değişimleri esas alınarak bir yapay dolaşım sistemi gerçekleştirilmiştir. Bu sistemin ana elemanlarını, sol karıncık görevini gören bir pompa ile aort, kılcaldamar ve toplardamar görevlerini gören plastik boru parçacıkları oluş turmaktadır. Sistemde gerçekleştirilmek istenen debi, ve basınç değişimleri, Schaaf'ın (1), bir canlıya ait dolaşım sisteminin matematiksel modelini kur mak için ele aldığı eğrilerden seçilmiştir. Tezin birinci bölümünde, konuya giriş olarak, çalışmanın amacı açıklan-' mış ve bu konu ile ilgili başka çalışmalarla olan ilişkisi gösterilmeye çalı- şılmış ve modelleme ve sistem kurma konularını birbirine bağlayıcı özelliği olması, bu tezin, yapay sistem kurma konusunda yapılan çalışmalar içinde üs tünlüğünü ortaya koyduğu savunulmuştur. Bu bölümde ayrıca, şimdiye kadar ger çekleştirilen hldromekanik sistemlere göre bu çalışmada gerçekleştirilen sis temin diğer bazı üstünlükleri de anlatılmaya çalışılmıştır. Bu üstünlükler, özet olarak: a) Sistem basit ve ucuzdur, b) Sistemden istenen şartlar (vurum hızı, vurum hacmi, debi şekli, basınç şekli gibi) kolayca sağlanır ve istenir se değiştirilebilir c) Sistem, anlık debi ve hız ölçerlerin kalibre edilmele rinde kullanılabilir. İkinci bölümde sistemi oluşturmada yardımcı olarak ele alınan elektrik sel eşdeğer modele ait parametrelerin belirleniş metodu anlatılmıştır. Elek triksel modelde pompa, bir akım kaynağı olarak ele alınmış, aort ise esneme özelliği olduğu ve içinden akan afcumn ataleti olduğu gözöriüne alınarak kapasi te ve indüktans elemanları ( C,, C` ve L.,) ile ve kılcal dimarlar ise çok da ha küçük çaplı olduklarından bir direnç elemanı (R~) ile temsil edilmiştir. Bu tür bir model `Geliştirilmiş Windkessel Modeli` olarak bilinmektedir (3-6). Referans olarak ele alınan hidrolik büyüklükler (debi, basınç), modelde elek triksel büyüklüklere (akım, gerilim) karşı düşürülmüş ve bu durumda modelin belli noktalarındaki akım-gerilim değişimleri, istenen değişimlere eğrişel olarak uyacakşekilde devre parametreleri belirlenmiştir» Eğri uydurmada /'En Küçük Kareler` metodu uygulanmış ve bunun için bir dijital bilgisayardan (IBM 4331) yararlanılmıştır. Uydurulan ve referans eğrilerden bir periyod- luk süre içinde alınan örneklerin farklarına bir değişken gözü ile bakılıp, standart sapması eğrilerin uygunluğunun bir ölçüsü olarak alınmış ve en küçük karelerle eğri uydurma işlemi sonucunda ele alınan çıkış işareti için bu sap ma 2,8 mmHg olarak bulunmuştur » Yapay -sistem, model üzerinde yapılan benzer--II- lik çalışmalarından elde edilen bilgilerden yararlanılarak kurulacağından mo del, sistemi ilaha iyi inceleme imkanı veren analog bilgisayar (EAI 180) üzer- rinde de gerçekleştirilmiş ve parametrelerin çıkış büyüklüklerine olan etki^ leri teker teker incelenmiştir., Üçüncü bölümde sistemin mekanik kısmı anlatılmıştır. Pompa, pistonu bir mikroişlemci kontrollü adım motoru aracılığı ile ötelareH olarak hareket etti rilen ve iki kapakçığı Olan bir emme basma tulumba gibi çalışmaktadır. Piston, ötelemeli hareketini, motordan krank-biyel mekanizması ile almaktadır. Pisto nun zamana göre yerdeğişim 'hareketi, pompanın bir atım sürecindeki debi deği şimini belirlemektedir ve bu hareket ise mikroişlemci aracılığı ile kontrol edilmektedir. Dördüncü bölümde, pistona gelen hareketin mikroişlemci yardımı ile na sıl kontrol edildiği, istenen debi değişimini elde edebilmek için mikroişlem- cide kullanılan programın ne olduğu ve bu programa, ait verilerin (dataların) '.'?..,;.?, / '?-?? nasıl elde edildiği anlatılmıştır. Burada mikroişlemci, adım motoruna uygula nan işaretin frekansını zaman içinde bir program dahilinde değiştirerek mo torun, bir atım periyodunda değişik hızlarda dönmesini ve dolayısıyla pompa piston hareketinin darbeli olmasını sağlamaktadır.Pompa çıkışında istenen de bi değişimi, mikroişlemcide çalıştırılan programın kullandığı veriler uygun seçilerek dolaylıkla elde edilebilmektedir. Beşinci bölümde sisteme ait hidrolik elemanlar ve hidrolik ölçmeler an latılmıştır. Hidrolik elemanların, istenen basınç değişimlerini elde edebil mek için elektriksel modeldeki parametre değerlerine uygun olarak seçildikle rinde, sistemden elde edilen debi ve basınçdeğişimlerinin^ elde edilmek iste nenlere ne derece benzediği karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Toplu ele manlar olarak gerçekleştirilmeye çalışılan elemanlar, devre parametrelerinin çıkış büyüklükleriyle ilişkileri ikinci bölümden bilindiğine göre, biliçli olarak ayarlanmaya çalışılmış ve sistemden, uydurulmak istenen referans basınç eğrisi ile. arasındaki standart sapma 3,4 mmHg olan bir basınç değişimi elde edilmiştir. Daha sonra model parametrelerinin (0, L., C,, R`) ve kolaylıkla değiştirilebilen vurum hızı, vurum hacmi gibi diğer parametrelerin sistem çı kış büyüklüğü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu bölümde ayrıca debi ölçme düzeni verilmiş ve bu düzenle anlık debi ölçümü yaparken dikkat edilmesi ge^ reken noktalar açıklanmıştır. Altıncı bölüm, bir sonuç bölümü olup elde edilen sonuçların bir değerlen dirmesini içermektedir.