Теоретические основы проектирования аппарата "Искусственная почка" с регулированием скорости фильтрации по данным состава диализата - Контрольная работа

Московский государственный технический университет имени Н.Э. «Теоретические основы биотехнических систем» «Теоретические основы проектирования аппарата «Искусственная почка» с регулированием скорости фильтрации по данным состава диализата»Искусственные органы - технические устройства, предназначенные для временной или постоянной замены функции того или иного внутреннего органа человека. Возможность создания искусственного органа связана как с прогрессом биологии и медицины, так и с успехами физики, химии, математики, а также технических наук. Искусственные органы не всегда полностью заменяют функцию естественного органа, особенно когда он обладает рядом сложных функций, как, например печень, сердце. Чаще искусственные органы заменяют не весь орган, а наиболее важную часть (например, искусственные клапаны сердца, предназначенные для обеспечения однонаправленного тока крови, электрокардиостимуляторы, применяемые при нарушении проводящей системой сердца). Искусственные органы можно разделить на неимплантируемые в организм и на частично и полностью имплантируемые.Актуальность: Гемодиализная терапия сопровождается осложнениями, которые могут быть вызваны неоптимальными изменениями объема крови и нарушениями взаимного равновесия вне-и внутриклеточного секторов организма.B - венозная кровь, D - датчик (диализатор, к которому подключены датчики давления, температуры, скорости и расходомер)Информационная модель - совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром. Венозная кровь движется к сердцу по венам . За исключением крови в легочных венах , венозная кровь лишена кислорода и обогащена углекислым газом в результате тканевого газообмена . ВК обычно теплее артериальной , имеет более низкий PH , содержит меньшее количество глюкозы и других питательных веществ , и больше конечных продуктов метаболизма (мочевина и др.).Состояние БО описывается вектором состояния. Чтобы полно описать организм человека необходимо оперировать с вектором состояния, содержащем огромное число компонент (n~104). Поэтому проводят минимизацию числа компонент вектора состояния.Эту задачу выполняет процесс, происходящий одновременно с диффузией во время гемодиализа и называемый ультрафильтрацией. Ультрафильтрация обусловлена трансмембранным давлением, (TMP) которое равно сумме онкотического и гидростатического давления: ТМР = Ponc Phydr. Во время гемодиализа ультрафильтрация происходит благодаря созданию управляемого трансмембранного гидростатического давления, которое обусловлено давлением крови и диализата на мембрану. Среднее давление крови на мембрану Pb вычисляется по формуле: (2.4) где Pbi - давление крови на входе в диализатор; Способность гемодиализной мембраны к ультрафильтрации характеризуется ее гидравлической проницаемостью, которая выражается в миллилитрах жидкости, пропускаемой мембраной за 1 ч при трансмембранном давлении 1 мм рт.ст. и площади мембраны 1 м2.Вектор состояния системы F; Вектор управления системой U; Из вектора состояния БТС выделим вектор, относящийся к БО, и вектор, относящийся к БТС: F=[SБО,SБТС]. Воздействие характеризуется следующими основными параметрами: 1. При острой почечной недостаточности гемодиализ повторяют через 3 - 6 дней до восстановления функции почек; при хронической недостаточности, когда его необходимо проводить 2 - 3 раза в неделю в течение нескольких месяцев или лет, между лучевой артерией и поверхностной веной предплечья устанавливают тефлоновый шунт, с которым и соединяют искусственную почку.Использование этой функции позволяет сравнивать альтернативы не только при проектировании новой БТС, но и при выборе конкретного аппарата. Введем дополнительные критерии: ? - КПД аппарата; При наличии n критериев целевую функцию можно записать в виде: , (2.7) где Wi - вес i - ого критерия. Тогда целевая функция может быть построена как оценка отклонения реальных характеристик от идеальных. t* - желаемая длительность воздействия; Трансмембранное давление складывается из Pb - среднее давление крови на мембрану и Pd - среднее давление диализата на мембрану (Рис.У пациента из вены берут кровь. Между лучевой артерией и поверхностной веной предплечья устанавливают тефлоновый шунт, с которым и соединяют искусственную почку. В этом случае кровь может поступать в диализатор без использования насоса. Далее венозная кровь поступает в блок диализатора, где и происходит очищение от продуктов метаболизма. После очищения так же регулируется скорость, но еще и давление, температура и количество использованного диализата.Гемодиализная терапия сопровождается осложнениями, которые частично могут быть вызваны неоптимальными изменениями объема крови, изменениями концентрации натрия в плазме крови и нарушениями взаимного равновесия вне-и внутриклеточного секторов организма.

Оглавление

Введение

1. Определение цели проекта и моделирование БТС

1.1 Формулировка актуальности, определение цели проектирования БТС, новизна

1.2 Схема взаимодействия технического объекта (ТО) с биологическим объектом (БО) и получения информации о состоянии БО

1.3 Определение класса БТС

1.4 Создание вербальной модели БО и базы данных о свойствах БО

1.5 Количественный анализ БО, выбор вектора состояния и метода количественного описания БО

1.6 Создание физической и математической моделей БО

1.7 Элементы управления БТС и модели управления

1.8 Определение функции доза воздействия - эффект (учет главного компонента биоадекватности БТС: минимальное вредное действие ТО на БО)

1.9 Конструирование целевой функции

2. Регуляризация (проверка правильности) и параметрическая идентификация

3. Описание структуры и проектирование БТС

3.1 Структурная схема БТС (инженерный этап - решение конкретных задач разработки технических средств)

Заключение

Литература