شبيه سازي سيستم پمپ تخليه لنف

Simulation of Lymph Drainage Pump System

مقدمه: دستگاه لنفاوي كه بخشي از دستگاه ايمني به حساب مي آيد، مايع شفافي به نام لنف را از بافت ها، در مسير يك طرفه به سمت سيستم گردش خون منتقل مي كند. اگر بنابه دلايل مختلف سيستم لنفي قادر به خارج كردن مايع لنف از موضع نباشد، مايع ميان بافتي در بافت تجمع مي يابد كه به آن لنف ادم مي گويند. روش هاي متعددي جهت كنترل لنف ادم پيشنهاد مي شود امّا اين روش ها، درماني كامل را به وجود نمي آورد و بازگشت ادم را در بافت رفع نمي كنند .هدف از اين پژوهش شبيه سازي سيستم پمپ تخليه لنف است كه اين شبيه سازي در دو نرم افزار مهندسي تهيّه و تست شده است. روش بررسي: در اين پژوهش يك سيستم پمپ تخليه لنف، در نرم افزار پرتئوس برنامه ريزي و شماتيك ريزپردازنده هاي آن مشخص و يك سرعت ثابت براي آن در نظر گرفته شد و همچنين در نرم افزار متلب سرعت موتورDC تحريك جداگانه، با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي براي شرايط خاص حجم و فشار كنترل شد. اطلاعات بيولوژيكي اين پژوهش از كلينيك لنف ادم موسسه فيزيوتراپي سيدخندان گرفته شد و اطلاعات مايع لنف در بدن هر بيمار استخراج و مورد محاسبات مهندسي قرار گرفت. يافته ها: اثر تغييرات فشار، حجم، سرعت و ارتفاع به منظور بدست آوردن سرعت ثابت براي ايجاد فشار ثابت محاسبه شد و سيستم به گونه اي تحليل و طراحي شد كه در آن به خاطر اعمال تغييرات دمايي خروجي سامانه نيز تغيير كند. از نتايج خروجي موتور پمپ در نرم افزار، بر اساس نتايج تخمين زده شده توسط شبكه عصبي نمودار رگرسيون با ضريب برابر يك(R=1) نتيجه شد كه بيانگر اين است كه شبكه عصبي تخمين مناسبي داشته است. نتيجه گيري: در اين پژوهش با در نظر گرفتن مقادير ارتفاع و حجم و فشار هاي مايع لنف، اطلاعات بيولوژيكي سيستم تخليه لنف طبيعي و با استفاده از جعبه ابزار شبكه هاي عصبي، ايده ايجاد سيستم پمپ مصنوعي را از مرحله مفاهيم علمي و محاسبات رياضياتي به مرحله شبيه سازي كامپيوتري رسانديم. مسلما در صورت امكان طراحي چنين سيستمي لازم است امكان بيولوژيكي بهره برداري از آن و مزايا و معايب آن مورد بررسي هاي دقيق پژوهش هاي پزشكي و باليني قرار گيرد.

Simulation of Lymph Drainage Pump System Khalili Shirin: Medical Engineering Department, Islamic Azad University, South Tehran Branch, Tehran, Iran Ghalehbaghi Suzan: Medical Engineering Department, Islamic Azad University, South Tehran Branch, Tehran, Iran Haghighat Shahpar: Cancer Quality of Life Department, Breast Cancer Research Center, Motamed Cancer Institute, ACECR, Tehran, Iran Corresponding Author: Suzan Ghalehbaghi, suzanmanag@yahoo.com                                                             Abstract                         Introduction: Lymphatic system, as a part of body immunesystem, is comprised of tissuesand vessels conducting unidirectionallya clear liquid called lymph fluid from interstitial matrix to the blood circulation. If the lymphatic system fails to drain out the lymph fluid it will be accumulated in the matrix causing an inflammation called “Lymphatic Edema”. There exist various methods to control the edema, yet none has provided a thorough treatment to subside the inflammation. This paper aims to propose a new computerized method by simulating the lymph drainage pump system while utilizing two computerized engineering software. Methods: In the first software (called proteus) a lymph drainage pump system is programed with proper schematic chips design and a constant speed for the pump. In the second software (Matlab) a stimulating DC motor was used to control an artificial neurological network for particular volume and pressure of lymph fluid. Biological data for this research were collected from a lymph edema clinic in Tehran (seyed khandan physiotherapy institute).Each individual patient’s data is retrieved and calculated by the software. Results: The lymph fluid effects due to pressure, volume, speed and height changes were figured in to determine a constant speed and pressure for the motor. Also the simulation system was designed to function with the external varying temperature as a variable input. Based on the simulated motor pump output, the estimated results by neurological network and application of the regression method the study has resulted in a coefficient R=1.This result indicates that the neurological network has possessed the proper estimation. Conclusion: considering the heights ,volumes and pressures of lymph fluids along with the natural lymph drainage system while utilizing neurological network package we may claim that we have surpassed the transition for artificial drainage pump design from the scientific concept and mathematical stage to that of simulation criteria. Once this system is undergone practical design process, further theoretical and clinical researches are required to make the system engineering feasible for ensuing biological applications.