Design and realization of a temperature controlled
Yüklə 151,75 Kb. Pdf görüntüsü
|
|
5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye © IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye SIÇANLAR İÇİN SICAKLIK KONTROLLÜ HİPOTERMİYA SİSTEMİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ DESIGN AND REALIZATION OF A TEMPERATURE CONTROLLED HYPOTHERMIA SYSTEM FOR RATS
Hüseyin DEMİREL a*
a Karabük Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, Karabük, Türkiye, E-posta: hdemirel@karabuk.edu.tr
Özet Bu çalışmada, sıcaklığın ATmega 128 mikrodenetleyicisi ile kontrol edildiği bir sistem sıçanlar için tasarlanmıştır. Ancak bu sistem fareler içinde rahatlıkla kullanılabilir. Bu sistemde yeni bir teknolojiye sahip ATmega 128 mikro denetleyicisi kullanılmıştır. Bu gelişmiş mikrodenetleyicinin sistem için gerekli olan birçok üstünlükleri bulunmaktadır. Sistem, anahtarlama modlu güç kaynağı, yeni teknolojiye sahip olan sıcaklık kontrolü, termoelektrik modül ve soğutma sistemi olmak üzere dört temel bloktan oluşmaktadır. Gerçekleştirilen bu sistem, hipotermiyanın tıpta tedavi amaçlı olarak çok yerde kullanıldığı gerçeğiyle yola çıkılarak öncelikle sıçanlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Böylelikle elde edilen pozitif sonuçlar insanlar üzerinde beyin travmalarında, kan kayıplarında, bazı ameliyatlarda ve aşırı yüksek vücut sıcaklığının düşürülmesinde rahatlıkla güvenli bir şekilde kullanılabilecektir. Bu sistemin yaygınlaşmasıyla birlikte vücut ısısını düşürmek için veya kontrol etmek için kullanılan ilkel yöntemlerden zamanla vazgeçilecektir.
Termoelektrik modül, Soğutma sistemi Abstract In this study, a temperature controlled system for rats is designed using ATmega 128 microcontroller. This system can also be used for mouse conveniently. ATmega 128 microcontroller has been selected especially for the system, which is relatively new technology. This advanced microcontroller has some superior properties which are vital fort he design of the system. System consists of 4 basic building blocks that are: novel temperature control system, switched mode power supply, thermoelectric cooling module, and water cooling system. Realized system, has the capability to induce hypothermia in rats for experimental purposes, regarding the
fact that
hypothermia treatment has a great medical value. So, the results obtained from this experimental system can be applied practically and safely to humans to prevent damages from brain trauma, bleeding or excessive body temperatures in surgical operations. It is envisioned by the author that, this system will replace primitive methods used to lower body temperatures previously.
Hypothermia, Temperature Control, Thermoelectric module, Cooling System. 1. Giriş Sıcaklığın tedavi amaçlı düşürülmesine hipotermiya denir. Tıp alanında insanların ve hayvanların vücut sıcaklığının belli bir seviyeye çekilmesi ve o seviyede sabit tutulması en önemli ve etkili tedavi süreçlerinden birisidir. Çünkü beyin
travmalarında, kan
kayıplarında ve
bazı ameliyatlarda ve aşırı
yüksek vücut
sıcaklığının düşürülmesinde vücut sıcaklığının istenilen seviyede sabit tutulmasının olumlu sonuçları inkâr edilmeyecek bir gerçektir. Kazalarda en çok beyin travmaları ve bu travmalar sonrası sakatlıklar yer almaktadır. Bunun içindir ki, Nörolojide travma sonrası beyin tedavi ve korunma yöntemleri üzerinde geniş çapta
araştırmalar gerçekleştirilmektedir [1-6]. Son yıllarda tüm dünyada ve çok kısıtlı olarak ülkemizde travma sonrası tedavide serebral hipotermiya kullanılmaktadır. Hipotermiya ve özellikle lokal
serebral hipotermiya ile beynin
korunabilmesinin nedeni beynin sıcaklığı 20C -30C dereceye kadar düşürüldüğünde hiç bir komplikasyon oluşmaması ve beynin bir alt fonksiyonel rejime geçerek travma sonrası ikinci darbe denilen ölümcül etkilerden korunmasıdır [7-8]. Kazalardaki ölümlerin en belirgin nedenlerinden biri de kan kayıplarıdır. Kan kaybı sonucu insanlar tedavi göremeden hayatını kaybetmektedirler. Bu nedenle tıp alanında kan kaybı nedeniyle oluşacak komplikasyonları önlemek
için değişik
çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan biri de beyine hipotermiya uygulamaktır. Günümüzde hipotermiyanın kan
kayıplarında bir tedavi yöntemi olduğu tıp bilimince kabul edilmektedir [9-11]. Literatüre göre narkozla ve genel hipotermiya ile insanda beyin ve rektum sıcaklığı azalmaktadır. Fakat genel hipotermiya uygulanınca vücudun sıcaklığı +28 C olsa dahi beyin sıcaklığı vücut sıcaklığından birkaç derece fazla olmaktadır. Hipotermiya soğutma sistemini kullanarak harici
kranioserebral hipotermiya yapmakla beyin sıcaklığını 30 C veya daha da aşağı sıcaklıklara kadar indirmek mümkündür. Bu da “Kranioserebral Hipotermiya“ metodunun eşsiz üstünlüğünü sergilemekte ve bu yöntemin kanama ve kan kaybı durumlarında ayrıca kalp damar cerrahisinde kullanılmasının esasını teşkil etmektedir [7]. Hipotermiya, dokuların oksijen tüketimini azaltarak organizmayı özellikle de beyni hipoksisinin ölümcül etkisinden korumaktadır. Dolayısıyla hipotermiya uygulanınca organizmadaki kan dolaşımı azaltılabilir veya normal sıcaklığına göre daha uzun süre
için durdurulabilir. Ölümcül oranlarda organizmanın kan kaybı durumunda ise koruyucu unsurlardan en önemlisi olarak hipotermiya görünmektedir [12-13]. Dokuların oksijen tüketimini azaltmak için pratik klinikte kullanılan yöntemlerden en etkin
olarak Demirel, H.
“Kraniserebral Hipotermiya“ ( KSH ) yöntemi kabul edilmektedir. Kranioserebral Hipotermiya tıbbın pek çok olaylarında, özellikle herhangi kaza veya ameliyat sonucu meydana gelen kanama ve kan kaybı durumlarında kardiovaskular cerrahi, nöroloji ve nöroanimatoloji de kullanılmaktadır.
1930’lu yıllardan bu yana hipotermiyayı gerçekleştirmek için değişik yöntemlere başvurulmuştur. Bunlar; vücudun soğuk suya daldırılması, vücuda buz tatbik etmek, soğuk bezle pansuman uygulanması gibi yöntemlerdir. Bu yöntemler ilkel, kontrolden uzak ve pratik olmayan yöntemlerdir. Çünkü beyin sıcaklığının düşürülmesi için vücudu uzun süre soğuk su içinde tutmak gerekir. Bunun sonucunda kalp
yüklenmektedir ve
tehlikeli komplikasyonlar meydana gelmektedir. Ayrıca kontrolsüz olduğu için vücudun hassas bölgelerindeki sıcaklıklar kontrol edilememektedir. Gerçekleştirilen bu çalışmada bahsedilen kusurları ortadan kaldırmak için mikro denetleyiciyle sıcaklık kontrolü yapılarak termoelektrik modül kullanılarak sıçanların (ratların) beynine lokal hipotermiya uygulayan sistem tasarlanmıştır [14-15]. 2. Sıcaklık Kontrollü Hipotermiya Cihazı
Sistem genel olarak üç temel üniteden oluşmaktadır. Bunlar; Güç kaynağı ünitesi, termoelektrik soğutma/ısıtma ünitesi, mikro denetleyicili sıcaklık kontrol ünitesidir. Bu 3 temel üniteyi kapsayan blok diyagramı Şekil 1’de gösterilmiştir.
Mikrodenetleyicili Kontrol Sıcaklık Ölçer Termoelektrik Modül Soğutucu Termoelektrik Soğutma / Isıtma Modülü Güç Kaynağı Şekil 1. Sıcaklık kontrollü hipotermiya sisteminin blok diyagramı
Güç kaynağı ünitesi sistemin komple akımını karşılayacak güçte ve kabul edilebilir regülasyon ve ripple oranlarına sahip olacak şekilde seçilmiştir.
Sıcaklık kontrol ünitesinde kontrol elemanı olarak ATmega128 mikro denetleyicisi kullanılmıştır. Sıcaklık ölçer devresinde ise hassasiyet ve doğruluk çok önemlidir. Sıcaklık sensörünün mümkün olduğunca hassas ve küçük boyutlarda olması istenen bir özelliktir. Bu yüzden sistemde sıcaklık sensörü olarak K tipi termokupl kullanılmıştır. Bunun dışında sistemde T tipi termokupllar da kullanılabilir.
Termoelektrik soğutucuda hem esnek hem de katı peltier eleman kullanılabilir. Bu sistemde katı modül tercih edilmiştir. Ayrıca sıçan beyni ile soğutucu modül arasına sıçan beynine uygun olarak hazırlanmış ısı iletimi iyi olan bir kalıp yerleştirilmiştir. Bu kalıp sıçan kafasına uygun bir şekilde hazırlanmıştır. Bu kalıptan ayrıca tüm sıçan bedeni içinde hazırlanmıştır. Termoelektrik soğutma modülünde elektrik akımının etkisiyle bir tarafta sıcaklık düşerken diğer tarafta sıcaklık artmaktadır. Şekil 2’de sistemin genel görüntüsü verilmiştir.
Şekil 2. Sıcaklık kontrollü hipotermiya sistemi 2.1 Güç Kaynağı Ünitesi Güç kaynağının regülasyon yüzdesi sistemin düzgün bir DC gerilimle çalışabilmesi için çok önemlidir. Sistemin normal
çalışması için
sistemde kullanılan güç kaynaklarının regülasyon yüzdesinin %10’un altında olması istenir. Kullanılan güç kaynağındaki regülasyon yüzdesi %4,13 olarak ölçülmüştür. Bu değerde güç kaynağının bu sistem için rahatlıkla kullanılabileceğini göstermektedir. 2.2 Termoelektrik Soğutma/Isıtma Ünitesi Şekil 3’de Termoelektrik soğutma / ısıtma ünitesinin bloklarını gösteren blok diyagram görülmektedir.
Şekil 3. Termoelektrik soğutma/ısıtma modülü blok diyagramı
Termoelektrik soğutucuda hem esnek hem de katı peltier eleman kullanılabilir. Bu sistemde katı modül tercih edilmiştir. Ayrıca sıçan beyni ile soğutucu modül arasına sıçan beynine uygun olarak hazırlanmış ısı iletimi iyi olan
Demirel, H.
bir kalıp yerleştirilmiştir. Bu kalıp sıçan kafasına uygun bir şekilde hazırlanmıştır. Termoelektrik soğutma modülünde elektrik akımının etkisiyle bir tarafta sıcaklık düşerken diğer tarafta sıcaklık artmaktadır. Bu sıcaklık bertaraf edilmezse termoelektrik modül kısa zamanda bozulur. Bunu önlemek için ısınan yüzeyin ısısını düşürmek gerekir. Bunun için değişik yöntemler vardır. Bunlardan bazıları; alüminyum soğutucu koymak suretiyle, fan koymak suretiyle ve sıvı dolaştırmak suretiyle yapılan soğutmalardır. Bu sistemde sıvı soğutma kullanılmıştır. Sıvı olarak da su kullanılmıştır. Bu soğutma sistemi en etkili yöntemlerden biridir. Sıvı soğutma sistemi; yeterince güce sahip bir su motoru, suyun depolandığı bir radyatör ve depolanan suyun soğutulduğu bir fandan oluşmaktadır. Bu birimler arasında su iletimini sağlamak için plastik hortumlar kullanılmıştır. Ayrıca termoelektrik modüle uygulanan gerilimin kutupları değiştirilmek suretiyle soğutucu modülün soğuyan tarafı ısınır, ısınan tarafı soğur. Sistemde kutupları değiştirmek için çift konumlu role kullanılmıştır. Bu rölenin kontrolü ise mikro denetleyici yardımıyla yapılmaktadır. Eğer istenirse manuel kontrol içinde ayrıca bir komütatörde kullanılabilir. Soğutma/ısıtma modülünün güç parametreleri Çizelge 1.’de verilmiştir. Çizelge 1. Soğutma / Isıtma modülünün akım-gerilim-güç parametreleri ELEMAN GERİLİM (V) AKIM (A) GÜÇ (W) Peltier Eleman 12 V
2,5 A 30 W
Su Motoru (10 lt/dak) 12V
1,3A 15,6 W
DC Fan 12V
0,4A 4,8W
Şekil 4’de ise termoelektrik modülün fotoğrafı net bir şekilde görünmektedir.
Şekil 4. Termoelektrik modül 2.3 Mikro Denetleyicili Sıcaklık Kontrol Ünitesi
Sistemde gerçekleştirilen mikro denetleyicili sıcaklık kontrol ünitesi termoelektrik soğutma/ısıtma sisteminin sıcaklığını ve 3 farklı noktadaki sıcaklıkları ayrı ayrı ölçüp, sıcaklıkların önceden belirtilen değerler arasında kalmasını sağlamak için tasarlanmıştır. Burada kontrol Termoelektrik modülün polaritelerinin değiştirilmesiyle ve termoelektrik sistemi besleyen güç kaynağının çıkışının On/Off yapılmasıyla gerçekleştirecektir. Devredeki bir
düzenlemeyle 4 termokupl içerisinden herhangi birisi hem ölçüm hem de termoelektrik modülün soğutma ve ısıtma yapmasını kontrol etmek için seçilebilecektir. Yani bu termokupl için alt ve üst sıcaklık değerleri girilecek. Eğer sıcaklık alt sınırın altına düşerse termoelektrik modül ısıtma yapacak, sıcaklık üst değerin üzerine çıkarsa termoelektrik modül soğutma yapacak. Diğerleri ise istenilen bölgelerdeki sıcaklıkları ölçüp sıcaklık tehlikeli boyutlara ulaştığında sistemin durdurulmasını sağlamak için kullanılır. Yani diğer 3 termokupl için alt ve üst sınır değerleri girilecek. Eğer bu sınır değerlerinin birinin alt sınırının altına inildiğinde besleme gerilimi kesilecek ve sistem durdurulacak. Şekil 5’de mikro denetleyicili sıcaklık kontrol ünitesinin blok şeması gösterilmektedir. Şekil 5’de bulunan Termokupllar kromel-alumel den yapılmış K tipi termokupllardır. Termokupl giriş
yükselteci ve
kompanzatörü ise
termokupldan gelen düşük genlikli ve tam lineer olmayan sinyalleri yükseltir ve soğuk nokta kompanzasyonu yaparak sıcaklık ölçümünde daha doğru bir sonuç alınmasını sağlar. Analog/Dijital dönüştürücü ise termokupl giriş yükselteci ve kompanzatöründen gelen analog sinyalleri Mikro denetleyicinin anlayacağı bir dile yani dijital sinyallere dönüştürecektir. Mikro denetleyici ünitesinde ise bütün kontrol programları bulunmaktadır. Bu sistemde mikro denetleyici olarak Atmega 128 kullanılmıştır. Bu işlemcinin en büyük özelliği çok geniş bir bellek kapasitesine (128KB) sahip olmasıdır. Böylelikle ölçülen sıcaklık değerleri kaydedilir ve istenildiği zaman LCD ekranında gösterilebilir. 4x4 Keyboard kullanıcının sistemi kontrol
etmek için
kullandığı bir
arabirim rolü
üstlenmektedir. 240x128 çözünürlüğe sahip olan grafik LCD ekran ise sıcaklık değerlerini ve kontrol değerlerini göstermek için kullanılır. Sistemde bulunan güç kaynağı ise bütün sistemin beslemesini sağlamak içindir. Burada termokuplların ölçtüğü negatif sıcaklıkları da görebilmek için besleme kaynağının simetrik olması gerekir. Mikro denetleyicili sıcaklık kontrol ünitesinin daha verimli ve kararlı çalışabilmesi için termokupl çıkışlarının daha çok doğrusallaştırılması gerekmektedir. Bu işlem Termokupl giriş yükselteci ve kompanzatörü aracılığı ile yerine getirilmiştir. Mikro denetleyiciyle istenilen biçimde sıcaklık kontrolü yapabilmek için mikro denetleyiciyi uygun bir programlama dili ile programlamak gerekmektedir. Burada programlama dili olarak C derleyicisi kullanılmıştır. Demirel, H.
ve Dengeleyici (AD 595) Giriş Yükselteci ve Dengeleyici (AD 595) Giriş Yükselteci ve Dengeleyici (AD 595) Giriş Yükselteci ve Dengeleyici (AD 595) ADC (AD 7731) Mikrodenetleyici (ATMEGA128) LCD Grafik Ekran (240 x 128) 1 2 3 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D 4x4 Tuş Takımı İşlemsel Yükselteç (OP-07) İşlemsel Yükselteç (OP-07) İşlemsel Yükselteç (OP-07) İşlemsel Yükselteç (OP-07) Harici Bellek (2 x 24C64) Tarih ve Saat (DSI 1307) Bilgisayar Arabirimi (MA 4232) ON / OFF Anahtar GÜÇ KAYNAĞI Termokupl-1 (K Tipi) Termokupl-2 (K Tipi) Termokupl-3 (K Tipi) Termokupl-4 (K tipi) Termoelektrik Modül
Şekil 5. Mikro denetleyicili sıcaklık kontrolü ünitesinin blok diyagramı 2.3.1. Termokupl Şekil 6’da basit bir K tipi termokuplun yapısı görülmektedir.
Şekil 6. K tipi termokuplun yapısı
Sistemde kullanılan termokupl K tipi termokupldur. K tipi termokupl Kromel (+) ve Alumel (-) malzemelerinin birleşiminden meydana gelmiştir. Kromel – Alumel malzemelerinin birleşimine sıcaklık uygulanırsa çıkış uçlarında sıcaklıkla orantılı olarak mV’lar seviyesinde gerilimler elde edilir. Şekil 7’de ölçülen sıcaklık – gerilim ilişkisini gösteren grafik görülmektedir. -2 -1
1 2 3 4 5 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 100
Sıcaklık (C) G e ri li m ( m V ) K tipi Termokupl Çıkış Gerilimi (mV)
Şekil 7. K tipi termokupl’da sıcaklık-gerilim ilişkisi
K tipi termokupllar, -200 0 C ile +1200 0 C sıcaklık aralığında rahatlıkla kullanılabilir. Hassasiyeti yaklaşık olarak 41V/
0 C’dir. Şekil 7’de görüldüğü gibi termokupl çıkış gerilimi çok düşüktür. Bu gerilimi kullanabilmek için bu gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bunun için Termokupl yükselteci kullanılmıştır.
Sıcaklık ölçüm devresiyle, termoelektrik elemanın sıcak yüzeyine bağlanan bir K tipi Kromel-Alumel termokupl ile sıcaklık bilgisi elde edilmektedir. Termokupl giriş yükselteci olarak soğuk nokta kompanzasyonu da yapabilen, Analog Devices firması tarafından üretilen, AD595 entegre devre elemanı kullanılmıştır. Termokupl yükselteç katının açık devre şeması Şekil 8’de görülmektedir. +25 o C’lik ortam sıcaklığı için K-tipi termokuplla elde edilen çıkış gerilimi 10 mV /
o C’dir. 0-50 o C’lik ortam sıcaklığı aralığında sistemin ölçüm hatası + 0,6 o C’dir [16]. Termokuplla beraber sistemin toplam ölçüm hatası, en fazla, + 1,2 o C olmaktadır. Çıkış gerilimi yükselteç devresi üzerinden A/D dönüştürücünün üçüncü kanalına uygulanmaktadır. +5V -5V
-5V 8 9 11 10 12 13 14 1 3 2 5 4 6 7 AD595 V i V o M 8 M 1 5 K 100
0
10
10
Şekil 8. Termokupl çıkış yükselteci
Termokuplların çıkış gerilimleri çok düşük ve tam kararlı olmadıklarından dolayı
böyle bir
devreye ihtiyaç
duyulmuştur. Devrenin çıkışı hem kararlı hem de yüksek Demirel, H.
çıkış gerilimine sahiptir. Devrenin ölçülen sıcaklık – gerilim ilişkisi Şekil 9’da gösterilmiştir. -400
-200 0 200 400 600
800 1000
1200 -20
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 100
Sıcaklık (C) G e ri li m ( m V ) Termokupl Yükseltecİ Çıkış Gerilimi (mV)
Şekil 9. Termokupl çıkış yükselteci devresinin sıcaklık gerilim ilişkisi 3. Termoelektrik Modülün Parametrik Değerleri
Sıçan’lar üzerinde hipotermiya deneyleri yapmak üzere tasarlanan sıcaklık kontrollü hipotermiya cihazı içerisinde bir adet termoelektrik modül bulunmaktadır. Sistemin içerisindeki, üretici
firması ve
modeli bilinmeyen termoelektrik modüle ait parametrelerin tespit edilebilmesi için bir dizi deneyler yapılmıştır.
Sistemin içerisindeki modülün
ısınan yüzeyinin soğutulması için termoelektrik test sisteminde olduğu gibi su devir daimli bir soğutucu kullanılmaktadır. Termoelektrik modülün temel
parametrelerini belirlemek üzere, termoelektrik modül sistem içerisinde sabit tutularak dış ortam ısıl yükünden tamamen yalıtılabilmesi için 5cm kalınlığında poliüretan köpükle kaplanmıştır. Termoelektrik modülün soğuyan yüzeyinin alabileceği minimum sıcaklık değerini tespit edebilmek için modül uçlarına uygulanan gerilim 2,2 A den başlayarak 0,1 A lik aralıklarla 2,8 A e kadar arttırılmıştır. Şekil 10’da görüldüğü gibi sıcaklık 2,6 A de minimum değerini almakta ve daha sonrasında tekrar yükselmektedir. Geliştirilen yöntemin temel prensipleri gereği T so ’nun minimum değerini alması için termoelektrik modüle uygulanan gerilim değeri V max
olarak, modül tarafından güç kaynağından çekilen akım değeri I olarak ve modüle uygulanan akım kesildiğinde oluşan emk değeri de E
max olarak tespit edilmiştir [17-20].
-23,6
-23,4 -23,2
-23,0 -22,8
-22,6 2,2
2,3 2,4
2,5 2,6
2,7 2,8
I (Amp.) T ( o C ) I-Tso
Şekil 10. Termoelektrik modüle uygulanan akıma göre soğuyan yüzey sıcaklık değerleri
Şekil 11’de Termoelektrik modüle uygulanan gerilime karşılık gelen modülün soğuk taraf ve sıcak taraf sıcaklık değerleri görülmektedir. Vmax'a göre Tso ve Tsı -30,00
-20,00 -10,00
0,00 10,00
20,00 30,00
40,00 12,00
12,50 13,00
13,50 14,00
14,50 14,90
15,00 Vmax (V)
T Tso
Tsı
Şekil 11. V max gerilimine karşılık soğuk taraf ve sıcak taraf sıcaklıkları
Şekil 12’deki şekilde Termoelektrik modülden geçen akıma karşılık gelen modülün soğuk taraf ve sıcak taraf sıcaklık değerleri görülmektedir. Akım değerine göre Tso ve Tsı -30
-20 -10
0 10 20 30 40 2,30 2,38 2,49
2,60 2,69
2,80 2,85
2,89 T ( C 0 ) I (mA) Tso
Tsı Şekil 12. Akım değerine karşılık soğuk taraf ve sıcak taraf sıcaklıkları
Bir
termoelektrik modüle
ait temel
parametreler belirlendikten sonra modül etrafındaki poliüretan köpük çıkartılmıştır. Test sistemi çalıştırılmış ve Çizelge 6.3’deki değerler ölçülmüştür.
Çizelge 2. Termoelektrik test sistemi çalıştırıldıktan sonraki değerler. V max (Volt)
I (Amp.)
T so
(C) T sı (C)
Emax (Volt)
E (Volt)
Q c (W) P (W)
COP (%)
Z (*10
-3 K -1 )
14,00 2,6 -7,05 34,70 3,20 1,90 9,43 34,29 0,28 2,50 4. LCD Gösterge Ekranı
Şekil 13’de görülen menü ölçüm ve kontrol devresinin ana menüsüdür. Burada hangi termokuplun hangi sıcaklığı ölçtüğü ve hangi termokuplun kontrol termokuplu olduğu görülmektedir. Ayrıca sıcaklığın hangi sıcaklık sınırları arasında kontrol edileceği de tuş takımı kullanılarak ekrandaki bilgiler eşliğinde ayarlanmaktadır. Tuş takımındaki diğer tuşların görevleri de açıklanmıştır.
Hüseyin Demirel 04/08/2003 No Kontrol Sıcaklık Alt Sınır Üst Sınır 1 < -- @ -- > 22.3 0 C 0.0 0 C 100 0 C 2 21.7 0 C 0.0 0 C 100 0 C 3 21.9 0 C 0.0 0 C 100 0 C 4 22.6 0 C 0.0 0 C 100 0 C 1 = T1 Alt 5 = T1 Üst A = Test Başlat 2 = T2 Alt 6 = T2 Üst B = Zamanlı Test 3 = T3 Alt 7 = T3 Üst C = Kalibrasyon 4 = T4 Alt 8 = T4 Üst D = Ayarlar # = Bilgisayara Yolla 0 = Kayıtları Siler * = Kayıtları Göster
Şekil 13. Ana menü ekranı 1. Tarih ve Saat 2. Ölçülen sıcaklıklar ve kontrol sıcaklıkları 3. Tuş takımındaki tuşların açıklamaları Demirel, H.
Hipotermiya klinikte önemli tedavi süreçlerinden biridir. Değişik hipotermiya yöntemleri bulunmaktadır. Bunlardan bazıları; soğuk suya batırmak, buz tatbik etmek ve ıslak battaniye ye sarmak gibi. Ancak bu yöntemler ilkel yöntemlerdir aynı zamanda sağlıksız ve kontrolden uzak yöntemlerdir. Tasarlanan sıcaklık kontrollü hipotermiya sistemi yeni ve daha modern bir hipotermiya sistemidir. Bu sistem mikro denetleyici kontrolüne sahip, termoelektrik modül kullanılan, LCD göstergeli kolaylıkla taşınabilir ve çok pratik bir sistemdir. Bu sistem öncelikle sıçanlar için tasarlanmıştır. Bu sistem ile sıçanlar üzerinde birçok deneyler yapılmıştır. Bu deneylerin sonucunda sistemin avantajları bilimsel olarak ta kanıtlanmıştır [14-15].
Termoelektrik sistemler, uzay çalışmalarından tıp bilimine kadar birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Termoelektrik modüllerin diğer sistemlere olan üstünlükleri düşünülecek olursa
önümüzdeki yıllarda kullanım alanlarının daha da artacağı açıktır. Mikro denetleyicili sıcaklık kontrollü hipotermiya cihazında kullanılan elemanlar günün ihtiyaçlarına cevap verebilecek çok üstün özelliklere sahip elemanlardır. A/D dönüştürücü, 24-bitlik geniş bir veri yoluna sahip bir dönüştürücüdür. ATmega128 mikro denetleyicisinin ise birçok üstün özellikleri arasında en büyük özelliği çok geniş bir bellek kapasitesine sahip olmasıdır. Böylece ölçülen sıcaklık değerleri kaydedilir ve istenildiği zaman 240x128 gibi yüksek çözünürlüğe sahip bir LCD ekranda gösterilebilir. Kullanılan termoelektrik modülün bazı parametre değerleri, yeni bir test cihazı olan mikro denetleyici kontrollü termoelektrik test sistemi yardımıyla ölçülmüştür [17-20]. Sonuçlar çizelgelerde ve grafiklerde gösterilmiştir.
Tasarlanan ve gerçekleştirilen sistem teknik özellikleri ile hipotermiyanın teknolojiye daha uygun bir şekilde yapılmasına olanak sağlamıştır. Sıcaklık kontrollü hipotermiya sistemi öncelikle deneysel amaçlı olarak sıçanlar için tasarlanmıştır. Sıçanlar üzerinde yapılacak deneyler sonucunda elde edilen olumlu veriler rahatlıkla insanlar içinde uygulanabilecektir. Kaynaklar
[1] Mellergard, P., Nordstrom, C.H., Christensson, M., “A method for monitoring intracerebral temperature in neurosurgical patients”, Neurosurgery 4:654-657, 1990. [2] Mellergard, P., “Changes in human intracerebral temperature in response to different methods of brain cooling”, Neurosurgery, 6:671-677, 1992. [3] Croughwell, N., Smith, L.R., Quill, T., Newman, M., Greeley, W., Kern, F., Lu, J., Reves, J.G., “The effect of temperature on cerebral metabolism and blood flow in adults during cardiopulmonary bypass”, J Thorac Cardiovasc Surg 3:549-554, 1992. [4] Ohta, T., Sakaguchi, I., Dong, L.W., Nagasawa, S., Yasuda, A., “Selective cooling of brain profound hemadilution in dogs”, Neurosurgery, 6:1049-1054, 1992. [5] Clifton, G., “Hypothermia and severe brain injury”, J Neurosurg, 4:718-719, 2000.
[6] Plesnila, N., Muller, E., Guretzki, S., Ringel, F., Staub, F., Beathmann, A., “Effect of hypothermia on the volume of rats glial cells”,
[7] Clifton, G.L., Jiang, J.Y., Lyeth, B.G., Jenkins, L.W., Hamm, R.J., Hayes, R.L., “Marked protection by moderate hypothermia after experimental traumatic brain injury”, J Cereb Blood Flow Metab, 1:114 -121, 1991.
[8] Clifton, G.L., Allen, S., Berry, J., Koch, S.M., “Systemic hypothermia in treatment of brain injury”, J Neurotrauma Suppl, 2:487-495, 1992. [9] Clifton, G.L. et al., “Systematic Hypothermia In Treatment Of Brain Injury”, USA, (1992). [10] Wayfoth, H. B., “Experimental And Surgical Techique In Rat”, USA, 70-73, 1993. [11] Frank, S.M., “Consequences of hypothermia”, Current Anaesthesia & Critical Care, 12: 79-86, 2001. [12] Ovul, I., Nadirzade, R.S., Oner, K., Nadirzade, S.M., “A method for monitoring intracerebral temperature in neurosurgical patients”,
[13] Ovul, I., Nadirzade, R.S., Oner, K., Nadirzade, S.M., “A new technique for brain hypothermia”, Technology-
[14] Demirel, H., Ahıska, R., “mikro denetleyiciyle sıcaklık kontrollü RAT
thermohipoterm sistemi”, III. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Ankara, 165-173, 2003. [15] Ahıska, R., Demirel, H., Erkal, B., “Post Traumatic Protection Of Brain
In Rats
Using Rat
Termohypotherm Device”, Journal Of Science, 17(4) : 29-38, 2004. [16] http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/4 21725987AD594_5_c.pdf , 2005. [17] Ciylan, B., Savaş, Y., Ahıska, R., “Termoelektrik modüller için mikrodenetleyici kontrollü test sistemi“, III. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Ankara, 155-164, 2003. [18] Ahıska, R., Ciylan, B., Savaş, Y., Güler, İ., “Standart termoelektrik modülün Z parametresinin ölçülmesi için yeni yöntem ve yeni sistem“, Gazi Üniv. Müh. Mim.
[19] Demirel, H., Ciylan, B., Erkal, B. and Yılmaz, S., Design of a universal thermoelectric module test system for testing rat brain thermoelectric hypothermia, IET
Science, Measurement & Technology, 2007, 1, (3), pp. 160–165. [20] Ciylan, B. and Yılmaz, S., Design of a thermoelectric module test system using a novel test method, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 46, 717-725, 2007. Yüklə 151,75 Kb. Dostları ilə paylaş:
|