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.
Anahtar Sözcükler: Hipotermiya, Sıcaklık kontrolü,
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.
Keywords:
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.
Giriş Yükselteci
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
0
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.
2.3.2. Termokupl Yükselteci
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
μF
10
μF
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.
14:11:42
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.
5. Sonuç
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”,
J Physiol, 1:155-162, 2000.
[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”,
Technology-Surgical
Approaches, 3:354, 1997.
[13] Ovul, I., Nadirzade, R.S., Oner, K., Nadirzade, S.M.,
“A new technique for brain hypothermia”, Technology-
Surgical Approaches, 3:353, 1997.
[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.
Fak. Der., 19 (4): 467 – 473, 2004.
[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.
Dostları ilə paylaş: |