ABSTRACT

The cerebral perfusion pressure (CPP) is defined as the mean arterial pressure (MAP) minus the intracranial pressure (ICP), i.e. CPP=MAP-ICP. Consistent maintenance of the CPP is generally accepted as one of the major requirements in the Intensive Care Unit for patients who may have raised ICP, especially for traumatic brain injury patients from traffic accidents. In this study, a method of raising MAP by automatic control of Noradrenaline (NA) infusion is presented for the purpose of regulating the CPP at an adequate level. In general, the Datex AS/3 and Codman ICP express monitoring systems are used to measure the current MAP and ICP of the patient. The CPP is calculated from these values, and then, considered as a feedback to a PID controller. The NA infusion rate is generated to maintain the CPP at a reference level due to the increase of ICP. The control system was tried on regulating the CPP around 70 mmHg on 10 pigs under anaesthesia condition and manual incresement of ICP by an intraventricular balloon catheter. The system response achieves the settling time 5±1.30 min and the overshoot 4±1.72 mmHg. The results indicated the feasibility of the CPP control system.

Keywords: Mean arterial pressure, PID Controller, Ziegler-Nichols Method,    Guyton?s model

Title: A study on Cerebral Perfusion Pressure Control

TóM TắT

áp lực tưới máu não (cerebral perfusion pressure - CPP) được định nghĩa là hiệu số giữa huyết áp động mạch trung bình (mean arterial pressure - MAP) và áp lực nội sọ (intracranial pressure - ICP), tức là, CPP=MAP-ICP. Việc duy trì CPP ở một giá trị thích hợp là một trong những yêu cầu chính của hoạt động săn sóc đặc biệt các bệnh nhân bị tăng ICP, đặc biệt đối với các bệnh nhân bị chấn thương sọ não, thường gặp từ các tai nạn giao thông. Trong nghiên cứu này, phương pháp nâng cao MAP bằng cách tự động điều khiển việc tiêm Noradrenaline, được trình bày nhằm mục tiêu duy trì CPP ở một giá trị thích hợp bù trừ lại việc tăng ICP, gây ra do thương tổn. Một cách tổng quát, hệ thống hiển thị Datex AS/3 và Codman ICP Express được sử dụng để đo giá trị MAP và ICP hiện tại của bệnh nhân. CPP được tính toán từ hai giá trị này và được hồi tiếp về bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển PID sẽ quyết định tốc độ tiêm Noradrenaline cho hệ thống bơm tự động, nhằm duy trì CPP ở giá trị mong muốn, bù trừ lại sự gia tăng ICP. Hệ thống điều khiển đã được thực nghiệm để ổn định CPP xung quanh giá trị 70 mmHg trên 10 con heo, trong điều kiện gây mê kết hợp với việc tăng ICP nhân tạo thông qua sự thay đổi áp lực bóng hơi nội não thất (intraventricular balloon catheter). Đáp ứng của hệ thống có thời gian xác lập đạt 5±1.30 phút và độ vọt lố chỉ 4±1.72 mmHg. Các kết quả thực nghiệm trên động vật kiểm chứng được khả năng tự động điều khiển áp lực tưới  máu não.

Từ khóa: Huyết áp trung bình, Bộ điều khiển PID, Phương pháp Ziegler-Nichols, Mô hình Guyton