Исследование математической модели биоискусственной печени с использованием ПИД-регулятора
- Авторы: Ганьшин А.С.1, Андриков Д.А.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 25, № 4 (2024)
- Страницы: 405-412
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327557
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2024-25-4-405-412
- EDN: https://elibrary.ru/ADVUUU
- ID: 327557
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель данного исследования - разработка и анализ математической модели биоискусственной печени с использованием пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора для управления ключевыми процессами. Биоискусственная печень представляет собой сложную систему, задача которой заключается в выполнении основных функций печени, что критически важно для развития альтернативных методов лечения пациентов с печеночной недостаточностью. В работе описано строение и функциональность модели биоискусственной печени, основываясь на обзоре анатомии человеческой печени, а также на изучении биотехнологических аспектов создания искусственных органов. Рассматривается применение ПИД-регулятора, который позволяет точно и адаптивно контролировать процессы внутри модели, такие как подача питательных веществ и удаление токсинов. Методология исследования охватывает создание математической модели, ее компьютерное моделирование и анализ полученных данных. Экспериментальная часть работы заключается в выявлении оптимальных параметров ПИД-регулятора для различных условий эксплуатации биоискусственной печени. Результаты данного исследования могут способствовать повышению эффективности биоискусственных систем поддержки печеночных функций, с их помощью возможно появление и новых подходов к использованию искусственных органов, что обладает значительным потенциалом для сферы трансплантологии и лечения заболеваний печени.
Об авторах
Алексей Сергеевич Ганьшин
Российский университет дружбы народов
Email: 1042210064@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-3582-4889
аспирант кафедры механики и процессов управления, инженерная академия
Москва, РоссияДенис Анатольевич Андриков
Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: andrikovdenis@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0359-0897
SPIN-код: 8247-7310
кандидат технических наук, доцент департамента механики и процессов управления, инженерная академия
Москва, РоссияСписок литературы
- Pereira DS, Pinto JOP. Genetic algorithm based system identification and PID tuning for optimum adaptive control. Proceedings, 2005 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. 2005;801-806. https://doi.org/10.1109/AIM.2005.1511081
- Kato M, Yamamoto T, Fujisawa S. A skill based PID controller using artificial neural networks. International Conference on Computational Intelligence for Modelling, Control and Automation and International Conference on Intelligent Agents, Web Technologies and Internet Commerce (CIMCA-IAWTIC'06), Vienna, Austria, 2005. P. 702-707. https://doi.org/10.1109/CIMCA.2005.1631346
- Balis UJ, Yarmush ML, Toner M. Bioartificial Liver Process Monitoring and Control Systems with Integrated Systems Capability. Tissue Engineering. 2002;8(3):483-98. https://doi.org/10.1089/1076327027601847
- Wu C, Li K, Zhang C, Zhang G, Huo X. Implementation of Signal Detection and Control of Bioartificial Liver Support System. BIBE2021: The Fifth International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering. 2021. Article No. 25. https://doi.org/10.1145/3469678.3469703
- He Y-T, Qi Y-N, Zhang B-Q, Li J-B, Bao J. Bio-artificial liver support systems for acute liver failure:A systematic review and meta-analysis of the clinical and preclinical literature. World Journal of Gastroenterology. 2019;25(27)3634-3648. https://doi.org/10.3748/wjg.v25.i27.3634
- Dolgikh MS. The modern technologies for creation of implanted bioartificial liver. Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2010;4(2):150-160. (In Russ.) https://doi.org/10.18097/pbmc20105604425
- Pankratov LV. Modeling and optimization of the PID controller. Science and technology of transport. 2017;(2):73-78. (In Russ.) EDN: YSPHYB
- Alexandrov AG, Palenov MV. Adaptive PID controllers: state of the art and development prospects. Automation and Remote Control. 2014;75(2):188-199. https://doi.org/10.1134/S0005117914020027 (In Russ.)
- Detry O, Arkadopoulos N, Ting P, Kahaku E, Wat-anabe FD, Rozga J, Demetriou AA. Clinical use of a bio-artificial liver in the treatment of acetaminophen-induced fulminant hepatic failure. American surgeon. 1999;65(10):934-938. EDN: DEOHDD
- Ding YT, Shi XL. Bioartificial liver devices: Perspectives on the state of the art. Frontiers of Medicine. 2011;5:15-19. https://doi.org/10.1007/s11684-010-0110-x
- Park JK, Lee DH. Bioartificial Liver Systems: Current Status and Future Perspective. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2005;99(4):311-319. https://doi.org/10.1263/jbb.99.311
- Bañares R, Catalina MV, Vaquero J. Molecular adsorbent recirculating system and bioarti cial devices for liver failure. Clin Liver Dis. 2014;18(4):945-956. https://doi.org/10.1016/j.cld.2014.07.011
- Cisneros-Garza LE, del Rosario Muñoz-Ramírez M, Muñoz-Espinoza LE. The molecular adsorbent recirculat-ing system as a liver support system: summary of Mexican experience. Ann Hepatol. 2014;13(2):240-247. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24552866/
- Kanjo A, Ocskay K, Gede N. Ef cacy and safety of liver support devices in acute and hyperacute liver failure: a systematic review and network meta-analysis. Sci Rep. 2021;11(1):1-10. https://doi.org/10.1038/s41598021-83292-z
- Hanish SI, Stein DM, Scalea JR. Molecular Adsor-bent Recirculating System Effectively Replaces Hepatic Funct-ion in Severe Acute Liver Failure. Ann Surg. 2017;266(4):677-684. https://doi.org/10.1097/sla.0000000000002361
- Salman GA, Jafar AS, Ismael AI. Application of artificial intelligence techniques for LFC and AVR systems using PID controller. International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2019;10(3):1694. http://dx.doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i3.pp1694-1704
- Kouba NY, Menaa M, Hasni M, Boudour M. Optimal Control of Frequency and Voltage Variations Using PID Controller Based on Particle Swarm Optimization. Proceedings of the 4th International Conference on Systems and Control. 2015:424-429. http://dx.doi.org/10.1109/ICoSC.2015.7152777
- Tan HK. Molecular adsorbent recirculating system (MARS). Ann Acad Med Singap. 2004;33(3):329-335. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15175774/
- Khuroo MS, Khuroo MS, Farahat KLC. Molecular adsorbent recirculating system for acute and acute-on-chronic liver failure: a meta-analysis. Liver Transpl. 2004;10(9):1099-1106. https://doi.org/10.1002/lt.20139
- Tandon R, Froghi S. Artificial liver support systems. J Gastroenterol Hepatol. 2021;36(5):1164-1179. https://doi.org/10.1111/jgh.15255
Дополнительные файлы
