Controlo Comutado para a Infusão de Fármacos

Abstract

Nesta tese apresenta-se uma abordagem baseada em controlo comutado para a administração de fármacos por infusão em pacientes sujeitos a cirurgias. São analisados aspectos teóricos e de índole prática referentes a um sistema de comutação entre vários controladores lineares, com o objectivo de melhorar o desempenho da resposta induzida num paciente pela acção de um determinado fármaco no que diz respeito ao seguimento de um nível de bloqueio neuromuscular desejado durante uma cirurgia. Para um banco adequado de controladores estabilizantes, obtêm-se resultados teóricos que asseguram a estabilidade durante a comutação e garantem a convergência do erro de seguimento para zero. Estes resultados são ilustrados por simulações, que revelam uma melhoria no desempenho do sistema de comutação estudado. São também apresentadas duas técnicas para a obtenção de um banco de controladores estabilizantes. Para a implementação prática dessas técnicas são propostos dois métodos de identificação da dinâmica do paciente, acompanhados por simulações com exemplos elucidativos. Considera-se ainda o caso de um banco geral de controladores (não necessariamente estabilizantes) associados a um banco de modelos e, admitindo-se que a dinâmica do paciente é descrita exactamente por algum daqueles modelos (a menos de uma certa perturbação limitada), deduzem-se, sob certas condições, resultados teóricos que mostram que as propriedades de estabilidade e convergência são preservadas durante a comutação.

In this thesis a switching control strategy for drug administration by infusion during surgery is presented. More concretely, a scheme based on switching among several linear controllers is considered in order to improve the performance of the patient response to drug infusion with respect to tracking a desired level of neuromuscular blockade. Theoretical results which ensure overall stability and reference tracking under switching are obtained assuming a bank of suitable stabilizing controllers. These results are illustrated by simulations which show that, in our case, a switching controller yields better results than a fixed one. Moreover two techniques are proposed to obtain a bank of stabilizing controllers starting from a given controller bank. Since these techniques require the knowledge of the process model, two methods are given to identify the patient dynamics for practical implementation. Finally, also the case of model based switching among a bank of not necessarily stabilizing controllers is considered. Under the exact matching assumption and some additional conditions on the model-controller bank, results are obtained which ensure stability and reference tracking under switching.