專利名稱：基于生理參數的血泵控制設備的制作方法
技術領域：
基于生理參數的血泵控制設備涉及一種血泵的控制方式。
背景技術：
國際上，澳大利亞Woodard John等，在2006年申報的專利A61M 1/10 (2006. 01) 20060101AF2007050 旋轉血泵脈動控制系統，是一個控制旋轉血泵速度的 系統。改變血泵的轉速來產生脈動的壓力，這對電機要求較高。專利200580038932. 4.和 US 20040215050A1介紹的人工心臟中以血泵流量為控制信號，通過一定的控制方法來控制 血泵的工作狀態。但是，由于這種控制模式是以血泵狀態為基礎的，而不是以病人的狀態為 基礎的，沒有考慮血泵與人體的相互作用，所以不夠人性化，不會完全適合病人的病情。在國內，清華大學白凈教授等的專利CN1446592 微型軸流式血泵的優化非恒速 控制方法，是建立在由目標函數、控制參數、限制條件組成的調節血泵轉速的優化模型之上 的方法，這些模型控制并沒有充分考慮到血泵與人體相互關系，對人體的調節不夠準確。影響血流量的因素可分為三個方面血壓、心排出量和外周阻力。外周阻力，是由于血液流動時因摩擦而消耗的能量，影響血管內血流阻力的主要 因素有血管長度及直徑、血液粘度和血管順應性。血管內徑和血液粘度的改變是血流量和 血壓調節的因素。根據Poiseuilli定律可得到血流阻力R = 8 η L/ 31 r4(1)其中R為血流阻力，η為血液粘度，L為血管長度，r為血管半徑。人體動脈粘彈性在心血管功能中起著重要作用，心臟收縮時，血管充盈，管壁將膨 脹，這種膨脹為血管的順應性，起到穩定血流的作用。根據Draaijer等研究得到血管順應 性Zc = 4 π rdr/dP (2)其中Zc為血管順應性，r為血管半徑，dr為心臟周期作用下直徑變化，dp為舒張 壓與收縮壓的差值。心排出量包括兩個因素每博量(SV)和心率(HR)每博量，代表每次心跳的心室射血量，受充盈時間和靜脈回流影響，既心室舒張末 期容積、心率、外周阻力、動脈壓等。動脈壓增大，管壁所收張力變大，心室期射入主動脈的 血量增多，故每搏輸出量增大。血流量隨著每搏量的變化而變化，是影響血流量的一個因
ο心率取決于竇房結自動去極化速度，受到神經、動脈壓、靜脈回流等因素的影響， 是影響心輸出量的重要因素，心排出量直接影響血流量的大小。從能量角度考慮，心室做功主要表現為克服自身能量消耗和推動血液流動，推動 血液流動的功主要是血液的勢能W = P(t) XQ(t) (3)其中P(t)為主動脈壓，Q(t)為血流量。血泵所做的功主要是推動血液流動的功，可以得到血泵流量Q
權利要求
基于生理參數的血泵控制設備，包括多通道數據采集模塊和數據處理模塊，其特征在于所述多通道數據采集模塊采集心率信號、血泵前的血壓信號、血泵后的血壓信號、血液溫度信號、血泵外表面溫度信號、血泵葉片轉速信號、血泵電壓信號、血泵電流信號送到數據處理模塊，其中心率信號、血泵前的血壓信號、血泵后的血壓信號、血液溫度信號、血泵外表面溫度信號先依次經過放大電路、濾波電路、A/D轉換電路；所述數據處理模塊接收多通道數據采集模塊送來的各信號，并得到各信號值，首先根據如下的血流量控制算法得到實際人體或模型的血流量， <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mo>[</mo><mfrac> <mrow><mi>aλπ</mi><msup> <mi>r</mi> <mn>4</mn></msup><mi>dp</mi> </mrow> <mrow><mn>8</mn><mi>ηLdp</mi><mo>+</mo><mn>4</mn><msup> <mi>π</mi> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>r</mi> <mn>5</mn></msup><mi>dr</mi> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>1</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>8</mn> <mi>ηL</mi></mrow><msup> <mi>π</mi> <mn>4</mn></msup> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>2</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>4</mn> <mi>πrdr</mi></mrow><mi>dp</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>ab</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>3</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>8</mn> <mi>ηL</mi></mrow><msup> <mi>π</mi> <mn>4</mn></msup> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>4</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>4</mn> <mi>πrdr</mi></mrow><mi>dp</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mn>3</mn><msup> <mi>λ</mi> <mn>2</mn></msup><mi>π</mi><msup> <mi>r</mi> <mn>4</mn></msup><mi>dp</mi> </mrow> <mrow><mn>8</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mi>ηLdp</mi> <mo>+</mo> <mn>4</mn> <msup><mi>π</mi><mn>2</mn> </msup> <msup><mi>r</mi><mn>5</mn> </msup> <mi>dr</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>]</mo><mo>*</mo> </mrow> <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <mi>p</mi></mfrac><mo>+</mo><mo>[</mo><mfrac> <mrow><mi>aλ</mi><msup> <mi>πr</mi> <mn>4</mn></msup><mi>dp</mi> </mrow> <mrow><mn>8</mn><mi>ηLdp</mi><mo>+</mo><mn>4</mn><msup> <mi>π</mi> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>r</mi> <mn>5</mn></msup><mi>dr</mi> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>5</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>8</mn> <mi>ηL</mi></mrow><msup> <mi>π</mi> <mn>4</mn></msup> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>6</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>4</mn> <mi>πrdr</mi></mrow><mi>dp</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msup> <mi>b</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>7</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>8</mn> <mi>ηL</mi></mrow><msup> <mi>π</mi> <mn>4</mn></msup> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>μ</mi><mn>8</mn> </msub> <mfrac><mrow> <mn>4</mn> <mi>πrdr</mi></mrow><mi>dp</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mi>HR</mi><mo>*</mo><mi>P</mi> </mrow></mfrac> </mrow>其中，η為血液粘度，L為實際人體或模型的血管長度，r為實際人體或模型的血管半徑，dr為心臟周期作用下血管直徑的變化，dp為血泵前的血壓與血泵后的血壓的壓差，a、b、λ是分別與實際人體或模型的血流阻力R、血管順應性Zc、每博量SV有關的常數，P為血泵前的血壓，HR為心率，μ1 μ8為根據實際人體或模型的具體情況確定的常系數；然后，數據處理模塊根據血液溫度、血泵的外表面溫度、血泵葉片轉速、血泵電壓、血泵電流的當前情況，輸出血泵轉速控制信號給驅動電路，驅動電路向血泵提供功率輸出，使血泵輸出的血流量與由控制算法得到的實際人體或模型的血流量一致。
2.如權利要求1所述的基于生理參數的血泵控制設備，其特征在于所述血泵轉速控 制信號為輸出給血泵的電壓或電流的占空比信號PWM。
3.如權利要求1所述的基于生理參數的血泵控制設備，其特征在于所述血液溫度 作為血泵工作溫度的限制值；所述血泵的外表面溫度是血泵的工作溫度；所述血泵葉片轉 速、血泵電壓、血泵電流信號作為檢測血泵是否正常工作的指示。
全文摘要
基于生理參數的血泵控制設備涉及一種血泵的控制方式。包括多通道數據采集模塊和數據處理模塊，所述多通道數據采集模塊采集心率信號、血泵前的血壓信號、血泵后的血壓信號、血液溫度信號、血泵外表面溫度信號、血泵葉片轉速信號、血泵電壓信號、血泵電流信號送到數據處理模塊，其中心率信號、血泵前的血壓信號、血泵后的血壓信號、血液溫度信號、血泵外表面溫度信號先依次經過放大電路、濾波電路、A/D轉換電路。所述數據處理模塊接收多通道數據采集模塊送來的各信號，并得到各信號值，根據信號值通過血流量控制算法控制血泵的功率。從而可根據所測生理參數調節血流量，實現血泵輸出流量與人體所需流量相平衡。
文檔編號A61M1/10GK101983732SQ20101055451
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者喬愛科, 劉有軍, 常宇, 谷凱云 申請人:北京工業大學