[发明专利]多模式心室辅助血泵控制器

说明书

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及人工心脏血泵的控制器。

背景技术

人工心脏即心室辅助装置，主要应用在救治心脏衰竭的病人。人工心脏中的控制器是人工心脏稳定工作及智能心脏辅助装置的核心部分。

在国外，专利WO2006/055745A2和US 20040215050A1介绍的人工心脏中以血泵流量为控制信号，通过一定的控制方法来控制血泵的工作状态。在控制方法中提出三种控制模式：恒速模式，恒流模式，最大流量模式。此控制系统由于三种控制模式的设计使得在控制的可靠性和灵敏度方面有了很大程度的提高，是目前国外做的比较好的一套控制系统。但是，由于这三种控制模式是以血泵状态为基础的，而不是以病人的状态为基础的，所以不够人性化，不会完全适合病人的病情。

在国内，清华大学白净教授等的专利CN1446592A：微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法，是建立在由目标函数、控制参数、限制条件组成的调节血泵转速的优化模型之上的方法。但也由于其非恒速，对电力需求较大。

以上设计存在一些问题。一是，以上设计普遍耗能较大，都在15W以上，这样仪器的实用性就会降低，尤其在病人无法迅速充电的情况下，大量耗电会使病人情况非常危险。二是，由于其血泵的转速较大或速度变化率大，对血液的破坏较大。三是，没有直接根据病人的生理情况来控制人工心脏中血泵的转速，使人工心脏工作在适合病人病情的最佳状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种多模式心室辅助血泵控制器，可以根据病人的实际生理状态，选择不同的工作模式，从而让人工心脏达到适合病人病情的最佳工作状态。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：设计一种多模式心室辅助血泵控制器，该控制器包括上位机控制模块、串口通信；上位机控制模块通过串口通信与下位机控制模块连接，下位机控制模块控制血泵的运行，且测量并提供血泵的状态信号给上位机控制模块，其中包括血泵的电压、电流、转速、温度，其特征在于：该控制器还包括可监测人体状态的信号采集模块，该模块给上位机控制模块提供人体的状态信号，其中包括心率(HR)、主动脉压(AOP)、左心室压(LVP)、肺动脉压(PAP)和血液流量(Q)；上位机控制模块根据血泵和人体的状态信号可实现如下工作模式：

●常规模式，在该模式下，以心率和心率变化率为控制信号来调整血泵转速到所需流量；

●抽吸处理模式，当左心室压小于发生抽吸的左心室压临界点时切换到该模式，在该模式下，当左心室压下降时，以左心室压为控制信号来调整血泵转速到所需流量；当左心室压上升时，保持当前血泵转速得到的流量；

●肺淤血处理模式，当肺动脉压大于发生肺淤血的临界条件时切换到该模式，在该模式下，当肺动脉压上升时，以肺动脉压为控制信号来调整血泵转速到所需流量；当肺动脉压下降时，保持当前血泵转速得到的流量；

●信号采集模块故障处理模式，在该模式下，血泵选择一个合理的转速，保持此转速不变，直到恢复正常；

●搏动模式，在该模式下，在收缩期和舒张期调整血泵转速分别给出不同的流量；

●启动模式，在该模式下，保持恒定流量不变；

上述各种模式的切换条件如下：设心率HR、主动脉压AOP、左心室压LVP、肺动脉压PAP和流量Q为系统的输入，A，B，C为通过手动切换的系统的输出，输出为A时，系统工作在常规模式；输出为B时，系统工作在搏动模式；输出为C时，系统工作在启动模式；

●当系统工作在常规模式下时，若检测到触发条件左心室压LVP小于发生抽吸的左心室压临界点LVP0，则系统切换到抽吸处理模式；

●经过抽吸处理模式下的调整，当检测到条件左心室压LVP大于左心室恢复充盈的临界点LVP1时，系统切换回到常规模式；

●在常规模式下，若检测到触发条件肺动脉压PAP大于发生肺淤血的肺动脉压临界点PAP0，则系统切换到肺淤血处理模式；

●经过肺淤血处理模式下的调整，当检测到条件肺动脉压PAP小于肺循环恢复正常的临界点PAP1时，系统切回到常规模式；

●在常规模式下，若检测到心率HR，主动脉压AOP是没有生理意义的值时，系统切换到信号采集模块故障处理模式，经过检修后，当检测到心率HR，主动脉压AOP恢复到有生理意义的值时，系统切回到常规模式。

其中的信号采集模块包含分别测量血流量、血压和心率信号的流量传感器、有创压力传感器、心电电极；具有多路的由滤波器和放大器构成的输入信号预处理系统，由单片机构成的将预处理后的输入信号进行模数转换的A/D转换系统，将处理后的数据送到上位机控制模块的数据传输系统。