[发明专利]多级磁传动式机械辅助循环优化系统

说明书

多级磁传动式机械辅助循环优化系统，属于生物医学工程领域。系统包括检测模块、决策模块和评价模块；检测模块中导入患MRI扫描图像，得到对应的心主动脉、胸部肋骨和体表的分割图像，将分割后的图像和测得的心排量和血压发送至决策模块，将血压波形发送至评价模块；决策模块通过系统基于多目标优化算法计算出多级磁传动机械辅助循环装置各级装置的尺寸；评价模块将量化后的数值基于加权平均算法计算出多级磁传动装置的评价值。具有高稳定性和便携性。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种多级磁传动式机械辅助循环优化系统，用于优化多级磁传动机械辅助循环装置，具有可靠性以及普适性。

背景技术

机械辅助循环装置是解决心脏肾脏衰竭患者的有效解决手段，人工心脏是机械辅助循环的一种。目前常用的一体式人工心脏有经皮导线，易发生感染的缺点。北京工业大学体外生命支持实验室采用磁耦合原理设计了人工心脏体外磁驱动系统，专利99126258.1和专利200910089092.4，这两个专利设计的两级传动装置可以提高转矩的传递效率。但是根据基于人体的解剖结构，植入人体的人工心脏的转动轴与放置于体表的驱动装置的转动轴不平行，而是存在30°—60°的夹角，多级磁传动机械辅助循环装置在人体内的位置关系如图1所示，将人工血泵(Blood pump)(B)置于心主动脉(Aorta)(A)中，将二级传动装置(Transmission Machine)(T)置于人体胸腔第3-4肋骨间，连接外部电源与控制器的一级驱动装置(Driving Machine)(D)置于人体躯干表面。

鉴于不同心衰患者身体结构及生理状况存在差异性，驱动装置(D)和传动装置(T)、传动装置(T)和人工血泵(B)，三者彼此之间的传动距离具有显著差异，驱动装置(D)和传动装置(T)的尺寸即装置内部圆柱状磁芯的半径和高度，是决定装置传动距离的重要因素。

考虑到装置佩戴的便捷性以及减少患者术后并发症的几率，在保证多级磁传动装置稳定性的前提下，驱动装置D和传动装置T的尺寸应尽可能小。针对不同的病人，多级磁传动式人工心脏各级装置(D和T)的尺寸较难确定。为了解决这个问题，本发明提出了一种多级磁传动式机械辅助循环优化系统，提出设计一套优化系统，通过系统基于多目标优化算法计算出多级磁传动机械辅助循环装置各级装置的尺寸。

发明内容

为了能够根据心衰患者的生理参数优化多级磁传动机械辅助循环装置。本发明旨在提供一种多级磁传动式机械辅助循环优化系统装置，为不同患者优化出高稳定性和便携性的多级磁传动机械辅助循环装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多级磁传动式机械辅助循环优化系统，其特征在于：系统包括检测模块、决策模块和评价模块；

检测模块中导入患者胸部的MRI扫描图像，通过CAPSULE网络图像模型，得到对应的心主动脉、胸部肋骨和体表的分割图像，基于ICG方法无创采集患者心肺循环生理数据即心排量，基于示波法测量患者血压，同时将患者实时血压拟合成波形，最终检测模块将患者胸部的capsule网络算法分割后的图像和测得的心排量和血压发送至决策模块，将血压波形发送至评价模块；

决策模块基于人工心脏多级磁传动模型，根据MRI分割图像和心排量等信息进行决策。首先，根据心排量和血压确定人工血泵(B)的选型；然后利用多目标优化算法，根据现有技术多个不同尺寸驱动装置(D)和传动装置(T)的情况，针对不同尺寸驱动装置(D)和传动装置(T)组合情况，分别求解驱动装置(D)和传动装置(T)之间的稳定传动距离以及传动装置(T)和人工血泵(B)之间的稳定传动距离，以此反向求解或从中选出适合患者身体结构即心主动脉、胸腔第3、4肋骨和人体表的位置关系相匹配的驱动装置(D)尺寸和传动装置(T)尺寸，可以为一组或几组；为保证多级磁传动装置的实际稳定性及安全性，决策模块输出的驱动装置(D)最小尺寸和传动装置(T)最小尺寸的同时，在满足装置稳定传导前提下，分别输出驱动装置(D)和传动装置(T)最接近最小尺寸的两组解；根据决策模块输出的结果，实际制作出三组尺寸的驱动装置(D)和传动装置(T)；