心室辅助血泵的控制模块构建

摘要

在现代社会中,心脏病已经日益成为人类健康的主要威胁,而对于末期的充血性心力衰竭,传统的心脏移植手术治疗手段由于心脏供体的极度缺乏,已经远远不能满足患者的需求。而随着科学技术与医学的不断发展,心室辅助血泵的研究已成为心脏外科和生物医学工程领域研究的焦点。
　　 在心室辅助血泵的研究过程中,其控制策略是心室辅助血泵研究中的关键问题之一。因为随着心室辅助血泵研究的不断深化,在其性能方面,人们希望它能更加符合自然心脏的工作机制,满足患者的血液需求,所以符合人体机制的心室辅助血泵控制策略是心室辅助血泵在临床治疗上能否更加实用化的关键技术。遗憾的是,目前国内的心室辅助血泵系统中,几乎都采用恒定转速的控制方式,这种方式不能根据患者血流量需求的变化自动调节心室辅助血泵的转速,在临床应用上有很大的局限性,进而影响其应用和推广。
　　 本文基于生理参数的心室辅助血泵控制系统,能实时检测并反馈患者的生理变化,根据这些反馈信息调整心室辅助血泵的运行,使之满足人体的血流量需求,提高心室辅助血泵的生理相容性。本文提出了基于生理参数的六种控制模式,并将其应用于心室辅助血泵控制系统的上位机控制。具体的研究内容如下:
　　 第一,血泵的血流动力学模型研究。为了构建合理的血泵控制模式,需要深入研究血泵的血流动力学特性,建立血泵的血流动力学模型。本研究利用心血管系统与心室辅助血泵的模拟循环台,进行血泵的血流动力学实验,分析血泵的PFR关系,并利用实验数据建立血泵的血流动力学模型。
　　 第二,六种控制模式的构建。根据基于生理机制的血泵控制策略,构建基于生理参数的六种控制模式:启动模式、常规模式、抽吸处理模式、肺淤血处理模式、信号故障处理模式和脉动模式。分析模式特点,在不同的模式中根据不同的生理参数构建不同的控制算法,调控血泵流量和转速,以满足血流量需求。
　　 第三,控制模式的实现。为心室辅助血泵控制系统设计一套计算机软件来实现六种控制模式,同时监测生理参数。
　　 在控制模式基础上搭建的控制系统能根据采集和分析生理参数,判断生理状态的变化,自动选择控制模式,实时调控血泵达到血流动力学目标。
　　 本研究的特色之处:第一,提出了心室辅助血泵的血流动力学模型。第二,提出了一种心室辅助血泵的控制方法,此方法基于六种控制模式,根据生理参数调控血泵流量和转速。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本课题的研究内容

第2章 血泵的血流动力学模型的研究

2.1 血流动力学实验的设计

2.1.1 实验装置

2.1.2 实验方法

2.2 血流动力学模型的建立

2.2.1 Bypass型辅助方式下血泵的血流动力学模型的建立

2.2.2 级联型辅助方式下血泵的血流动力学模型的建立

2.3 本章小结

第3章 血泵控制模式的构建

3.1 控制模式构建的整体思路

3.2 六种控制模式的具体设计方案

3.2.1 常规模式

3.2.2 抽吸处理模式

3.2.3 肺淤血处理模式

3.2.4 信号故障处理模式

3.2.5 启动模式

3.2.6 脉动模式

3.3 本章小结

第4章 控制模式在血泵控制系统中的实现

4.1 心室辅助血泵控制系统的总体概述

4.2 上位机控制软件的设计

4.2.1 软件的功能描述

4.2.2 软件的模块组成

4.3 本章小结

第5章 结论与讨论

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 讨论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的科研成果

致谢

附录:心室辅助血泵控制系统主要程序源代码: