一种用于闭环控制灌注泵的装置和方法与流程

本发明涉及医疗灌注控制技术领域，尤其涉及一种用于闭环控制灌注泵的装置和方法。

背景技术：

目前，医用灌注泵通常包括控制器、电机、灌注软管等，广泛应用于心脏射频消融领域。灌注泵可配合心脏射频消融仪进行导管消融治疗，当射频仪通过灌注消融导管释放射频能量进行消融时，灌注泵负责输送生理盐水到灌注导管，以使得盐水通过导管大头电极的灌注微孔流入到病灶点，降低消融电极和周围心肌组织的温度，如此可增大消融毁损组织的深度和面积、降低消融组织结痂或粘连的概率。在灌注消融术中，医生通常依靠已有的经验进行施术，对于生理盐水的灌注量基本依靠于设备本身，生理盐水的灌注量对于消融效果和患者的安全都会产生直接影响，所以灌注流速的准确性至关重要。

然而，目前常规灌注泵在盐水流量的监测和控制上较为简单，在目标流量控制环上，仅仅只是监测泵电机转速和软管超限压力，这种方式可适用于灌注泵、软管工况良好的情况，但若软管品质出现差异，随之盐水流量和软管压力也会存在较大偏差，因此存在灌注盐水流量不准确，灌注压力超出安全范围等问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于闭环控制灌注泵的装置，能够实现对灌注流量和压力的准确检测和控制，提高灌注过程的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种用于闭环控制灌注泵的装置，其包括：

设置在灌注软管上的流量传感器和压力传感器，分别与系统控制器连接以向其发送流量和压力数据；

设置在电机驱动器上的电流传感器，与系统控制器连接以向其发送电机电流数据；

设置在电机上的转速传感器，与系统控制器连接以向其发送电机转速数据；

系统控制器，用于通过人机交互接口或者通信模块接收灌注指令，根据灌注指令、流量和压力数据、电机电流数据、以及电机转速数据生成电机驱动控制信号并发送给电机驱动器，以控制电机的转速并进一步控制灌注软管中流量和压力。

优选的，所述灌注指令包括电机电流匹配范围、灌注软管压力匹配范围、以及目标流量。

优选的，所述装置包括设置在灌注软管上的气泡传感器，与系统控制器连接以向其发送气泡浓度数据；系统控制器用于在气泡浓度大于预设的浓度范围时，通过电机驱动控制信号减小灌注流量或者停止灌注。

优选的，所述装置包括设置在蠕动装置上的泵门状态传感器，与系统控制器连接以向其发送泵门状态数据；系统控制器用于在当泵门状态数据异常时，通过电机驱动控制信号停止灌注。

一种用于闭环控制灌注泵的方法，其包括：

通过人机交互接口或者通信模块接收灌注指令；通过设置在灌注软管上的流量传感器和压力传感器获取灌注软管上的流量和压力数据；通过设置在电机驱动器上的电流传感器获取电机电流数据；通过设置在电机上的转速传感器获取电机转速数据；

根据灌注指令、流量和压力数据、电机电流数据、以及电机转速数据生成电机驱动控制信号并发送给电机驱动器，以控制电机的转速并进一步控制灌注软管中流量和压力。

优选的，所述方法包括：根据灌注指令、流量和压力数据、电机电流数据、以及电机转速数据进行场景匹配，并根据匹配的结果设置相应的控制参数来生成电机驱动控制信号。

优选的，所述场景匹配包括，在相同流速的条件下，将压力相差超过30％的数据分为压力较大场景和压力较小场景

优选的，所述方法包括：当匹配为压力较大场景时，控制参数中的转速提高时间为压力较小场景时的转速提高时间的一倍或更多，且转速降低时间为压力较小场景时的转速降低时间的一半或更少。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

通过独立的流量传感器监测灌注盐水的流速，配置线性压力传感器监测软管的实时压力，以盐水流速、软管压力、电机转速、电机电流等多个变量对盐水灌注进行闭环控制，提高了灌注流量的监测精度，并增强了灌注操作的安全性；并且通过基于场景模糊的控制过程，可在不同压力场景下有效控制灌注流量。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的用于闭环控制灌注泵的装置的结构示意图。

图2是根据本发明另一实施例的用于闭环控制灌注泵的装置的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的用于闭环控制灌注泵的装置的控制过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明实施例的用于闭环控制灌注泵的装置。该实施例的装置包括：

设置在灌注软管上的流量传感器和压力传感器，分别与系统控制器连接以向其发送流量和压力数据；

设置在电机驱动器上的电流传感器，与系统控制器连接以向其发送电机电流数据；

设置在电机上的转速传感器，与系统控制器连接以向其发送电机转速数据；

系统控制器，用于通过人机交互接口或者通信模块接收灌注指令，根据灌注指令、流量和压力数据、电机电流数据、以及电机转速数据生成电机驱动控制信号并发送给电机驱动器，以控制电机的转速并进一步控制灌注软管中流量和压力。其中，灌注指令包括电机电流匹配范围、灌注软管压力匹配范围、目标流量等。

如图2所示，根据本发明实施例的用于闭环控制灌注泵的装置可以应用于蠕动灌注泵，并且为了进一步提高灌注过程的安全性，可以在灌注软管上设置气泡传感器，并将检测到的灌注软管中的气泡浓度数据发送给系统控制器；系统控制器在气泡浓度大于预设的浓度范围时，通过电机驱动控制信号减小灌注流量或者停止灌注。而且，还可以在蠕动装置上设置泵门状态传感器，与系统控制器连接以向其发送泵门状态数据；例如，泵门是否准确开启或者关闭；当泵门状态数据异常时，系统控制器通过电机驱动控制信号停止灌注。

具体地，系统控制器可以采用stm32f4系列微控制器，通过键盘输入或者远端电子设备通过通信模块发送灌注指令，也可以通过显示器等设备来显示接收或者生成的数据和指令，并通过音响、指示灯等来进行灌注状态指示，例如实时流速显示、播报、错误状态指示、告警、流速指令输入等。电机驱动器根据电机驱动器控制信号设置的电流来驱动电机(例如高速无刷电机)的转动并控制电机绕组的换相，蠕动装置在电机转动的驱动下挤压灌注软管，使得灌注软管中的灌注液(例如生理盐水)按照设定的流量流动起来。

图3示出了根据本发明实施例的用于闭环控制灌注泵的装置的控制过程示意图。其中，将系统控制器接收的灌注指令作为系统输入rin；将流量传感器、压力传感器、电流传感器、转速传感器等获取的检测数据作为系统反馈fout；将系统输入rin和系统反馈fout进行算数组合获取控制器输入cin，例如fout中的流量、压力、电流、转速等是否超出灌注指令所确定的数值范围，各自超出多少数量级等，例如超出数值范围上限或下限的10％；

系统控制器首先根据获取的cin进行场景匹配，并根据匹配的结果设置相应的控制参数来生成电机驱动控制信号，将其作为系统控制器的输出cout；其中，场景匹配可以根据流速和压力来确定，因为当灌注软管发生不同程度的堵塞时，在相同流速下，压力传感值则会出现较大差异，相同流速与不同压力即构成了不同的场景；例如，在相同流速的条件下，压力相差超过30％即可以分为不同的场景，并设置不同的控制参数；具体地，匹配为压力较大场景时，控制参数中的转速提高时间为压力较小场景时的转速提高时间的一倍或更多，且转速降低时间为压力较小场景时的转速降低时间的一半或更少；即压力较大场景下需要更为缓慢地提高转速，并更快速地降低转速以提高灌注过程的安全性；

将电机驱动器，以及直接或间接受其影响的电机、蠕动装置、灌注软管、灌注液作为系统对象，接收系统控制器的输出cout，系统对象根据cout设置的条件进行相应的反应，通过对灌注软管中灌注液的流量、流速、压力的改变实现系统对象真实输出yout的改变，并进一步通过系统输出对外界产生影响，即将灌注液按照设定的流速灌注到指定位置；另一方面，通过流量传感器、压力传感器、电流传感器、转速传感器来获取系统对象的当前检测量，即系统反馈fout；进一步通过系统反馈fout与系统输入rin一起来对后续的系统输出进行控制，从而实现灌注泵的闭环控制，实现在不同的压力下，安全有效地控制灌注流速。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。