用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统及方法

本发明涉及一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统及方法，属于医疗器械心室辅助装置控制。

背景技术：

1、与经典植入式循环辅助装置不同，经皮机械循环辅助装置主要应用于心源性休克和高危pci患者的治疗，由于其具有创伤小、启动快、操作简单等优势，在临床应用中越来越广泛。

2、模块化主动脉内轴流泵(英文全称modular intra-aortic axial-flow pump)是新出现的一种经皮机械循环辅助装置，其为由多个轴流式血泵组成的系统，单个轴流式血泵的转速低、经泵累加流量大，对血液损伤较小。运行时，模块化主动脉内轴流泵的各轴流式血泵并联分布于降主动脉内，共同提供血流动力学支持，经轴流式血泵加速的血液带动自然流血液加速流向肾脏等外周器官，从而降低心脏后负荷，增加心输出量，并且可以形成跨主动脉的压力梯度，增加肾脏等外周器官的血液灌注。

3、有研究显示，在主动脉内，轴流式血泵低速运转时相比于高速运转时可提供更优越的血流动力学支持效果。这是因为在高速运转时，随着跨泵压差的增加，血液容易逆流，重新进入血泵发生二次加速，并且血泵周围血液运动复杂，可能产生湍流现象，对于高危pci术中患者，这种现象会加重患者心脏的负担，不利于患者身体恢复。另一方面，面对不同程度的心功能损伤患者，对于轴流式血泵运行时的低高速定义是不同的，也就是，模块化主动脉内轴流泵的卸后负荷效果不同，血泵最佳转速不同，因此，如何精确调控模块化主动脉内轴流泵的轴流式血泵的转速，使其运行在能够发挥最佳血流动力学支持效果，对于临床应用是至关重要的，但目前还没有相关技术资料公开。

4、由此可见，设计出一种调控轴流式血泵转速的方法，使轴流式血泵运行在最佳转速，以防止转速过高导致心脏负担加重，避免二次加速对血液造成损伤等，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统及方法，其能够对模块化主动脉内轴流泵的轴流式血泵转速实现精准调控，使其始终运行在最佳转速，从而发挥最佳血流动力学支持效果，最大限度减少对患者造成的附加伤害。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统，包括流量检测装置、控制器和血泵驱动器，其中：

4、所述流量检测装置与所述控制器连接，所述流量检测装置用于采用超声多普勒原理测量降主动脉流量；

5、模块化主动脉内轴流泵的各轴流式血泵经由所述血泵驱动器与所述控制器连接，所述血泵驱动器用于以脉冲宽度调制方式驱动所述轴流式血泵运行；

6、所述控制器用于执行如下步骤将所述轴流式血泵的转速调整至最佳转速运行：确定所述轴流式血泵的初始转速n0；按照转速调整步长δn开始增加转速，直至不符合判断条件一时进入下一步；基于二分法开始减小转速，直至符合判断条件二时不再减小转速；当前转速确定为所述轴流式血泵的最佳转速。

7、一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，包括步骤：

8、1)设定经泵累加流量与转速间关系，及转速调整步长δn；

9、2)初始化计数参数i、j；

10、3)确定轴流式血泵的初始转速n0；

11、4)测量所述轴流式血泵以初始转速n0稳定运行预设时间后的降主动脉流量q0；

12、5)针对所述轴流式血泵当前转速，按照转速调整步长δn增加转速，增加后的转速记为ni；

13、6)基于所述经泵累加流量与转速间关系，确定所述轴流式血泵以转速ni运行时的经泵累加流量qpi；

14、7)测量所述轴流式血泵以转速ni运行时的降主动脉流量qi；

15、8)判断qi与qi-1、qpi的大小关系：若qi＞qi-1且qi＞qpi，则i加1，返回5)；反之，则将qi-1记为轴流式血泵开始减小转速之前测得的降主动脉流量中的最大流量，进入9)；

16、9)通过二分法降低所述轴流式血泵的转速，降低后的转速记为nij；

17、10)基于所述经泵累加流量与转速间关系，确定所述轴流式血泵以转速nij运行时的经泵累加流量qpij；

18、11)测量所述轴流式血泵以转速nij稳定运行预设时间后的降主动脉流量qij；

19、12)判断qij与qi-1、qpij的大小关系：若qij＞qi-1且qij＞qpij，则将nij确定为所述轴流式血泵的最佳转速，并以此最佳转速驱动所述轴流式血泵持续运行；反之，则j加1，返回9)。

20、本发明的优点是：

21、本发明无需另外设置传感器即可确定经泵累加流量，并且能够精准调控轴流式血泵的转速，使轴流式血泵基于患者身体情况调整至最佳转速运行，发挥最佳血流动力学支持效果，从而防止转速过高导致心脏负担加重，避免二次加速对血液造成损伤等，最大限度减少对患者造成的附加伤害。本发明调控精度高，调控过程缓和、无突增突降，对患者友好。

技术特征：

1.一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统，其特征在于，包括流量检测装置、控制器和血泵驱动器，其中：

2.如权利要求1所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统，其特征在于，所述判断条件一为：所述轴流式血泵以当前转速运行时测得的降主动脉流量是否同时大于所述轴流式血泵以上一转速运行时测得的降主动脉流量和计算出的当前经泵累加流量；所述判断条件二为：所述轴流式血泵以当前转速运行时测得的降主动脉流量是否同时大于所述轴流式血泵开始减小转速之前测得的降主动脉流量中的最大流量和计算出的当前经泵累加流量。

3.如权利要求1或2所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统，其特征在于，所述控制器包括处理模块、设定模块和存储模块，所述处理模块与所述设定模块、所述存储模块以及所述流量检测装置、所述血泵驱动器连接，其中：

4.一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，其特征在于，包括步骤：

5.如权利要求4所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，其特征在于，所述经泵累加流量与转速间关系满足如下公式：

6.如权利要求5所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，其特征在于，所述轴流式血泵的初始转速n0通过下述步骤确定：

7.如权利要求4所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，其特征在于，所述二分法基于下式实现：

8.如权利要求4所述的用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控方法，其特征在于，所述轴流式血泵在脉冲宽度调制方式驱动下改变转速运行。

技术总结
本发明公开了一种用于模块化主动脉内轴流泵的转速调控系统及方法。系统包括流量检测装置、控制器和血泵驱动器。流量检测装置与控制器连接，流量检测装置用于测量降主动脉流量。模块化主动脉内轴流泵的轴流式血泵经由血泵驱动器与控制器连接，血泵驱动器用于驱动轴流式血泵运行。控制器用于执行相关步骤将轴流式血泵的转速调整至最佳转速运行。本发明能够对模块化主动脉内轴流泵的轴流式血泵转速实现精准调控，使其始终运行在最佳转速，从而发挥最佳血流动力学支持效果，最大限度减少对患者造成的附加伤害。

技术研发人员：胡盛寿,郝建强,柳光茂
受保护的技术使用者：中国医学科学院阜外医院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6