心室辅助装置的控制装置、方法和心室辅助系统与流程

本技术涉及医疗器械控制领域，具体而言，涉及一种心室辅助装置的控制装置、方法和心室辅助系统。

背景技术：

1、心室辅助装置(ventricular assist device，vad)，是一个人造血泵，与心脏并联，模拟心室射血的功能，将心室的血液泵入动脉系统，起到部分或全部替代心脏功能的作用，因此又经常被人们称为“人工心脏”。

2、在模拟心室射血的过程中，需要控制心室辅助装置的泵的流量；控制泵，则需要控制心室辅助装置的电机转速。目前，对心室辅助装置泵的控制是使用pid控制(比例积分微分控制)，控制电机的转速达到给定的目标转速，以使血流量达到预期。

3、但是心脏内的环境复杂，心脏的收缩和舒张都可能会影响泵体本身的血流量，使用pid控制的方法并不一定能够使电机转速维持在期望的目标转速。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种心室辅助装置的控制装置、方法和心室辅助系统，该心室辅助装置的控制装置考虑了心脏的收缩和舒张引起的心室与动脉之间的压差变化，基于变化的压差调节电机控制量，从而能够更加精准地控制心室辅助装置的电机。

2、第一方面，本技术实施例提供一种心室辅助装置的控制装置，心室辅助装置包括泵和电机；该控制装置包括：转速修正模块、转速估算模块和电机控制模块；转速修正模块用于基于人体心室与动脉之间的当前压差，修正泵的当前流量对应的当前转速，得到目标转速；转速估算模块用于将预设电机控制量输入转速估算模型，得到估算转速；其中，转速估算模型为反映当前转速、当前流量和预设电机控制量与估算转速之间关系的模型；电机控制模块用于根据目标转速和估算转速，调节电机的控制量。

3、在上述实现过程中，进行转速估算时，使用了反映当前转速、当前流量和预设电机控制量与估算转速之间关系的转速估算模型；将预设电机控制量输入到转速估算模型中，可以得到估算转速。需要说明的是，预设电机控制量可以是一个预先设定的电机控制量。在得到估算转速之后，在目标转速的基础上，结合估算转速，对电机的控制量进行调节。本技术实施例提供的心室辅助装置的控制装置考虑了心脏的收缩和舒张导致的压差变化，基于心脏压差变化调整控制电机的控制量，从而能够更加精准地控制心室辅助装置的电机。

4、可选地，在本技术实施例中，转速修正模块在基于人体心室与动脉之间的当前压差，修正泵的当前流量对应的当前转速，得到目标转速的过程中，具体用于：根据当前压差、当前流量和当前转速，和根据当前流量和当前压差确定的当前压差的系数、当前流量的系数和当前转速的系数，构建人体与泵的耦合关系；基于人体与泵的耦合关系，获得目标转速。

5、在上述实现过程中，人体和泵之间的耦合关系充分描述了人体心脏收缩或舒张和泵的流速之间的关系，将人体和泵之间的耦合关系考虑到对心室辅助装置的控制中，使心室辅助装置的控制量与心脏的收缩和舒张相适应，能够提升对心室辅助装置控制的准确性。

6、可选地，在本技术实施例中，其中，转速估算模型的构建方式包括：根据当前转速和当前流量，以及根据当前电流和当前流量确定的电机的当前转速的系数和泵的当前流量的系数，确定电机的负载转矩；根据公式确定电机的电机转矩；其中，i为预设电机控制量，kb为电机的反电动势常数，te为电机转矩；基于负载转矩和电机转矩，根据电机动力学公式：确定转速估算模型；其中，j为电机的转动惯量，w为电机的当前角速度，b为阻尼系数，tp为负载转矩。

7、在上述实现过程中，转速估算模型可以通过电机的当前转速、泵的当前流量和电机的当前电流来之间的关系来进行表达。转速估算模型能够准确的描述电机转速和泵流量之间的关系，能够用于基于当前电机和泵的状态预测之后时刻电机的转速，有利于对心室辅助装置控制的准确性。

8、可选地，在本技术实施例中，电机控制模块包括控制函数构建单元、控制量生成单元和控制单元；在根据目标转速和估算转速，调节电机的控制量的过程中：控制函数构建单元用于生成预估转速和估算转速的转速差值，以及当前电机控制量和预设电机控制量的控制量差值；以及基于转速差值和控制量差值，构建控制函数；其中，预估转速基于目标转速生成；控制量生成单元用于基于控制函数的最小值，确定最小值对应的预设电机控制量，将预设电机控制量作为目标电机控制量；控制单元用于将电机的控制量由当前电机控制量调节为目标电机控制量。

9、在上述实现过程中，本技术提供的心室辅助装置的控制装置能够基于预估转速、估算转速、当前电机控制量确定出满足条件的(控制函数取最小值时)预设电机控制量，对于心室辅助装置的控制考虑了由于人体心脏的收缩和舒张引起的心内压力变化；不再是对照实施例中不考虑心脏的特殊状态，仅仅将心室辅助装置的控制以目标控制量进行控制；本技术实施例构建了控制函数，不但实现了跟随心脏压力变化调节控制量，还提高了控制的准确性和稳定性。

10、可选地，在本技术实施例中，控制函数构建单元在基于转速差值和控制量差值，构建控制函数的过程中具体用于：根据人体心脏当前时刻处于收缩期或舒张期，确定转速差值的准确性控制参数，以及确定控制量差值的稳定性控制参数。

11、可选地，在本技术实施例中，控制函数构建单元在根据人体心脏当前时刻处于收缩期或舒张期，确定转速差值的准确性控制参数，以及确定控制量差值的稳定性控制参数的过程中具体用于：在人体心脏处于收缩期的情况下，控制稳定性控制参数大于准确性控制参数；在人体心脏处于舒张期的情况下，控制准确性控制参数大于稳定性控制参数。

12、在上述实现过程中，本技术提供的心室辅助装置的控制装置为了保持控制的准确性和稳定性，从人体和泵的耦合关系以及心脏的收缩或舒张状态出发，设置了控制心室辅助装置控制控制量的稳定性和准确性的稳定性控制参数和准确性控制参数，在使用本技术实施例提供的心室辅助装置的控制装置的情况下，不但能够实现对泵的流量的准确控制，使其与心脏的活动相适应，还能够实现对泵流量的稳定控制，有利于提高硬件设备的寿命。

13、可选地，在本技术实施例中，控制函数构建单元构建的控制函数包括：其中，为控制函数，wset(i+1)为预估转速，为估算转速，u(i)为目标电机控制量，u(i-1)为当前电机控制量，k1为准确性控制参数，k2为稳定性控制参数，n为预测步数。

14、在上述实现过程中，本技术提供的心室辅助装置的控制装置可以通过电机的当前转速w、泵的当前流量f和当前电机控制输出u(i-1)，计算目标时刻应给出的目标电机控制量，使得目标时刻的估算转速尽可能接近目标时刻电机的预估转速wset(i+1)，从而实现对心室辅助装置的准确、稳定的控制。

15、第二方面，本技术实施例提供一种心室辅助系统，该心室辅助系统包括：具有泵和电机的心室辅助装置和本技术第一方面中任一项的心室辅助装置的控制装置；该心室辅助装置的控制装置用于基于人体心室与动脉之间的当前压差，修正泵的当前流量对应的当前转速，得到目标转速；心室辅助装置的控制装置还用于将预设电机控制量输入转速估算模型，得到估算转速；以及根据目标转速和估算转速，调节电机的控制量。

16、第三方面，本技术实施例提供一种心室辅助装置的控制方法，该控制方法包括：基于人体心室与动脉之间的当前压差，修正泵的当前流量对应的当前转速，得到目标转速；将预设电机控制量输入转速估算模型，得到估算转速；根据目标转速和估算转速，调节电机的控制量。

17、第四方面，本技术实施例提供一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器中存储有程序指令，处理器读取并运行程序指令时，执行上述第三方面实现方式中的步骤。

18、第五方面，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，可读取存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述第三方面实现方式中的步骤。

19、第六方面，本技术实施例还提供一种存储指令的计算机可读介质，指令在被一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行心室辅助装置的控制方法，方法包括：基于人体心室与动脉之间的当前压差，修正泵的当前流量对应的当前转速，得到目标转速；将预设电机控制量输入转速估算模型，得到估算转速；根据目标转速和估算转速，调节电机的控制量。