微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法

摘要

微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法属于人工器官控制技术领域，其特征为：它是建立在由目标函数、控制参数、限制条件组成的调节血泵转速的优化模型之上的方法。此非恒速控制方法的控制参数为：可选择7种速度的血泵高低转速以及高低速持续运转时间；优化模型的目标函数：代表心脏生理健康状况，由五个独立心脏辅助生理参量的隶属函数加权相加构成；优化控制方法是通过实体实验，利用医疗仪器测出计算得到心输出量、心肌供氧量与耗氧量比值，主动脉最高收缩和最低舒张压，利用控制参数计算得到血泵平均转速这样共五个独立参量计算隶属函数经加权后组成目标函数，选取各种速度匹配方案的优化方案比较得到的。它适应性强，使用安全，血泵能耗也低。

主权项

1、微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法，其特征在于：它是建立在由目标函数，控制参数和限制条件组成的调节血泵转速的优化模型之上的微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法；它依次含有以下几个步骤：第1步：设定名称为Hemopump的微型轴流血泵的工作方式，以一个心拍为单位计，其控制参数如下：一种名称为Hemopump的微型轴流式血泵共有7种速度可选，第一级为17000转/分，邻级间隔1500转/分，VB为高速，VA为低速；tAB为从VA到VB的转换时刻；tBA为从VB到VA的转换时刻；Tpb为该微型轴流式血泵以VA持续运转的时间，Tpe为该微型轴流式血泵以VB持续运转的时间；设转换过程时间可不计，每一控制方案对应四个控制参数：VA，VB，Tpb，Tpe；第2步：根据设定的名称为Hemopump的微型轴流式血泵的控制方案，通过实体实验，利用医疗仪器测出或控制参数计算一个心拍内五个表征心脏辅助状况的独立生理参量，为：利用医疗仪器测出每搏心输出量、心肌供氧量与耗氧量的比值、主动脉最大收缩压和最小舒张压，利用控制参数计算该微型轴流式血泵在一个心拍内的平均转速；各独立参量的测量和计算方法如下：每搏心输出量，即SV：三维B超可以测出一个心拍内心室容积变化，每搏心输出量为心室舒张末期容积与收缩末期容积之差；心肌供氧量与耗氧量之比，即Vop：所述的心肌供氧量与耗氧量分别用心血管功能测试仪测出；主动脉最大收缩压，即Paps和最小舒张压，即Pamd：有创血压计跟踪测出；该微型轴流血泵在一个心拍内的平均转速，即Speed：$\overline{\mathrm{speed}}=\frac{V_A*\mathrm{Tpb}+V_B*\mathrm{Tpe}}{T};\mathrm{Tpb}=T-t_{\mathrm{BA}}+t_{\mathrm{AB}};\mathrm{Tpe}=t_{\mathrm{BA}}-t_{\mathrm{AB}}.$ T为一个心拍的持续时间，近似为：Tpb+Tpe；第3步：把上述SV，Vop，Paps，Pamd四个生理参数和Speed投射到【0，1】的区域，用它们的隶属函数去反映参数在不同范围内取值时的生理状况；第4步：计算各参数的隶属函数并按权重相加得到一组Tpb、Tpe下的目标函数值Tf：Tf＝w1*u(SV)+w2*u(Vop)+w3*u(Paps)+w4*u(Pamd)+w5*u(Speed)；其中u(SV)、u(Vop)、u(Paps)、u(Pamd)和u(Speed)分别代表每博心输出量SV、心肌供氧量与耗氧量的比值Vop、主动脉最高收缩压Paps、主动脉最低舒张压Pamd和血泵平均转速Speed的隶属函数；w1-w5为相应各参数的权重；第5步：改变Tpb和Tpe，重复以上步骤，得到一组VA，VB下目标函数最大值及其相应的Tpb、Tpe；第6步：改变VA，VB，Tpb，Tpe，重复以上步骤，得到各种速度组合下目标函数的最大值及相应的Tpb、Tpe；第7步：从各种速度搭配的最大值中找一个最大值，其VA，VB，Tpb，Tpe即为最优方案。