血液泵控制系统、分类器训练及瓣膜状态信号生成方法技术方案

血液泵控制系统、分类器训练方法、瓣膜状态信号生成方法。本申请涉及用于基于瓣膜状态指数控制泵的速度和/或用于从表示压力差或流率的时序信号导出瓣膜状态的方法。这些方法可以在血液泵系统中或者血液泵控制系统中采用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】血液泵控制系统、分类器训练及瓣膜状态信号生成方法
本文档涉及血液泵，并且更特别地涉及用于控制血液泵的血液泵系统、用于控制血液泵的速度的方法、以及用于生成指示瓣膜状态的信号的方法。
技术介绍
血液泵用于为左心室、右心室、或者两个心室提供支持。这些所谓的左心室辅助装置（LVAD)、右心室辅助装置（RVAD）或者双心室辅助装置（BVAD）可以用于当病人等待心脏移植或者在心脏病（诸如，心肌梗塞）之后恢复时保持心脏的机能。以下，将以上心室辅助装置简称为VAD。可以植入VAD系统，使得病人的不适被最小化。为了确定多少血液需要由泵泵送，用于测量血流量的方法已被商业化。VAD系统通常产生绕行避开诸如主动脉瓣膜、二尖瓣瓣膜或者肺动脉瓣膜的心脏瓣膜中的一个的流量。然而，期望保持心脏瓣膜功能。从而，需要在泵操作期间确定在包括单个收缩期和舒张期的心跳周期内心脏瓣膜中的一个是打开还是闭合。US6,066,086公开了一种用于控制血液泵的速度的方法，其中，通过利用电动机电流或者通过使用心脏的声音信息确定心房瓣膜和二尖瓣瓣膜中的每个的瓣膜状态，控制血液泵的速度。为了确定所述瓣膜是打开还是闭合，该文档提出了一种声换能器，以侦听心脏声音并将瓣膜是否打开的信号输出到微处理器。US2010/0222634A1公开了一种血液泵，其中，当左心室压力等于主动脉压力或者左心室压力大于动脉压力时，假定主动脉瓣膜的状态是打开。为了测量两个压力，血液泵包括：位于流入导管处的第一传感器和位于流出导管处的第二传感器。该文档还假定，LVAD中的流入导管处的血压反映左心室压力，而位于流出导管处的第二传感器反映主动脉压力。然而，该方法基于以下假定：如果左心室压力大于或等于动脉压力，则主动脉瓣膜打开。然而，无法仅从心室压力值和动脉压力值可靠地推导主动脉瓣膜的状态。
技术实现思路
从而，需要一种血液泵控制系统和一种用于控制血液泵的方法，该方法可以比先前方法更可靠地确定瓣膜状态。在第一方面中，本文档公开了一种用于生成指示瓣膜状态的信号的方法。该方法包括：在至少一个心跳周期内接收表示在第一血压和第二血压之间的压力差的时序信号。心跳周期被限定为包括收缩期和至少舒张期的开始的数据。心跳周期的时序信号不必须包括在从收缩期的开始直到舒张期的结束的多种整个周期内的数据，虽然在第一方面的多个实施方式中的情况是这样。接收在包括收缩期和舒张期的开始的信号的每个心跳周期内的数据是足够的。指示压力差的时序信号可以从两个单独时序信号导出，每个信号分别指示第一血压或第二血压，并且每个信号由单独传感器测量。然而，指示压力差的时序信号还可以从诸如压力差传感器的单个传感器或者指示血液泵的旋转部件的轴向位移的信号导出。指示压力差的信号的其它示例可以是从泵的轴承导出的时序信号。一个示例是从轴向轴承的测量线圈接收的电压时序。叶轮与测量线圈的位置关于所述测量线圈中的阻抗变化可以是几乎线性函数；以及由于阻抗变化引起的电压时序的相应变化与泵的入口和出口之间的压力差具有大致线性关系。尽管在一些示例中，除了指示压力或压力差的信号以外，可以使用来自轴流泵的电动机的电流或电压时序信号，然而电动机电流不适合为用于导出轴流泵中的瓣膜打开的仅有信号。在其它实施方式中，用于导出瓣膜状态的时序信号可以是诸如心室压力的压力信号。所接收的信号被处理，并且从该信号导出至少一个信号特征。信号特征可以被限定为信号的至少两个数据点之间的关系或者从信号的至少两个数据点导出的值（诸如信号的导数）。时序信号可以在时域和/频域内被处理。而且，时序信号可以通过数字或模拟方法来处理。换句话说，信号特征从信号提取信息，该信号捕获与瓣膜状态相关的特定方面并且与整个时序信号的数据点的数目相比，减少所使用的数据点的数目。至少一个信号特征被用于对至少一个心跳周期期间的瓣膜状态进行分类。在主动脉瓣膜、二尖瓣瓣膜或者肺动脉瓣膜的情况下，瓣膜状态是“打开”或者“闭合”。诸如分类器的分类机构接收所导出的信号特征，并输出瓣膜在至少一个心跳周期期间是打开还是闭合的指示。在主动脉瓣膜的情况下，第一血压是左心室压力，第二血压是主动脉压力（或者反之亦然），在肺动脉瓣膜的情况下，第一血压是右心室压力，第二血压是肺动脉压力（或者反之亦然），以及在二尖瓣瓣膜的情况下，第一血压是动脉压力，并且第二血压是心室压力（或者反之亦然）。基于分类器的输出，生成指示瓣膜状态的信号，并且泵控制系统可以使用该信号来适配其工作参数，特别是电动机速度。指示瓣膜状态的信号还可以由分类机构生成。该方法允许仅使用泵操作参数来生成指示瓣膜状态的信号。代替需要例如附加声换能器，用于感测压力差的传感器系统就足够了。该传感器系统可以嵌入泵本身中，并且在一些实施方式中，从位于泵壳体内的传感器接收所有时序信号数据，即，位于泵壳体外部的附加传感器（例如，直接附着到心脏或血管组织的外部压力传感器）不是必须的。在第二方面中，本文档公开了如在第一方面中的用于生成指示瓣膜状态的信号的方法，但是接收到的时序信号表示在第一血压的区域与第二血压的区域之间通过泵的流量。相应地，从表示流量的时序信号导出至少一个信号特征。尽管根据第二方面的方法利用流量传感器，然而第一方面的方法依靠压力差。显然，使用来自第一方面的方法的数据的分类机构在对信号正确分类方面具有改进的成功率。在第一方面和第二方面的一个实施方式中，至少一个导出的信号特征基于时序信号的波形。专利技术人已发现，在收缩期和至少舒张期的开始期间指示压力差的信号或者指示流量的信号的波形的形状具有对于打开和闭合瓣膜状态不同的多个信号特征。波形可以包含不对称性，这些不对称性可以被用于提取信号特征。在又一实施方式中，至少一个信号特征可以基于以下特征中的一个。以下，针对主动脉瓣膜给出信号特征的多个示例。然而，本领域普通技术人员将理解如何适配这些特定信号特征来反映二尖瓣瓣膜或者肺动脉瓣膜的打开。在第一示例中，可以使用一个心跳周期内的最小信号值MIN和最大信号值MAX的差PULS，该信号指示压力差或流量。显然，该差包括在该周期内瓣膜是否已打开的信息。信号特征的又一示例是在指示压力差的信号的最小值和最大值之间或者在指示流量的信号的最大值和最小值之间（负极值）的信号值的导数的（正）极值EXT_V。极值（即，最高值或最低值）可以用于区分具有瓣膜打开的心跳周期和没有瓣膜打开的心跳周期。又一示例是对应于PULS与MAX_N的商RELPULS，其中，MAX_N与在预定数目的在前心跳周期内的最大信号值成比例，预定数目的在前心跳周期包括在前的包含第一心跳周期的心跳周期。另一个示例是在最小值与两条切线的交点之间的时间间隔DUR，第一条切线是经过与最小值对应的数据点的水平线，并且第二条切线延伸通过信号的数据点，在该信号的数据点处，导数具有极值（参见以上）。又一示例是在经过极值点的切线与经过开始时的时序值和与间隔DUR的最终值对应的时序信号的值的线之间的角度ANGLE。又一示例是在两条切线与信号值之间的区域AREA。这些信号特征本身组合或者与其它信号特征组合可以用于对至少一个心跳周期的瓣膜状态可靠地分类。在又一实施方式中，所选择的信号特征是AREA，并且可选地是至少一个其它信号特征。以上示例将信号的数据点的值与信号的其它数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成指示瓣膜状态的信号(410)的方法，所述方法包括以下步骤：‑接收表示在至少一个心跳周期内的第一血压与第二血压之间的压力差的时序信号(660)；‑从所述时序信号导出至少一个信号特征(151‑155)；‑基于所述至少一个信号特征对在所述至少一个心跳周期期间的心脏瓣膜的瓣膜状态进行分类；以及‑基于所述分类生成指示所述瓣膜状态的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.20 EP 13185363.21.一种用于生成指示瓣膜状态的信号（410）的方法，所述方法包括以下步骤：-接收表示在至少一个心跳周期内的第一血压与第二血压之间的压力差的时序信号（660），所述第一血压与所述第二血压表示在不同部位处的压力；-从所述时序信号导出至少一个信号特征（151-155），其中，所述至少一个信号特征包括所述时序信号的至少两个不同数据点之间的关系或从所述时序信号的所述至少两个不同数据点导出的值；-基于所述至少一个信号特征对在所述至少一个心跳周期期间的心脏瓣膜的瓣膜状态进行分类，其中，在至少一个心跳周期内的所述时序信号被分离成独立数据集合（121、131、171），每个独立数据集合包含来自仅一个对应心跳周期的数据，其中，针对至少两个独立数据集合对所述瓣膜状态进行分类；-基于所述分类生成指示所述瓣膜状态的信号；以及-基于所述指示所述瓣膜状态的信号控制血液泵的速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所导出的所述至少一个信号特征基于所述时序信号的波形。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个信号特征包括以下中的一个：在一个心跳周期期间的最小信号值和最大信号值之间的差；在一个心跳周期期间的最小信号值和最大信号值之间的信号的导数的极值；在一个心跳周期期间的最小信号值和最大信号值之间的差与在预定数目的先前心跳周期内的最大信号值的商；在由经过极值点的切线和经过最小信号值的切线的交点值限定的最终值与所述最小信号值之间的差（DUR）；由所述经过极值点的切线和所述经过最小信号值的切线包围的区域（AREA）；以及在所述经过极值点的切线与连接所述最小信号值和对应于所述最终值的时序信号的值的线之间的角度（）。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述瓣膜状态由训练后的分类器（160）分类。5.根据权利要求1所述的方法，其中，两个或更多个信号特征被导出。6.根据权利要求1所述的方法，其中，两个或更多个信号特征被导出，并且基于所述两个或更多个信号特征对所述瓣膜状态进行分类。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一血压表示心室压力，并且所述第二血压表示主动脉压力。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述心脏瓣膜是以下中的任一个：主动脉瓣膜、肺动脉瓣膜和二尖瓣瓣膜。9.一种用于训练分类器的方法，所述分类器用于对表示心室压力的第一压力与表示主动脉压力的第二压力之间的压力差的时序信号进行分类，所述方法包括以下步骤：-从第一组（130）心跳时序信号导出至少一个信号特征（151-155），所述第一组表示当瓣膜的瓣膜状态在心跳周期期间是打开时的心跳周期数据；-从第二组（120）心跳时序信号导出所述至少一个信号特征，所述第二组表示当瓣膜的瓣膜状态在心跳周期期间是闭合时的心跳周期数据；以及-训练至少一个分类器（160），以基于所述至少一个信号特征至少区分打开瓣膜状态和闭合瓣膜状态。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述分类器是神经网络、...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·卡奇，
申请(专利权)人：柏林心脏有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE