一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统技术方案

技术编号:21905682 阅读:84 留言:0更新日期:2019-08-21 10:03
本实用新型专利技术公开了一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,包括设在试验水箱内的磁力轴向卸载血液泵上的用于采集数据仪器及传感器、用于信息采集及控制的人机交互机及用于接收人机交互机数据信息并对数据信息进行处理的上位机,所述仪器及传感器、人机交互机及上位机之间通过控制电路连接;所述人机交互机包括信息采集及控制机柜,在信息采集及控制机柜顶部连接有人机交互触摸显示屏。本实用新型专利技术通过各仪器及相关传感器自动采集数据,然后进行数据提取、分析计算、人机交互和存储等,并进行实时人机交互及计算,根据测试数据画出流量、转速、卸载量的曲线,计算出近似达到磁悬浮的卸载力度,使人工心脏轴流泵处于最佳卸载状态运行。

A Magnetic Unloading Control and Detection System for Artificial Heart Axial Flow Pump

【技术实现步骤摘要】
一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统
本技术属于生物医学工程领域,具体涉及一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统。
技术介绍
近年来,人工心脏是一种利用机械动力来输送血液,以部分或全部代替心脏泵血功能的植入式装置,已成为临床治疗心力衰竭的一种重要手段。大量的临床应用表明,植入人工心脏后,心脏的前后负荷明显减轻,血流动力学特性得到改善,心肌功能得到恢复。相比于药物治疗,人工心脏对某些晚期心衰患者的治疗效果更为明显。因此,人工心脏越来越成为医学工作者和工程技术人员关注的热点。为了使人工心脏轴流泵处于最佳卸载状态运行,则需要测算人工心脏轴流泵进行轴向磁卸载时选择磁体大小、安装距离,并对装有轴向磁力卸载的人工心脏心室辅助装置进行实时数据测试,根据实时数据画出曲线图,用以选择最佳卸载量,可以更加精准的确定系统的卸载系数。
技术实现思路
本技术解决了现有技术的不足,提供了一种通过测量人工心脏轴流泵的轴向卸载量,并分析测算最佳卸载磁场强度及距离的用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统。本技术为了实现上述目的所采用的技术方案是:一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,包括设在试验水箱内的磁力轴向卸载血液泵上的用于采集数据仪器及传感器、用于信息采集及控制的人机交互机及用于接收人机交互机数据信息并对数据信息进行处理的上位机,所述仪器及传感器、人机交互机及上位机之间通过控制电路连接;所述仪器及传感器包括压力传感器、流量传感器,所述人机交互机包括信息采集及控制机柜,在信息采集及控制机柜顶部连接有人机交互触摸显示屏,所述信息采集及控制机柜内设有主控单元、模拟量采集单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元及报警器,所述模拟量采集单元与压力传感器及流量传感器连接。本技术通过各仪器及相关传感器自动采集数据,然后进行数据提取、分析计算、人机交互和存储等,和进行实时人机交互及计算,根据测试数据画出流量、转速、卸载量的曲线,计算出近似达到磁悬浮的卸载力度,使人工心脏轴流泵处于最佳卸载状态运行。本技术中对磁卸载量的测量的大小是依据压力传感器测量到的力的大小推算的,因为转子的轴向力通过传导完全作用在压力传感器上,顾压力传感器测量的数值即为当前转子的轴向力。通过逐步手动调节外部磁卸载装置的作用位置,即逐步调节磁卸载装置的进给量(手动测量并反映距离参数),使磁卸载的作用介入效果逐步增大,此时对应的压力传感器的测量数值逐步减小,减小的差值即为当前的磁卸载量。当上位机显示的轴向力降至接近于0时,此时的磁卸载装置的位置即为最佳位置,而上位机的测量到的压力最大差值即为磁卸载量的大小。本技术中的分析计算分为底层的硬件计算部分和上位机的数据处理部分。底层的硬件计算部分是通过测量压力传感器的模拟量大小,计算出施加在压力传感器上的压力N=kx+b,k为压力传感器的应变系数,b为压力传感器的零点漂移,x即为实际测量到的模拟量值,k和b的具体数值经过校准后得到。具体校准方法如下,完全无任何压力时,读取原始测试数据D0;在传感器上施加已知的压力N1,此时可以读到底层原始金数据D1;再施加已知压力N2,此时可以读到原始数据D2,原则上N1大小为压力传感器量程的1/3附近,N2为压力传感器量程的2/3附近;最后再次施加压力传感器最大量程压力N3,读取原始测量数据D3;相应数据如图29所示:则可推出k=(N1/(D1-D0))+(N2/(D2-D0))+(N3/(D3-D0))/3;b=-kD0;该校准在上位机上操作完成,具体的计算过程也是有上位机完成,计算之后的参数传递给底层单元,正常工作时,根据测量测模拟量数值和K/B值计算得出实际的压力数值。标准的已知压力可以使用经过校准过的拉力计结合工装产生,或者使用经过校准过的砝码等产生。进一步地,所述辅助电源由220V交流电进入后与24V开关电源连接,24V开关电源通过主控单元分别与泵控制器、+12V/-12V电源、+5V/-5V电源、模拟量采集单元连接,+12V/-12V电源分别与温度采集单元及转速测量单元连接,+5V/-5V电源与压力传感器信号处理电路连接。进一步地,所述控制电路包括主控单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元、模拟量采集单元、压力传感器信号处理电路及上位机,所述主控单元、模拟量采集单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元分别通过收发器电路与上位机电连接,主控单元通过辅助电源分别与程控电源、温度采集单元、转速采集单元及模拟量采集单元电连接,主控单元与报警器电连接,所述模拟量采集单元分别与压力传感器信号处理电路、流量传感器电连接。更进一步地,所述主控单元包括单片机IC1,所述单片机IC1的14脚分别接电容C6的一端及24V开关电源的VCC端,单片机IC1的16脚接地,单片机IC1的18脚、19脚、20脚接收发器电路,单片机IC1的28脚与电阻R18串联后分别与电阻R20的一端、电容C9的一端及三极管Q6的基极连接,电阻R20的另一端接地,电容C9的另一端接地,三极管Q6的集电极分别与二极管D6的一端及插针连接器Header1的10脚连接,三极管Q6的发射极接地,二极管D6的另一端与插针连接器Header1的9脚连接,单片机IC1的29脚与电阻R14串联后分别与电阻R15的一端、电容C7的一端及三极管Q5的基极连接,电阻R15的另一端接地,电容C7的另一端接地,三极管Q5的集电极分别与二极管D5的一端及插针连接器Header1的8脚连接,三极管Q5的发射极接地,二极管D5的另一端与插针连接器Header1的7脚连接,单片机IC1的30脚与电阻R12串联后分别与电阻R13的一端、电容C5的一端及三极管Q4的基极连接,电阻R13的另一端接地,电容C5的另一端接地,三极管Q4的集电极分别与二极管D4的一端及插针连接器Header1的6脚连接,三极管Q4的发射极接地,二极管D4的另一端与插针连接器Header1的5脚连接,单片机IC1的31脚与电阻R10串联后分别与电阻R11的一端、电容C4的一端及三极管Q3的基极连接,电阻R11的另一端接地,电容C4的另一端接地,三极管Q3的集电极分别与二极管D3的一端及插针连接器Header1的4脚连接,三极管Q3的发射极接地,二极管D3的另一端与插针连接器Header1的3脚连接,单片机IC1的32脚与电阻R4串联后分别与电阻R7的一端、电容C3的一端及三极管Q2的基极连接,电阻R7的另一端接地,电容C3的另一端接地,三极管Q2的集电极分别与二极管D2的一端及插针连接器Header1的2脚连接,三极管Q2的发射极接地,二极管D2的另一端与插针连接器Header1的1脚连接,单片机IC1的33脚与电阻R1串联后分别与电阻R3的一端、电容C2的一端及三极管Q1的基极连接,电阻R3的另一端接地,电容C2的另一端接地,三极管Q1的集电极分别与二极管D1的一端及报警器LS1的一端连接,二极管D1的另一端与报警器LS1的另一端连接,单片机IC1的44脚与发光二极管RUN、电阻R9串联后接24V开关电源的VCC端;所述24V开关电源包括稳压器VT1,所述稳压器VT1的输入端与插针连接器P1的3脚连接,输出端分别与VCC端、电容C1的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,包括设在试验水箱内的磁力轴向卸载血液泵上的用于采集数据仪器及传感器、用于信息采集及控制的人机交互机及用于接收人机交互机数据信息并对数据信息进行处理的上位机,所述仪器及传感器、人机交互机及上位机之间通过控制电路连接;所述仪器及传感器包括压力传感器、流量传感器,所述人机交互机包括信息采集及控制机柜,在信息采集及控制机柜顶部连接有人机交互触摸显示屏,所述信息采集及控制机柜内设有主控单元、模拟量采集单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元及报警器,所述模拟量采集单元与压力传感器及流量传感器连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,包括设在试验水箱内的磁力轴向卸载血液泵上的用于采集数据仪器及传感器、用于信息采集及控制的人机交互机及用于接收人机交互机数据信息并对数据信息进行处理的上位机,所述仪器及传感器、人机交互机及上位机之间通过控制电路连接;所述仪器及传感器包括压力传感器、流量传感器,所述人机交互机包括信息采集及控制机柜,在信息采集及控制机柜顶部连接有人机交互触摸显示屏,所述信息采集及控制机柜内设有主控单元、模拟量采集单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元及报警器,所述模拟量采集单元与压力传感器及流量传感器连接。2.根据权利要求1所述的用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,所述控制电路包括主控单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元、模拟量采集单元、压力传感器电路及上位机,所述主控单元、模拟量采集单元、程控电源、温度采集单元、转速采集单元分别通过收发器电路与上位机电连接,主控单元通过辅助电源分别与程控电源、温度采集单元、转速采集单元及模拟量采集单元电连接,主控单元与报警器电连接,所述模拟量采集单元分别与压力传感器信号处理电路、流量传感器电连接。3.根据权利要求2所述的用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,所述辅助电源由220V交流电进入后与24V开关电源连接,24V开关电源通过主控单元分别与泵控制器、+12V/-12V电源、+5V/-5V电源、模拟量采集单元连接,+12V/-12V电源分别与温度采集单元及转速测量单元连接,+5V/-5V电源与压力传感器信号处理电路连接。4.根据权利要求2所述的用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,所述主控单元包括单片机IC1,所述单片机IC1的14脚分别接电容C6的一端及24V开关电源的VCC端,单片机IC1的16脚接地,单片机IC1的18脚、19脚、20脚接收发器电路,单片机IC1的28脚与电阻R18串联后分别与电阻R20的一端、电容C9的一端及三极管Q6的基极连接,电阻R20的另一端接地,电容C9的另一端接地,三极管Q6的集电极分别与二极管D6的一端及插针连接器Header1的10脚连接,三极管Q6的发射极接地,二极管D6的另一端与插针连接器Header1的9脚连接,单片机IC1的29脚与电阻R14串联后分别与电阻R15的一端、电容C7的一端及三极管Q5的基极连接,电阻R15的另一端接地,电容C7的另一端接地,三极管Q5的集电极分别与二极管D5的一端及插针连接器Header1的8脚连接,三极管Q5的发射极接地,二极管D5的另一端与插针连接器Header1的7脚连接,单片机IC1的30脚与电阻R12串联后分别与电阻R13的一端、电容C5的一端及三极管Q4的基极连接,电阻R13的另一端接地,电容C5的另一端接地,三极管Q4的集电极分别与二极管D4的一端及插针连接器Header1的6脚连接,三极管Q4的发射极接地,二极管D4的另一端与插针连接器Header1的5脚连接,单片机IC1的31脚与电阻R10串联后分别与电阻R11的一端、电容C4的一端及三极管Q3的基极连接,电阻R11的另一端接地,电容C4的另一端接地,三极管Q3的集电极分别与二极管D3的一端及插针连接器Header1的4脚连接,三极管Q3的发射极接地,二极管D3的另一端与插针连接器Header1的3脚连接,单片机IC1的32脚与电阻R4串联后分别与电阻R7的一端、电容C3的一端及三极管Q2的基极连接,电阻R7的另一端接地,电容C3的另一端接地,三极管Q2的集电极分别与二极管D2的一端及插针连接器Header1的2脚连接,三极管Q2的发射极接地,二极管D2的另一端与插针连接器Header1的1脚连接,单片机IC1的33脚与电阻R1串联后分别与电阻R3的一端、电容C2的一端及三极管Q1的基极连接,电阻R3的另一端接地,电容C2的另一端接地,三极管Q1的集电极分别与二极管D1的一端及报警器LS1的一端连接,二极管D1的另一端与报警器LS1的另一端连接,单片机IC1的44脚与发光二极管RUN、电阻R9串联后接24V开关电源的VCC端;所述24V开关电源包括稳压器VT1,所述稳压器VT1的输入端与插针连接器P1的3脚连接,输出端分别与VCC端、电容C1的一端、电阻R2的一端连接,接地端接地,电容C1的另一端接地,电阻R2的另一端与发光二极管PW1串联后接地。5.根据权利要求2所述的用于人工心脏轴流泵的磁卸载控制及检测系统,其特征在于,所述温度采集单元包括单片机IC01,所述单片机IC01的4脚、5脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚分别接多通道模拟开关电路,单片机IC01的14脚分别接电容C16的一端、温度采集单元电源电路的VCC端,单片机IC01的16脚接地,单片机IC01的18脚、19脚、20脚接收发器电路,单片机IC01的23脚、24脚、25脚接AD转换器电路,单片机IC01的27脚、28脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚接插针连接器Header1电路,单片机IC01的40脚串联电阻R41后接地,41脚串联电阻R42后接地,42脚串联电阻R41后接地,单片机IC01的44脚串联发光二极管RUN1、电阻R39后接温度采集单元电源电路的VCC端;所述多通道模拟开关电路包括多通道模拟开关DG1、多通道模拟开关DG2、多通道模拟开关DG3、多通道模拟开关DG4,所述多通道模拟开关DG1的1脚与单片机IC01的9脚连接,多通道模拟开关DG1的2脚接单片机IC01的8脚,多通道模拟开关DG1的3脚串联电容C4后接地,多通道模拟开关DG1的4脚、5脚、6脚、7脚、9脚、10脚、11脚、12脚接插针连接器DP1的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚一一对应连接,多通道模拟开关DG1的8脚分别接多通道模拟开关DG2、多通道模拟开关DG3、多通道模拟开关DG4的8脚,多通道模拟开关DG1的13脚串联电容C9后接地,多通道模拟开关DG1的14脚接地,多通道模拟开关DG1的15脚接单片机IC01的11脚,多通道模拟开关DG1的16脚接IC01的10脚,所述多通道模拟开关DG2的1脚与单片机IC01的9脚连接,多通道模拟开关DG1的2脚接单片机IC01的7脚,多通道模拟开关DG2的3脚串联电容C5后接地,多通道模拟开关DG2的4脚、5脚、6脚、7脚、9脚、10脚、11脚、12脚与插针连接器DP1的9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚一一对应连接,多通道模拟开关DG2的13脚串联电容C10后接地,多通道模拟开关DG2的14脚接地,多通道模拟开关DG2的15脚接单片机IC01的11脚,多通道模拟开关DG1的16脚接IC01的10脚;所述多通道模拟开关DG3的1脚与单片机IC01的9脚连接,多通道模拟开关DG3的2脚接单片机IC01的5脚,多通道模拟开关DG3的3脚串联电容C6后接地,多通道模拟开关DG3的4脚、5脚、6脚、7脚、9脚、10脚、11脚、12脚接插针连接器DP2的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚一一对应连接,多通道模拟开关DG3的13脚串联电容C11后接地,多通道模拟开关DG3的14脚接地,多通道模拟开关DG3的15脚接单片机IC01的11脚,多通道模拟开关DG3的16脚接IC01的10脚;所述多通道模拟开关DG4的1脚与单片机IC01的9脚连接,多通道模拟开关DG4的2脚接单片机IC01的4脚,多通道模拟开关DG4的3脚串联电容C7后接地,多通道模拟开关DG4的4脚、5脚、6脚、7脚、9脚、10脚、11脚、12脚接插针连接器DP2的9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚一一对应连接,多通道模拟开关DG4的13脚串联电容C8后接地,多通道模拟开关DG4的14脚接地,多通道模拟开关DG4的15脚接单片机IC01的11脚,多通道模拟开关DG4的16脚接IC01的10脚;所述AD转换器电路包括AD转换器,所述AD转换器电路包括AD转换器IC02,AD转换器IC02的1脚分别接电阻R44的一端、二极管LM1的一端,电阻R44的另一端串联电阻R45后接电源电路VCC_PT100端,二极管LM1的另一端接地,AD转换器IC02的2脚接可变增益差分变大器电路,AD转换器IC02的3脚、4脚接地,AD转换器IC02的5脚接单片机IC01的23脚,6脚接单片机IC01的24脚,7脚接单片机IC02的25脚,AD转换器IC02的8脚分别接电容C19的一端、电源电路VCC_PT100端,电容C19的另一端接地;所述可变增益差分放大器电路包括可变增益差分放大器IC03,所述可变增益差分放大器IC03的1脚串联电阻R40后与可变增益差分放大器IC03的8脚连接,可变增益差分放大器IC03的2脚分别接电容C15的一端、电阻R38的一端、电阻R37的一端、电阻RP1的一端,电容C15的另一端接地,电阻R38的另一端及电阻R37的另一端同时接电源电路VCC_PT100端,电阻R37的另一端还与电容C12的一端连接,电容C12的另一端分别接电阻RP1的另一端、电阻R36的一端,电阻R36的另一端接地,可变增益差分放大器IC03的3脚分别电容C13的一端、电容C14的一端,电容C14的另一端接电阻RP1的一端,电容C13的另一端接地,可变增益差分放大器IC03的4脚串联电容C17后接地,可变增益差分放大器IC03的5脚接地,可变增益差分放大器IC03的6脚接AD转换器的2脚,可变增益差分放大器IC03的7脚串联电容C18后接地;所述插针连接器DP1的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚分别与电阻R19、电阻R18、电阻R17、电阻R16、电阻R15、电阻R14、电阻R13、电阻R12、电阻R11、电阻R10、电阻R9、电阻R8、电阻R7、电阻R6、电阻R5、电阻R4一一对应串联后接VCC_PT100端,插针连接器DP1的21脚至40脚分别接地;所述插针连接器DP2的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚分别与电阻R35、电阻R34、电阻R33、电阻R32、电阻R31、电阻R30、电阻R29、电阻R28、电阻R27、电阻R26、电阻R25、电阻R24、电阻R23、电阻R22、电阻R21、电阻R20一一对应串联后接VCC_PT100端,插针连接器DP2的21脚至40脚分别接地;所述温度采集单元电源电路的VCC端包括插件P1,所述插件P1的1脚接开关SW1后串联二极管D2后分别接稳压器VT01的输入端、稳压器VT02的输入端,插件P1的2脚接地,插件...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈喆陈海丰李国华田步升
申请(专利权)人:长治市久安人工心脏科技开发有限公司
类型:新型
国别省市:山西,14

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