一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，涉及心室辅助装置的驱动控制技术领域，包括血泵，驱动部分，反馈部分和主控部分。反馈部分采集所述血泵的超声直线电机驱动电压和驱动电流，以及推板的位置信息；主控部分接受并处理反馈部分的信息，实时推算血泵实际负载，进而得到对应的最佳辅助参数，并基于此输出控制信号给驱动部分，驱动部分带动血泵工作；本发明专利技术还公开了所述控制系统的控制方法，通过频率、速度和行程的闭环控制，使得每搏输出量以及主动脉压最佳。本发明专利技术公开的控制系统及使用方法，可以简单可靠获取心脏的生理参数，并能够根据使用者情况或者医生建议有对性地调整，适合为不同情况的人群服务。

A Control System and Control Method of Ventricular Assistance Driven by Ultrasound Linear Motor

【技术实现步骤摘要】
一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统及控制方法
本专利技术涉及心室辅助装置的驱动控制
，尤其涉及一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统及控制方法。
技术介绍
心力衰竭是一种常见的心脏疾病，统计结果显示每100人中就有3～5人患有不同程度的心力衰竭。传统的药物治疗只能缓解症状并不能根治心力衰竭。而治疗的最佳方案是心脏移植，但心脏供体数量远远不足，这就需要使用人工心脏做辅助治疗等待心脏移植，对一些无法得到供体的患者，甚至是永久辅助。目前人工心脏的动作器有气动泵，电磁电机等。从动作技术本身来看，电磁电机驱动的旋转式心室辅助装置，在输出平流时具有体积小、可靠性高等特点。但人体进化却是一种搏动式心血管系统，这导致旋转式平流心室辅助装置在临床应用中存在较高的并发症。利用超声电机体积小、重量轻、响应速度快、定位精度高、核磁共振兼容的特点，中国专利技术专利201710305879.4公布一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，目的是实现一种小体积、高可靠性和低并发症于一体的心室辅助装置。中国专利201710305879.4中基于滑块定位对超声直线电机输出控制，滑块运动的精确控制决定了人工心脏每搏的输出量；通过光栅编码器定位滑块，虽然定位精度达到毫米级，但光栅编码器并不能反映心室辅助设备的实际负载状态。在合理的设计中，每搏输出量，以及主动脉灌注压应该能随着患者的实际生理情况，做及时调整。但在心室辅助往复运动的器件上添加测量负载的传感器较为设计困难，同时会降低系统可靠性。如何感知自然心脏的生理状态，并调节辅助装置的输出是一个研究热点。在这方面，有许多研究者提出了解决方案，例如RaymondF提出通过超声成像方式估计心脏工作状态，OchsnerG提出通过叶片泵在工作时前后负载的压差估计主动脉压，WataruHijikata提出通过电机的转矩估计血液流量。这些方案绝大部分还停留在实验阶段。因此，本领域的技术人员致力于开发一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统及控制方法，能够真实反映心脏实际负载，且根据使用者情况自适应调整每搏输出量和主动脉灌注压，并且系统可靠性高。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何通过合理的设计，实时估计心脏的实际负载、自适应调整每搏输出量和主动脉灌注压的一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统及控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，包括用于驱动所述血泵的驱动部分，用于采集所述血泵运行参数的反馈部分和基于所述反馈部分的反馈信号控制所述驱动部分的主控部分；所述血泵包括推板，用于推拉所述推板的超声直线电机和在所述推板运动下被挤压或舒张的血腔；所述驱动部分输入与输出分别与所述主控部分和所述超声直线电机相连；所述反馈部分输入与输出分别与所述血泵和所述主控部分相连。进一步地，所述驱动部分包括全桥逆变电路，滤波电路和用于使所述超声直线电机整体工作在纯阻性点的匹配电路；所述全桥逆变电路输出与所述滤波电路相连；所述匹配电路的输入与所述滤波电路的输出相连，所述匹配电路的输出与所述超声直线电机相连。进一步地，所述反馈部分包括采集所述推板位置信息的位置传感探头，电压传感模块，电流传感模块，AD转换器和获取电压和电流的相位信息的过零比较器；所述电压传感模块和电流传感模块的输出与所述AD转换器相连。进一步地，所述位置传感探头采用电感式位移传感器，安装在所述血泵壳体内壁静止部位上，用于测量所述推板的位移。进一步地，还包括人机交互部分，所述人机交互部分的人机界面包括开始、停止、设定参数和显示当前参数。进一步地，所述主控部分包括用于接收远端上位机控制的远端部分；所述远端部分能够在线修改控制参数，或启停所述控制系统。进一步地，本专利技术还公开了一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1、反馈部分采用模数(AD)转换器对超声直线电机驱动电压和驱动电流采样，采用过零比较器获取所述电压和电流信号的相位信息，采用安装在所述血泵内静止部位的位置传感探头，获取推板的实时位置信息；步骤2、主控部分基于步骤1的相位信息进行频率闭环控制，使所述超声直线电机稳定工作在串联谐振点；步骤3、在所述超声直线电机稳定工作在串联谐振点之后，所述主控部分根据所述AD转换器采样的驱动电压和电流数据，分析超声电机当前阻抗特性，结合所述推板的位置信息，通过所述主控部分的超声电机阻抗和电机速度与负载对应表确定所述超声直线电机实际负载；所述实际负载反映当前灌注的容易程度和心脏实际状态；步骤4、所述主控部分基于步骤3的所述实际负载，通过所述主控部分中经医生确认的超声直线电机实际负载与最佳辅助参数对应表确认最佳辅助参数；所述最佳辅助参数包括最佳推板速度和最佳推板行程；步骤5、所述主控部分基于步骤4的所述最佳辅助参数，控制所述推板至最佳推板速度和最佳推板行程进一步地，所述步骤5中，所述主控部分通过调整超声直线电机的驱动电压大小，控制所述推板至最佳推板速度。进一步地，所述步骤5中，所述主控部分通过控制超声直线电机的驱动电压的停止时刻，控制所述推板至最佳推板行程。进一步地，所述主控部分通过调整输出脉冲宽度的占空比(PWM)，调整所述超声直线电机的驱动电压大小。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果：1)通过采集超声直线电机的驱动电压和驱动电流，以及推板的速度，真实感知心脏的生理参数；2)通过将位置传感探头安装在血泵壳体内部静止部位，提高了位置采集的可靠性；3)通过主控部分的频率闭环控制、负载计算、查表、更改输出特性等步骤，根据使用者实际情况实时在线调整控制参数，进而获得最佳的每搏输出量和主动脉灌注压，适合为不同情况的人群服务。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统结构示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统的主控部分逻辑示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的匹配电路调整超声直线电机3阻抗特性原理图示意图。其中，1-血腔；2-推板；3-超声直线电机；4-位置传感探头；5-主控部分；6-驱动部分；7-反馈部分；8-血泵。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示是本专利技术一种较佳实施例的控制系统系统结构图，包括血泵8，用于驱动血泵8的驱动部分6，用于采集血泵8运行参数的反馈部分7和基于反馈部分7的反馈信号控制驱动部分6的主控部分5；血泵8包括推板2，用于推拉推板2的超声直线电机3和在推板2运动下被挤压或舒张的血腔1；驱动部分6的输入与输出分别与主控部分5和超声直线电机3相连；反馈部分7的输入与输出分别与血泵8和主控部分5相连。驱动部分6包括全桥逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，包括血泵，用于驱动所述血泵的驱动部分，用于采集所述血泵运行参数的反馈部分和基于所述反馈部分的反馈信号控制所述驱动部分的主控部分；所述血泵包括推板，用于推拉所述推板的超声直线电机和在所述推板运动下被挤压或舒张的血腔；所述驱动部分输入与输出分别与所述主控部分和所述超声直线电机相连；所述反馈部分输入与输出分别与所述血泵和所述主控部分相连。

【技术特征摘要】
1.一种超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，包括血泵，用于驱动所述血泵的驱动部分，用于采集所述血泵运行参数的反馈部分和基于所述反馈部分的反馈信号控制所述驱动部分的主控部分；所述血泵包括推板，用于推拉所述推板的超声直线电机和在所述推板运动下被挤压或舒张的血腔；所述驱动部分输入与输出分别与所述主控部分和所述超声直线电机相连；所述反馈部分输入与输出分别与所述血泵和所述主控部分相连。2.如权利要求1所述的超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，所述驱动部分包括全桥逆变电路，滤波电路和用于使匹配电路与所述超声直线电机整体工作在纯阻性点的匹配电路；所述全桥逆变电路输出与所述滤波电路相连；所述匹配电路的输入与所述滤波电路的输出相连，所述匹配电路的输出与所述超声直线电机相连。3.如权利要求1所述的超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，所述反馈部分包括采集所述推板位置信息的位置传感探头，电压传感模块，电流传感模块，AD转换器和获取电压和电流的相位信息的过零比较器；所述电压传感模块和电流传感模块的输出与所述AD转换器相连。4.如权利要求3所述的超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，所述位置传感探头采用电感式位移传感器，安装在所述血泵壳体内壁静止部位上，用于测量所述推板的运动位移。5.如权利要求1所述的超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，还包括人机交互部分，所述人机交互部分的人机界面包括开始、停止、设定参数和显示当前参数。6.如权利要求1所述的超声直线电机驱动心室辅助的控制系统，其特征在于，所述主控部分包括用于接收远端上位机控制的远端部分；所述远端部分能够在线修改...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，米浩，金家欣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31