用于人工心脏的控制器和方法技术

本发明专利技术涉及用于控制心脏假体(200)的控制器单元(100)和方法。该假体包括：至少一个泵部(202、203、602、702)；与所述至少一个泵部连接的入口(210、610、710)；与所述至少一个泵部连接的出口(213、613、713)；压力传感器(231；232)，其配置为测量从入口流向出口的流体的压力；泵致动器(221、222)，其配置成引起流体流的流动。控制器单元还包括存储器和处理单元，其中控制器单元配置为：从压力传感器获得压力值，获得流入泵中的流体的压力的期望值，计算误差信号，该误差信号等于压力的期望值和测量的压力的差值，以及通过控制泵的冲程速率和/或泵的冲程容积控制泵的输出量，使得测量的压力接近或等于期望的压力。力接近或等于期望的压力。力接近或等于期望的压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于人工心脏的控制器和方法


[0001]一般而言，本专利技术涉及用于人工心脏的控制方法和设备，尤其涉及人工心脏系统对变化的生理需求的响应，并且包括调节在肺循环和体循环之间的实际流量不平衡的机制。

技术介绍

[0002]尽管在开发永久性人工心脏用于长期移植在患者内以替代衰竭的天然心脏的方面取得了稳步进展，但仍有一些问题需要解决。在无系绳的人工心脏系统中需要解决的问题包括应对不同生理需求的控制策略，以及调节肺循环和体循环之间的流量不平衡的机制。
[0003]左右心输出量差异已被充分记载。生理上，由左侧心脏泵出的血流量高于由右侧心脏泵出的血流量。这种差异主要归因于一种被称为支气管分流的循环通路。这种流起源于左动脉系统，通过支气管组织，然后直接返回左心房。左侧流量总是大于右侧流量的这种差异通常看起来高达心输出量的约百分之十。人工心脏系统必须考虑到这种固有的生理循环不平衡。此外，流量不平衡的来源可以被制造出来。例如，通过设置在左侧和右侧的人工瓣膜的反流差异可以引入流量不平衡。人工心脏系统也必须考虑这些类型的循环不平衡。
[0004]同一申请人在WO 2016/020219中公开了一种血液泵送设备，其至少包括第一泵和第二泵，公开了用于在身体的循环系统中引起血流的左右泵致动装置。每个泵包括一个具有入口通道的上腔室和一个具有出口通道的下腔室。上腔室和下腔室由设置有瓣膜的可活动瓣膜平面隔开。泵致动装置配置成响应于来自控制单元的控制信号，在所述上腔室和下腔室之间沿向上和向下方向对所述瓣膜平面施加运动，使得当所述瓣膜平面沿向上方向移动时，设置在瓣膜平面的瓣膜处于打开位置，允许血液从上腔室流向下腔室，并且当瓣膜平面沿向下方向移动时，瓣膜处于关闭位置，血液通过出口通道从下腔室排出。下腔室的底部设置有袋状部分。
[0005]图1公开了WO 2016/020219的血液泵送设备1的横剖面示意图，其具有四个腔室。四腔室血液泵送设备1包括两个泵，第一泵2和第二泵3，以及用于在身体的循环系统中引起血流的第一泵致动器和第二泵致动器。第一泵2和第二泵3在结构上是相同的。每个泵包括上腔室9和下腔室12。上腔室9具有入口通道(未示出)，其允许血液进入上腔室9。上腔室对应于天然心脏的心房。下腔室12设置有出口通道(未示出)，其允许血液离开下腔室12。下腔室12对应于天然心脏的心室。使用可活动瓣膜平面7，将上腔室9和下腔室12分开。瓣膜平面对应于在天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。瓣膜14布置在瓣膜平面7中，对应于三尖瓣或二尖瓣,这取决于它是否位于泵中，该泵在肺回路中或在主动脉回路中起作用。下腔室12的底部被有利地设计成具有类似于在天然心脏中心室的解剖形状的形状。在四腔室血液泵送设备1中，下腔室12的底部具有袋状形状，其被设计成模拟在天然心脏中心室的内部形状。从上腔室9通过瓣膜14进入下腔室12的血流(箭头)撞击袋状形状的底部的停止表面并迅速停止，在该停止表面，血流突然改变方向并沿出口通道(未
显示)继续。在下腔室12底部的袋状部分的内侧的弯曲形成大约90
°‑
340
°
的弯曲，更优选在100
°‑
300
°
之间，更优选在105
°‑
200
°
之间，最优选弯曲在110
°‑
150
°
之间，其类似于在天然心脏的心室内的弯曲。此后，血液继续进入出口通道。在下腔室12的底部处的袋状部分的横截面有利地具有三角形形状，以使血液能够从下腔室12最佳地流入出口通道。如同在天然心脏中，三角形横截面有利于在下腔室12的腔内形成流动通道，使得血液会从不同角度到达袋状部分的停止表面，停止，改变方向，进入出口通道并随后通过出口瓣膜离开血液泵送设备。或者，下腔室12的内部结构的横截面可以具有椭圆形或圆形横截面。在下腔室12底部的内壁以及出口通道有利地设置有粗糙表面以模拟隆突小梁，即，从天然心脏的心室的内壁交叉并突出的肌肉脊。所述粗糙表面内衬有从下腔室12表面突出约0.01mm
‑
3mm、优选地至少0.5mm
‑
2mm的脊和突出物。下腔室12的出口通道和底部也可以具有光滑表面。自下腔室12的出口通道也可以具有与在天然心脏中心室的出口的设计类似地连续减小的直径。
[0006]同一申请人的WO 2017/137486涉及一种血泵壳体设备，该设备设计成在移植入受试者体内时围封并保护全人工心脏。血泵壳体设备包括第一人工心脏泵接收部分和第二人工心脏泵接收部分，其配置为接收并部分地围封全人工心脏(TAH)的第一人工心脏泵和第二人工心脏泵，以及第一泵致动围封部分和第二泵致动围封部分，其配置为部分容纳第一泵致动装置和第二泵致动装置。人工心脏泵接收部分和泵致动装置围封部分被布置成以无泄漏方式彼此连接。

技术实现思路

[0007]需要一种控制设备和方法，其自动控制通常的至少每个血泵设备，特别是前面提到的泵设备的心率和冲程容积。
[0008]本专利技术还提供了人工心脏系统对变化的生理需求的响应，并且包括调节肺循环和体循环之间的实际流量不平衡的机制。
[0009]由于这些原因，提供了一种用于控制心脏假体的方法。心脏假体包括：至少一个泵部；入口，其与所述至少一个泵部连接；出口，其与所述至少一个泵部连接；压力传感器，其配置为测量从入口流向出口的流体的压力；泵致动器，其配置为引起流体流的流动，以及控制器单元。该方法包括以下步骤：从压力传感器获得压力值，获得流入泵内的流体的压力的期望值，计算误差信号，其等于压力的期望值与测量的压力的差值的误差信号，以及通过控制泵致动器以控制泵冲程速率和/或泵冲程容积来控制泵的输出量，使得测量的压力接近或等于期望的压力。在一个实施例中，流体是血液。输出量可以是心输出量。根据一个实施例，泵包括对应于右心房或左心房之一的腔室。
[0010]在一个实施例中，心脏假体可以包括两个类似的泵。这两个泵分别连接到体循环和肺循环，并且通过对连接到肺循环的泵的心输出量设置限值来独立控制这两个泵。因此，该方法还包括步骤：获得连接到体循环的泵的心输出量，给定连接到体循环的泵的心输出量，对连接到肺循环的泵的心输出量设置限值，其中，所述限值随着连接到体循环的泵的心输出量的变化而更新；以及向所述泵致动器提供控制信号。
[0011]在一个实施例中，两个泵分别连接到体循环和肺循环，具有期望的心输出量，得到两个泵的冲程容积和冲程速率，该方法包括以下步骤：得到任一泵期望的心输出量，使用两个泵的期望的心输出量，找到冲程速率，给定得到的冲程速率，得到任一泵的冲程容积，使
得冲程速率和冲称容积的乘积等于每个期望的心输出量；以及向所述泵致动器提供控制信号。
[0012]在一个实施例中，压力传感器布置成与所述腔室连通。在替代实施例中，在入口的开口处和形成心房的腔室的端部之间的位置测量压力。一个实施例包括测量胸腔内的压力作为参考压力。
[0013]在一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制心脏假体(200)的方法，所述心脏假体包括：至少一个泵部(202、203、602、702)；入口(210、610、710)，其与所述至少一个泵部连接；出口(213、613、713)，其与所述至少一个泵部连接；压力传感器(231、232、732)，其配置为测量从入口流向出口的流体的压力；泵致动器(221、222、750)，其配置为引起流体流的流动，以及控制器单元(100)；所述方法包括步骤：从所述压力传感器获得压力值，获得流入所述泵的流体的压力的期望值，计算误差信号，所述误差信号等于所述压力的期望值与测量的压力的差值，以及通过控制所述泵致动器来控制泵冲程速率和/或泵冲程容积，以控制所述泵的输出量，使得所述测量的压力接近或等于期望的压力。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体是血液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述输出量是心输出量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述泵包括对应于右心房或左心房之一的腔室(209)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述心脏假体(200)包括两个类似的泵(202、203)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，两个所述泵分别连接体循环和肺循环，并且通过对与所述肺循环连接的所述泵的心输出量设置限值，以独立控制两个所述泵，所述方法还包括以下步骤：获得与所述体循环连接的所述泵的心输出量，给定与所述体循环连接的所述泵的心输出量，对与所述肺循环连接的所述泵的心输出量设置限值，其中，随着与所述体循环连接的所述泵的心输出量变化，更新所述限值；以及向所述泵致动器提供控制信号。7.根据权利要求5所述的方法，其中，两个所述泵分别连接体循环和肺循环，且具有期望的心输出量，得到所述两个泵的冲程容积和冲程速率，所述方法包括步骤：得到任一泵期望的心输出量，使用两个所述泵的期望的心输出量，找到冲程速率，给定得到的冲程速率，得到任一泵的冲程容积，使得所述冲程速率和冲程容积的乘积等于各自期望的心输出量；和向所述泵致动器提供控制信号。8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，所述压力传感器布置成与所述腔室连通。9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在入口的开口处和形成心房的腔室的端部之间的位置测量所述压力。10.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括测量胸腔内的压力作为参考压力。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述控制器单元配置成检测心房压力是
否变低或胸腔压力是否提高，即抽吸事件，并执行动作以防止低心房压力或胸腔压力提高。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制单元将从所述压力传感器接收的、且在一个冲程过程期间均值化的心房压力与期望的心房压力进行比较，并且当所述心房压力的平均值下降至远低于期望的压力，则检测到抽吸事件。13.根据权利要求12所述的方法，其中，心房压力在周期过程期间均值化，以降低噪声并防止对抽吸事件的错误检测，并且一旦控制单元检测到抽吸事件，设置非活动时间段，且在所述非活动时间段内不检测抽吸事件。14.根据权利要求12所述的方法，其中，一旦检测到抽吸事件，执行逐步提高期望的心房压力，以防止进一步的抽吸事件并产生警报。15.一种用于控制心脏假体(200)的控制器单元(100)，所述假体包括：至少一个泵部(202、203、602、702)；入口(210、610、710)，其与所述至少一个泵部连接；出口(213、613、713)，其与所述至少一个泵部连接；压力传感器(231；232)，其配置为测量从入口流向出口的流体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：斯勘的纳维亚雷尔哈特股份公司，
类型：发明
国别省市：