CN118543020A - 左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于人工心脏技术领域，尤其是涉及一种左心室辅助装置脉动变速控制器，包括主控模块，所述主控模块连接有显示模块、指示模块、报警模块、按键模块、电机驱动模块和电源模块，所述主控模块通过按键模块连接有按键，所述主控模块通过电机驱动模块连接有三相电机。本申请还提供一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法。本申请增强左心室辅助装置携带患者的血流脉动性；避免了实体转速传感器植入体内后带来的生物相容性问题；既能恒速运行，也能脉动变速运行，满足不能患者或同一患者在不同治疗阶段的生理灌注需求，也能提升患者血流的脉动性，减少并发症的发生。

Description

左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法

技术领域

本申请属于人工心脏技术领域，尤其是涉及一种左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法。

背景技术

全球心衰患者的数量逐年增加，且相当一部分患者进展为晚期心衰。治疗晚期心衰的最佳方案依然是心脏移植。然而，心脏供体的数量有限，致使部分患者缺乏匹配的心脏供体或在等待过程中死亡。因此，医学界越来越重视机械辅助循环装置的使用，特别是左心室辅助装置的植入使用。左心室辅助装置也被称为人工心脏泵，通常以临床医生设置的恒定泵速运行，以满足患者的基本生理灌注需求。旋转泵恒速运行显著弱化了患者主动脉压力和流量的脉动性，特别是旋转泵全力支持时患者的脉搏将丢失。旋转泵的恒速支持，为患者提供了连续的血流支持，但这种血流是一种缺乏脉动性的非生理性血流。临床实践证明携带左心室辅助装置的患者血流脉动性长期不足，会产生一些并发症，例如非手术性肠胃道出血、主动脉瓣关闭不全或融合、右心衰竭、脑卒中等，对患者的健康和生命构成严重的威胁。临床迫切需求一种能够提升患者血流脉动性的装置。

发明内容

本申请提供了一种左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法，解决了左心室辅助装置恒速运行时血流脉动性不足的问题。

本申请实施例提供了一种左心室辅助装置脉动变速控制器，包括主控模块，所述主控模块连接有显示模块、指示模块、报警模块、按键模块、电机驱动模块和电源模块，所述主控模块通过按键模块连接有按键，所述主控模块通过电机驱动模块连接有三相电机。

可选地，所述显示模块，用于显示三相电机的泵速信息和报警信息；

所述指示模块，用于识别控制器运行模式切换是否成功；

所述电源模块，用于提供主控模块和电机驱动模块所需的电能；

所述按键模块，用于接收按键的指令，并输出至主控模块；

所述报警模块，用于在控制器出现操作失误或三相电机的泵速异常时进行报警；

所述电机驱动模块，用于通过放大PWM信号控制三相电机运行，并反馈三相电机的泵速信息至主控模块；

所述主控模块，用于接收按键模块传输的按键指令，并发送PWM信号至电机驱动模块；实时检测三相电机的泵速，并将泵速信息输出至显示模块；当操作失误或泵速运行异常时，向报警模块发送报警指令，向显示模块发送显示信息。

可选地，所述指示模块包括两个不同颜色的指示灯，分别为指示灯L10和指示灯L11，指示灯L10亮，代表控制器处于恒速运行模式；指示灯L11亮，代表控制器处于脉动变速运行模式。

可选地，所述电源模块提供DC24V电源，并带有降压斩波单元，实现DC24V电源到DC5V电源的转换；DC24V电源为三相电机提供电能，DC5V电源为主控模块提供电能。

可选地，所述按键模块连接有9个按键，其中8个用于调制泵速、1个用于模式切换。8个用于调制泵速的按键分别为按键K1、按键K2、按键K3、按键K4、按键K5、按键K6、按键K7和按键K8，1个用于模式切换的按键为按键K9。

本申请还提供一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，包括以下步骤：

步骤1，初始化单片机寄存器、函数及参数；

步骤2，进行报警检测；

步骤3，判断是否报警；若是，则执行步骤8；若否，则执行步骤4；

步骤4，进入模式切换子程序；

步骤5，判断是否为脉动变速；若是，执行步骤6；若否，执行步骤9；

步骤6，进入脉动变速运行模式，执行脉动变速运行子程序；

步骤7，输出PWM信号，执行步骤2；

步骤8，输出报警信息进行显示，并发出警报；

步骤9，进入恒速运行模式，执行恒速运行子程序。

可选地，步骤4中，模式切换子程序的执行步骤如下：

步骤41，初始化；

步骤42，判断按键K9的操作是否有效；若是，执行步骤43，若否，维持当前运行模式；

步骤43，判断是否为恒速运行标志；若是，执行步骤44，执行恒速运行子程序，指示灯L10亮起；若否，执行步骤45，执行脉动变速运行子程序，指示灯L11亮起；

步骤步骤42中，按键K9用于恒速运行模式和脉动变速运行模式的切换。

可选地，步骤9中，恒速运行子程序的执行步骤如下：

步骤91，初始化；

步骤92，判断按键K1的操作是否有效；若是，则增加PWM占空比；若否，则执行步骤93；

步骤93，判断按键K2的操作是否有效；若是，则减小PWM占空比；若否，则PWM占空比不变。

可选地，步骤6中，脉动变速运行子程序的执行步骤如下：

步骤61，初始化，复用按键K1和按键K2；

步骤62，判断按键K1的操作是否有效；若是，增加平均PWM占空比；若否，执行步骤63；

步骤63，判断按键K2的操作是否有效；若是，减小平均PWM占空比；若否，执行步骤64；

步骤64，判断按键K3的操作是否有效；若是，增加PWM占空比振幅；若否，执行步骤65；

步骤65，判断按键K4的操作是否有效；若是，减小PWM占空比振幅；若否，执行步骤66；

步骤66，判断按键K5的操作是否有效；若是，增加高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤67；

步骤67，判断按键K6的操作是否有效；若是，减小高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤68；

步骤68，判断按键K7的操作是否有效；若是，增加脉动频率；若否，执行步骤69；

步骤69，判断按键K8的操作是否有效；若是，减小脉动频率；若否，则PWM占空比不变。

可选地，所述按键K1和按键K2用于增加和减小一个脉动周期内平均PWM占空比；所述按键K3和按键K4用于增加和减小一个脉动周期内PWM占空比的振幅；所述按键K5和按键K6用于增加和减小一个脉动周期内高PWM占空比持续的时间的占比；所述按键K7和按键K8用于增加和减小脉动频率；所述平均PWM占空比控制平均脉动泵速，所述PWM占空比的振幅控制脉动泵速的振幅，所述高PWM占空比持续的时间占比用于控制一个脉动周期内高泵速的占空比，所述脉动频率，用于控制脉动泵速的频率。

本申请提供一种左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法，增强左心室辅助装置携带患者的血流脉动性；避免了实体转速传感器植入体内后带来的生物相容性问题；既能恒速运行，也能脉动变速运行，满足不能患者或同一患者在不同治疗阶段的生理灌注需求，也能提升患者血流的脉动性，减少并发症的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请左心室辅助装置脉动变速控制器的结构示意图；

图2为本申请左心室辅助装置脉动变速控制器的结构框图；

图3为本申请左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法流程图；

图4为模式切换子程序的流程图；

图5为恒速运行子程序的流程图；

图6为脉动变速运行子程序的流程图；

图7为左心室辅助装置脉动变速控制器在恒速运行模式下的运行原理图；

图8为左心室辅助装置脉动变速控制器在脉动变速运行模式下的运行原理图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

现对本申请实施例提供的一种左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法进行说明。参见图1和图2，一种左心室辅助装置脉动变速控制器，包括主控模块，主控模块连接有显示模块、指示模块、报警模块、按键模块、电机驱动模块和电源模块，主控模块通过按键模块连接有按键，主控模块通过电机驱动模块连接有三相电机。

显示模块，用于显示三相电机的泵速信息和报警信息。优先为显示器13。

指示模块，用于识别控制器运行模式切换是否成功。包括两个不同颜色的指示灯，分别为指示灯L10和指示灯L11。指示灯L10亮，代表控制器处于恒速运行模式；指示灯L11亮，代表控制器处于脉动变速运行模式。指示灯L10和指示灯L11代表的运行模式替换也可以。报警模块，用于在控制器出现操作失误或三相电机的泵速异常时进行报警。优选为报警器12。

电源模块，用于提供主控模块和电机驱动模块所需的电能。电源模块提供DC24V电源，并带有降压斩波单元，实现DC24V到DC5V的转换。DC24V电源为三相电机提供电力支持，DC5V电源为主控模块提供电力支持。

按键模块，用于接收按键的指令，并输出至主控模块。按键模块连接有9个按键，其中8个用于调制泵速，1个用于模式切换。8个用于调制泵速的按键分别为按键K1、按键K2、按键K3、按键K4、按键K5、按键K6、按键K7和按键K8，1个用于模式切换的按键为按键K9。按键K1用于增加PWM信号的占空比，控制泵速增加；按键K2用于减小PWM信号的占空比，控制泵速降低；按键K3用于增加一个脉动周期PWM占空比的振幅；按键K4用于减小一个脉动周期PWM占空比的振幅；按键K5增加一个脉动周期内高PWM占空比持续的时间的占比；按键K6用于减小一个脉动周期内高PWM占空比持续的时间的占比；按键K7用于增加脉动频率；按键K8用于减小脉动频率。按键K9用于恒速运行模式和脉动变速运行模式的切换。

电机驱动模块，用于通过放大PWM信号控制三相电机运行，并反馈三相电机的泵速信息至主控模块。电机驱动模块集成了无位置传感器电路，仅利用三相电机产生的反电势，通过电机驱动模块对应的电路和公式计算转速，电机驱动模块对应的电路和公式为现有技术，故不再赘述。

主控模块，用于接收按键模块传输的按键指令，并发送PWM信号至电机驱动模块；实时检测三相电机的泵速，并将泵速信息输出至显示模块；当操作失误或泵速运行异常时，向报警模块发送报警指令，向显示模块发送显示信息。主控模块包括单片机。主控模块通过改变PWM信号占空比调节加载到三相电机的平均电压，实现三相电机的转速控制。

参见图7，本申请的左心室辅助装置脉动变速控制器在恒速运行模式下，提升泵速或降低泵速适应患者的生理灌注。通过增加PWM信号的占空比，增加三相电机两端的平均电压，从而提升了泵速。反之，减小PWM信号的占空比，就减小三相电机两端的平均电压，从而降低了泵速。

参见图8，本申请的左心室辅助装置脉动变速控制器在脉动变速运行模式下，调制周期性脉动变化的PWM占空比，控制泵速周期性脉动变化。具体的，调制脉动频率即脉动周期102模拟心率；脉动周期内平均PWM占空比101控制平均泵速107；PWM占空比振幅104控制泵速振幅109；脉动周期内高PWM占空比持续的时间103控制脉动周期内高泵速持续的时间108。在脉动周期内，高泵速110和低泵速111模拟心脏的收缩和舒张活动。通过调制占空比脉动变化的PWM信号，就能实现左心室辅助装置的脉动变速功能，达到提升血流脉动性的目的。

请参阅图3，为本申请一实施例提供的一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，能够实时监测按键命令及泵速运行状况，将PWM信号和泵速的信息输出至显示模块进行显示；包括以下步骤：

步骤1，初始化单片机寄存器、函数及参数；

步骤2，进行报警检测；

步骤3，判断是否报警；若是，则执行步骤8；若否，则执行步骤4；

步骤4，进入模式切换子程序；

步骤5，判断是否为脉动变速；若是，执行步骤6；若否，执行步骤9；

步骤6，进入脉动变速运行模式，执行脉动变速运行子程序；

步骤7，输出PWM信号，执行步骤2；

步骤8，输出报警信息进行显示，并发出警报；

步骤9，进入恒速运行模式，执行恒速运行子程序。

具体的，步骤2至7为循环命令，先进行报警检测，如果有报警，则输出报警信息到显示器并发出警报，否则进入模式切换程序命令；模式切换子程序接收按键K9的命令判断出是恒速运行模式还是脉动变速运行模式，如果是恒速运行模式，则执行恒速运行子程序，反之，则执行脉动变速运行子程序；恒速运行子程序或脉动变速运行子程序接收按键K1至按键K8的命令调制PWM信号，将调制的PWM信号输出到电机驱动模块。重复执行以上过程。

参见图4，步骤4中，模式切换子程序通过复位按键K9和2个不同颜色的指示灯完成恒速运行和脉动变速运行模式的切换。初始状态的模式为恒速运行模式。每按一次按键K9运行模式从当前运行模式切换到另一种运行模式。两个指示灯的不同颜色分别对应恒速运行模式和脉动变速运行模式，用于识别模式切换是否成功。

模式切换子程序的执行步骤如下：

步骤41，初始化；

步骤42，判断按键K9的操作是否有效；若是，执行步骤43，若否，维持当前运行模式；

步骤43，判断是否为恒速运行标志；若是，执行步骤44，执行恒速运行子程序，指示灯L10亮起；若否，执行步骤45，执行脉动变速运行子程序，指示灯L11亮起；

具体的，此步骤判断按键K9是否通过按键模块产生有效的电信号，如果按键K9的操作无效，则保持当前的运行模式不变，如果按键K9的操作有效，则需要判断运行模式标志；如果是恒速运行标志，则执行恒速运行子程序且指示灯L10亮，反之，则执行脉动变速运行子程序且指示灯L11亮。

参见图5，步骤9中，恒速运行子程序仅通过两个按键控制旋转泵升速和降速，按键K1用于增加PWM信号的占空比，控制泵速增加，按键K2用于减小PWM信号的占空比，控制泵速降低。

恒速运行子程序的执行步骤如下：

步骤91，初始化；

步骤92，判断按键K1的操作是否有效；若是，则增加PWM占空比；若否，则执行步骤93；

步骤93，判断按键K2的操作是否有效；若是，则减小PWM占空比；若否，则PWM占空比不变。

具体的，初始化后，判断按键K1的操作是否有效，如果有效，则增加PWM占空比，如果操作无效，则进一步判断按键K2的操作是否有效；如果按键K2的操作有效，则减小PWM占空比，反之，保持当前的PWM占空比。

参见图6，步骤6中，脉动变速运行子程序的执行步骤如下：

步骤61，初始化，复用按键K1和按键K2；

步骤62，判断按键K1的操作是否有效；若是，增加平均PWM占空比；若否，执行步骤63；

步骤63，判断按键K2的操作是否有效；若是，减小平均PWM占空比；若否，执行步骤64；

步骤64，判断按键K3的操作是否有效；若是，增加PWM占空比振幅；若否，执行步骤65；

步骤65，判断按键K4的操作是否有效；若是，减小PWM占空比振幅；若否，执行步骤66；

步骤66，判断按键K5的操作是否有效；若是，增加高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤67；

步骤67，判断按键K6的操作是否有效；若是，减小高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤68；

步骤68，判断按键K7的操作是否有效；若是，增加脉动频率；若否，执行步骤69；

步骤69，判断按键K8的操作是否有效；若是，减小脉动频率；若否，则PWM占空比不变。

具体的，先初始化；复用按键K1和按键K2，判断按键K1的操作是否有效，如果操作有效，则增加平均PWM占空比101，如果操作有效，则判断按键K2的操作；如果按键K2的操作有效，则减小平均PWM占空比101，如果操作无效，则判断按键K3的操作，如果按键K3的操作有效，则增加PWM占空比振幅104，如果操作无效，则判断按键K4的操作；如果按键K4的操作有效，则减小PWM占空比振幅104，如果操作无效，则判断按键K5的操作；如果按键K5的操作有效，则增加高PWM占空比持续的时间103即一个脉动周期内高PWM占空比的占空比，如果操作无效，则判断按键K6的操作；如果按键K6的操作有效，则减小高PWM占空比的占空比，如果操作无效，则判断按键K7的操作；如果按键K7的操作有效，则增加脉动频率即增加脉动周期102，如果操作无效，则判断按键K8的操作；如果按键K8的操作有效，则减小脉动频率，如果操作无效，则保持当前的PWM占空比。

上述按键K1和按键K2用于增加和减小一个脉动周期内平均PWM占空比。按键K3和按键K4用于增加和减小一个脉动周期内PWM占空比的振幅。按键K5和按键K6用于增加和减小一个脉动周期内高PWM占空比持续的时间的占比。按键K7和按键K8用于增加和减小脉动频率。平均PWM占空比控制平均脉动泵速，PWM占空比的振幅控制脉动泵速的振幅，高PWM占空比持续的时间占比用于控制一个脉动周期内高泵速的占空比，脉动频率与心率统一，用于控制脉动泵速的频率。

本申请提供的一种左心室辅助装置脉动变速控制器及其实现方法，增强左心室辅助装置携带患者的血流脉动性；避免了实体转速传感器植入体内后带来的生物相容性问题；既能恒速运行，也能脉动变速运行，满足不能患者或同一患者在不同治疗阶段的生理灌注需求，也能提升患者血流的脉动性，减少并发症的发生。

在本申请的描述中，需要理解的是，诸如术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种左心室辅助装置脉动变速控制器，其特征在于，包括主控模块，所述主控模块连接有显示模块、指示模块、报警模块、按键模块、电机驱动模块和电源模块，所述主控模块通过按键模块连接有按键，所述主控模块通过电机驱动模块连接有三相电机。

2.如权利要求1所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器，其特征在于，

所述显示模块，用于显示三相电机的泵速信息和报警信息；

所述指示模块，用于识别控制器运行模式切换是否成功；

所述电源模块，用于提供主控模块和电机驱动模块所需的电能；

所述按键模块，用于接收按键的指令，并输出至主控模块；

所述报警模块，用于在控制器出现操作失误或三相电机的泵速异常时进行报警；

所述电机驱动模块，用于通过放大PWM信号控制三相电机运行，并反馈三相电机的泵速信息至主控模块；

所述主控模块，用于接收按键模块传输的按键指令，并发送PWM信号至电机驱动模块；实时检测三相电机的泵速，并将泵速信息输出至显示模块；向报警模块发送报警指令，向显示模块发送显示信息。

3.如权利要求1所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器，其特征在于，所述指示模块包括两个不同颜色的指示灯，分别为指示灯L10和指示灯L11，指示灯L10亮，代表控制器处于恒速运行模式；指示灯L11亮，代表控制器处于脉动变速运行模式。

4.如权利要求1所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器，其特征在于，所述电源模块提供DC24V电源，并带有降压斩波单元，实现DC24V电源到DC5V电源的转换；DC24V电源为三相电机提供电能，DC5V电源为主控模块提供电能。

5.如权利要求2所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器，其特征在于，所述按键模块连接有9个按键，其中8个用于调制泵速，1个用于模式切换；8个用于调制泵速的按键分别为按键K1、按键K2、按键K3、按键K4、按键K5、按键K6、按键K7和按键K8，1个用于模式切换的按键为按键K9。

6.一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，初始化单片机寄存器、函数及参数；

步骤2，进行报警检测；

步骤3，判断是否报警；若是，则执行步骤8；若否，则执行步骤4；

步骤4，进入模式切换子程序；

步骤5，判断是否为脉动变速；若是，执行步骤6；若否，执行步骤9；

步骤6，进入脉动变速运行模式，执行脉动变速运行子程序；

步骤7，输出PWM信号，执行步骤2；

步骤8，输出报警信息进行显示，并发出警报；

步骤9，进入恒速运行模式，执行恒速运行子程序。

7.如权利要求6所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，其特征在于，步骤4中，模式切换子程序的执行步骤如下：

步骤41，初始化；

步骤42，判断按键K9的操作是否有效；若是，执行步骤43，若否，维持当前运行模式；

步骤43，判断是否为恒速运行标志；若是，执行步骤44，执行恒速运行子程序，指示灯L10亮起；若否，执行步骤45，执行脉动变速运行子程序，指示灯L11亮起；

步骤步骤42中，按键K9用于恒速运行模式和脉动变速运行模式的切换。

8.如权利要求6所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，其特征在于，步骤9中，恒速运行子程序的执行步骤如下：

步骤91，初始化；

步骤92，判断按键K1的操作是否有效；若是，则增加PWM占空比；若否，则执行步骤93；

步骤93，判断按键K2的操作是否有效；若是，则减小PWM占空比；若否，则PWM占空比不变。

9.如权利要求6所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，其特征在于，步骤6中，脉动变速运行子程序的执行步骤如下：

步骤61，初始化，复用按键K1和按键K2；

步骤62，判断按键K1的操作是否有效；若是，增加平均PWM占空比；若否，执行步骤63；

步骤63，判断按键K2的操作是否有效；若是，减小平均PWM占空比；若否，执行步骤64；

步骤64，判断按键K3的操作是否有效；若是，增加PWM占空比振幅；若否，执行步骤65；

步骤65，判断按键K4的操作是否有效；若是，减小PWM占空比振幅；若否，执行步骤66；

步骤66，判断按键K5的操作是否有效；若是，增加高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤67；

步骤67，判断按键K6的操作是否有效；若是，减小高PWM占空比的占空比；若否，执行步骤68；

步骤68，判断按键K7的操作是否有效；若是，增加脉动频率；若否，执行步骤69；

步骤69，判断按键K8的操作是否有效；若是，减小脉动频率；若否，则PWM占空比不变。

10.如权利要求9所述的一种左心室辅助装置脉动变速控制器的实现方法，其特征在于，所述按键K1和按键K2用于增加和减小一个脉动周期内平均PWM占空比；所述按键K3和按键K4用于增加和减小一个脉动周期内PWM占空比的振幅；所述按键K5和按键K6用于增加和减小一个脉动周期内高PWM占空比持续的时间的占比；所述按键K7和按键K8用于增加和减小脉动频率；所述平均PWM占空比控制平均脉动泵速，所述PWM占空比的振幅控制脉动泵速的振幅，所述高PWM占空比持续的时间占比用于控制一个脉动周期内高泵速的占空比，所述脉动频率用于控制脉动泵速的频率。