CN110583620A - 离体肺脏机械灌注的调温设备及方法、装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种离体肺脏机械灌注的调温设备及方法、装置，其中，离体肺脏机械灌注的调温设备包括：储液容器，膜肺液体循环装置，温度传感器，调温设备以及主控设备。主控设备获取温度传感器采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。本申请能够实现在离体肺脏灌注过程中对灌注液进行实时温度调节，提高了温度监控精确度。

Description

离体肺脏机械灌注的调温设备及方法、装置

技术领域

本申请涉及机械灌注技术领域，特别是涉及一种离体肺脏机械灌注的调温设备及方法、装置。

背景技术

在机械灌注过程中，通常需要对离体肺脏提供保持活力的环境参数(如灌注液温度)，维持离体肺脏在保存期间的活力，是离体肺脏移植成功的前提条件和根本保障。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的对离体肺脏灌注的平台通常温度调节不及时，且温度监控精确度低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的对离体肺脏灌注的平台通常温度调节不及时，且温度监控精确度低的问题，提供一种离体肺脏机械灌注的调温设备及方法、装置。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种离体肺脏机械灌注的调温设备，包括：

储液容器，储液容器用于储蓄调温液；

膜肺液体循环装置，膜肺液体循环装置用于向离体肺脏传输灌注液，以及对调温液与灌注液进行热交换；膜肺液体循环装置的一端贯通连接储液容器的液体出口端，另一端贯通连接储液容器的液体入口端；

温度传感器，温度传感器用于采集调温液的温度数据；

调温设备；调温设备设于储液容器内；

主控设备，主控设备分别连接膜肺液体循环装置、温度传感器和调温设备；

其中，主控设备获取温度传感器采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；对滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

在其中一个实施例中，膜肺液体循环装置包括热交换机构，以及设于热交换机构与储液容器的液体出口端之间的离心泵；

热交换机构的一端通过离心泵贯通连接储液容器的液体出口端，另一端与储液容器的液体入口端贯通连接。

在其中一个实施例中，热交换机构为氧合器。

在其中一个实施例中，离心泵包括离心泵头，伺服电机以及连接在伺服电机与主控设备之间的电机驱动器；

离心泵头与伺服电机机械相连。

在其中一个实施例中，电机驱动器为无刷电机驱动器。

在其中一个实施例中，调温设备包括连接主控设备的加热器，以及连接主控设备的压缩机。

在其中一个实施例中，主控设备包括主控器，以及连接主控器的人机交互设备。

另一方面，本发明实施例还提供了一种离体肺脏机械灌注的调温方法，包括以下步骤：

获取温度传感器采集到的温度数据；

对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；

将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

在其中一个实施例中，对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据的步骤包括：

对温度数据进行卡尔曼滤波处理，得到滤波后温度数据。

另一方面，本发明实施例还提供了一种离体肺脏机械灌注的调温装置，包括：

数据获取单元，用于获取温度传感器采集到的温度数据；

滤波处理单元，用于对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；

调温处理单元，用于将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

主控设备获取温度传感器采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；对滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度，进而调温设备对储液容器内中的调温液进行调温(如加热升温或制冷降温)。基于本申请能够通过对调温液的温度调节，以及对调温液和灌注液进行热交互，避免灌注液温度不稳定给离体肺脏灌注带来的不可逆损伤，改善了离体肺脏的生命体征。实现了在离体肺脏灌注过程中对灌注液进行实时温度调节，提高了温度监控精确度。

附图说明

图1为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温设备的第一结构示意图；

图2为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温设备的第二结构示意图；

图3为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温设备的第三结构示意图；

图4为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温设备的第四结构示意图；

图5为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温方法的流程示意图；

图6为一个实施例中离体肺脏机械灌注的调温装置的方框示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

离体肺脏进行体外灌注时，供肺保护对灌注液温度的要求比较严格，过高或过低的温度都会对供肺的功能有明显的影响，灌注液温度不稳定会导致离体肺脏灌注带来的不可逆损伤。目前传统的离体肺脏灌注系统，通常温度调节不及时，且温度监控精确度低。

而本申请提供的一种离体肺脏机械灌注的调温设备中，主控设备可实时获取温度传感器所测的温度数据，通过对温度数据依次进行数据滤波及PID调节处理，可使灌注液的温度达到预设值后保持恒定。能够避免灌注液温度不稳定给离体肺脏灌注带来的不可逆损伤，改善了离体肺脏的生命体征；实现了在离体肺脏灌注过程中对灌注液进行实时温度调节，提高了温度监控精确度。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温设备，包括：

储液容器110，储液容器110用于储蓄调温液；

膜肺液体循环装置120，膜肺液体循环装置120用于向离体肺脏传输灌注液，以及对调温液与灌注液进行热交换；膜肺液体循环装置120的一端贯通连接储液容器110的液体出口端，另一端贯通连接储液容器110的液体入口端；

温度传感器130，温度传感器130用于采集调温液的温度数据；

调温设备140；调温设备140设于储液容器内；

主控设备150，主控设备150分别连接膜肺液体循环装置120、温度传感器130和调温设备140；

其中，主控设备150获取温度传感器130采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备140的温度。

具体地，储液容器110指的是能够储蓄液体的容器，例如储液容器110可以是水箱；调温液可以是水，也可以是制冷液等。其他需要说明的是，储液容器110的形状和体积可根据实际设计要求确定。膜肺液体循环装置120指的是能够对调温液和灌注液进行热交互的装置。膜肺液体循环装置120可包含调温液通道和灌注液通道，通过调温液在调温液通道中流动，使得调温液的热量交换到灌注液中，进而实现灌注液的调温。温度传感器130可以是接触式温度传感器，也可以是非接触式温度传感器。调温设备140可用来对调温液进行调温，例如调温设备140可对调温液加热，使得调温液升温；调温设备140还可对调温液制冷，使得调温液降温。主控设备150指的是具有数据处理和数据传输等功能的设备。

进一步的，膜肺液体循环装置120的一端可通过管道与储液容器110的液体出口端贯通连接，膜肺液体循环装置120的另一端可通过管道与储液容器110的液体入口端贯通连接。基于主控设备150分别连接膜肺液体循环装置120、温度传感器130和调温设备140。主控设备150可获取温度传感器130采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，滤除系统中产生的噪声，得到滤波后温度数据；主控设备150还可对滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备140的温度，使得调温设备140根据调温功率信号对储液容器110内中的调温液进行调温(如加热升温或制冷降温)。进而通过膜肺液体循环装置120对调温液与灌注液进行热交换，实现对灌注液的温度调节。

在一个示例中，主控设备150向调温设备140传输当前的调温功率数据后，调温设备140可根据当前的调温功率数据对调温液进行温度调节，进而通过膜肺液体循环装置120对调温液与灌注液热交换，实现对灌注液的调温。主控设备150可获取温度传感器所测的下一时刻的温度数据，并再次对下一时刻的温度数据依次进行数字滤波和PID调节处理，并根据得到的处理结果，在下一时刻对调温设备进行温度调节，直至灌注液的温度达到预设值后保持恒定。例如，处理结果为滤波后温度数据大于目标温度，则根据预设的步进值减小调温设备140的温度；处理结果为滤波后温度小于目标温度，则根据预设的步进值增大调温设备140的温度。

需要说明的是，PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(differential))调节指的是根据系统的误差，利用比例、积分和微分计算出控制量进行控制的调节方式。例如，基于比例-积分-微分(PID)控制器，当主控设备150设定目标温度时，把当前的滤波后温度数据和目标温度输入基于比例-积分-微分控制器中进行处理，进而可得到处理结果，并根据得到的处理结果调节调温设备140的温度，实现对调温液的实时温度调节，进而实现对灌注液的实时温度控制。

上述的离体肺脏机械灌注的调温设备中，能够避免灌注液温度不稳定给离体肺脏灌注带来的不可逆损伤，改善了离体肺脏的生命体征。实现了在离体肺脏灌注过程中对灌注液进行实时温度调节，提高了温度监控精确度。

在一个具体的实施例中，主控设备对获取到的温度数据进行卡尔曼滤波处理，得到滤波后温度数据。

其中，卡尔曼滤波(Kalman filtering)指的是去除噪声还原真实数据的数字滤波。温度传感器将采集到的温度数据传输给主控设备过程中，容易受到噪声的干扰，导致采集的温度数据与真实的温度数据有一定的偏差。主控设备可通过对获取到的温度数据进行卡尔曼滤波处理，进而可滤除噪声干扰，得到更准确的调温液温度，进而可实现对灌注液的精准温度控制。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温设备，包括储液容器210，膜肺液体循环装置220，温度传感器230，调温设备240以及主控设备250。其中，膜肺液体循环装置220包括热交换机构222，以及设于热交换机构222与储液容器210的液体出口端之间的离心泵224。热交换机构222的一端通过离心泵224贯通连接储液容器210的液体出口端，另一端与储液容器210的液体入口端贯通连接。

其中，热交换机构222指的是能够对调温液与灌注液进行热交换的机构；在一个具体的实施例中，热交换机构222可以是氧合器；例如氧化器可以是体外膜肺氧合设备。离心泵224可用来提供热交换过程中调温液流动的动力。

具体地，基于离心泵224的一端贯通连接储液容器210的液体出口端，离心泵224的另一端贯通连接热交换机构；热交换机构222的一端通过离心泵224贯通连接储液容器210的液体出口端，热交换机构222的另一端与储液容器210的液体入口端贯通连接，进而离心泵224可驱动调温液在储液容器210与热交换机构222之间流动，使得储液容器210输出的调温液输送至热交换机构222，通过热交换机构222对调温液与灌注液进行热交换，并将热交换后的调温液输送回储液容器210。实现对灌注液温度的精准调节。

在一个具体的实施例中，如图2所示，离心泵224包括离心泵头226，伺服电机228以及连接在伺服电机228与主控设备250之间的电机驱动器232；离心泵头226与伺服电机228机械相连。

其中，离心泵头226可包括叶轮、轴承及密封转动部件等。伺服电机228可以是永磁交流伺服电动机。电机驱动器232可用来驱动伺服电机转动工作。在一个具体的实施例中，电机驱动器232可以是无刷电机驱动器。

具体地，离心泵头226可与伺服电机228的转轴机械连接，基于电机驱动器232连接在伺服电机228与主控设备250之间，主控设备250可向电机驱动器232传输启动指令，使得电机驱动器232根据相应的启动指令驱动伺服电机228转动工作，进而伺服电机228带动离心泵头226工作，实现对调温液在储液容器210与热交换机构222之间流动。

进一步的，电机驱动器232可通过RS232接口与主控设备250连接，主控设备250可通过RS232接口向电机驱动器232传送相应的启动指令，实现控制伺服电机228以相应转速转动。在一个示例中，电机驱动器232可选用具有实时反馈回电机转速的特点的驱动器，可以在任意时刻读取当前电机的速度；另外，伺服电机228可采用点动方式来驱动，可设置点动加速度、点动减速度、点动速度或点动停止，采用点动的方式可以有效地减小电机在启动或者停止过程中带来的损耗。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温设备，包括储液容器310，膜肺液体循环装置320，温度传感器330，调温设备340以及主控设备350。其中，调温设备340包括连接主控设备350的加热器342，以及连接主控设备350的压缩机344。

其中，加热器342可以是电加热器；加热器342可通过电能转换成热能，达到加热效果；例如加热器342可以是电磁加热器或电阻加热器。压缩机344可用来向调温液提供制冷循环。

具体地，加热器342可设于储液容器的底部，加热器342的加热端与调温液相接触。基于主控设备350连接加热器342，加热器342可根据主控设备350传输的调温功率信号对调温液进行加热调节。压缩机344可设于储液容器310的底部，压缩机344可通过制冷循环对调温液进行制冷降温。基于主控设备350连接压缩机344，压缩机344可根据主控设备350传输的调温功率信号对调温液进行制冷调节，进而通过膜肺液体循环装置320对调温液与灌注液进行热交换，实现对灌注液的温度调节，保证灌注液在进入肺动脉之前达到系统预设温度要求，使肺脏灌注顺利进行，提高了温度监控精确度。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温设备，包括储液容器410，膜肺液体循环装置420，温度传感器430，调温设备440以及主控设备450。其中，主控设备450包括主控器452，以及连接主控器452的人机交互设备454。

其中，主控器452指的是具有数据处理和数据传输功能的器件。人机交互设备454可包括显示设备和输入设备，显示设备可以是液晶显示设备；输入设备可以是按键。

具体地，基于主控器452连接人机交互设备454，人机交互设备454可用来显示主控器452传输的温度数据以及调温功率数据等数据，用户实时监控灌注液调温过程。当系统出现异常时，人机交互设备可弹出相应对话框提示用户异常来源，并在用户排除异常后恢复，方便操作者定期监护、治疗及评估肺脏的状况。

进一步的，主控器452可获取温度传感器430采集到的温度数据，并对温度数据进行数字滤波处理，滤除系统中产生的噪声，得到滤波后温度数据；主控器452还可对滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备440的温度，使得调温设备440对储液容器内中的调温液进行调温(如加热升温或制冷降温)。主控器452还可将温度数据、调温功率数据以及中间处理数据(如滤波后温度数据等)传输给人机交互设备454，通过人机交互设备454对离体肺脏机械灌注的调温过程进行实时监控。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温方法，包括以下步骤：

步骤S510，获取温度传感器采集到的温度数据。

步骤S520，对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据。

步骤S530，将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

具体而言，主控设备获取温度传感器采集到的温度数据，并对温度数据依次进行数字滤波处理和PID调节处理，进而处理结果；并根据处理结果，调节调温设备的温度，使得调温设备对储液容器内中的调温液进行调温(如加热升温或制冷降温)。进而能够避免灌注液温度不稳定给离体肺脏灌注带来的不可逆损伤，改善了离体肺脏的生命体征。实现了在离体肺脏灌注过程中对灌注液进行实时温度调节，提高了温度监控精确度。

在一个具体的实施例中，对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据的步骤包括：

对温度数据进行卡尔曼滤波处理，得到滤波后温度数据。

具体而言，温度传感器将采集到的温度数据传输给主控设备过程中，容易受到噪声的干扰，导致采集的温度数据与真实的温度数据有一定的偏差。主控设备可通过对获取到的温度数据进行卡尔曼滤波处理，进而可滤除噪声干扰，得到更准确的调温液温度，进而可实现对灌注液的精准温度控制。

应该理解的是，虽然图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种离体肺脏机械灌注的调温装置，包括：

数据获取单元610，用于获取温度传感器采集到的温度数据。

滤波处理单元620，用于对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据。

调温处理单元630，用于将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

关于离体肺脏机械灌注的调温装置的具体限定可以参见上文中对于离体肺脏机械灌注的调温方法的限定，在此不再赘述。上述离体肺脏机械灌注的调温装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于离体肺脏机械灌注的调温设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于离体肺脏机械灌注的调温设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取温度传感器采集到的温度数据；

对温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；

将滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据处理结果调节调温设备的温度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各除法运算方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，包括：

储液容器，所述储液容器用于储蓄调温液；

膜肺液体循环装置，所述膜肺液体循环装置用于向离体肺脏传输灌注液，以及对所述调温液与所述灌注液进行热交换；所述膜肺液体循环装置的一端贯通连接所述储液容器的液体出口端，另一端贯通连接所述储液容器的液体入口端；

温度传感器，所述温度传感器用于采集所述调温液的温度数据；

调温设备；所述调温设备设于所述储液容器内；

主控设备，所述主控设备分别连接所述膜肺液体循环装置、所述温度传感器和所述调温设备；

其中，所述主控设备获取所述温度传感器采集到的所述温度数据，并对所述温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；将所述滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据所述处理结果调节所述调温设备的温度。

2.根据权利要求1所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述膜肺液体循环装置包括热交换机构，以及设于所述热交换机构与所述储液容器的液体出口端之间的离心泵；

所述热交换机构的一端通过所述离心泵贯通连接所述储液容器的液体出口端，另一端与所述储液容器的液体入口端贯通连接。

3.根据权利要求2所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述热交换机构为氧合器。

4.根据权利要求2所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述离心泵包括离心泵头，伺服电机以及连接在所述伺服电机与所述主控设备之间的电机驱动器；

所述离心泵头与所述伺服电机机械相连。

5.根据权利要求4所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述电机驱动器为无刷电机驱动器。

6.根据权利要求4所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述调温设备包括连接所述主控设备的加热器，以及连接所述主控设备的压缩机。

7.根据权利要求1所述的离体肺脏机械灌注的调温设备，其特征在于，所述主控设备包括主控器，以及连接所述主控器的人机交互设备。

8.一种离体肺脏机械灌注的调温方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取温度传感器采集到的温度数据；

对所述温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；

将所述滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据所述处理结果调节所述调温设备的温度。

9.根据权利要求8所述的离体肺脏机械灌注的调温方法，其特征在于，对所述温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据的步骤包括：

对所述温度数据进行卡尔曼滤波处理，得到所述滤波后温度数据。

10.一种离体肺脏机械灌注的调温装置，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于获取温度传感器采集到的温度数据；

滤波处理单元，用于对所述温度数据进行数字滤波处理，得到滤波后温度数据；

调温处理单元，用于将所述滤波后温度数据与目标温度进行PID调节处理，得到处理结果，并根据所述处理结果调节所述调温设备的温度。