CN115995291B - 一种介入式心室导管泵的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种介入式心室导管泵的控制系统及方法，涉及医疗器械技术领域，上述系统包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，数据监测模块中包括柔性传感器，模型构建模块，用于构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；数据监测模块，用于获取柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息；模型构建模块，用于将生理参数信息作为耦合三维模型的输入信息，得到耦合三维模型输出的患者的血液动力学参数信息；泵转速反馈控制模块，用于基于血液动力学参数信息实现泵转速反馈控制。应用本实施例的控制系统，能够实现对介入式心室导管泵进行转速控制。

Description

一种介入式心室导管泵的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种介入式心室导管泵的控制系统及方法。

背景技术

介入式心室导管泵是一种通过机械循环为心衰患者提供正常血液循环支持的辅助装置，可以部分替代或完全替代自然心脏的泵血功能，帮助心室卸载，延长心衰患者的生命。

使用心室导管泵的主要问题是对转速的控制，转速控制合理有助于心室卸载、满足心输出、脉压差和血流搏动性，若转速控制不当则会出现抽吸、血栓、溶血等异常状态，因此，需要加入控制系统，对介入式心室导管泵进行辅助控制，以消除异常现象满足正常生理需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种介入式心室导管泵的控制系统及方法，以对介入式心室导管泵进行辅助控制。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种介入式心室导管泵的控制系统，所述系统包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，所述数据监测模块中包括柔性传感器，其中：

所述模型构建模块，用于构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；

所述数据监测模块，用于获取所述柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息，并将所述生理参数信息输入所述模型构建模块；

所述模型构建模块，用于获得所述数据监测模块采集的生理参数信息，将所述生理参数信息作为所述耦合三维模型的输入信息，得到所述耦合三维模型输出的所述患者的血液动力学参数信息，将所述血液动力学参数信息输入所述泵转速反馈控制模块；

所述泵转速反馈控制模块，用于获得所述模型构建模块输入的所述血液动力学参数信息，基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

本发明的一个实施例中，上述泵转速反馈控制模块，包括：

模糊处理子模块，用于针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级；

调整量确定子模块，用于基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量；

转速计算子模块，用于基于所述调整量对预设控制系数进行调整，基于所述血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

本发明的一个实施例中，上述模糊处理子模块，具体用于针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，以及该血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度；

所述调整量确定子模块，包括：

模糊值计算单元，用于基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值，其中，所述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系；

调整量计算单元，用于基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述调整量计算单元，具体用于基于所述隶属度，计算每一模糊值的置信度，将置信度最大的模糊值所对应的调整量作为所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述调整量计算单元，具体用于按照以下表达式计算所述预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>

表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级，所述目标量化等级组为：每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级形成的组合。

本发明的一个实施例中，上述泵转速反馈控制模块，具体用于将血液动力学参数信息输入预设的转速预测模型中，得到所述转速预测模型输出的转速，作为心室导管泵的转速，其中，所述预设的转速预测模型为：采用测试患者的血液动力学参数信息作为训练样本，以所述测试患者所采用的样本心室导管泵的实际转速作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测心室导管泵的转速的模型。

本发明的一个实施例中，上述模型构建模块，具体用于获取包含所述患者的心血管的第一医学影像，基于所述第一医学影像生成表征所述患者的心血管的3D形态的心血管三维模型；获取包含所述心室导管泵的第二医学影像，基于所述第二医学影像生成表征所述心室导管泵的3D形态的泵三维模型；对所述心血管三维模型以及泵三维模型进行耦合，得到耦合三维模型。

本发明的一个实施例中，上述柔性传感器的电路为静电纺丝柔性电路，在所述静电纺丝柔性电路上整合多类微型传感器，所述多类微型传感器包括：血压微型传感器、心率微型传感器以及血流量微型传感器。

第二方面，本发明实施例提供了一种介入式心室导管泵的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；

获取所述柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息；

将所述生理参数信息作为所述耦合三维模型的输入信息，得到所述耦合三维模型输出的所述患者的血液动力学参数信息；

基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

本发明的一个实施例中，上述基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，包括：

针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级；

基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量；

基于所述调整量对预设控制系数进行调整，基于所述血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算所述心室导管泵的转速。

本发明的一个实施例中，上述针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，包括：

针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，以及该血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度；

所述基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量，包括：

基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值，其中，所述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系；

基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量，包括：

基于所述隶属度，计算每一模糊值的置信度，将置信度最大的模糊值所对应的调整量作为所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量，包括：

按照以下表达式计算所述预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级，所述目标量化等级组为：每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级形成的组合。

本发明的一个实施例中，上述基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，包括：

将血液动力学参数信息输入预设的转速预测模型中，得到所述转速预测模型输出的转速，作为心室导管泵的转速，其中，所述预设的转速预测模型为：采用测试患者的血液动力学参数信息作为训练样本，以所述测试患者所采用的样本心室导管泵的实际转速作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测心室导管泵的转速的模型。

本发明的一个实施例中，上述构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，包括：

获取包含所述患者的心血管的第一医学影像，基于所述第一医学影像生成表征所述患者的心血管的3D形态的心血管三维模型；

获取包含所述心室导管泵的第二医学影像，基于所述第二医学影像生成表征所述心室导管泵的3D形态的泵三维模型；

对所述心血管三维模型以及泵三维模型进行耦合，得到耦合三维模型。

本发明的一个实施例中，上述柔性传感器的电路为静电纺丝柔性电路，在所述静电纺丝柔性电路上整合多类微型传感器，所述多类微型传感器包括：血压微型传感器、心率微型传感器以及血流量微型传感器。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第二方面所述的方法步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面所述的方法步骤。

由以上可见，本发明实施例提供的控制系统中包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，数据监测模块用于监测患者的生理参数信息，模型构建模块用于仿真介入式心室导管泵与心血管系统相耦合的3D形态，并且利用生理参数信息输出血液动力学参数信息，泵转速反馈控制模块进而基于血液动力学参数信息进行泵转速反馈控制，该控制系统通过各个不同功能模块的协同配合，利用血液动力学参数信息实现泵转速反馈控制，血液动力学参数信息能够反映患者的生理状态变化情况，从而使得介入式心室导管泵的运转更加满足患者的实际生理需求。

并且，模型构建模块，构建了表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，利用耦合三维模型能够深入研究血液动力学参数信息，不仅可以实现精准转速控制，还可以基于血液动力学参数信息优化介入式心室导管泵的设计，以更加符合患者的心血管系统，能够更加针对性地为患者进行辅助治疗。

另外，数据监测模块中还包括柔性传感器，柔性传感器具有卓越的灵敏度、较宽的工作应变范围和超快的响应时间，并且其力学性能与自然皮肤相似，使传感器与人体内环境很好匹配，减少异常出现概率，提高数据采集精准度。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1a为本发明实施例提供的第一种介入式心室导管泵的控制系统的结构示意图；

图1b为本发明实施例提供的一种心血管三维模型的示意图；

图1c为本发明实施例提供的一种泵三维模型的示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种介入式心室导管泵的控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种左心室导管泵的控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种介入式心室导管泵的转速控制方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1a，图1a为本发明实施例提供的第一种介入式心室导管泵的控制系统的结构示意图，上述系统包括模型构建模块101、数据监测模块102以及泵转速反馈控制模块103，所述数据监测模块102中包括柔性传感器。

其中，模型构建模块101，用于构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型。

在构建耦合三维模型时，一种实施方式中，可以获取包含患者的心血管的第一医学影像，基于第一医学影像生成表征患者的心血管的3D形态的心血管三维模型；获取包含心室导管泵的第二医学影像，基于第二医学影像生成表征心室导管泵的3D形态的泵三维模型；对心血管三维模型以及泵三维模型进行耦合，得到耦合三维模型。

以图1b、图1c为例，图1b为心血管三维模型，图1c为泵三维模型。在介入式心室导管泵为左心室导管泵时，上述心血管可以是左心室、升主动脉以及主动脉弓部。

上述第一医学影像、第二医学影像可以是采用计算机断层扫描技术、核磁共振技术、超声和数字影像技术等医学影像技术生成的影像，具体的，可以对患者心血管系统进行多角度的医学影像采集，将采集的多张图像进行融合，得到第一医学影像；对介入式心室导管泵进行多角度的医学影像采集，将采集的多张图像进行融合，得到第二医学影像。

上述模型构建模块的开发可基于Windows或Linux系统运行的血流动力学仿真系统，并构建操作界面，该模块可实现对左心室、升主动脉和主动脉弓部的建模仿真。

在基于医学影像生成三维模型时，可以采用现有技术中任意一种三维模型建立方法，在此不进行详述。

这样，分别得到心血管三维模型与泵三维模型，将两类三维模型进行耦合，所得到的耦合三维模型能够更准确地反映实际运行环境中心血管与心室导管泵的耦合情况，从而使得耦合三维模型的精准度较高。

数据监测模块102，用于获取柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息，并将生理参数信息输入模型构建模块101。

上述数据监测模块102中包括柔性传感器。

现有介入式心室导管泵中通常设置由光纤传感器采集生理参数信息，然而，光纤传感器造价高、且不易弯折，在介入式心室导管泵运行过程中，光纤传感器易折断而导致异常。而柔性传感器相较于光纤传感器，具有卓越的灵敏度、较宽的工作应变范围和超快的响应时间，并且其力学性能与自然皮肤相似，使传感器与人体内环境很好匹配。

一种实施方式中，上述柔性传感器的电路可以为静电纺丝柔性电路，在静电纺丝柔性电路上可以集成多类微型传感器，从而能够同时采集多类生理参数信息。上述多类微型传感器可以包括血压微型传感器、心率微型传感器以及血流量微型传感器，基于上述多类微型传感器，可以实现通过一个柔性传感器同时采集血压、心率以及血流量，提升数据采集效率，降低数据采集成本。此外，除了包括多类微型传感器以外，还可以集成滤波器、数模转换器、电源管理器以及逻辑电路等。

模型构建模块101，用于获得数据监测模块102采集的生理参数信息，将生理参数信息作为耦合三维模型的输入信息，得到耦合三维模型输出的患者的血液动力学参数信息，将血液动力学参数信息输入泵转速反馈控制模块103。

上述血液动力学参数信息可以包括壁面剪切应力、壁面切应力梯度、流动分离等信息。

在确定血液动力学参数信息时，可以确定上述耦合三维模型相对应的目标函数，上述目标函数表征血液动力学参数信息与生理参数信息之间关系，在获得上述生理参数信息后，可以将上述生理参数信息输入上述目标函数，得到相对应的血液动力学参数信息。

还可以将耦合三维模型导入COMSOL（康模数尔软件），设置边界条件，并基于生理参数信息设置物理学参数，计算血液动力学参数信息。

泵转速反馈控制模块103，用于获得模型构建模块输入的血液动力学参数信息，基于血液动力学参数信息，计算心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

在计算介入式心室导管泵的转速时，一种实施方式中，可以将血液动力学参数信息输入预设的转速预测模型中，得到转速预测模型输出的转速，作为心室导管泵的转速。

上述预设的转速预测模型为：采用测试患者的血液动力学参数信息作为训练样本，以测试患者所采用的样本心室导管泵的实际转速作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测心室导管泵的转速的模型。

计算心室导管泵的转速可以参见后续实施例，在此不进行详述。

由以上可见，本实施例提供的控制系统中包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，数据监测模块用于监测患者的生理参数信息，模型构建模块用于仿真介入式心室导管泵与心血管系统相耦合的3D形态，并且利用生理参数信息输出血液动力学参数信息，泵转速反馈控制模块进而基于血液动力学参数信息进行泵转速反馈控制，该控制系统通过各个不同功能模块的协同配合，利用血液动力学参数信息实现泵转速反馈控制，血液动力学参数信息能够反映患者的生理状态变化情况，从而使得介入式心室导管泵的运转更加满足患者的实际生理需求。

并且，模型构建模块，构建了表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，利用耦合三维模型能够深入研究血液动力学参数信息，不仅可以实现精准转速控制，还可以基于血液动力学参数信息优化介入式心室导管泵的设计，以更加符合患者的心血管系统，能够更加针对性地为患者进行辅助治疗。

另外，数据监测模块中还包括柔性传感器，柔性传感器具有卓越的灵敏度、较宽的工作应变范围和超快的响应时间，并且其力学性能与自然皮肤相似，使传感器与人体内环境很好匹配，减少异常出现概率，提高数据采集精准度。

前述泵转速反馈控制模块103，在计算心室导管泵的转速时，除了可以采用深度学习算法方式，还可以采用下述方式计算。基于此，参见图2，图2为本发明实施例提供的第二种介入式心室导管泵的控制系统的结构示意图，在前述图1对应实施例的基础上，上述泵转速反馈控制模块103包括以下子模块1031-1033。

模糊处理子模块1031，用于针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级。

在对血液动力学参数信息进行模糊化处理时，可以基于血液动力学参数信息以及血液动力学参数信息对应的预设模糊函数，计算得到血液动力学参数信息所对应的目标量化等级。

上述预设模糊函数表征该函数相对应的血液动力学参数信息与量化等级之间的对应关系。需要说明的是，上述对应关系可以是血液动力学参数信息对应多个量化等级，相应的，基于上述预设模糊函数计算得到的血液动力学参数信息所对应的目标量化等级的数量也可以为多个。

调整量确定子模块1032，用于基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量。

上述预设控制系数为用于对血液动力学参数信息进行预设控制处理的系数，上述预设控制系数可以为比例系数、微分系数、积分系数等。

在确定调整量时，一种实施方式中，可以将目标量化等级输入预先训练的调整量预测模型，得到调整量预测模型输出的调整量，作为预设控制系数的调整量。上述预先训练的调整量预测模型为：采用样本量化等级作为训练样本、以预设控制系数的实际调整量作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测预设控制系数的调整量的模型。

另一种实施方式中，还可以在进行模糊化处理时，得到血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度。

上述隶属度可以为血液动力学参数信息以及目标量化等级之间的距离与预设距离之间的比例，当隶属度越大，表示血液动力学参数信息为该目标量化等级的可能性越小；当隶属度越小，表示血液动力学参数信息为该目标量化等级的可能性越大。需要说明的是，当血液动力学参数信息对应的目标量化等级数量为多个时，相应隶属度的数量也为多个。

基于此，上述调整量确定子模块，包括模糊值计算单元以及调整量计算单元。

上述模糊值计算单元，用于基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值；

上述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组、与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系。

在计算模糊值时，可以对每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级进行组合，得到目标量化等级组，目标量化等级组中包括每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级，基于上述预设的模糊规则，确定目标量化等级组相对应的模糊值，作为用于调整预设控制系数的调整量的模糊值。

调整量计算单元，用于基于隶属度，对模糊值进行解模糊，得到预设控制系数的调整量。

在对模糊值进行解模糊，得到调整量时，一种实施方式中，可以基于隶属度，计算每一模糊值的置信度，将置信度最大的模糊值所对应的调整量作为预设控制系数的调整量。

在计算每一模糊值的置信度时，可以针对每一模糊值，按照预设权重，对该模糊值对应的目标隶属度进行加权求和，作为该模糊值的置信度，上述目标隶属度为：模糊值所对应的目标量化等级组中所包含的每一目标量化等级对应的隶属度。

另一种实施方式中，可以按照以下表达式计算预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>

表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级。

转速计算子模块1033，用于基于调整量对预设控制系数进行调整，基于血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

一种实施方式中，可以计算调整量与预设控制系数之和，将得到的和值确定为调整后的预设控制系数，采用预设的控制算法，基于调整后的预设控制系数以及血液动力学参数信息，计算心室导管泵的转速。

由于，模糊逻辑能够根据血液动力学参数信息所反映的参数变化情况实时做出精确的运行调整，灵活调节预设控制系数，使得调整后的控制系数更加符合患者的实际情况，从而使得转速控制过程既具有模糊逻辑的高灵活性和适应性，也保留了原有控制的稳定性和高精度，能够最大限度发挥性能。

以下结合具体控制系统的结构示意图，对上述介入式心室导管泵的控制系统进行说明。

参见图3，图3为本发明实施例提供的一种左心室导管泵的控制系统的结构示意图。左心室导管泵的控制系统包括模型构建模块、数据监测模块、以及泵转速反馈控制模块。

在模型构建模块中，主要是基于血流动力学仿真系统实现，整合仿真模型并获取血液动力学参数信息。一方面，构建心血管系统与导管泵的耦合三维模型，另一方面，将生理参数信息输入COMSOL，得到血液动力学参数信息。

基于模型构建模块输出的数据，除了可以进行泵转速反馈控制，还可以优化导管泵的设计。

在数据监测模块中，主要是基于柔性生理参数实时监测平台实现，上述平台是以柔性电路为基础，实时监测生理参数。具体来说，柔性电路集成多类微型传感器、电源管理器、模数转换电路、滤波器等。

在泵转速反馈控制模块中，主要是基于左心室导管泵实时控制平台实现，基于血液动力学参数信息，进行实时反馈控制。

与上述介入式心室导管泵的转速控制系统相对应，本发明实施例还提供了一种介入式心室导管泵的转速控制方法。

参见图4，图4为本发明实施例提供的一种介入式心室导管泵的转速控制方法的流程示意图，上述方法包括以下步骤S401-S404。

步骤S401：构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；

步骤S402：获取柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息；

步骤S403：将生理参数信息作为耦合三维模型的输入信息，得到耦合三维模型输出的患者的血液动力学参数信息；

步骤S404：基于血液动力学参数信息，计算心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制。

由以上可见，本发明实施例提供的控制系统中包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，数据监测模块用于监测患者的生理参数信息，模型构建模块用于仿真介入式心室导管泵与心血管系统相耦合的3D形态，并且利用生理参数信息输出血液动力学参数信息，泵转速反馈控制模块进而基于血液动力学参数信息进行泵转速反馈控制，该控制系统通过各个不同功能模块的协同配合，利用血液动力学参数信息实现泵转速反馈控制，血液动力学参数信息能够反映患者的生理状态变化情况，从而使得介入式心室导管泵的运转更加满足患者的实际生理需求。

并且，模型构建模块，构建了表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，利用耦合三维模型能够深入研究血液动力学参数信息，不仅可以实现精准转速控制，还可以基于血液动力学参数信息优化介入式心室导管泵的设计，以更加符合患者的心血管系统，能够更加针对性地为患者进行辅助治疗。

另外，数据监测模块中还包括柔性传感器，柔性传感器具有卓越的灵敏度、较宽的工作应变范围和超快的响应时间，并且其力学性能与自然皮肤相似，使传感器与人体内环境很好匹配，减少异常出现概率，提高数据采集精准度。

本发明的一个实施例中，上述基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，包括：

针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级；

基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量；

基于所述调整量对预设控制系数进行调整，基于所述血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算所述心室导管泵的转速。

由于，模糊逻辑能够根据血液动力学参数信息所反映的参数变化情况实时做出精确的运行调整，灵活调节预设控制系数，使得调整后的控制系数更加符合患者的实际情况，从而使得转速控制过程既具有模糊逻辑的高灵活性和适应性，也保留了原有控制的稳定性和高精度，能够最大限度发挥性能。

本发明的一个实施例中，上述针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，包括：

针对每一血液动力学参数信息，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，以及该血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度；

所述基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量，包括：

基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值，其中，所述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系；

基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量，包括：

基于所述隶属度，计算每一模糊值的置信度，将置信度最大的模糊值所对应的调整量作为所述预设控制系数的调整量。

本发明的一个实施例中，上述基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量，包括：

按照以下表达式计算所述预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>

表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级，所述目标量化等级组为：每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级形成的组合。

本发明的一个实施例中，上述基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，包括：

将血液动力学参数信息输入预设的转速预测模型中，得到所述转速预测模型输出的转速，作为心室导管泵的转速，其中，所述预设的转速预测模型为：采用测试患者的血液动力学参数信息作为训练样本，以所述测试患者所采用的样本心室导管泵的实际转速作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测心室导管泵的转速的模型。

本发明的一个实施例中，上述构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，包括：

获取包含所述患者的心血管的第一医学影像，基于所述第一医学影像生成表征所述患者的心血管的3D形态的心血管三维模型；

获取包含所述心室导管泵的第二医学影像，基于所述第二医学影像生成表征所述心室导管泵的3D形态的泵三维模型；

对所述心血管三维模型以及泵三维模型进行耦合，得到耦合三维模型。

这样，分别得到心血管三维模型与泵三维模型，将两类三维模型进行耦合，所得到的耦合三维模型能够更准确地反映实际运行环境中心血管与心室导管泵的耦合情况，从而使得耦合三维模型的精准度较高。

本发明的一个实施例中，上述柔性传感器的电路为静电纺丝柔性电路，在所述静电纺丝柔性电路上整合多类微型传感器，所述多类微型传感器包括：血压微型传感器、心率微型传感器以及血流量微型传感器。

基于上述多类微型传感器，可以实现通过一个柔性传感器同时采集血压、心率以及血流量，提升数据采集效率，降低数据采集成本。

与上述介入式心室导管泵的转速控制方法相对应，本发明实施例还提供了一种电子设备。

参见图5，图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信，

存储器503，用于存放计算机程序；

处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现本发明实施例提供的介入式心室导管泵的转速控制方法。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准（Peripheral ComponentInterconnect，PCI）总线或扩展工业标准结构（Extended Industry StandardArchitecture，EISA）总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的介入式心室导管泵的转速控制方法。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行时实现本发明实施例提供的介入式心室导管泵的转速控制方法。

由以上可见，本发明实施例提供的控制系统中包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，数据监测模块用于监测患者的生理参数信息，模型构建模块用于仿真介入式心室导管泵与心血管系统相耦合的3D形态，并且利用生理参数信息输出血液动力学参数信息，泵转速反馈控制模块进而基于血液动力学参数信息进行泵转速反馈控制，该控制系统通过各个不同功能模块的协同配合，利用血液动力学参数信息实现泵转速反馈控制，血液动力学参数信息能够反映患者的生理状态变化情况，从而使得介入式心室导管泵的运转更加满足患者的实际生理需求。

并且，模型构建模块，构建了表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型，利用耦合三维模型能够深入研究血液动力学参数信息，不仅可以实现精准转速控制，还可以基于血液动力学参数信息优化介入式心室导管泵的设计，以更加符合患者的心血管系统，能够更加针对性地为患者进行辅助治疗。

另外，数据监测模块中还包括柔性传感器，柔性传感器具有卓越的灵敏度、较宽的工作应变范围和超快的响应时间，并且其力学性能与自然皮肤相似，使传感器与人体内环境很好匹配，减少异常出现概率，提高数据采集精准度。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质（例如固态硬盘Solid State Disk (SSD)）等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种介入式心室导管泵的控制系统，其特征在于，所述系统包括模型构建模块、数据监测模块以及泵转速反馈控制模块，所述数据监测模块中包括柔性传感器，其中：

所述模型构建模块，用于构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；

所述数据监测模块，用于获取所述柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息，并将所述生理参数信息输入所述模型构建模块；

所述模型构建模块，用于获得所述数据监测模块采集的生理参数信息，将所述生理参数信息作为所述耦合三维模型的输入信息，得到所述耦合三维模型输出的所述患者的血液动力学参数信息，将所述血液动力学参数信息输入所述泵转速反馈控制模块；

所述泵转速反馈控制模块，用于获得所述模型构建模块输入的所述血液动力学参数信息，基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制；

所述泵转速反馈控制模块，包括：

模糊处理子模块，用于针对每一血液动力学参数，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级；

调整量确定子模块，用于基于每一血液动力学参数所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量；

转速计算子模块，用于基于所述调整量对预设控制系数进行调整，基于所述血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制；

所述模糊处理子模块，具体用于针对每一血液动力学参数，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，以及该血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度；

所述调整量确定子模块，包括：

模糊值计算单元，用于基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值，其中，所述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系；

调整量计算单元，用于基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量；

所述调整量计算单元，具体用于按照以下表达式计算所述预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>

表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级，所述目标量化等级组为：每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级形成的组合。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泵转速反馈控制模块，具体用于将血液动力学参数信息输入预设的转速预测模型中，得到所述转速预测模型输出的转速，作为心室导管泵的转速，其中，所述预设的转速预测模型为：采用测试患者的血液动力学参数信息作为训练样本，以所述测试患者所采用的样本心室导管泵的实际转速作为训练基准，对初始神经网络模型进行训练得到的，用于预测心室导管泵的转速的模型。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述模型构建模块，具体用于获取包含所述患者的心血管的第一医学影像，基于所述第一医学影像生成表征所述患者的心血管的3D形态的心血管三维模型；获取包含所述心室导管泵的第二医学影像，基于所述第二医学影像生成表征所述心室导管泵的3D形态的泵三维模型；对所述心血管三维模型以及泵三维模型进行耦合，得到耦合三维模型。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述柔性传感器的电路为静电纺丝柔性电路，在所述静电纺丝柔性电路上整合多类微型传感器，所述多类微型传感器包括：血压微型传感器、心率微型传感器以及血流量微型传感器。

5.一种介入式心室导管泵的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

构建表征介入式心室导管泵与心血管相耦合的3D形态的耦合三维模型；

获取柔性传感器所采集的患者的多个生理参数信息；

将所述生理参数信息作为所述耦合三维模型的输入信息，得到所述耦合三维模型输出的所述患者的血液动力学参数信息；

基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，并按照所计算的转速实现泵转速反馈控制；

所述基于所述血液动力学参数信息，计算所述心室导管泵的转速，包括：

针对每一血液动力学参数，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级；

基于每一血液动力学参数所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量；

基于所述调整量对预设控制系数进行调整，基于所述血液动力学参数信息以及调整后的预设控制系数，计算所述心室导管泵的转速；

所述针对每一血液动力学参数，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，包括：

针对每一血液动力学参数，对该血液动力学参数信息进行模糊化处理，计算该血液动力学参数信息所对应的目标量化等级，以及该血液动力学参数信息所对应每一目标量化等级的隶属度；

所述基于每一血液动力学参数所对应的目标量化等级，确定预设控制系数的调整量，包括：

基于每一血液动力学参数信息所对应的目标量化等级以及预设的模糊规则，计算用于调整预设控制系数的调整量的模糊值，其中，所述预设的模糊规则为：每一预设血液动力学参数信息所对应的量化等级组与用于调整预设控制系数的调整量的预设模糊值之间的对应关系；

基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量；

所述基于所述隶属度，对所述模糊值进行解模糊，得到所述预设控制系数的调整量，包括：

按照以下表达式计算所述预设控制系数的调整量：

；

其中，

表示预设控制系数的调整量，/>

表示预设控制系数的预设比例因子，N表示目标量化等级组的数量，n表示目标量化等级组的编号，/>

表示目标量化等级组对应的模糊值，/>

表示目标量化等级组内所包含的目标量化等级，所述目标量化等级组为：每一血液动力学参数信息所对应的一个目标量化等级形成的组合。

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