CN117159916A - 一种心室辅助设备的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种心室辅助设备的控制方法及装置，涉及医疗器械技术领域，上述方法包括：确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得目标心室辅助设备维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。应用本实施例提供的方案，能够实现心室辅助设备的准确控制。

Description

一种心室辅助设备的控制方法及装置

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种心室辅助设备的控制方法及装置。

背景技术

心室辅助设备是针对患有心脏相关疾病的患者，如心衰患者，提供支撑或辅助功能的装置，用于辅助心脏将血液泵送至身体其他各部位。

心室辅助设备的控制是主要问题。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；控制不当则会出现抽吸、血栓、溶血等异常状态。因此，亟需一种心室辅助设备的控制方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种心室辅助设备的控制方法及装置，以准确对心室辅助设备进行控制。具体技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种心室辅助设备的控制方法，所述方法包括：

确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；

获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

本申请的一个实施例中，上述基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型，包括：

基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入所述仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值；

采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，其中，每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值，所述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径；

将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

本申请的一个实施例中，上述采用目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，包括：

对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集；

基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度，其中，所述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度；

基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度；

基于所述实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行所述基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度的步骤，直至满足所述收敛条件。

本申请的一个实施例中，上述基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，包括：

基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；

基于仿真耦合模型，确定所述第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；

基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

本发明的一个实施例中，上述基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，包括：

按照以下表达式确定每一第一样本心脏压力变化值：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

本发明的一个实施例中，上述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差，所述按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定，包括：

基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境全支持状态的开始时刻；

在所预测全支持状态的开始时刻时，按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备在全支持状态下维持所述目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。

第二方面，本申请实施例提供了一种心室辅助设备的控制装置，所述装置包括：

第一模型确定模块，用于确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

第二模型确定模块，用于基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；

控制参数确定模块，用于获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

设备控制模块，用于按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

本申请的一个实施例中，上述第二模型确定模块，包括：

样本确定子模块，用于基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入所述仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值；

模型训练子模块，用于采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，其中，每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值，所述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径；

模型确定子模块，用于将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

本申请的一个实施例中，上述模型训练子模块，具体用于对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集；基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度，其中，所述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度；基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度；基于所述实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行所述基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度的步骤，直至满足所述收敛条件。

本申请的一个实施例中，上述样本确定子模块，具体用于基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；基于仿真耦合模型，确定所述第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

本发明的一个实施例中，上述样本确定子模块，具体用于按照以下表达式确定每一第一样本心脏压力变化值：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

本发明的一个实施例中，所述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差，所述设备控制模块，具体用于基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境全支持状态的开始时刻；在所预测全支持状态的开始时刻时，按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备在全支持状态下维持所述目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。

第三方面，本申请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，实现上述第一方面所述的方法步骤。

第四方面，本申请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一方面所述的方法步骤。

由以上可见，应用本申请实施例提供的方案，由于目标控制参数是基于实时心脏压力变化值以及目标模型确定的，一方面，目标模型是基于仿真环境下目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的仿真耦合模型，确定的表征心脏压力变化值与控制参数之间映射路径的模型，这样，基于上述目标模型所确定的目标控制参数的准确度较高；另一方面，由于实时心脏压力变化值反映当前心脏环境下的实时心脏压力变化情况，这样，基于上述实时心脏压力变化值所确定的目标控制参数能够适应当前心脏环境的压力变化情况。综合上述两个方面，按照本实施例提供的方案，在适应当前心脏环境的压力变化情况下，能够按照较为准确的控制参数控制心室辅助设备，以维持心脏压力变化恒定，实现精准控制。

当然，实施本申请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1为本申请实施例提供的一种轴流泵的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种心室辅助设备的控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的第二种心室辅助设备的控制方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的第三种心室辅助设备的控制方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的第一种心室辅助设备的控制装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第二种心室辅助设备的控制装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的心室辅助设备可被附接到心脏的左心室、右心室或者两个心室的心尖上。心室辅助设备可以是轴流泵、离心泵或磁悬浮泵。

以下结合图1以轴流泵为例，对心室辅助设备的结构进行说明。图1示出了轴流泵的结构示意图，包括依次连接固定的猪尾管106、血液流入口105、血液流道104、血液流出口103、电机壳体102和导管101，电机壳体102内部安装有电机，电机的转轴贯穿电机壳体，与在血液流道104内部的轴流叶轮固定连接。

电机带动轴流叶轮旋转，在此驱动作用下，心脏中的血液从血液流入口105流入，经过血液流道104，从血液流出口103流出。

在图1所示的结构中，心室辅助设备置于患者体内时，电机位于心脏内。除了这种结构之外，还可以将电机通过柔性驱动轴与叶轮连接，这样当心室辅助设备置于患者体内时，电机位于心脏外，从而缩小心室辅助设备的尺寸，电机通过柔性驱动轴驱动叶轮旋转，实现心室辅助设备的辅助泵血功能。

本申请各实施例的执行主体可以是心室辅助设备的控制器，控制器用于检测心室辅助设备/患者的相关参数、以及控制心室辅助设备的运行。

参见图2，图2为本申请实施例提供的第一种心室辅助设备的控制方法的流程示意图，上述方法包括以下步骤S201-S204。

步骤S201：确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型。

目标心室辅助设备是指当前需要进行控制的心室辅助设备。样本心脏环境可以是用于模拟心衰患者心脏环境。

上述仿真耦合模型用于在仿真环境下模拟目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的情况。上述仿真耦合模型可以是预先构建的，也可以是实时构建的。

在构建上述仿真耦合模型时，一种实施方式中，可以确定目标心室辅助设备所包含的各个组件的参数值，基于所确定的参数进行建模；确定样本心脏环境所包含的各部分的参数值，基于所确定的参数进行建模。在仿真数字环境下，对所建立的目标心室辅助设备的数字模型与样本心脏环境的数字模型进行耦合，从而得到仿真耦合模型。

步骤S202：基于仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型。

上述目标模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的。其中，上述心脏压力变化值反映心脏压力变化幅度，心脏压力变化值可以是主动脉压力变化、左心室压力变化、主动脉压力与左心室压力之间的差异变化等；上述控制参数可以是目标心室辅助设备的转速、电流、PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）等参数值。

上述目标模型可以是以神经网络模型为基础的模型，也可以是以非神经网络模型为基础的模型。

由于目标模型是基于仿真耦合模型确定的，仿真耦合模型反映目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的情况，那么基于上述仿真耦合模型，能够较为准确地确定心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间的映射路径，也就是能够准确地确定目标模型。

在确定目标模型时，一种实施方式中，可以将多个心脏压力变化值设定值输入仿真模型，并采用多个控制参数控制仿真模型，选择控制效果最佳的控制参数，从而得到多个心脏压力变化值值与控制参数之间的对应关系，将上述对应关系进行拟合，得到目标模型。

确定目标模型的其他实施方式可以参见后续图3对应的实施例，在此不进行详述。

步骤S203：获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于目标模型以及实际心脏压力变化值，确定目标心室辅助设备的目标控制参数。

目标心脏环境是指当前植入目标心室辅助设备的心脏环境。实际心脏压力变化值反映目标心脏环境当前的心脏压力变化幅度。上述实际心脏压力变化值可以是当前心动周期内的心脏压力变化值，也可以是当前多个心动周期内的心动压力变化值。

在获得上述实际心脏压力变化值时，可以获取目标心脏环境当前每一时刻的心脏压力值，计算最大值与最小值之间的差距，作为实际心脏压力变化值。上述心脏压力值可以利用心室辅助设备所继承的压力传感器采集获得。

在确定控制参数时，可以将上述实际心脏压力变化值输入上述目标模型中，由于目标模型表征心脏压力变化值与控制参数之间的映射路径，目标模型可以基于上述映射路径，确定实际心脏压力变化值对应的控制参数，作为目标心室辅助设备的控制参数。

由于目标模型表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径，利用当前的实际心脏压力变化值，能够准确地确定目标心室辅助设备的控制参数。

步骤S204：按照目标控制参数控制目标心室辅助设备，以使得目标心室辅助设备维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

由于上述目标控制参数是基于当前目标心脏环境的实时心脏压力变化值确定的，目标控制参数更加适应当前实时心脏压力环境，那么按照上述目标控制参数控制目标心室辅助设备时，能够更好适应当前心脏环境，从而实现精准控制目标心室辅助设备。

采用上述目标控制参数控制目标心室辅助设备时，控制目标是使得目标心室辅助设备维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。在控制上述目标心室辅助设备时，一种实施方式中，可以计算实际心脏压力变化值与预设心脏压力变化值之间的变化数据，基于目标模型，确定上述变化数据对应的控制参数，作为控制偏差量，基于目标心室辅助设备的控制参数的已调整参数以及控制偏差量，计算目标心室辅助设备的目标控制参数，以使得目标心室辅助设备的心脏压力变化值始终稳定于预设心脏压力变化值，从而实现维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

本发明的一个实施例中，在上述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差的情况下，可以基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境当前心动周期的全支持状态的开始时刻；在所预测全支持状态的开始时刻时，按照目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得目标心室辅助设备在全支持状态下维持目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。

上述全支持状态表征一个心动周期的完整状态。上述全支持状态的开始时刻可以是主动脉收缩期的开始时刻。

在预测全支持状态的开始时刻时，可以计算目标心脏环境当前的心脏压力的一阶导数和多阶导数，基于一阶导数和多阶导数，确定全支持状态的开始时刻。例如，当开始时刻为主动脉收缩期的开始时刻时，可以将一阶导数的到达第二个波谷、且多阶导数的数值为正的时刻，确定为开始时刻。

由于使得目标心室辅助设备在全支持状态下维持目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定，这样，可以在提供全支持的血液流动支持的基础上，提高血流稳定性和心脏辅助效果。

由以上可见，应用本实施例提供的方案，由于目标控制参数是基于实时心脏压力变化值以及目标模型确定的，一方面，目标模型是基于仿真环境下目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的仿真耦合模型，确定的表征心脏压力变化值与控制参数之间映射路径的模型，这样，基于上述目标模型所确定的目标控制参数的准确度较高；另一方面，由于实时心脏压力变化值反映当前心脏环境下的实时心脏压力变化情况，这样，基于上述实时心脏压力变化值所确定的目标控制参数能够适应当前心脏环境的压力变化情况。综合上述两个方面，按照本实施例提供的方案，在适应当前心脏环境的压力变化情况下，能够按照较为准确的控制参数控制心室辅助设备，以维持心脏压力变化恒定，实现精准控制。

在前述图2对应的实施例的步骤S202中，除了可以采用所提及的方式确定目标模型之外，还可以采用图3对应的实施例的步骤S302-S304实现。基于此，图3为本申请实施例提供的第二种心室辅助设备的控制方法的流程示意图。上述方法包括下述步骤S301-S306。

步骤S301：确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型。

上述步骤S301与前述图2对应实施例的步骤S201相同，在此不再赘述。

步骤S302：基于仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值。

在确定第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数时，一种实施方式中，可以在上述仿真耦合模型所模拟的耦合环境下，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；然后，确定在心脏压力变化值的情况下仿真耦合模型所运行的控制参数，作为样本控制参数，将上述多个心脏压力变化值确定为第一样本心脏压力变化值。

本发明的一个实施例中，每一心脏压力变化值可以按照以下表达式计算得到：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

将上述第一样本心脏压力变化值以及所对应的样本控制参数输入仿真耦合模型中，得到仿真耦合模型输出的下一单位时间的心脏压力变化值，上述下一单位时间即是所输入的第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻的单位时间。

在确定第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数时，另一种实施方式中，还可以基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；基于仿真耦合模型，确定第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

上述心脏压力变化值可以是在仿真耦合模型中设定的。在设定心脏压力变化值情况下，可以确定仿真耦合模型所运行的控制参数，作为第一样本心脏压力变化值对应的控制参数。

上述控制参数阈值可以包含控制参数的最小值和/或最大值，随机控制参数是指随机生成的控制参数，可以利用预设的噪声数据生成算法生成上述随机控制参数。

由于引入随机控制参数，使得所选择的控制参数的随机性程度高，发散程度好，从而在后续基于所选择的控制参数进行权重系数调整时，能够使得调整效果更好地达到预期目标。

在确定第一样本控制参数时，可以计算随机控制参数与所确定的控制参数之和，确定控制参数阈值与所计算的和值所形成的控制参数范围，从上述控制参数范围中选择第一样本控制参数，可以选择一个，也可以选择多个，对此并不限定，选择方式上，可以选择控制参数范围中预设序列号的控制参数，作为第一样本控制参数。

步骤S303：采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整。

上述每一目标训练样本中包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值。

上述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径。初始模型所反映的初始映射路径相较于目标模型所反映的映射路径，噪声数据较多。因此，需要对初始模型进行调整。

在调整上述权重系数时，可以将按照目标训练样本的排列顺序，迭代将每一训练样本输入初始模型。在输入预设数量个目标训练样本后，对初始模型的权重系数的调整。在调整后的初始模型不满足收敛条件的情况下，更新当前目标训练样本，采用更新后的目标训练样本进行训练，直至满足收敛条件。上述收敛条件可以是预设调整次数、预设权重系数范围等。调整方式可以参见后续图4对应的实施例，在此不进行详述。

步骤S304：将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

由于初始模型的权重系数是采用训练样本通过迭代调整得到的，那么调整权重系数后的初始模型，也就是目标模型能够较为准确地反映心脏压力变化值与控制参数之间的映射路径。

步骤S305：获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于目标模型以及实际心脏压力变化值，确定目标心室辅助设备的目标控制参数。

步骤S306：按照目标控制参数控制目标心室辅助设备，以使得目标心室辅助设备维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

上述步骤S305-S306与前述图2对应实施例的步骤S203-S204相同，在此不再赘述。

由以上可见，由于目标模型是采用训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整得到的，又由于训练样本包含相邻时间内的心脏压力变化以及控制参数，在调整时，初始模型能够学习到心脏压力变化与控制参数之间的相关性特点，从而调整权重系数后的初始模型，也就是目标模型能够更为准确地反映心脏压力变化与控制参数之间的映射路径，进而能够更为精准控制目标心室辅助设备。

前述图3对应的实施例的步骤S303中，在调整初始模型的权重系数时，可以按照下述图4对应的实施例的步骤S403-S405实现。基于此，图4为本申请实施例提供的第三种心室辅助设备的控制方法的流程示意图，上述方法包括以下步骤S401-S408。

步骤S401：确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型。

步骤S402：基于仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值。

上述步骤S401-S402与前述图3对应实施例的步骤S301-S302相同，在此不再赘述。

步骤S403：对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集。

每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值。

在进行聚类时，可以基于目标训练样本中所包含第一样本心脏压力变化值进行聚类。具体来说，可以预设压力变化差异阈值，多个目标训练样本所包含的第一样本心脏压力变化值之间的差异满足压力变化差异阈值的，作为一个样本集所包含的目标训练样本。这样，样本集的数量与预设的压力变化差异阈值的数量相同。

当然，还可以基于其他信息进行聚类，例如第一样本心脏压力变化值所对应的单位时间、第一样本控制参数、第二样本心脏压力变化值等。对此并不限定。

步骤S404：基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度。

上述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度。

上述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度。当目标适配度越高，表示控制效果越好，当目标适配度越低，表示控制效果越差。

在预测上述实际适配度时，一种实施方式中，可以基于初始模型，确定第一样本心脏压力变化值对应的初始控制参数，计算初始控制参数与第一样本控制参数之间的相关性，将所计算的相关性确定为实际适配度。

另一种实施方式中，可以按照以下表达式计算实际适配度S：

；

其中，N表示当前样本集所包含的目标训练样本的总数量，i表示当前样本集所包含的目标训练样本的序列号，表示第i个目标训练样本所包含的第一样本心脏压力变化值，/>表示第i个目标训练样本所包含的样本控制参数，/>表示初始模型的函数，/>表示预设的熵预测算法，/>表示预设系数，/>表示衰减因子。

步骤S405：基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度。

上述期望适配度表征期望第一样本控制参数所达到的适配度。一种实施方式中，可以按照以下表达式计算期望适配度T：

；

其中，N表示当前样本集所包含的目标训练样本的总数量，i表示当前样本集所包含的目标训练样本的序列号，表示第i+1个目标训练样本所包含的第一样本心脏压力变化值，/>表示第i个目标训练样本所包含的样本控制参数，/>表示预设的参数价值计算函数，/>表示预设的的熵预测算法，/>表示预设系数，/>表示衰减因子。

步骤S406：基于实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行步骤S404，直至满足收敛条件。

实际适配度与期望适配度之间的差异反映初始模型中各权重系数的偏差情况。当差异越大，表示系数偏差越大，当差异越小，表示系数偏差越小。

在调整权重系数时，一种实施方式中，可以判断实际适配度与期望适配度之间的差异是否大于预设阈值，若为是，基于上述差异，采用预设的损失函数计算损失值，按照最小化损失值的目标，调整权重系数。在调整权重系数时，可以按照预设的调整步长以及调整方向调整权重系数。

在调整权重系数后，确定当前调整后的初始模型是否满足收敛条件，若满足，则结束训练；若不满足，则更新当前训练样本对初始模型进行训练，直至满足收敛条件。

步骤S407：将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

步骤S408：获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于目标模型以及实际心脏压力变化值，确定目标心室辅助设备的目标控制参数。

步骤S409：按照目标控制参数控制目标心室辅助设备，以使得目标心室辅助设备维持目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

上述步骤S407-S409与前述图3对应实施例的步骤S304-S306相同，在此不再赘述。由以上可见，由于是基于第一样本控制参数的实际适配度与期望适配度之间的差异调整初始模型的权重系数，实际适配度与期望适配度之间的差异反映初始模型中各权重系数的偏差情况。因此，基于上述差异，能够准确地调整权重系数。

与上述心室辅助设备的控制方法相对应，本申请实施例还提供了一种心室辅助设备的控制装置。

参见图5，图5为本申请实施例提供的第一种心室辅助设备的控制装置的结构示意图，上述装置包括：

第一模型确定模块501，用于确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

第二模型确定模块502，用于基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；

控制参数确定模块503，用于获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

设备控制模块504，用于按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

由以上可见，应用本实施例提供的方案，由于目标控制参数是基于实时心脏压力变化值以及目标模型确定的，一方面，目标模型是基于仿真环境下目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的仿真耦合模型，确定的表征心脏压力变化值与控制参数之间映射路径的模型，这样，基于上述目标模型所确定的目标控制参数的准确度较高；另一方面，由于实时心脏压力变化值反映当前心脏环境下的实时心脏压力变化情况，这样，基于上述实时心脏压力变化值所确定的目标控制参数能够适应当前心脏环境的压力变化情况。综合上述两个方面，按照本实施例提供的方案，在适应当前心脏环境的压力变化情况下，能够按照较为准确的控制参数控制心室辅助设备，以维持心脏压力变化恒定，实现精准控制。

参见图6，图6为本申请实施例提供的第二种心室辅助设备的控制装置的结构示意图，上述装置包括：

第一模型确定模块601，用于确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

样本确定子模块602，用于基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入所述仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值；

模型训练子模块603，用于采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，其中，每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值，所述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径；

模型确定子模块604，用于将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

控制参数确定模块605，用于获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

设备控制模块606，用于按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

由以上可见，由于目标模型是采用训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整得到的，又由于训练样本包含相邻时间内的心脏压力变化以及控制参数，在调整时，初始模型能够学习到心脏压力变化与控制参数之间的相关性特点，从而调整权重系数后的初始模型，也就是目标模型能够更为准确地反映心脏压力变化与控制参数之间的映射路径，进而能够更为精准控制目标心室辅助设备。

本申请的一个实施例中，上述模型训练子模块603，具体用于对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集；基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度，其中，所述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度；基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度；基于所述实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行所述基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度的步骤，直至满足所述收敛条件。

由以上可见，由于是基于第一样本控制参数的实际适配度与期望适配度之间的差异调整初始模型的权重系数，实际适配度与期望适配度之间的差异反映初始模型中各权重系数的偏差情况。因此，基于上述差异，能够准确地调整权重系数。

本申请的一个实施例中，上述样本确定子模块602，具体用于基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；基于仿真耦合模型，确定所述第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

由于引入随机控制参数，使得所选择的控制参数的随机性程度高，发散程度好，从而在后续基于所选择的控制参数进行权重系数调整时，能够使得调整效果更好地达到预期目标。

本发明的一个实施例中，上述样本确定子模块602，具体用于按照以下表达式确定每一心脏压力变化值：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

本发明的一个实施例中，上述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差，所述设备控制模块606，具体用于基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境全支持状态的开始时刻；在所预测全支持状态的开始时刻时，按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备在全支持状态下维持所述目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。

由于使得目标心室辅助设备在全支持状态下维持目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定，这样，可以在提供全支持的血液流动支持的基础上，提高血流稳定性和心脏辅助效果。

与上述心室辅助设备的控制方法相对应，本申请实施例还提供了一种电子设备。

参见图7，图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信，

存储器703，用于存放计算机程序；

处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现本申请实施例提供的心室辅助设备的控制方法。

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。

在本申请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申请实施例提供的心室辅助设备的控制方法。

在本申请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申请实施例提供的心室辅助设备的控制方法。

由以上可见，应用本实施例提供的方案，由于目标控制参数是基于实时心脏压力变化值以及目标模型确定的，一方面，目标模型是基于仿真环境下目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的仿真耦合模型，确定的表征心脏压力变化值与控制参数之间映射路径的模型，这样，基于上述目标模型所确定的目标控制参数的准确度较高；另一方面，由于实时心脏压力变化值反映当前心脏环境下的实时心脏压力变化情况，这样，基于上述实时心脏压力变化值所确定的目标控制参数能够适应当前心脏环境的压力变化情况。综合上述两个方面，按照本实施例提供的方案，在适应当前心脏环境的压力变化情况下，能够按照较为准确的控制参数控制心室辅助设备，以维持心脏压力变化恒定，实现精准控制。

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申请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。

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

Claims (12)

1.一种心室辅助设备的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；

获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型，包括：

基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入所述仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值；

采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，其中，每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值，所述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径；

将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，包括：

对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集；

基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度，其中，所述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度；

基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度；

基于所述实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行所述基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度的步骤，直至满足所述收敛条件。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，包括：

基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；

基于仿真耦合模型，确定所述第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；

基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，包括：

按照以下表达式确定每一心脏压力变化值：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差，所述按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定，包括：

基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境全支持状态的开始时刻；

在所预测全支持状态的开始时刻时，按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备在全支持状态下维持所述目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。

7.一种心室辅助设备的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

第一模型确定模块，用于确定目标心室辅助设备与样本心脏环境相耦合的数学模型，作为仿真耦合模型；

第二模型确定模块，用于基于所述仿真耦合模型，确定表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间映射路径的目标模型；

控制参数确定模块，用于获得目标心脏环境当前的实际心脏压力变化值，基于所述目标模型以及实际心脏压力变化值，确定所述目标心室辅助设备的目标控制参数；

设备控制模块，用于按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备维持所述目标心脏环境的心脏压力变化恒定。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二模型确定模块，包括：

样本确定子模块，用于基于所述仿真耦合模型，确定多个第一样本心脏压力变化值，并确定每一第一样本心脏压力变化值所对应的第一样本控制参数，将每一第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数输入所述仿真耦合模型，得到每一第一样本心脏压力变化值所对应单位时间之后相邻单位时间内的第二样本心脏压力变化值；

模型训练子模块，用于采用多个目标训练样本，对初始模型的权重系数进行迭代调整，其中，每一目标训练样本包含一个第一样本心脏压力变化值、所对应的第一样本控制参数以及所对应的第二样本心脏压力变化值，所述初始模型用于表征心脏压力变化值与目标心室辅助设备的控制参数之间初始映射路径；

模型确定子模块，用于将调整权重系数后的初始模型确定为目标模型。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模型训练子模块，具体用于对目标训练样本进行聚类，得到多个样本集；基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度，其中，所述实际适配度表征在第一样本心脏压力变化值所反映心脏压力变化情况下、第一样本控制参数作为目标心室辅助设备的控制效果的程度；基于当前训练样本中所包含第二样本心脏压力变化值、第一样本控制参数，计算第一样本控制参数的期望适配度；基于所述实际适配度与期望适配度之间的差异，对初始模型的权重系数进行调整，在不满足收敛条件的情况下，更新当前样本集，基于更新后的样本集返回执行所述基于当前样本集所包含每一目标训练样本中的第一样本心脏压力变化值、第一样本控制参数以及初始模型，预测第一样本控制参数的实际适配度的步骤，直至满足所述收敛条件。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述样本确定子模块，具体用于基于仿真耦合模型，确定多个心脏压力变化值，作为第一样本心脏压力变化值；基于仿真耦合模型，确定所述第一样本心脏压力变化值对应的控制参数；基于控制参数阈值、随机控制参数以及所确定的控制参数，确定第一样本控制参数。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述样本确定子模块，具体用于按照以下表达式确定每一心脏压力变化值：

；

；

其中，为所估计的心脏压力变化值的平均值，/>为实际测量得到的心脏压力变化值的平均值，i为仿真耦合模型中的电流参数值，/>表示电流变化率，/>为仿真耦合模型中的转速参数值，a、b、c均为预设的系数。

12.根据权利要求7-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述实际心脏压力变化值表征主动脉与左心室之间的压差，所述设备控制模块，具体用于基于目标心脏环境当前的心脏压力，预测目标心脏环境全支持状态的开始时刻；在所预测全支持状态的开始时刻时，按照所述目标控制参数控制所述目标心室辅助设备，以使得所述目标心室辅助设备在全支持状态下维持所述目标心脏环境内主动脉与左心室之间的压差恒定。