CN117919585A - 一种左心室辅助系统以及左心室辅助设备的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种左心室辅助系统以及左心室辅助设备的控制方法，上述左心室辅助系统包括左心室辅助设备、控制器；左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，目标电机由转子和定子组合而成；转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度‑50度之间的角度。应用本实施例，能够实现左心室辅助设备的控制自适应于心脏实时变化状态。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种左心室辅助系统以及左心室辅助设备的控制方法。
背景技术
左心室辅助系统是用于辅助心脏左心室泵血的系统。左心室辅助系统包括左心室辅助设备、控制器，左心室辅助设备植入患者心脏内，控制器则位于患者体外控制左心室辅助设备。控制器用于检测左心室辅助设备的运行参数以及患者的生理参数，并且控制左心室辅助设备的运行。
当前，通常是由医护人员设定固定控制参数，左心室辅助设备按照固定控制参数运行。然而，心脏一直处于动态变化状态，按照固定控制参数控制左心室辅助设备难以适应于心脏实时变化状态。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种左心室辅助系统以及左心室辅助设备的控制方法，以实现左心室辅助设备的控制自适应于心脏实时变化状态。具体技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种左心室辅助系统，所述左心室辅助系统包括左心室辅助设备、控制器；
所述左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，所述驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；所述驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；
所述驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，所述目标电机由转子和定子组合而成；所述转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度-50度之间的角度；
所述控制器，包括：
等级确定模块，用于确定表征所述目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，其中，所述目标对象为所述心室辅助设备所植入的对象；
电流确定模块，用于获取目标电机的当前电流，并基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流；
电流映射模块，用于确定所述目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量，其中，所述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量，第二映射分量为：当前电流映射于所述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量，所述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系；
电流融合模块，用于对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流；
电压确定模块，用于计算所述期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定所述目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定所述目标电机的控制电压；
电机控制模块，用于获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照所述线圈导通顺序以及控制电压，导通所述定子的线圈，以控制所述目标电机。
本申请的一个实施例中，上述等级确定模块，具体用于将所述电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级；
其中，所述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型，所述样本电流变化曲线为：植入所述样本对象的心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线，所述样本压力变化曲线为：表征所述样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
本申请的一个实施例中，上述电流确定模块，具体用于基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定所述目标等级对应的转速，作为期望转速；获取所述目标电机的当前转速，计算所述期望转速与当前转速之间的目标转速差；按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对所述目标转速差进行映射，得到适应于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
本申请的一个实施例中，上述电机控制模块，具体用于迭代执行获取所述转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着所述基准方向的逆时针方向、与所述基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代执行所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向；根据预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定所述磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序；按照所述导通顺序以及控制电压，导通所述定子线圈，以控制所述目标电机。
本申请的一个实施例中，上述控制器，还包括角度预测模块；
所述角度预测模块，用于在所述电流融合模块之前，基于所述第一映射分量与第二映射分量，预测所述转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；若所述预测角度与所述固定角度一致，触发所述电流融合模块。
第二方面，本申请实施例提供了一种左心室辅助设备的控制方法，所述方法应用于左心室辅助系统中的控制器，所述左心室辅助系统中还包括左心室辅助设备；
所述左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，所述驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；所述驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；
所述驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，所述目标电机由转子和定子组合而成；所述转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度-50度之间的角度；
所述方法包括：
确定表征所述目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，其中，所述目标对象为所述心室辅助设备所植入的对象；
获取目标电机的当前电流，并基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流；
确定所述目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量，其中，所述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量，第二映射分量为：当前电流映射于所述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量，所述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系；
对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流；
计算所述期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定所述目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定所述目标电机的控制电压；
获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照所述线圈导通顺序以及控制电压，导通所述定子的线圈，以控制所述目标电机。
本申请的一个实施例中，上述基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，包括：
将所述电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级；其中，所述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型，所述样本电流变化曲线为：植入所述样本对象的心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线，所述样本压力变化曲线为：表征所述样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
本申请的一个实施例中，上述基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流，包括：
基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定所述目标等级对应的转速，作为期望转速；
获取所述目标电机的当前转速，计算所述期望转速与当前转速之间的目标转速差；
按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对所述目标转速差进行映射，得到适应于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
本申请的一个实施例中，上述获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向，包括：
迭代执行获取所述转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着所述基准方向的逆时针方向、与所述基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代执行所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向；
所述确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序，包括：
根据预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定所述磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序。
本申请的一个实施例中，在所述对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流之前，还包括：
基于所述第一映射分量与第二映射分量，预测所述转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；若所述预测角度与所述固定角度一致，执行所述对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流。
由以上可见，应用本实施例提供的左心室辅助系统，左心室辅助系统中控制器按照控制电压控制目标电机，控制电压是基于期望电流与目标电流之间的目标电流差计算得到的，而期望电流是基于表征当前左心室恢复程度的目标等级确定得到的，期望电流是适应于当前左心室恢复程度的电流值，那么上述目标电流差反映当前实时电流与适应于当前左心室恢复程度的期望电流之间的差距。通过上述目标电流差计算得到的控制电压，能够适应于当前左心室恢复程度，按照上述控制电压所控制的目标电机，能够使得电机控制自适应于目标对象当前左心室恢复程度，从而实现自适应控制。
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1a为本申请实施例提供的一种左心室辅助系统的结构示意图；
图1b为本申请实施例提供的一种左心室辅助设备的结构示意图；
图1c为本申请实施例提供的一种目标电机的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种坐标系的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种预测角度的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种左心室辅助设备的控制方法的流程示意图。
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。
首先，结合图1a对本申请实施例的左心室辅助系统的整体结构进行介绍。
图1a示出了左心室辅助系统的整体结构示意图，包括左心室辅助设备、控制器。左心室辅助设备用于辅助对象心脏泵血，控制器用于检测左心室辅助设备的运行参数以及目标对象的生理参数，并且控制左心室辅助设备的运行。
上述左心室辅助系统还可以包括冲洗设备，冲洗设备用于对左心室辅助设备的周围区域进行冲洗，防止血液进入左心室辅助设备。
结合图1b，对左心室辅助设备进行说明。左心室辅助设备包括驱动组件101、泵送组件102、出血笼103、入血笼104。
在左心室辅助设备植入心脏后，驱动组件101、泵送组件102、出血笼103位于主动脉，入血笼104位于左心室。
驱动组件驱动泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内。
在本申请所提供的系统中，左心室辅助设备的驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机。该目标电机由定子和转子组合而成，目标电机的结构简图如图1c所示。在图1c中，分为内外两层结构，外层结构为定子，定子由线圈绕制而成，内层结构为转子，转子的核心部件为转子永磁体，转子永磁体分为N极和S极。
在本申请实施例所提供的系统中，无刷空心杯电机针对左心室辅助设备的适应性改进为：转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，且该固定角度为40度-50度之间的角度。例如：固定角度可以是40度、41度、……45度、46度、……50度。
转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间的夹角表示转子与定子之间的相对位置，当夹角为固定角度时，表示转子与定子之间的相对位置是不变的。
本申请中针对无刷空心杯电机的改进可以是由转子永磁体的特定充磁方式以及定子线圈的特定绕组方式组合而成引起的，如转子永磁体径向充磁和定子线圈绕组采用特定斜绕角度的斜绕方式组合，使得转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角为位于40度-50度之间的固定角度。
上述控制器用于控制左心室辅助设备的目标电机。以下结合图2，对控制器的结构进行说明。基于此，参见图2，图2为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图，包括201-206。
等级确定模块201，用于确定表征目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征目标对象的左心室恢复程度的目标等级。
目标对象为：左心室辅助设备所植入的对象。
上述电流变化曲线用于表征目标电机的电流波动变化，压力变化曲线用于表征目标对象的主动脉压力波动变化。
上述电流变化曲线、压力变化曲线可以是当前时刻向前延伸预设时间段内的曲线。
在左心室辅助设备运行时，控制器可以确定每一时刻的电流以及主动脉压力，控制器可以将每一时刻的电流以及主动脉压力存入存储器中，这样，上述曲线确定模块可以从上述存储器中读取预设时间段内的电流以及主动脉压力，按照时间顺序生成电流变化曲线以及压力变化曲线。控制器还可以预先生成电流变化曲线以及压力变化曲线，这样，上述曲线确定模块可以直接从上述存储器中读取电流变化曲线以及压力变化曲线。
上述目标等级用于表征目标对象的左心室恢复程度，左心室辅助设备主要对象是针对心衰患者，尤其是左心室泵血能力不足的，针对该类患者，主要用于辅助左心室泵血，以恢复左心室泵血功能。因此，随着左心室辅助设备的运行，左心室的状态也随之变化，左心室自身泵血功能也逐渐恢复。因此，上述目标等级能够有效表征目标对象当前心脏的性能。
可以预先确定左心室恢复程度与等级之间对应关系，当左心室恢复程度越好，相应等级越低，当左心室恢复程度越差，相应等级越高。
在确定目标等级时，一种实施方式中，可以基于电流变化曲线与压力变化曲线，按照预设的电流-主动脉压力-左心室压力之间的对应关系，确定相对应的左心室压力变化曲线；计算所确定的左心室压力变化曲线与预设的左心室压力变化曲线之间的相似度，按照预设的相似度与等级之间的对应关系，将相似度转换为目标等级。
上述预设的左心室压力变化曲线可以是正常人的左心室压力变化曲线的平均变化曲线，上述预设的左心室压力变化曲线用于表征正常左心室压力的变化曲线。
当相似度越高，表示当前所确定的左心室压力变化曲线与预设的左心室压力变化曲线之间的相似性越高，也即当前目标对象的左心室恢复程度越好，目标等级越低。当相似度越高，表示当前所确定的左心室压力变化曲线与预设的左心室压力变化曲线之间的相似性越高，也即当前目标对象的左心室恢复程度越好，目标等级越低。
在确定目标等级时，另一种实施方式中，可以将电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征目标对象的左心室恢复程度的目标等级。
上述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型。
上述样本电流变化曲线为：植入样本对象的左心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线。上述样本压力变化曲线为：表征样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
由于采用大量的训练样本训练等级预测模型，训练得到的等级预测模型能够学习基于电流变化曲线以及压力变化曲线确定左心室恢复程度等级的特性，因此，采用上述等级预测模型，能够得到准确地表征当前目标对象的左心室恢复程度的等级。
电流确定模块202，用于获取目标电机的当前电流，并基于目标等级，确定适用于目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流。
期望电流用于表征适用于目标对象当前左心室恢复程度的电流。在确定期望电流时，一种实施方式中，可以按照预设的等级与电流之间的对应关系，确定目标等级对应的电流，作为期望电流。
在确定期望电流时，另一种实施方式中，可以基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定目标等级对应的转速，作为期望转速；获取目标电机的当前转速，计算期望转速与当前转速之间的目标转速差；按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对目标转速差进行映射，得到适应于目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
在本实施例中，由于是首先确定期望转速，基于期望转速计算目标转速差，然后基于目标转速差确定期望电流，按照这样速度-电流的顺序关系，使得所确定的期望电流与当前速度相关，从而提高期望电流的准确度。
电流映射模块203，用于确定目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量。
上述当前电流是指目标电机当前实际运行的电流。
上述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量。上述第二映射分量为：当前电流映射于上述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量。
上述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系。以图3为例，对上述预设坐标系进行说明，图3中O点为转子中心，即为坐标系原点，d轴所在方向是转子磁场所在方向，即为第一坐标轴，q轴所在方向则垂直于转子磁场方向的方向。
当前电流对应的坐标系是以定子线圈对应的abc轴坐标系，电机启动后，由于转子运动导致以abc轴坐标系下的电流值处于实时动态变化情况，导致当前电流的参数值复杂，计算量大。因此，为了高效利用计算资源，将当前电流映射于上述预设坐标系中，由于上述预设坐标系是以转子中心为原点建立的坐标系，将当前电流映射于该坐标系中，能够对当前电流中各种动态变化情况进行解耦，基于解耦后的映射分量进行控制参数的计算，从而实现高效利用计算资源。
在确定第一映射分量、第二映射分量时，一种实施方式中，可以按照当前电流对应坐标系与预设坐标系之间的映射关系，确定当前电流对应的第一坐标轴的电流分量，作为第一映射分量，并确定当前电流对应的第二坐标轴的电流分量，作为第二映射分量。
电流融合模块204，用于对第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流。
在对上述电流分量进行融合时，可以计算第一采集电流分量和第二采集电流分量的矢量和，将计算得到的矢量和确定为目标电流。
由于转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角为40度-50度之间的固定角度，该固定角度表示转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间始终存在磁场切割。在这种情况下，经过发明人大量的模拟实验和实验数据发现，对转子所产生的最佳转矩的方向并非仅仅与转子磁场方向的垂直方向相关，还会与转子磁场方向本身相关相关，在这种情况下，若仍采用传统电机控制方式，所产生的转矩并非最佳转矩，甚至影响转子旋转。
基于上述分析，由于第一映射分量是与转子磁场方向相关，第二映射分量是与转子磁场方向的垂直方向相关，所以，融合第一映射分量和第二映射分量，所得到的目标电流，能够更加准确地反映转子最佳转矩方向的信息，从而实现高精度电机控制。
电压确定模块205，用于计算期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定目标电机的控制电压。
由于目标电流是以转子中心点为原点建立的坐标系，而控制电压是对定子线圈导通进行控制，控制电压需要与定子坐标系相关，因此，需要对所确定的电压进行坐标系转换。基于此，可以按照转子坐标系与定子坐标系之间的对应关系，将所确定的电压进行转换，将转换后的电压确定为控制电压。
在进行转换时，可以按照下述公式进行转换：
；
其中，表示第一电压分量，/>表示第二电压分量，/>表示所确定的电压，/>表示固定角度。将上述第一电压分量/>、第二电压分量/>作为电机的控制电压。
电机控制模块206，用于获取转子的当前磁场方向，确定定子沿着当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照线圈导通顺序以及控制电压，导通定子的线圈，以控制目标电机。
电机旋转时，转子处于不断旋转，转子磁场方向也在不断变化中，当前磁场方向即是反映转子当前的磁场方向。转子的当前磁场方向可以是位置传感器所采集的，上述位置传感器用于采集转子的当前位置，位置表示磁场方向。
左心室辅助设备是需要产生吸力，利用该吸力将血液从左心室吸入主动脉，因此，左心室辅助设备的泵送组件中的叶轮是需要逆时针方向旋转，由于泵送组件是被驱动组件带动旋转，所以驱动泵送组件的电机的转子同样是需要沿着逆时针方向旋转，而转子是由定子带动，因此，定子磁场旋转方向是需要沿着逆时针方向的。
在确定定子对应的磁场旋转目标方向时，一种实施方式中，可以迭代执行获取转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着基准方向的逆时针方向、与基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向。
具体的，在本实施例中，可以预先确定多个定子磁场方向，在当前迭代时，可以从预先确定的多个定子磁场方向中确定沿着基准方向的逆时针方向、与基准方向最接近的方向，作为当前迭代所确定的预设定子磁场方向。
定子的线圈导通顺序与定子的磁场旋转方向具有对应关系，基于此，可以预先构建上述对应关系，基于预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序。
按照上述线圈导通顺序以及控制电压，导通电机的定子线圈，使得定子线圈按照上述线圈导通顺序导通，由于线圈导通顺序是与逆时针的磁场旋转目标方向相对应的，因此，在线圈导通后，定子磁场的旋转方向为逆时针方向，转子在定子磁场驱使下，同样沿着逆时针方向旋转，从而实现左心室辅助设备的电机控制。
由以上可见，应用本实施例提供的左心室辅助系统，左心室辅助系统中控制器按照控制电压控制目标电机，控制电压是基于期望电流与目标电流之间的目标电流差计算得到的，而期望电流是基于表征当前左心室恢复程度的目标等级确定得到的，期望电流是适应于当前左心室恢复程度的电流值，那么上述目标电流差反映当前实时电流与适应于当前左心室恢复程度的期望电流之间的差距。通过上述目标电流差计算得到的控制电压，能够适应于当前左心室恢复程度，按照上述控制电压所控制的目标电机，能够使得电机控制自适应于目标对象当前左心室恢复程度，从而实现自适应控制。
另外，由于控制器融合了第一映射分量和第二映射分量，而第一映射分量反映转子磁场方向的信息，第二映射分量反映转子磁场方向的垂直方向的信息，融合第一映射分量与第二映射分量所得到的目标电流能够充分反映转子磁场方向与转子磁场方向的垂直方向这两个方向的信息；又由于转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间的夹角为位于40度-50度之间的固定角度，在这种情况下，转子最佳转矩的方向既与转子磁场方向相关，又与转子磁场方向的垂直方向相关。因此，目标电流能够准确地反映转子最佳转矩的方向信息，利用上述目标电流确定控制电压，进而控制左心室辅助设备，实现高精度左心室辐射设备的控制。
并且，由于是以转子当前磁场方向为基准，基于转子当前磁场方向的逆时针方向，确定定子的磁场旋转目标方向，这样能够保持定子磁场旋转方向呈逆时针方向。又由于定子带动转子旋转，从而使得转子旋转方向保持逆时针方向，也即左心室辅助设备的驱动组件的旋转方向为逆时针方向。左心室辅助设备的驱动组件带动泵送组件旋转，旋转方向为逆时针方向，从而产生吸力，将左心室血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内，精确实现左心室辅助设备的左心室辅助泵血功能。
在前述图2所示系统中，还可以包括角度预测模块。角度预测模块，用于在电流融合模块之前，基于第一映射分量与第二映射分量，预测转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；若预测角度与固定角度一致，触发前述图2中的电流融合模块，若为否，触发电流计算模块。
前述所提及的固定角度即为转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的真实参数值，而本实施例所预测的预测角度，为估测参数值。
上述预测角度是利用当前实时数据预测得到的角度。当预测角度与固定角度一致时，表示所采集的当前电流的准确度较高，当预测角度与hid角度不一致时，表示所采集的当前电流的准确度不高。
结合图4，对上述预测角度的预测方式进行说明。图4中位于d轴的Id表示第一映射分量，位于q轴的Iq表示第二映射分量；以Id、Iq为三角形两条边，三角形的第三条边为虚线Ib，Ib所在方向为定子磁场磁感线所在方向，Id所在方向为转子磁场磁感线所在方向，基于此，可以计算Iq与Id之间的比值，计算得到的比值即为预测角度的tan函数值，利用三角函数关系，可以计算得到上述夹角，作为预测角度。
在判断预测角度与固定角度是否一致时，可以判断预测角度与固定角度是否相同，还可以以预测角度为中心，分别向前后延申预设的预测角度误差，得到预测角度范围，确定固定角度是否位于上述预测角度范围内，若为是，表示预测角度与固定角度一致，若为否，表示预测角度与固定角度不一致。
在预测角度与固定角度不一致的情况下，触发电流计算模块。电流计算模块包括电流预测子模块、电流确定子模块。其中：
电流预测子模块，用于基于第二映射分量与固定角度，预测当前电流映射于第一坐标轴的电流分量，作为第一预测分量，并基于第一映射分量与固定角度，预测当前电流映射于第二坐标轴的电流分量，作为第二预测分量。
当预测角度与固定角度不一致时，表示当前所采集电流准确性不高，自然，基于所采集电流确定得到的第一采集电流分量与第二采集电流分量存在电流误差。在这种情况下，对第一映射分量与第二映射分量进行解耦操作，分别基于电流分量进行电流预测，减小由于采集电流误差所引起的目标电流确定的准确性不高的问题。
在预测电流分量时，可以基于预设的三角函数关系，以第二映射分量为基准，预测第一坐标轴对应的电流分量，作为第一预测分量，并以第一映射分量为基准，预测第二坐标轴相对应的电流分量，作为第二预测分量。
如，可以计算第二映射分量与之间的乘积，作为第一预测分量，并计算第一映射分量与/>之间的乘积，作为第二预测分量。
电流确定子模块，用于基于第一预测分量、第二预测分量，确定目标电流。
由于目标电流是基于第一预测分量、第二预测分量融合得到的，第一预测分量、第二预测分量则是对映射电流分量进行解耦，分别基于两个映射分量以及固定角度预测得到的，所得到的预测分量相较于初始采集电流分类来说，准确度较高，因此，基于上述预测分量所确定的目标电流的准确度较高。
在确定目标电流时，一种实施方式中，可以计算第一预测分量与第二预测分量之间的矢量和，将计算得到的值确定为目标电流。
在确定目标电流时，另一种实施方式中，可以基于第一预测分量，更新第一映射分量，将更新后的第一映射分量确定为第一更新分量，并基于第二预测分量，更新第二映射分量，将更新后的第二映射分量确定为第二更新分量；对第一预测分量、第二预测分量进行融合，得到第一融合电流，并对第一更新分量、第二电流分量进行融合，得到第二融合电流；对第一融合电流以及第二融合电流进行融合，将融合得到的电流确定为目标电流。
在基于第一/第二预测分量更新第一/第二映射分量时，可以计算第一/第二预测分量与第一/第二映射分量之间的平均值，将计算得到的平均值确定为第一/第二更新分量。
在确定第一/第二融合电流时，可以计算所利用的电流分量之间的矢量和，将计算的矢量和确定为第一/第二融合电流。
在对第一融合电流与第二融合电流进行融合时，可以计算上述两个融合电流之间的平均值，将计算的值确定为目标电流。
由于更新分量是基于预测分量，对映射分量更新得到的，更新分量结合两个电流分量的信息，从而使得所确定的更新分量所反映信息更加丰富。因此，基于更新分量所确定的第二融合电流所反映电流信息更加丰富，而第一融合电流是针对于预测分量融合得到的，第一融合电流的准确度较为理想，这样，融合上述两类融合电流，能够进一步提高目标电流的准确度。
与上述左心室辅助系统相对应，本申请实施例还提供了一种左心室辅助设备的控制方法。
参见图5，图5为本申请实施例提供的一种左心室辅助设备的控制方法的流程示意图，上述方法应用于左心室辅助系统中的控制器，所述左心室辅助系统中还包括左心室辅助设备；
所述左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，所述驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；所述驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；
所述驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，所述目标电机由转子和定子组合而成；所述转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度-50度之间的角度；
上述方法包括：
步骤S501：确定表征所述目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，其中，所述目标对象为所述心室辅助设备所植入的对象；
步骤S502：获取目标电机的当前电流，并基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流；
步骤S503：确定所述目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量。
其中，所述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量，第二映射分量为：当前电流映射于所述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量，所述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系；
步骤S504：对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流；
步骤S505：计算所述期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定所述目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定所述目标电机的控制电压；
步骤S506：获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照所述线圈导通顺序以及控制电压，导通所述定子的线圈，以控制所述目标电机。
本申请的一个实施例中，上述步骤S501中基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，包括：
将所述电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级；其中，所述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型，所述样本电流变化曲线为：植入所述样本对象的心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线，所述样本压力变化曲线为：表征所述样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
本申请的一个实施例中，上述步骤S502中基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流，包括：
基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定所述目标等级对应的转速，作为期望转速；
获取所述目标电机的当前转速，计算所述期望转速与当前转速之间的目标转速差；
按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对所述目标转速差进行映射，得到适应于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
本申请的一个实施例中，上述步骤S506中获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向，包括：
迭代执行获取所述转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着所述基准方向的逆时针方向、与所述基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代执行所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向；
所述步骤S506中确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序，包括：
根据预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定所述磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序。
本申请的一个实施例中，在所述步骤S504之前，还包括：
基于所述第一映射分量与第二映射分量，预测所述转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；
若所述预测角度与所述固定角度一致，执行所述对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流。
由以上可见，应用本实施例提供的方法，左心室辅助系统中控制器按照控制电压控制目标电机，控制电压是基于期望电流与目标电流之间的目标电流差计算得到的，而期望电流是基于表征当前左心室恢复程度的目标等级确定得到的，期望电流是适应于当前左心室恢复程度的电流值，那么上述目标电流差反映当前实时电流与适应于当前左心室恢复程度的期望电流之间的差距。通过上述目标电流差计算得到的控制电压，能够适应于当前左心室恢复程度，按照上述控制电压所控制的目标电机，能够使得电机控制自适应于目标对象当前左心室恢复程度，从而实现自适应控制。
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，对于方法、计算机可读存储介质、计算机程序产品实施例而言，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 (10)
1.一种左心室辅助系统，其特征在于，所述左心室辅助系统包括左心室辅助设备、控制器；
所述左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，所述驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；所述驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；
所述驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，所述目标电机由转子和定子组合而成；所述转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度-50度之间的角度；
所述控制器，包括：
等级确定模块，用于确定表征所述目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，其中，所述目标对象为所述心室辅助设备所植入的对象；
电流确定模块，用于获取目标电机的当前电流，并基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流；
电流映射模块，用于确定所述目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量，其中，所述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量，第二映射分量为：当前电流映射于所述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量，所述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系；
电流融合模块，用于对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流；
电压确定模块，用于计算所述期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定所述目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定所述目标电机的控制电压；
电机控制模块，用于获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照所述线圈导通顺序以及控制电压，导通所述定子的线圈，以控制所述目标电机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述等级确定模块，具体用于将所述电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级；
其中，所述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型，所述样本电流变化曲线为：植入所述样本对象的心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线，所述样本压力变化曲线为：表征所述样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电流确定模块，具体用于基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定所述目标等级对应的转速，作为期望转速；获取所述目标电机的当前转速，计算所述期望转速与当前转速之间的目标转速差；按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对所述目标转速差进行映射，得到适应于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
所述电机控制模块，具体用于迭代执行获取所述转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着所述基准方向的逆时针方向、与所述基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代执行所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向；根据预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定所述磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序；按照所述导通顺序以及控制电压，导通所述定子线圈，以控制所述目标电机。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述控制器，还包括角度预测模块；
所述角度预测模块，用于在所述电流融合模块之前，基于所述第一映射分量与第二映射分量，预测所述转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；若所述预测角度与所述固定角度一致，触发所述电流融合模块。
6.一种左心室辅助设备的控制方法，其特征在于，所述方法应用于左心室辅助系统中的控制器，所述左心室辅助系统中还包括左心室辅助设备；
所述左心室辅助设备包括驱动组件、泵送组件、出血笼、入血笼，所述驱动组件、泵送组件、出血笼位于主动脉，所述入血笼位于左心室；所述驱动组件驱动所述泵送组件沿逆时针方向旋转，将血液从入血笼吸入出血笼，直至排入主动脉内；
所述驱动组件中的目标电机为无刷空心杯电机，所述目标电机由转子和定子组合而成；所述转子磁场磁感线与所述定子磁场磁感线之间夹角为固定角度，所述固定角度为40度-50度之间的角度；
所述方法包括：
确定表征所述目标电机的电流波动变化的电流变化曲线，并确定表征目标对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线，基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，其中，所述目标对象为所述心室辅助设备所植入的对象；
获取目标电机的当前电流，并基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流；
确定所述目标电机的当前电流的第一映射分量和第二映射分量，其中，所述第一映射分量为：当前电流映射于预设坐标系中第一坐标轴的电流分量，第二映射分量为：当前电流映射于所述预设坐标系中第二坐标轴的电流分量，所述预设坐标系为：以转子中心为原点、以转子磁场所在方向为第一坐标轴、垂直于转子磁场所在方向为第二坐标轴所构建的坐标系；
对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流；
计算所述期望电流与目标电流之间的目标电流差，按照预设的电流差与电压之间的映射关系，确定所述目标电流差对应的电压，基于所确定的电压，确定所述目标电机的控制电压；
获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向；确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序；按照所述线圈导通顺序以及控制电压，导通所述定子的线圈，以控制所述目标电机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述基于所述电流变化曲线与压力变化曲线，确定表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级，包括：
将所述电流变化曲线与压力变化曲线输入预先训练的等级预测模型，得到等级预测模型输出的等级，作为表征所述目标对象的左心室恢复程度的目标等级；其中，所述等级预测模型为：以样本电流变化曲线以及样本压力变化曲线为训练样本，以表征样本对象的左心室恢复程度的实际等级为训练基准，对初始神经网络训练得到的，用于确定表征对象的左心室恢复程度的等级的模型，所述样本电流变化曲线为：植入所述样本对象的心室辅助设备的表征电流波动变化的电流变化曲线，所述样本压力变化曲线为：表征所述样本对象的主动脉压力波动变化的压力变化曲线。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标等级，确定适用于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电机电流，作为期望电流，包括：
基于预设的等级与转速之间的对应关系，确定所述目标等级对应的转速，作为期望转速；
获取所述目标电机的当前转速，计算所述期望转速与当前转速之间的目标转速差；
按照预设的转速差与电流之间的映射关系，对所述目标转速差进行映射，得到适应于所述目标对象的当前左心室恢复程度的电流，作为期望电流。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
所述获取所述转子的当前磁场方向，确定所述定子沿着所述当前磁场方向的逆时针的磁场旋转目标方向，包括：
迭代执行获取所述转子的当前磁场方向，作为基准方向，确定沿着所述基准方向的逆时针方向、与所述基准方向最接近的预设定子磁场方向，将每一迭代执行所确定的预设定子磁场方向确定为磁场旋转目标方向；
所述确定所述磁场旋转目标方向相对应的定子的线圈导通顺序，包括：
根据预设的磁场旋转方向与线圈导通顺序之间的关系，确定所述磁场旋转目标方向所对应的定子线圈的导通顺序。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流之前，还包括：
基于所述第一映射分量与第二映射分量，预测所述转子磁场磁感线与定子磁场磁感线之间夹角的参数值，作为预测角度；
若所述预测角度与所述固定角度一致，执行所述对所述第一映射分量和第二映射分量进行融合，得到目标电流。
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