一种心室外按压辅助装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种心室外按压辅助装置及其工作方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.心室辅助装置是利用人工材料制成的机械装置，可以暂时或者永久代替心脏泵血功能，减少心脏负荷，帮助心脏实现血液循环，是治疗心力衰竭和延长患者寿命的重要医疗手段。按照工作方式进行分类，心室辅助设备可以分为血液接触式和非血液接触式两种。血液接触式为心脏泵，利用泵的原理，与人体循环系统相连接，实现部分或者全部泵血功能，但存在溶血和血栓等问题，同时需要长期服用抗凝血药物等。非血液接触式心室辅助装置以心室外按压泵为主，通过机械装置运动实现对心室的辅助按压功能。
4.目前心室外按压泵主要存在的问题是，只能根据预设的按压频率和按压幅度进行辅助按压，无法采集在按压过程中心脏扩张和收缩时的位移幅度、频率等，容易造成按压频率与心脏搏动频率失配，从而造成心律失常，心颤等临床问题，危及患者生命。尽管目前有针对于心脏搏动的检测装置，但是需要单独的装置与设备，无法与现有的心室外按压泵集成。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种心室外按压辅助装置及其工作方法，通过位移采集装置实时采集按压时的心脏搏动信息，通过压力传感器实时检测按压装置与心脏之间作用力，由控制器接收位移传感器信号、压力传感器信号和外部设定信号的三路输入信号，以此驱动心室外按压装置动作。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种心室外按压辅助装置，包括：位移采集装置、压力采集装置、控制器和心室外按压装置；
8.位移采集装置包括弹性带和位移传感器，由沿圆周方向和竖向设置的多条弹性带构成网状结构，位移传感器设置于弹性带上，且位移传感器与控制器连接；压力采集装置设置于心室外按压装置上，与控制器连接；控制器与心室外按压装置连接，通过控制器驱动心室外按压装置动作。
9.作为可选择的实施方式，所述位移采集装置为与心脏结构相匹配的网状结构，通过弹性带包裹在心脏外侧。
10.作为可选择的实施方式，所述位移传感器通过弹性带的弹力，获取心脏搏动时的位移幅度和频率信号，并将采集的位移幅度和频率信号传输给控制器。
11.作为可选择的实施方式，所述弹性带包括圆周方向的弹性带和竖向的弹性带，圆
周方向的弹性带上设有圆周方向位移传感器，用于检测心脏圆周方向扩张与收缩的位移幅度与频率；竖向的弹性带上设有竖向位移传感器，设置在左右心室外侧，用于检测心脏在竖向的扩张与收缩的位移幅度与频率。
12.作为可选择的实施方式，所述压力采集装置设置于心室外按压装置的内侧，且设于与心脏接触面上，用于检测心室外按压装置与心脏之间的作用力。
13.作为可选择的实施方式，所述压力采集装置至少在左右心室接触面各设置一个，分别得到心室外按压装置对左右心室的压力信号，并将采集的压力信号传输给控制器。
14.作为可选择的实施方式，所述心室外按压装置包括驱动器和按压装置，控制器与驱动器连接，通过驱动器驱动按压装置动作。
15.第二方面，本发明提供一种上述心室外按压辅助装置的工作方法，包括：
16.由位移采集装置和压力采集装置分别获取心脏搏动的位移信号和按压时的压力信号；
17.由控制器根据心脏搏动的位移信号、按压时的压力信号和外部设定信号，通过预设控制算法得到按压控制信号，以此驱动心室外按压装置动作。
18.作为可选择的实施方式，由控制器驱动心室外按压装置动作的过程包括：
19.根据外部设定信号对患者心脏进行建模，得到左右心室收缩最小与舒张最大时的目标位移量；
20.根据位移采集装置得到上次心脏搏动的位移信号，并将其与目标位移量进行比较，得到左右心室的位移误差量；
21.以位移误差量与位移误差量的变化率作为输入量，以左右心室的按压信号作为控制器输出量，构建传递矩阵；
22.在传递矩阵中加入压力调节系数，根据压力采集装置的压力信号对传递矩阵实时调节，以此实现对心室外按压装置动作的调节。
23.作为可选择的实施方式，所述外部设定信号包括血压、脉搏历史数据、心脏医学影像、所需泵血量。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明的心室外按压辅助装置通过包括位移传感器的位移采集装置实时采集按压时的心脏搏动信息，如按压的幅度与频率等，可以根据心脏搏动情况，实时调节按压幅度与频率，采用此装置，可以避免在对心脏进行按压时，按压的频率、幅度等与心脏搏动的频率不匹配的问题，有助于更好的实现心室辅助功能。
26.本发明的心室外按压辅助装置通过压力传感器实时检测按压装置与心脏之间作用力，可以实时了解按压装置的按压力度，压力传感器信号用于按压装置的控制，提高控制精度，使心室外按压装置更好的符合生理需求。
27.本发明的心室外按压辅助装置，由控制器接收位移传感器信号、压力传感器信号和外部设定信号的三路输入信号，通过预设的控制算法，得到所需的控制信号，以此驱动心室外按压装置动作，实现对左右心室的辅助按压。
28.本发明将获得的实时数据存储在控制器中，通过控制器在输出控制信号时，预设的控制算法将历史数据作为参考量，通过历史数据和预设的智能算法得到更为准确的控制信号。
29.本发明的心室外按压辅助装置实现按压装置、位移传感器、压力传感器的集成，提升便利性。
30.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
32.图1为本发明实施例1提供的集成位移传感器与压力传感器的心室外按压辅助装置；
33.图2为本发明实施例1提供的位移采集装置示意图；
34.图3为本发明实施例1提供的压力采集装置示意图；
35.图4为本发明实施例1提供的压力采集装置示意图；
36.图5为本发明实施例2提供的心室外按压辅助装置控制框图；
37.其中，1、心脏，2、圆周方向位移传感器，3、竖向位移传感器，4、弹性带，5、控制器。
具体实施方式：
38.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.实施例1
43.如图1所示，本实施例提供一种集成位移传感器和压力传感器的心室外按压辅助装置，包括：位移采集装置、压力采集装置、控制器和心室外按压装置；所述位移采集装置包括弹性带4和位移传感器，由沿圆周方向和竖向设置的多条弹性带4构成网状结构，所述位移传感器设置于弹性带4上，且位移传感器与控制器5连接；所述压力采集装置设置于心室外按压装置上，与控制器连接；所述控制器与心室外按压装置连接，通过控制器驱动心室外按压装置动作。
44.具体地，如图2所示，所述位移采集装置为网状结构，其网状结构与心脏结构相匹配，通过弹性带4包裹在心脏外侧；
45.可以理解的，在本实施例中，网状结构的位移采集装置中可以根据患者的心脏尺寸、病变情况，利用ct等手段，取得影像，针对每位病人情况独立设计，实现弹性带4与心脏1
之间的贴合；同时设置于弹性带上的位移传感器也可根据患者实际心脏情况进行安装位置的自适应调整。
46.在本实施例中，位移传感器通过弹性带中弹力大小，测量心脏搏动时的位移幅度和频率。
47.在本实施例中，弹性带4包括圆周方向的弹性带和竖向的弹性带，圆周方向的弹性带上设有圆周方向位移传感器2，用于检测心脏圆周方向扩张与收缩的位移幅度与频率；
48.竖向的弹性带上设有竖向位移传感器3，设置在左右心室外侧，用于检测心脏在竖向的扩张与收缩的位移幅度与频率；
49.圆周方向和竖向上均可包含多条弹性带，每条弹性带上包括多个位移传感器，可以更加详细记录心室搏动的位移幅度与频率。
50.在本实施例中，优先设置每个方向至少包含两条弹性带和一个位移传感器。
51.在本实施例中，位移传感器由控制器5提供电能，并将采集的位移信号通过数据线传递给控制器5。
52.在本实施例中，所述压力采集装置包括压力传感器，压力传感器设置于心室外按压装置的内侧，且与心脏接触面上，用于实时检测心室外按压装置与心脏之间的作用力。
53.压力传感器处于心脏与心室外按压装置之间，固定在心室外按压装置上，至少在左右心室接触面各设置一个，分别得到心室外按压装置对左右心室的按压力，如图3所示；
54.可以理解的，也可在左右心室接触面布置多个，以得到不同位置的按压力，从而得到更加详细的按压力空间分布，如图4所示。
55.在本实施例中，压力传感器由控制器提供电能，并将采集的压力信号通过数据线传递给控制器。
56.在本实施例中，心室外按压装置包括按压装置和驱动器，按压装置包括但不限于机械按压、气动按压，驱动器则根据不同按压装置而不同；按压装置为机械按压装置时，驱动器为电机，按压装置为气动按压装置时，驱动器为气泵与压力控制器。
57.需要说明的是，心室外按压装置并不是本技术的改进点，采用现有按压装置即可，故在此不做赘述。
58.在本实施例中，压力传感器设于按压装置的内侧，按压装置与驱动器连接，驱动器与控制器连接；
59.其工作原理是：按压装置由外部驱动器提供能量，根据确定的按压幅度与频率，控制器控制驱动器，再由驱动器驱动按压装置，通过按压装置的形变，实现挤压和舒张动作，通过按压装置与心脏接触，实现对左右心室的按压，同时通过压力传感器采集按压过程中的压力，以及通过位移传感器采集心脏搏动的位移幅度与频率。
60.可以理解的，按压装置可以根据患者的心脏尺寸设计为尺寸相匹配的网状结构，压力传感器设于按压装置与心脏之间。
61.在本实施例中，通过控制器中预先储存的控制算法，根据位移传感器信号，得到心脏左右心室的搏动参数，包括左右心室搏动的幅度、频率、泵血量信息；根据压力传感器信号得到按压装置与心脏之间作用力；结合心脏搏动参数，计算心衰程度，通过设定信号与以上信息的结合，得到心室下一次搏动的按压幅度随时间变化的关系，以此输出相应的控制信号给按压装置的驱动器。
62.实施例2
63.如图5所示，本实施例提供一种上述心室外按压辅助装置的工作方法，具体如下：
64.位移传感器与控制器连接，将采集的心脏搏动时的位移幅度与频率信号通过信号线传输到控制器；
65.压力传感器与控制器连接，将采集的压力信号传输给控制器，压力信号体现按压装置对心脏的作用力；
66.同时控制接收外部设定信号，外部设定信号由医护人员根据患者情况对心室辅助装置进行调节的信号，可以预先设定，也可以根据患者情况实时调整和输入；
67.控制器根据左右心室搏动的位移幅度与频率、压力信号以及外部设定信号，通过预设的控制器算法得到所需的控制信号，控制器输出控制信号至驱动器，由驱动器产生驱动力，以驱动按压装置实现按压动作。
68.在本实施例中，控制器中预设的控制算法具体如下：
69.根据输入的设定信号对患者心脏进行建模；所述设定信号包括患者血压、脉搏的历史数据、心脏医学影像、心衰程度、泵血量等，可以包括但不必须包括患者实时血压和脉搏信号；
70.根据患者所需的泵血量以及心脏医学影像，得到左右心室收缩最小与舒张最大时的位移，作为目标位移量；
71.根据位移传感器的位移信号得到上次心脏搏动的幅度与频率，并将其与目标位移量比较，得到左右心室的位移误差量；
72.以位移误差量与位移误差量的变化率作为输入量，以左右心室的按压信号作为控制器输出量，构建传递矩阵；
73.对传递矩阵中的每项加入压力调节系数，根据压力传感器数值对传递矩阵实时调节，以此实现对按压装置的调节。
74.可以理解的，传递矩阵中的参数根据患者生理与心衰情况确定，每个患者不同，在使用之前输入控制器，同时参数还可以在运行过程中根据实际需要进行修改。
75.可以理解的，本实施例中外部设定信号可以随时修改，也可以做长期设定，适应各种急性或者慢性病症情况，可以根据病人实际需求调整，适应范围更加广泛。
76.可以理解的，本实施例将获得的实时数据存储在控制器中，通过控制器在输出控制信号时，预设的控制算法将历史数据作为参考量，通过历史数据和预设的智能算法得到更为准确的控制信号。
77.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。