氧压膜尺寸优化方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

本技术涉及氧合器，特别是涉及一种氧压膜尺寸优化方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术：

1、膜式氧合器作为体外循环系统的重要组成部分，可以用来辅助人体血液体外循环，其主要工作原理是将人体内部的静脉血引出后，经由包括大量中空纤维的氧压膜组成的氧合区域内部进行血液氧合，摄取氧气、排除二氧化碳，然后将氧合后的血液重新输回人体。在此过程中，氧压膜内部的血液流动分布对氧合效率以及整体性能有着重要影响，其整体结构显著影响着整个膜式氧合器的性能。然而，现有的膜式氧合器由于自身结构设计以及对体积的限制，导致位于膜式氧合器中的氧压膜尺寸过小而无法满足氧气量需求的问题，以及氧压膜尺寸过大造成氧压膜的浪费的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速获得满足预设氧合效率条件下对应的氧压膜尺寸优化方法、装置、计算机设备和存储介质。

2、第一方面，本技术提供了一种氧压膜尺寸优化方法，所述方法包括：

3、在预先构建好的氧合器模型中，搭建血液通过氧合器的氧压膜进行血气交换的仿真环境，并在仿真环境中建立描述血气在氧压膜模型中分布的组分传递计算模型；

4、在氧压膜模型的体积保持不变的情况下，调整氧压膜模型沿血液流经方向上的横截面积，获得沿血液流经方向上不同氧压膜长度下对应的氧压膜模型；

5、通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数；长度比值为血液在氧压膜模型内的流经长度与同一氧压膜模型的氧压膜长度的比值；血气参数用于表征氧合器的氧合效率；

6、根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

7、在其中一个实施例中，血气参数包括氧气量；通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数包括：

8、针对每一氧压膜模型，在血液流量保持不变的情况下，通过氧压膜模型的体积和横截面面积，计算血液输入氧压膜模型的进口速度；

9、基于氧压膜模型的进口速度，对氧压膜模型中的血气分布进行数值模拟，通过组分传递计算模型计算得到氧压膜模型在不同长度比值下对应的血氧分压和血氧饱和度；

10、针对每一长度比值，基于长度比值下对应的血氧分压和血氧饱和度，计算长度比值下对应的氧气量；

11、基于不同长度比值下对应的氧气量，建立血液在氧压膜模型内的长度比值与氧气量之间的映射函数。

12、在其中一个实施例中，基于长度比值下对应的血氧分压和血氧饱和度，计算长度比值下对应的氧气量，包括：

13、确定长度比值下对应的血氧分压与氧压膜模型的进口处血氧分压之间的分压差值，以及长度比值下对应的血氧饱和度与氧压膜模型的进口处血氧饱和度之间的血氧饱和度差值；

14、根据血液流量、分压差值、血氧饱和度差值、血液中血红蛋白浓度以及血浆中氧气溶解度中的至少一者，确定当前长度比值下对应的氧气量。

15、在其中一个实施例中，根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸包括：

16、根据映射函数，确定目标血气参数对应的目标氧压膜模型和血液在目标氧压膜模型中的目标长度比值；

17、根据目标氧压膜模型对应的目标横截面积和目标长度比值，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

18、在其中一个实施例中，根据映射函数，确定目标血气参数对应的目标氧压膜模型和血液在目标氧压膜模型中的目标长度比值，包括：

19、基于各氧压膜模型对应的映射函数，确定各氧压膜模型满足目标血气参数所需的参考长度比值；

20、将最小的参考长度比值对应的氧压膜模型作为目标血气参数对应的目标氧压膜模型，将最小的参考长度比值作为血液在目标氧压膜模型中的目标长度比值。

21、在其中一个实施例中，根据目标氧压膜模型对应的目标横截面积和目标长度比值，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸，包括：

22、将目标氧压膜模型对应的横截面积，作为满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标横截面积；

23、将目标长度比值对应的血液在氧压膜模型内的流经长度，作为满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标长度；

24、根据目标长度和目标横截面积，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标体积。

25、在其中一个实施例中，根据目标氧压膜模型对应的目标横截面积和目标长度比值，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸，包括：

26、将目标长度比值与目标氧压膜模型的体积之间的乘积，作为满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标体积；

27、将目标氧压膜模型对应的横截面积，作为满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标横截面积；

28、根据目标体积和目标横截面积，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型的目标长度。

29、第二方面，本技术还提供了一种氧压膜尺寸优化装置。所述装置包括：

30、仿真模块，用于在预先构建好的氧合器模型中，搭建血液通过氧合器的氧压膜进行血气交换的仿真环境，并在仿真环境中建立描述血气在氧压膜模型中分布的组分传递计算模型；

31、模型调整模块，用于在氧压膜模型的体积保持不变的情况下，调整氧压膜模型沿血液流经方向上的横截面积，获得沿血液流经方向上不同氧压膜长度下对应的氧压膜模型；

32、映射模块，用于通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数；长度比值为血液在氧压膜模型内的流经长度与同一氧压膜模型的氧压膜长度的比值；血气参数用于表征氧合器的氧合效率；

33、确定模块，用于根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

34、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

35、在预先构建好的氧合器模型中，搭建血液通过氧合器的氧压膜进行血气交换的仿真环境，并在仿真环境中建立描述血气在氧压膜模型中分布的组分传递计算模型；

36、在氧压膜模型的体积保持不变的情况下，调整氧压膜模型沿血液流经方向上的横截面积，获得沿血液流经方向上不同氧压膜长度下对应的氧压膜模型；

37、通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数；长度比值为血液在氧压膜模型内的流经长度与同一氧压膜模型的氧压膜长度的比值；血气参数用于表征氧合器的氧合效率；

38、根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

39、第四方面，本技术还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，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

40、在预先构建好的氧合器模型中，搭建血液通过氧合器的氧压膜进行血气交换的仿真环境，并在仿真环境中建立描述血气在氧压膜模型中分布的组分传递计算模型；

41、在氧压膜模型的体积保持不变的情况下，调整氧压膜模型沿血液流经方向上的横截面积，获得沿血液流经方向上不同氧压膜长度下对应的氧压膜模型；

42、通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数；长度比值为血液在氧压膜模型内的流经长度与同一氧压膜模型的氧压膜长度的比值；血气参数用于表征氧合器的氧合效率；

43、根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

44、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

45、在预先构建好的氧合器模型中，搭建血液通过氧合器的氧压膜进行血气交换的仿真环境，并在仿真环境中建立描述血气在氧压膜模型中分布的组分传递计算模型；

46、在氧压膜模型的体积保持不变的情况下，调整氧压膜模型沿血液流经方向上的横截面积，获得沿血液流经方向上不同氧压膜长度下对应的氧压膜模型；

47、通过组分传递计算模型，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数；长度比值为血液在氧压膜模型内的流经长度与同一氧压膜模型的氧压膜长度的比值；血气参数用于表征氧合器的氧合效率；

48、根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的氧压膜模型尺寸。

49、上述氧压膜尺寸优化方法、装置、计算机设备和存储介质，在基于血气在氧压膜内部传递过程的计算平台中，对相同体积不同几何形态的氧压膜模型中不同血液流经长度下对应的血气参数进行预测，并基于预测数据，建立各氧压膜模型中长度比值与血气参数之间的映射函数，根据映射函数，确定满足目标血气参数所需的最优氧压膜几何结构，最优氧压膜几何结构在满足目标血气参数的同时，所需的氧压膜体积还是最小的，避免了氧压膜尺寸过小而无法满足氧气量需求的问题，以及氧压膜尺寸过大造成氧压膜的浪费的问题。