：本发明涉及医疗器械的控制领域，具体为一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法。
背景技术
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背景技术：
1、目前，左心室辅助装置(lvad)已成为治疗终末期心衰疾病的重要手段，可以在获得心脏供体间隙辅助患者治疗，甚至可以完全代替重度心衰患者的心脏，解决心脏供体短缺的难题。
2、血泵生理控制器的开发打破了传统控制方法中需人工调整泵速的弊端，例如专利cn202110891735.8中提供的血泵控制方法通过控制血泵目标功率进而调节泵速，从而给患者提供目标主动脉压力和主动脉流量，但该类控制系统采用人为设置参考值，只能满足患者生理的基本需求而无法根据患者的生理状态自适应调整实际所需。另外，血泵-心血管耦合系统具有时变性、滞后性，传统pid等控制器无法解决复杂系统的时滞问题。专利cn201811561104.4中采用扩展卡尔曼滤波器(ekf)与pi控制器相结合，通过预测系统的未来状态从而减少时滞影响，但ekf侧重于状态估计，如何有效解决生理控制系统中的时滞问题还需进一步研究。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、针对现有生理控制系统存在的上述问题，本发明提出了一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，该控制方法能根据患者的活动水平调整目标流量；为防止胃肠道出血，引入脉压控制；利用预测pi控制器(ppi)减少血泵-心血管系统时滞的影响并提高系统的动态响应。
2、本发明的实现具体通过以下几个步骤：
3、步骤一，由状态判断安全模块判定血泵是否处于既不发生抽吸也不发生反流的安全工况，若不是则进行抽吸或反流控制，若是则进行脉动流生理控制；步骤二，获取患者心率hr、平均主动脉压map和脉压pp，根据公式计算得到外周阻力rs；步骤三，将hr和rs输入主动脉流量神经网络模型得到患者所需主动脉参考流量qr；步骤四，人为设定一个健康范围内的脉压参考值ppr，使用两个预测pi控制器(ppi)结合ecg信号共同合成与心动周期同频同步的方波转速，跟踪期望qr以及ppr，为患者提供与活动水平相符的血液灌注并提高血液脉动性。
4、进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：
5、步骤1.1，将获取的泵转速ω经过滤波器除噪并提取一个心动周期的平均泵流量q、最大泵流量qmax和最小泵流量qmin作为状态判断安全模块的输入；
6、步骤1.2，根据泵流量特征信号判断血泵是否发生所述异常工况，若是，则通过降低或增加血泵的基线转速进行抽吸或反流控制，进入安全工况后则进行脉动流生理控制，若不是，则直接进行脉动流生理控制。
7、进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：
8、步骤2.1，在与左心室连接的lvad的出口套管中嵌入压力传感器用来实时检测主动脉压力aop，将获取的aop同样经过滤波器除噪并提取一个心动周期的平均主动脉压map以及脉压pp；
9、步骤2.2，获取患者心率hr，通过已获得的生理参数根据starling公式估计外周阻力rs：
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11、进一步地，所述步骤3通过收集hr和rs关于主动脉流量的数据集经神经网络训练出能反映患者不同hr和rs下所需的主动脉流量qr。
12、进一步地，所述主动脉流量模型为双输入单输出的神经网络模型，满足在线训练功能。
13、进一步地，所述步骤4具体过程如下：
14、当血泵处于安全工况时，使用两个ppi控制器分别控制方波转速的基线转速ω0以及幅值a，占空比d由ecg信号通过提取的特征波确定。其中一个ppi控制器的输入为主动脉流量神经网络模型的输出qr与估计的实际流量q间的误差，另一个ppi控制器的输入为预设的脉压ppr与估计的实际脉压pp间的误差。合成的方波转速与心动周期同频同步，能根据患者的活动水平调整主动脉血液灌注、提高血液脉动性。
15、进一步地，所述方波合成具体过程为：
16、心电信号的特征波包括p波、qrs波和t波，两个r波间的时间间隔为心动周期也即方波转速的周期t，r波到t波的时间间隔为心室收缩期，其占一个心动周期的比值即为方波转速的占空比d，具体合成方式如下：
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18、进一步地，所述ppi控制器的输入输出关系式如下：
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20、上式中，k1、k2为对象增益，ti1、ti2为时间常数，l1、l2为滞后时间，λ1、λ2为反映系统响应速度的可调参数。
21、本发明的有益效果是：
22、与现有的控制方法相比，本发明的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法优点如下：为使得到的主动脉参考流量能更精确地反映患者实际所需，本发明将代表人体活动水平的两种参数心率hr和外周阻力rs均引入网络模型，通过训练后的网络模型能根据患者的实时hr和rs给出相应的参考值qr，摒除了现有生理控制器人为设定参考值的弊端；状态判断安全模块的引入让控制器之间有序执行，不相冲突；预测pi控制器计算量小，但兼具了预测控制器和pi控制器的优点，其预测机制能通过预测控制对象未来的行为来调整控制动作，有效减少时滞的影响，提高系统的动态响应。
1.一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述步骤3通过收集hr和rs关于主动脉流量的数据集经神经网络训练出能反映患者不同hr和rs下所需的主动脉流量qr。
5.根据权利要求4所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述主动脉流量模型为双输入单输出的神经网络模型，满足在线训练功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述步骤4具体过程为：
7.根据权利要求6所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述方波转速具体合成过程为：
8.根据权利要求6所述的一种基于左心室辅助装置的自适应脉动流生理控制方法，其特征在于，所述ppi控制器的输入输出关系式如下：
