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基于脉搏信号的人工血泵控制系统研究

基于脉搏信号的人工血泵控制系统研究

作者：谢恒佛山科学技术学院

学位级别：硕士

在外科医疗手术过程中,尤其是心脏手术或面对心衰患者时,都需要依赖体外血液循环设备进行辅助供血,而人工血泵正是该设备的核心模块。常规的人工血泵控制模式大多采用恒定转速模式,使得体外输血灌注过程呈连续平流状态,但是鉴于人身体... 详细信息

在外科医疗手术过程中,尤其是心脏手术或面对心衰患者时,都需要依赖体外血液循环设备进行辅助供血,而人工血泵正是该设备的核心模块。常规的人工血泵控制模式大多采用恒定转速模式,使得体外输血灌注过程呈连续平流状态,但是鉴于人身体内的血液循环是靠心脏泵动产生的搏动性来供血的特点,且各患者的心脏泵血特征各不相同,导致市场上的人工血泵不能很好地模拟患者本人的心脏泵血过程,无法精准匹配患者生理及临床手术对供血的需求,给外科临床手术带来一定的风险。本文以解决人工血泵无法根据患者自适应控制问题为目标,通过研究人体心脏泵血机理与脉搏波特征理论,提出一种利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法对脉搏特征进行分析的控制系统,构建血泵控制模型,实现对人工血泵的控制,并搭建人工血泵实验平台开展相应的实验研究,具体的工作包括:首先,一方面对心脏结构及泵血机理进行相关研究,构建血泵控制模型,另一方面分析脉搏波信号特征以及脉搏信号检测原理。在此基础上,针对脉搏信号的低频易干扰问题,利用低通滤波器和运算放大器设计脉搏信号采集模块,从而提高采集的脉搏信号准确性,为后续开展脉搏信号分析和构建更精确的泵血控制模型奠定基础。其次,鉴于人工血泵控制模式缺陷及脉搏信号特征特点,本文提出了一种基于EMD的改进算法,本文提出的改进算法有效解决了传统EMD算法缺陷所导致的模态混叠与端点效应问题,利用叠加正负白噪声与融合二阶差分波峰波谷算法来分解成多个可表征的简谐波子分量,从而提高信号分析系统的准确性和实时性。仿真实验结果表明,改进后的EMD算法有效可靠,其分解后的重构信号与原始信号的相关系数为0.997,与传统EMD算法相比,误差值缩小24%左右,并且分析结果稳定,相关系数的误差范围缩小。最后,结合改进后的算法,设计自适应人工血泵实验平台,包括改进优化血泵控制模型、实验硬件系统设计和控制软件设计三部分内容。实验硬件系统以ARM系列单片机为控制中心,根据脉搏采集方法选用光电脉搏传感器,以及采用可调速水泵来模拟血泵泵血。再通过C#与Matlab混合编程,设计上位机,调用改进算法分析信号,将分析处理后获取的特征数据驱动控制水泵,并融合多传感器,实现脉搏信号与水泵流量输出实时显示,对系统工作过程进行数据监测。最终通过多组实验分析对比,验证了本文设计的基于脉搏分析的人工血泵控制系统可行,为后续开展自适应人工血泵的研究奠定前期基础。

关键词：人工血泵脉搏特征 EMD算法嵌入式系统

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人工血泵中的疲劳问题

国外医学.生物医学工程分册 1979年第3期 42-45页

作者：杨乃中

在长时间的动物试验中,人工血泵的耐久性是头等重要的。因为这方面的故障会使实验立即终止。气动血泵中最关键的部件是它的隔膜及瓣膜。心脏瓣膜在临床上已广泛试用,而选择适宜的人工心脏隔膜材料,在世界范围内仍然是一个未解决的问题... 详细信息

在长时间的动物试验中,人工血泵的耐久性是头等重要的。因为这方面的故障会使实验立即终止。气动血泵中最关键的部件是它的隔膜及瓣膜。心脏瓣膜在临床上已广泛试用,而选择适宜的人工心脏隔膜材料,在世界范围内仍然是一个未解决的问题。血液相容性、高水平的机械强度、尤其是在动态交变应力下的耐疲劳特性是对隔膜材料最基本的要求。而隔膜的设计及其加工制作技术也对这些性质有强烈影响。

关键词：隔膜材料耐疲劳交变应力人工血泵溶液粘度

永磁电机及其控制在人工血泵领域中的发展与应用

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现代制造技术与装备 2021年第6期57卷 152-153页

作者：孙建国王洪飞张伟峰包头长安永磁电机有限公司包头014030

心脑血管疾病已经是我国现在威胁老年人生命的最主要疾病。人工血泵技术是当前心脑血管疾病治疗领域的成就之一,其中永磁电机是整个人工血泵能够稳定持续工作的最核心部分。因此,探究永磁电机在人工血泵领域的具体应用和发展具有重要的... 详细信息

心脑血管疾病已经是我国现在威胁老年人生命的最主要疾病。人工血泵技术是当前心脑血管疾病治疗领域的成就之一,其中永磁电机是整个人工血泵能够稳定持续工作的最核心部分。因此,探究永磁电机在人工血泵领域的具体应用和发展具有重要的现实意义。

关键词：人工血泵永磁电机心脑血管疾病

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液力悬浮式人工血泵研究

液力悬浮式人工血泵研究

中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议

作者：阮晓东林哲邹俊傅新杨华勇浙江大学流体传动及控制国家重点试验室

人工血泵是治疗心脏衰竭疾病的有效装置之一。本文论述了血泵的发展历程及其特点,针对血泵的血液相容性、运转稳定性以及长期植入等需求,开展了液力悬浮式血泵的研究。对液力悬浮结构、泵水力性能、泵进出口关键部件以及泵的密封等部件... 详细信息

人工血泵是治疗心脏衰竭疾病的有效装置之一。本文论述了血泵的发展历程及其特点,针对血泵的血液相容性、运转稳定性以及长期植入等需求,开展了液力悬浮式血泵的研究。对液力悬浮结构、泵水力性能、泵进出口关键部件以及泵的密封等部件进行设计,并提出了液力悬浮式血泵需解决的关键问题。

关键词：人工血泵液力悬浮设计

来源： cnki会议评论

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探讨血小板计数在血泵离体实验中的意义

生物医学工程学杂志 2002年第2期19卷 297-299页

作者：徐世伟陈芳陈如坤丁铭君浙江大学医学院附属第二医院心胸外科杭州310009

为了探讨血小板计数在血泵离体实验中的意义。我们用两种滚压泵分成两组 ,作 5对 16小时离体长时间转流实验。血样本为转前作对照组、转流 4 h后每隔 2 h抽 1次。测定项目 :血小板计数、游离血红蛋白。结果两组血小板计数值均随转流时... 详细信息

为了探讨血小板计数在血泵离体实验中的意义。我们用两种滚压泵分成两组 ,作 5对 16小时离体长时间转流实验。血样本为转前作对照组、转流 4 h后每隔 2 h抽 1次。测定项目 :血小板计数、游离血红蛋白。结果两组血小板计数值均随转流时间延长而呈线性逐渐增加 ,各时点值与前时点比 P血泵离体转流实验中 ,血小板计数可反映血细胞碎片的数量 ,因此可以作为一项评价血泵离体溶血性能的客观指标。

关键词：血小板计数血泵离体实验人工血泵溶血

全人工心脏和循环辅助装置做为心脏移植的过渡

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国际生物医学工程杂志 1990年第1期28卷 34-38页

作者： Rokitansky A 李津荣

虽然早在1895年Jacobi就试验了以血液灌流离体器官,但人工血泵的研制则始于50年前。1930年Gibbs介绍了一种由两支血泵及四个人工心瓣组成的人工心脏。用此装置成功地与动物心脏旁路相接进行灌流。美国克利夫兰Kolff研究小组所研制的人... 详细信息

虽然早在1895年Jacobi就试验了以血液灌流离体器官,但人工血泵的研制则始于50年前。1930年Gibbs介绍了一种由两支血泵及四个人工心瓣组成的人工心脏。用此装置成功地与动物心脏旁路相接进行灌流。美国克利夫兰Kolff研究小组所研制的人工血泵植入动物首先获得成功。1958年狗体灌流成功,1965年Nose报道了一例小牛试验,存活31小时。20年之后。

关键词：心脏移植人工血泵全人工心脏辅助装置动物心脏克利夫兰离体器官急性心衰排异反应瓣膜损坏

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生物材料的钙化

国外医学.生物医学工程分册 1988年第5期 378-379页

作者：刘青

一般来说,生物体内产生的病理性钙化有两种,一种为转移性钙化,另一种为营养不良性钙化。转移性钙化是由于组织中钙含量的增高而产生的。植入人工心脏的患者,一般其组织内的钙含量都是正常的,也就是说不会有转移性钙化产生,所以在血泵上... 详细信息

一般来说,生物体内产生的病理性钙化有两种,一种为转移性钙化,另一种为营养不良性钙化。转移性钙化是由于组织中钙含量的增高而产生的。植入人工心脏的患者,一般其组织内的钙含量都是正常的,也就是说不会有转移性钙化产生,所以在血泵上形成的钙化一定是营养不良性钙化。 1979年我们曾讨论过在人工血泵中可能形成钙化的原因。在人工血钙中观察到的钙化与其它营养不良性钙化几乎完全一样。在所有的人工血泵中皆可观察到有钙化的发

关键词：生物瓣生物材料转移性钙化营养不良性钙化人工血泵人工心脏人工器官血小板

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医用电子技术与设备

电子科技文摘 2002年第8期 138-141页

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国外医用高分子进展(一)

国际生物医学工程杂志 1979年第1期 30-34页

作者：童衍传天津合成材料研究所医用高分子研究组

一、前言医用高分子是生物医学工程中的一个重要内容。从材料角度说,合成材料,特别是高分子材料在各个领域内越来越广泛的应用是近廿年来科学技术迅速发展的标志之一,高分子材料在医学上的应用也不例外。由于现代医学的发展,对高分子材... 详细信息

一、前言医用高分子是生物医学工程中的一个重要内容。从材料角度说,合成材料,特别是高分子材料在各个领域内越来越广泛的应用是近廿年来科学技术迅速发展的标志之一,高分子材料在医学上的应用也不例外。由于现代医学的发展,对高分子材料不断提出各种要求和希望;也由于合成高分子材料科学与工业的发展,才有可能逐渐向医学领域提供

关键词：人工心脏硅橡胶美国人工器官电工橡胶美利坚合众国北美洲心脏辅助装置高分子材料高聚物非金属材料 IABP 供心人工血泵