[发明专利]集成多种传感器的旋转血泵装置及运行状态监测方法

说明书

本发明公开了一种集成多种传感器的旋转血泵装置及运行状态监测方法。包括安装有流量传感器、加速度传感器和电流传感器的旋转血泵。三种传感器的信号经过预处理后并联组合在一起，通过一维卷积网络进行特征提取，最后采用Softmax分类器进行血泵运行状态的监测。本发明可以在旋转血泵植入人体后监测其运行，对血泵正常工作、血泵血液倒流、心室吸空塌陷和泵内血栓堵塞这四种状态进行监测，以保证旋转血泵的安全运行。

技术领域

本发明涉及了生物医学工程领域的一种旋转血泵装置及运行状态监测方法，尤其涉及一种集成多种传感器的旋转血泵装置及运行状态监测方法。

背景技术

旋转血泵是一种高端的医疗器械装备，它是目前人工心脏和心室辅助装置VAD的核心部件，其作用是在心脏不能正常工作的情况下支持人体的血液循环。经过多年的发展，旋转血泵已经进入了临床使用阶段，是目前世界上最新一代，最为主流，应用最广泛的心室辅助装置。

旋转血泵的稳定运行对于临床使用是至关重要的。如果血泵运行状态发生变化，旋转血泵运行在不良工况中，将会对病人的生命造成重大的风险。由于血泵转速、心脏搏动能力和人体运动状态等的改变，可能导致在某些情况下旋转血泵运行在不良的状态下：转速过高导致心室被吸空而产生塌陷；转速过低导致血泵内血液倒流；泵内产生血栓等异物导致血液流动的堵塞等。因此，及时对旋转血泵的正常以及上述不良运行状态进行监测和分类有着重要的作用和意义。

目前，关于旋转血泵运行状态监测的相关专利较少，只有以血泵流量等单一信号经过人工特征提取对血泵倒流或者心室吸空等单一状态进行简单判断的少量方法，并且流量等信号是由外置流量计等测量仪表测得，不适应旋转血泵的植入要求。

发明内容

针对上述的不足，为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种集成多种传感器的旋转血泵装置及运行状态监测方法，在旋转血泵中嵌入多种传感器，全方位测量旋转血泵的相关信号，包括血泵流量、电机电流和血泵运行振动加速度，并采用人工智能方法，由卷积神经网络自动提取特征的方法对旋转血泵的多种运行状态进行自动监测。

本发明采用以下技术方案：

一、一种集成多种传感器的旋转血泵运行状态监测装置：

装置采用安装有流量传感器、加速度传感器和电流传感器的旋转血泵；所述流量传感器设置在旋转血泵的出口管，所述加速度传感器设置在旋转血泵的底部，所述电流传感器设置在旋转血泵的控制器中；使得旋转血泵根据流量传感器、加速度传感器和电流传感器获得的信号判断旋转血泵的运行状态。

所述流量传感器为非接触式超声波流量传感器；所述加速度传感器为压电式加速度传感器；所述电流传感器是在旋转血泵的控制器中集成的。

所述流量传感器、加速度传感器和电流传感器在同一时间轴进行信号同步采集并存储。

二、一种集成多种传感器的旋转血泵运行状态监测方法：

所述监测方法的监测过程具体为：

1.1)采集临床实验测量的旋转血泵分别在四种运行状态下的流量信号、轴向加速度信号、径向加速度信号及电流信号，将采集到的四种运行状态下的流量信号、轴向加速度信号、径向加速度信号和电流信号作为训练集；

1.2)分别对训练集中所有的流量信号、轴向加速度信号、径向加速度信号及电流信号进行滤波预处理；

1.3)对滤波预处理后的不同种运行状态下的流量信号、轴向加速度信号、径向加速度信号及电流信号分别进行优化获得不同种运行状态下的N*4的信号组合数据矩阵；

1.4)将所有N*4的信号组合数据矩阵依次输入一维卷积神经网络进行特征提取分别获得不同种运行状态的一维向量；