[发明专利]旋转泵和控制旋转泵的方法

说明书

本发明涉及旋转泵和控制旋转泵的方法。

尽管旋转泵生理学控制领域中的研究追溯至上世纪90年代早期， 但是用作左心室辅助装置(LVAD)的旋转血液泵(RBP)起初以恒等 的旋转速度进行操作，该旋转速度根据患者的需要单独调整。早期的 临床经验明确地表明心室塌陷和过度抽吸(excessive suction)是与这 种泵的操作有关的严重危险。

上述旋转血液泵被植入人体。血泵的入口一般可连接于人的左心 室，而泵的出口可在主动脉瓣(AoV)的下游连接于主动脉。

通常需要用作LVAD的RBP产生最大的可能流速。这可能在术后 早期或当严重受损的末端器官功能需要最优灌注(perfusion)时会实 现。已知若干试图通过使泵工作在LV的塌陷点附近来满足这一需求 的方法，在此处，流速尽可能高。另一方面，已知LV的过度去负荷 (unload)可能因隔膜位移而损害右心室的功能。此外，假设LV的自 然流通通道的改变结合因完全的去负荷而导致的极度减小的LV壁移 动引起LV心腔内部的再循环和阻塞。目前，尽管仅有在LV中形成血 栓的轶事式的证据，但是可以认为心房纤维颤动是其中血栓栓塞并发 症为常见问题的相似状况。另外，完全的去负荷对心脏在辅助下可能 进行恢复且可能脱离呼吸器的患者而言是禁忌的。这些事实有力地表 明这样可能更好，即不使RBP一直工作在最大流速，而且也工作在去 负荷仅是部分的、LV容积和LV壁的移动不是最小的并处于LV心腔 的最优可获得洗脱(washout)以及主动脉瓣至少间断打开的点。

本发明的目的是提供一种旋转血泵和控制方法，该控制方法在所 有可想象到的生理学状况下找到并调整最优工作点而无需医师的关 注。工作点可以相对于上述治疗目的是最优的并可分为两种情况：完 全辅助(FA)-AoV关闭但具有充分的安全边界以避免抽吸的最大支 持；以及部分辅助(PA)-在AoV打开与AoV永久关闭之间的过渡 区域的适度支持，并具有近乎于生理学特性的LV容积、更好的LV洗 脱和适度的LV负荷。

通过独立的主权利要求实现该目的。

主权利要求涉及一种旋转泵，尤其是这样的一种旋转血泵，其能 够以旋转速度(n)运转并具有用于直接或间接测量压力差或经过所述 泵的流速的系统，其中，控制系统被设计为计算压力差或流速的搏动 指数(PI)，并且估计PI相对于旋转速度的梯度(GPI＝dPI/dn)并将 所述dPI/dn调节至预先限定的设定点或将泵调节为使得所述GPI为最 小。

另一主要权利要求涉及一种控制选钻旋转血泵的方法，其特征在 于，直接或间接测量压力差或经过所述泵的流速，计算压力差或流速 的搏动指数(PI)，并且估计PI相对于旋转速度(n)的梯度GPI并将 所述dPI/dn调节至预先限定的设定点或将所述泵调节为使得所述GPI 为最小。

这种泵可用于不同的技术领域。可建议将这种旋转血液病植入人 体或动物体中，其中，旋转泵的入口与心脏的左心室连接，泵的出口 在主动脉瓣的下游与主动脉连接。还可以想到将泵作为右心室辅助装 置(RVAD)进行移植，其中泵的入口连接于右心室，而出口在肺动 脉瓣的下游连接于肺动脉。为了简化，以下仅描述LVAD的情况，但 这样并不会将本发明限制于LVAD。

提出了用于是旋转血液泵满足不同的用户可选控制目标的控制策 略：具有最大可行的流速的最大支持相对具有最大心室洗脱和主动脉 瓣的受控打开的适中支持。从压力差计算搏动指数(PI)，其可从通过 泵的磁性轴承测量的轴向推力或其他装置推导出。或者，经过泵的流 速可用作计算PI的基础。可经由在线系统的辨识来估计PI相对于泵 速的梯度(GPI)。串级控制器的外部回路将GPI调节至满足所选择的 控制目标的参考值。内部回路将PI控制到由外部回路所设定的参考 值。可基于GPI估计值检测到负面的泵状态如抽吸和回流，并由控制 器对其进行校正。可将经辅助的循环的集总参数计算机模型用于模拟 心室收缩、肺动脉压力和主动脉压力的变化。可通过在两种控制模式 之间的过渡来表明外部控制回路的性能。可通过静脉回流的阶梯式减 小来测试内部回路的快速响应。对于最大的支持，可以在不引起心室 塌陷的情况下保持低的PI。对于最大的洗脱，泵可以以高的PI工作在 打开的主动脉瓣与永久关闭的主动脉瓣之间的过渡区域中。GPI和PI 的串级控制能够满足不同的控制目标。

本发明的其他方面由从属专利权利要求来要求保护。