一种泌尿外科用智能给药泵的个体化剂量动态调控方法

本发明涉及医疗器械电控制，尤其涉及一种泌尿外科用智能给药泵的个体化剂量动态调控方法。

背景技术：

1、在医疗器械电控制技术领域，泌尿外科相关液体输送设备通常包括储液组件、管路组件、泵送执行机构、阀门组件以及相应的控制单元。该类设备在使用过程中，一般由控制单元根据预设流速、预设输出体积或预设时间参数，控制泵送执行机构和阀门组件运行，从而使液体经输出管路按照设定方式输出。对于需要与膀胱状态相关联的液体输送场景，现有技术中也存在通过压力传感器采集膀胱压力，并根据膀胱压力阈值控制灌注组件或排尿组件开闭的方案。

2、例如，公开号为cn102715898a的发明专利申请公开了一种膀胱功能恢复装置，该装置包括灌注装置、排尿装置、膀胱压力采集单元和中央处理单元，其中灌注装置用于将液体介质灌注至膀胱，排尿装置用于将膀胱中的液体介质排出，膀胱压力采集单元用于实时采集膀胱压力，中央处理单元用于将膀胱压力与最大预设压力和最小预设压力进行比较，并根据比较结果控制相应控制组件的开启或关闭。该类方案能够使泌尿系统液体输入或排出过程不完全依赖人工定时操作，而是引入膀胱压力作为控制依据。

3、但是，上述现有技术主要基于单一膀胱压力参数进行阈值比较，并据此执行灌注或排尿通路的开启、关闭控制。对于泌尿外科用给药泵而言，其控制对象不仅涉及泵送执行机构和输液阀门的启停，还涉及输出管路中的药液输出流速、单周期输出体积以及泵体运行状态。若控制器仅依据单一压力阈值或人工预设参数进行控制，难以反映尿液流量、尿液ph值等患者侧泌尿系统参数的变化，也难以反映管路压力、输出流量偏差等泵体侧输出状态的变化。

4、同时，常规给药泵多按照预设参数执行恒速或恒量输出，其控制逻辑通常停留在目标流速或目标体积的设定与执行层面。当输出管路出现压力异常、输出流量偏离目标值或者膀胱压力处于受限状态时，控制器难以及时将患者侧泌尿系统参数与泵体侧输出状态进行关联判断，也难以针对不同运行状态对电机驱动频率、驱动脉冲数、输液阀门开度等电控制信号进行相应调整。

5、因此，本技术实际要解决的技术问题是：如何将患者侧泌尿系统参数和泵体侧输出状态共同用于泵送执行机构及输液阀门的执行级电控制，以提高给药泵在不同管路状态和泌尿反馈状态下的输出控制精度与运行控制安全性。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种泌尿外科用智能给药泵的个体化剂量动态调控方法。本发明通过采用在同一控制周期内采集患者侧泌尿系统参数和泵体侧输出状态，分别生成泌尿反馈状态和泵体输出状态，并通过预设状态组合表选择正常输出调节模式、限压降流模式或阻滞解除模式，进而生成对应的泵送执行机构及输液阀门执行级电控制信号的技术方案，解决背景技术中给药泵难以将患者侧参数与泵体侧状态共同用于执行级电控制的问题。

2、本发明公开了一种泌尿外科用智能给药泵的个体化剂量动态调控方法，方法由智能给药泵的控制器执行，智能给药泵包括控制器、储液组件、泵送执行机构、输出管路、输液阀门、患者参数采集接口、泵体检测接口和驱动电路，泵送执行机构包括电机，方法包括：

3、预先获取并存储个体化剂量约束数据、正向输出校准数据、反向回撤校准数据、预设状态组合表、预设管路残余体积映射表、预设管路阻滞条件、预设输出不足条件、预设输出恢复条件、预设膀胱压力限制条件、预设正常输出条件和恢复步进序列；

4、在同一控制周期内，通过患者参数采集接口获取膀胱内压数据、尿液流量数据和尿液ph值数据，并通过泵体检测接口获取输出管路的管路压力数据和输出流量检测数据；

5、根据膀胱内压数据、尿液流量数据和尿液ph值数据生成泌尿反馈状态，泌尿反馈状态包括膀胱压力区间标识、尿液流量区间标识和尿液ph区间标识；

6、根据管路压力数据和输出流量检测数据生成泵体输出状态，泵体输出状态包括管路压力区间标识和输出流量偏差标识；

7、调用预设状态组合表，根据泌尿反馈状态和泵体输出状态，从正常输出调节模式、限压降流模式和阻滞解除模式中确定目标控制模式；

8、在正常输出调节模式下，根据个体化剂量约束数据、尿液ph区间标识和正向输出校准数据确定目标药液输出流速和目标单周期输出体积，并生成第一电控制信号，第一电控制信号包括正向电机转向信号、电机驱动频率信号、驱动脉冲数信号和输液阀门开度信号；

9、在限压降流模式下，根据膀胱压力区间标识生成第二电控制信号，第二电控制信号包括电机驱动频率信号和输液阀门开度信号；

10、在阻滞解除模式下，根据管路压力区间标识、输出流量偏差标识和预设管路残余体积映射表确定反向回撤体积，并按照停止驱动、关闭输液阀门、反向回撤、回撤后复核和恢复序列输出的顺序生成第三电控制信号，第三电控制信号包括反向电机转向信号、驱动脉冲数信号、输液阀门控制信号、恢复用电机驱动频率信号和恢复用输液阀门开度信号；将第一电控制信号、第二电控制信号或第三电控制信号经驱动电路发送至泵送执行机构和输液阀门，以控制输出管路的药液输出量或输出管路内的药液回撤量。

11、控制器在同一控制周期内为膀胱内压数据、尿液流量数据、尿液ph值数据、管路压力数据和输出流量检测数据分别配置控制周期标识和通道标识；当任一数据缺少对应的控制周期标识或通道标识时，控制器禁止将目标控制模式确定为正常输出调节模式。

12、膀胱压力区间标识由膀胱内压数据与预设膀胱内压区间匹配得到，尿液流量区间标识由尿液流量数据与预设尿液流量区间匹配得到，尿液ph区间标识由尿液ph值数据与预设ph区间匹配得到。

13、管路压力区间标识由管路压力数据与预设管路压力区间匹配得到，输出流量偏差标识由上一控制周期的目标药液输出流速与当前控制周期的输出流量检测数据匹配得到。

14、预设状态组合表记录膀胱压力区间标识、尿液流量区间标识、尿液ph区间标识、管路压力区间标识、输出流量偏差标识与目标控制模式之间的对应关系；当管路压力区间标识满足预设管路阻滞条件且输出流量偏差标识满足预设输出不足条件时，目标控制模式被确定为阻滞解除模式。

15、当膀胱压力区间标识满足预设膀胱压力限制条件，且管路压力区间标识不满足预设管路阻滞条件时，目标控制模式被确定为限压降流模式；当膀胱压力区间标识、尿液流量区间标识、尿液ph区间标识、管路压力区间标识和输出流量偏差标识的组合关系满足预设正常输出条件时，目标控制模式被确定为正常输出调节模式。

16、在正常输出调节模式下，控制器从个体化剂量约束数据中读取基础输出流速、单周期输出体积上限、单位时间输出体积上限和尿液ph区间调节表，根据基础输出流速、尿液ph区间标识、尿液ph区间调节表和正向输出校准数据确定目标药液输出流速，根据目标药液输出流速和当前控制周期的周期时长确定目标单周期输出体积，并根据单周期输出体积上限和单位时间输出体积上限对目标单周期输出体积进行限制。

17、当当前控制周期的尿液ph区间标识相对于上一控制周期的尿液ph区间标识发生变化，且膀胱压力区间标识不满足预设膀胱压力限制条件时，控制器根据预先获取的预设流速变化上限限制目标药液输出流速相对于上一控制周期的目标药液输出流速的变化量；当尿液ph区间标识发生变化且膀胱压力区间标识满足预设膀胱压力限制条件时，控制器将目标控制模式确定为限压降流模式。

18、在限压降流模式下，控制器根据膀胱压力区间标识读取对应的降流系数，根据上一控制周期的目标药液输出流速和降流系数确定当前控制周期的目标药液输出流速，并将第二电控制信号中的电机驱动频率信号和输液阀门开度信号同步降低至与当前控制周期的目标药液输出流速对应的值。

19、在限压降流模式连续维持达到预先配置的预设维持周期数后，若膀胱压力区间标识仍满足预设膀胱压力限制条件，则控制器将当前控制周期的目标药液输出流速设置为零，并向泵送执行机构发送停止驱动信号，向输液阀门发送关闭信号。

20、个体化剂量约束数据包括单周期回撤体积上限；在阻滞解除模式下，控制器根据管路压力区间标识和输出流量偏差标识读取预设管路残余体积映射表中的候选回撤体积，并根据单周期回撤体积上限对候选回撤体积进行限制，得到反向回撤体积。

21、控制器根据反向回撤校准数据将反向回撤体积转换为反向驱动脉冲数，并根据反向驱动脉冲数生成第三电控制信号中的驱动脉冲数信号；其中，反向回撤校准数据不同于正向输出校准数据。

22、回撤后复核包括：在完成反向回撤后，控制器重新获取管路压力数据和输出流量检测数据；当重新获取的管路压力数据不满足预设管路阻滞条件，且重新获取的输出流量检测数据满足预设输出恢复条件时，控制器退出阻滞解除模式。

23、优选地，恢复序列输出包括：控制器在退出阻滞解除模式后的连续多个控制周期内，按照恢复步进序列依次生成第三电控制信号中的恢复用电机驱动频率信号和恢复用输液阀门开度信号；恢复步进序列中的每一控制周期对应的恢复用电机驱动频率和恢复用输液阀门开度均不大于正常输出调节模式下对应的电机驱动频率和输液阀门开度。

24、优选地，控制器在正常输出调节模式、限压降流模式和阻滞解除模式之间切换时执行模式锁定处理；模式锁定处理包括为当前目标控制模式设置最小维持控制周期数，在最小维持控制周期数内禁止切换至优先级低于当前目标控制模式的控制模式；其中，阻滞解除模式的优先级高于限压降流模式，限压降流模式的优先级高于正常输出调节模式。

25、采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

26、1.本发明通过在同一控制周期内采集膀胱内压数据、尿液流量数据、尿液ph值数据、管路压力数据和输出流量检测数据，并分别生成泌尿反馈状态和泵体输出状态，使患者侧泌尿系统参数与泵体侧输出状态能够共同参与给药泵的执行级电控制，从而避免仅依赖单一压力阈值或人工预设参数进行恒速输出，提高了智能给药泵对不同泌尿反馈状态和管路状态的适配能力。

27、2.本发明通过预设状态组合表将泌尿反馈状态和泵体输出状态映射为正常输出调节模式、限压降流模式或阻滞解除模式，使控制器能够针对不同运行状态生成对应的第一电控制信号、第二电控制信号或第三电控制信号，由此实现泵送执行机构和输液阀门的分模式控制，提高了给药泵运行过程中的控制逻辑稳定性。

28、3.本发明在正常输出调节模式下，根据个体化剂量约束数据、尿液ph区间标识和正向输出校准数据确定目标药液输出流速和目标单周期输出体积，并将其转换为电机驱动频率信号、驱动脉冲数信号和输液阀门开度信号，使目标输出参数能够落实到电机和输液阀门的底层电控制，提高了药液输出流速和单周期输出体积的控制精度。

29、4.本发明在限压降流模式下，根据膀胱压力区间标识同步降低电机驱动频率信号和输液阀门开度信号，并在限压降流模式连续维持达到预设维持周期数后执行停止驱动和关闭输液阀门的控制，有利于降低膀胱压力受限状态下的持续输出风险，提高智能给药泵在压力异常状态下的运行控制安全性。

30、5.本发明在阻滞解除模式下，根据管路压力区间标识、输出流量偏差标识和预设管路残余体积映射表确定反向回撤体积，并依次执行停止驱动、关闭输液阀门、反向回撤、回撤后复核和恢复序列输出，使管路阻滞状态能够通过反向驱动脉冲数和恢复用电机驱动频率信号进行闭环处理，降低了管路压力峰值和恢复阶段输出波动，提高了阻滞解除后的输出恢复平稳性。