一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测系统的制作方法

本技术涉及医疗器械，特别是涉及一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测系统、方法及电子设备。

背景技术：

1、终末期心力衰竭患者即使接受药物治疗，也可能出现持续低心排量、反复住院或器官灌注不足等情况。心脏移植虽是终末期心力衰竭的根治手段，但供体心脏有限，左心室辅助装置（lvad）由此成为实现心肌恢复或长期循环支持的重要手段。

2、lvad运行受泵体结构、血液特性、心脏负荷等多因素影响。当lvad运行功率与患者心功能状态不匹配时，可能引发血栓、吸壁事件、血流动力学异常等问题，进而导致溶血、循环支持不足甚至泵失效。因此，在lvad植入后，需要对心肌的代谢状态和负荷状态进行检测，为lvad运行状态的调整提供依据。

3、然而，现有监测手段主要依赖泵电机功率、流量估算等间接参数，或血液学指标、超声心动图等体外检查，无法直接反映心肌的代谢状态以及lvad功率与心肌需求之间的供需关系，早期的泵相关异常或循环异常难以被及时发现，临床也难以实时获取心肌深层的代谢指标。

4、光纤传感技术具有微型化、高灵敏度、抗电磁干扰和多参数探测等特点，为心肌代谢物的植入式原位检测提供了可能。但现有光纤传感方案多在体外溶液、体外循环系统或离体心脏模型中验证，难以适应心肌连续收缩、血流脉动和组织变形的体内动态环境，长期植入易出现敏感层脱落、光路变化和信号漂移；并且，体内检测信号受到组织散射、血流脉动、心肌收缩等多因素干扰，目标代谢物的光学响应容易被背景噪声覆盖，现有技术缺乏在真实心肌环境下对代谢物信号与背景噪声进行定量分离的有效手段。

5、因此，如何实现心肌深层代谢物的实时、连续、原位检测，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测系统、方法及电子设备，以实现心肌深层代谢物的实时、连续、原位检测，为左心室辅助装置运行状态的调整提供直接反映心肌代谢状态的依据。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测系统，包括：左心室辅助装置流入道主体；集成于所述左心室辅助装置流入道主体侧壁的参考光纤模块、乳酸检测模块和nad(p)h检测模块，所述参考光纤模块、所述乳酸检测模块和所述nad(p)h检测模块的光纤传感探头分别植入心肌组织内；信号处理单元，与所述参考光纤模块、所述乳酸检测模块和所述nad(p)h检测模块电连接；其中，所述乳酸检测模块的检测光路的预设区域设置有spr金属镀层和乳酸敏感层；所述nad(p)h检测模块用于向心肌组织发射激发光，并收集心肌组织内nad(p)h受激发产生的荧光；所述信号处理单元被配置为：基于所述参考光纤模块的参考光路信号中的心动分量，确定各心搏的舒张期低运动时刻，并形成检测窗口；在所述检测窗口内提取乳酸通道主要检测量和nad(p)h通道主要检测量，其中，所述乳酸通道主要检测量基于spr共振波长偏移量确定，所述nad(p)h通道主要检测量基于归一化荧光信号确定；利用所述参考光路信号的超高频干扰分量，对所述乳酸通道主要检测量和所述nad(p)h通道主要检测量进行机械补偿；将机械补偿后的乳酸通道光学量转换为乳酸浓度，并将机械补偿后的nad(p)h通道光学量转换为nad(p)h相对代谢指数输出。

4、在一实施方式中，所述参考光纤模块、所述乳酸检测模块和所述nad(p)h检测模块分别经医用聚氨酯材料整体浇筑封装成形，并对应嵌设于所述左心室辅助装置流入道主体侧壁上的安装槽内；各模块的电连接线由模块下方引出，沿所述左心室辅助装置流入道主体的内壁与外壁之间形成的走线空腔布置，并与左心室辅助装置泵体的电连接线共同经皮下通道引出体外；所述信号处理单元设置于体外，与引出体外的所述电连接线连接。

5、在一实施方式中，所述光纤传感探头自所述左心室辅助装置流入道主体（100）的侧壁向外延伸，并沿心室壁切向或近似切向埋置于心肌组织内。

6、在一实施方式中，所述参考光纤模块包括广谱光微型led光源、参考光纤发射光纤、黑色peek挡光板、参考光纤收集光纤和光电二极管，所述黑色peek挡光板设置于发射区域与收集区域之间；所述乳酸检测模块包括以730nm为中心波长的宽光谱微型led光源、spr镀层乳酸检测发射光纤、黑色peek挡光板、spr镀层乳酸检测收集光纤和光谱分辨光电转换单元，所述光谱分辨光电转换单元包括微型分光元件和高敏光电探测器阵列，所述微型分光元件用于对所述spr镀层乳酸检测收集光纤输出的不同波长光信号进行空间分离，所述高敏光电探测器阵列用于将不同波长的光信号分别转换为电信号，以获得spr透射光谱；所述nad(p)h检测模块包括350nm波长微型led光源、nad(p)h发射光纤、黑色peek挡光板、nad(p)h激发光收集光纤、400nm滤光片和高敏光电二极管，所述400nm滤光片设置于所述nad(p)h激发光收集光纤与所述高敏光电二极管之间。

7、第二方面，本技术提供了一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测方法，包括：获取参考光路信号、乳酸通道信号和nad(p)h通道信号，其中，所述乳酸通道信号由检测光路预设区域设置有spr金属镀层和乳酸敏感层的乳酸检测模块采集，所述nad(p)h通道信号基于心肌组织内nad(p)h受激发产生的荧光采集；基于所述参考光路信号中的心动分量，确定各心搏的舒张期低运动时刻，并形成检测窗口；在所述检测窗口内提取乳酸通道主要检测量和nad(p)h通道主要检测量，其中，所述乳酸通道主要检测量基于spr共振波长偏移量确定，所述nad(p)h通道主要检测量基于归一化荧光信号确定；利用所述参考光路信号的超高频干扰分量，对所述乳酸通道主要检测量和所述nad(p)h通道主要检测量进行机械补偿；将机械补偿后的乳酸通道光学量转换为乳酸浓度，并将机械补偿后的nad(p)h通道光学量转换为nad(p)h相对代谢指数输出。

8、在一实施方式中，获取所述参考光路信号、所述乳酸通道信号和所述nad(p)h通道信号，包括：对各通道光源时隙内的信号执行开灯平均值减关灯平均值的差分处理；所述nad(p)h通道主要检测量基于归一化荧光信号确定，包括：将荧光信号与同一检测窗口内的参考光路信号求归一化比值，在患者状态稳定阶段建立所述归一化比值的患者个体化基线，以所述归一化比值相对于所述患者个体化基线的变化量作为所述nad(p)h通道主要检测量。

9、在一实施方式中，方法还包括：对机械补偿后的主要检测量进行慢漂移补偿，所述慢漂移补偿按照下式进行：；上式中，为慢漂移补偿后第c通道第k个心搏的主要检测量，为机械补偿后第c通道第k个心搏的主要检测量，为第c通道的预设慢漂移系数，为第k个心搏对应检测窗口内的参考光路慢变化分量，。

10、在一实施方式中，所述基于所述参考光路信号中的心动分量，确定各心搏的舒张期低运动时刻，包括：术中同步记录心电、心导管和超声中的至少一种，确定参考特征至目标低运动时刻的患者个体化延迟；在线识别第k个心搏的参考特征，根据所述参考特征的出现时刻与所述患者个体化延迟，预测所述第k个心搏的舒张期低运动时刻；计算当前心搏的心动分量与预设心动模板的相关性，当所述相关性满足预设条件时，判定对应的检测窗口门控通过；其中，所述乳酸通道与所述nad(p)h通道在同一门控通过的检测窗口内分时采集；当所述检测窗口不足以容纳两个通道的完整光源开关周期时，所述乳酸通道与所述nad(p)h通道在相邻的门控通过的心搏中交替采集。

11、在一实施方式中，所述乳酸通道主要检测量基于spr共振波长偏移量确定，包括：对所述检测窗口内感光阵列各像素的信号求平均并进行归一化，获得校正后的阵列光谱；在预设spr搜索波段内确定所述阵列光谱中光谱值最低的整数像素；在所述整数像素附近进行局部二次曲线拟合，拟合式为：；根据拟合得到的二次曲线计算亚像素共振位置：；其中，为第k个心搏的拟合光谱值，p为像素位置，、、为第k个心搏二次曲线拟合得到的系数，为第k个心搏的亚像素共振位置；根据预设像素-波长标定函数将所述亚像素共振位置转换为spr共振波长，并计算所述spr共振波长相对于基准共振波长的偏移量。

12、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的左心室辅助装置心肌代谢产物检测方法。

13、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

14、本技术提供了一种左心室辅助装置心肌代谢产物检测系统、方法及电子设备，通过将参考光纤模块、乳酸检测模块和nad(p)h检测模块集成于左心室辅助装置流入道主体侧壁，各模块的光纤传感探头植入心肌组织内，能够对患者心肌深层的乳酸和nad(p)h进行实时、连续、原位检测；同时，信号处理单元基于参考光路信号中的心动分量对各心搏进行舒张期低运动门控，并利用参考光路信号的超高频干扰分量对两通道主要检测量进行机械补偿，在心肌收缩、泵体振动、血流脉动并存的体内环境中实现了代谢物光学信号与背景噪声的定量分离。与依赖泵电机功率、流量估算等间接参数或血液学指标、超声心动图等体外检查的现有监测手段相比，本技术能够直接获取反映心肌代谢状态的检测数据，为左心室辅助装置运行状态的调整提供依据，有助于避免辅助不足或过度卸载。