膜氧化器的自适应性气体供应系统,使用在线模型识别和控制在常温机 perfusion 机器

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 控制系统 控制系统
• 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 器官 perfusion 技术 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion 器官 perfusion

背景情况:

• 标准热机器输液 (NMP) 需要精确控制氧化器的气体供应,以确保安全性和有效性.
• 现有的控制方法在动态调节氧气水平和防止等离子体泄漏等关键故障方面面临挑战.

研究的目的:

• 为NMP氧化器开发一个新的控制框架,集成实时模型识别和自适应压力控制.
• 为了动态调节血中氧气局部压力 (PaO2),同时防止血泄漏.

主要方法:

• 模拟了氧化器的气体供应系统,使用离散时间自回归模型与外源输入 (ARX).
• 使用忘记因子递归最小方程 (FFRLS) 算法进行在线参数识别和PID控制器的自适应调整.
• 在动物实验中使用原型体外膜氧化 (ECMO) 平台验证了综合控制框架.

主要成果:

• 尽管血压波动,但实现了快速设定点跟踪 (<4秒) 和稳定的跨膜压力控制 (±1 mmHg误差).
• 成功调节PaO2到目标的诺摩西克范围 (90-200毫米度).
• 防止了血泄漏,这种泄漏发生在压力差异过大时.

结论:

• 拟议的自适应控制框架通过防止血泄漏,提高了NMP氧化器的安全性.
• 通过在线模型识别实现PaO2的治疗调节,改善器官活力和氧化器寿命.
• 临床前动物试验证实了更安全,更有效的器官保存的临床潜力.