高精度离体器官恒温灌注仪的研究与应用

发布时间：2017-10-21 08:39

  本文关键词：高精度离体器官恒温灌注仪的研究与应用

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【摘要】：随着医疗手术水平的提升,器官移植由于能够有效治疗终末期器官疾病而获得大力发展,然而庞大的器官需求和有限的器官供给之间矛盾日益突出,并限制了该技术的进一步推广和临床应用,故降低离体器官保存期间的死亡率,延长器官体外保存时间显得尤为重要。本论文研究设计一款高精度离体器官恒温灌注仪,其能够通过机械灌注方式促进离体器官血液流动、补充物质能量,并且对器官的多个重要生理参数(如温度、酸碱度、灌注流速和流动阻力)实施采集检测、分析处理和过程控制,从而模拟人体内环境,进一步通过合理选择血液替代液(如UW液)以最大化地保护缺血组织,延长器官保存时间。所设计的离体器官恒温灌注仪分别利用TSic506温度传感器、霍尔脉冲式传感器、液压传感器和PH电极测量环境温度、灌注流速、流动阻力和酸碱度等生理参数,其测量依据为：A)维持低温能够有效降低器官恶化反应进程,保护其细胞组织;B)控制灌注流速既能冲走代谢废物,又能防止器官水肿;C)流动阻力和酸碱度指标有效表征器官恶化状态。灌注仪软件设计采用DSP和FPGA相结合的方式实现,其中DSP关键技术为：A)利用模糊控制器和Fuzzy-PID控制器相结合以驱动直流变频压缩机实施恒温控制;B)利用改进贝叶斯估计算法融合多路温度数据以降低采集错误率,提升系统可靠性和稳定性；C)医护人员的触摸感应控制。FPGA关键技术为：A)针对上述生理参数的液晶屏显示和阈值报警；B)建立DSP和FPGA的有效通讯连接。此外,灌注仪选用隔温性能良好的ABS树脂作为箱体设计材料,选用安全无毒的硅胶导管作为溶液导管,充分考虑密封性能、传感器和通风口布局等因素对保温效果的影响,并且为满足车载需求,低功耗和小型化也是其设计的主要考虑方面。总体而言,本论文设计的高精度离体器官恒温灌注仪,从器官保存所必须的生理参数角度出发,以DSP和FPGA为核心架构进行设计,测试表明,系统性能稳定可靠,操作简单方便,在满足其保存需求的同时,大大缓解离体器官供需矛盾,在器官移植的临床应用领域具有潜在的应用前景。
【关键词】：离体器官 恒温灌注仪 TSic506温度传感器 模糊控制 Fuzzy-PID 改进贝叶斯估计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景与意义11-12
• 1.2 研究现状综述12-17
• 1.2.1 离体器官灌注系统研究综述12-15
• 1.2.2 智能化参数控制方法综述15-17
• 1.3 应用前景与目前存在的主要问题17-18
• 1.3.1 应用前景17-18
• 1.3.2 目前存在的主要问题18
• 1.4 课题来源、研究内容和论文安排18-20
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 研究内容和论文安排18-20
• 第二章 离体器官灌注系统硬件设计20-49
• 2.1 离体器官灌注系统工作原理20-24
• 2.1.1 装置结构与参数要求20-21
• 2.1.2 电路框架与关键技术21-24
• 2.2 数据采集模块24-35
• 2.2.1 高精度温度测量24-27
• 2.2.2 灌注流速测量27-28
• 2.2.3 灌注阻力测量28-32
• 2.2.4 溶液酸碱度测量32-35
• 2.3 机械传动模块35-44
• 2.3.1 直流变频压缩机驱动控制35-40
• 2.3.2 蠕动泵驱动控制40-44
• 2.4 数据输入和显示模块44-48
• 2.4.1 TFT7液晶屏显示44-47
• 2.4.2 触摸感应开关47-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第三章 离体器官灌注系统软件设计49-77
• 3.1 软件开发环境49-50
• 3.1.1 F2812芯片及CCS开发环境49-50
• 3.1.2 FPGA芯片及Quartus Ⅱ开发环境50
• 3.2 软件总体设计思路50-57
• 3.2.1 主程序流程50-51
• 3.2.2 外围设备接口配置51-52
• 3.2.3 内部资源分配52-53
• 3.2.4 中断控制53-57
• 3.3 DSP关键技术57-68
• 3.3.1 温度数据帧格式读取57-58
• 3.3.2 霍尔脉冲上升沿捕获58-60
• 3.3.3 液压和PH值模数转换60-64
• 3.3.4 压缩机串行帧格式控制64-68
• 3.4 FPGA关键技术68-75
• 3.4.1 液晶屏预处理69-71
• 3.4.2 液晶屏寄存器控制71-73
• 3.4.3 FPGA实现液晶屏显示73-75
• 3.5 本章小结75-77
• 第四章 高精度恒温控制及性能分析77-97
• 4.1 离体器官灌注仪内箱工艺设计77-81
• 4.1.1 材料工艺77-78
• 4.1.2 外形与布局设计78-81
• 4.2 基于改进贝叶斯估计的温度数据融合81-84
• 4.3 基于模糊控制与Fuzzy-PID控制的温度控制算法84-90
• 4.3.1 模糊控制算法85-87
• 4.3.2 Fuzzy-PID控制算法87-90
• 4.4 灌注仪性能分析90-96
• 4.4.1 高精度恒温控制性能分析91-94
• 4.4.2 离体器官恒温灌注仪适用性分析94-96
• 4.5 本章小结96-97
• 第五章 结论与展望97-99
• 5.1 本文工作总结97-98
• 5.2 未来展望98-99
• 致谢99-100
• 参考文献100-113
• 作者在攻读硕士学位期间取得的成果113

【参考文献】

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本文编号：1072343