基于主动转速调制的旋转血泵生理自适应控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51505455
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    黄峰
  • 依托单位：
    中国计量大学
  • 学科分类：
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

With the success of rotary blood pumps in the clinical application, the issue about the missing of physiological adaptive control of them is becoming more and more highlighted. The project starts from the hemodynamic study of the blood circulatory system, and then establishes the integrated mathematical model of the blood circulatory system, reveals the effect of different speed modulation methods of rotary blood pumps on the perfusion of blood circulatory system, seeks out the optimization of the pump speed modulation waveform and modulation method; researches the physiological adaptive robust control method of rotary blood pumps based on the active speed modulation and noninvasive dynamic parameter estimation, establishes the multi-objective hierarchical control system and machine learning system of rotary blood pumps, forms the physiological adaptive control design system of rotary blood pumps; completes the numerical simulation validation of the proposed physiological adaptive control of rotary blood pumps based on the model of the blood circulation system; establishes the pulsatile mock circulatory system with the physiological feedback regulation mechanism of blood circulation, carries out the in vitro experimental verification of the physiological adaptive control of rotary blood pumps. The researches of this project will provide guidance on the physiological control design of rotary blood pumps, and realize the intelligence of the pumps, and thus improve the quality of daily life of the patients with rotary blood pump implanted.
随着旋转血泵在临床应用上的成功，旋转血泵生理自适应控制缺失的问题日益突显。本项目从血液循环系统血流动力学出发，建立完整的血液循环系统数学模型，揭示旋转血泵不同转速调制方法对血液循环系统的作用规律，搜寻最优化的血泵转速调制波形和调制方法；研究基于主动转速调制和无创动态参数估计的旋转血泵生理自适应鲁棒控制方法，建立旋转血泵多目标分层控制系统和机器学习系统，形成旋转血泵生理自适应控制设计体系；基于血液循环系统模型完成旋转血泵生理自适应控制的数值模拟验证；建立具有生理反馈调节机制的脉动式体外模拟循环系统，并在此基础上开展旋转血泵生理自适应控制的体外实验验证。本项目的研究对设计和开发旋转血泵生理自适应控制策略，实现旋转血泵的智能化，提高血泵植入者的生活质量具有重要的科学和社会意义。

结项摘要

随着旋转血泵在临床上的成功应用，旋转血泵生理控制缺失的问题日益突显。本项目建立了包含体循环和肺循环的血液循环系统数学模型和肺部气体交换模型，形成了完整的心肺循环系统模型，并在此基础上揭示了旋转血泵转速调制对循环系统血流动力学以及肺部气体交换的影响规律；研究了基于主动脉压力和反向传播神经网络的旋转血泵多生理状态自适应控制器，并探索了以肺气体交换为目标的旋转血泵控制新方法，建立了无模型预测控制器以保证肺部充分的氧气气体交换，提出了多层级多目标的旋转血泵生理控制系统；建立了基于“硬件在环”和“半实物仿真”概念的混合式体外模拟循环系统，提出了循环系统血管参数的估计方法，实现了正常和心衰多种生理状况的体外模拟；在心肺循环系统模型和体外模拟循环系统中验证了提出的旋转血泵生理控制方法。本项目的研究对设计和开发旋转血泵生理自适应控制策略，提高血泵植入者的生活质量具有重要的科学和社会意义。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（3）
Preliminary evaluation of a predictive controller for a rotary blood pump based on pulmonary oxygen gas exchange
基于肺氧气交换的旋转血泵预测控制器的初步评估
  • DOI：
    10.1177/0954411918823035
  • 发表时间：
    2019-02-01
  • 期刊：
    PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART H-JOURNAL OF ENGINEERING IN MEDICINE
  • 影响因子：
    1.8
  • 作者：
    Huang, Feng;Gou, Zhe;Fu, Yang
  • 通讯作者：
    Fu, Yang
Effects on the pulmonary hemodynamics and gas exchange with a speed modulated right ventricular assist rotary blood pump: a numerical study.
调速右心室辅助旋转血泵对肺血流动力学和气体交换的影响：数值研究
  • DOI：
    10.1186/s12938-018-0591-4
  • 发表时间：
    2018-10-20
  • 期刊：
    Biomedical engineering online
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Huang F;Gou Z;Fu Y;Ruan X
  • 通讯作者：
    Ruan X
Effects of membrane reference state on shape memory of a red blood cell
膜参考状态对红细胞形状记忆的影响
  • DOI：
    10.1080/10255842.2018.1564820
  • 发表时间：
    2019-02
  • 期刊：
    Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Zhe Gou;Xiaodong Ruan;Feng Huang;Xin Fu
  • 通讯作者：
    Xin Fu
模拟血液循环回路发展综述
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    生物医学工程研究
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄峰;朱卓玲
  • 通讯作者：
    朱卓玲
Evaluation of the hemolysis and fluid dynamics of a ventricular assist device under the pulsatile flow condition
脉动流条件下心室辅助装置的溶血和流体动力学评估
  • DOI：
    10.1007/s42241-018-0154-y
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF HYDRODYNAMICS
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Li, Huan;Gou, Zhe;Fu, Xin
  • 通讯作者：
    Fu, Xin

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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