近年来,心血管疾病的发病率呈逐年攀升的趋势,并且几乎各种不同类型的心血管疾病都会使患者出现左心室功能障碍,最终导致心力衰竭的发生。在全球范围内,心衰患者的数量累计已超过了2000万,并且平均每年约以200万人的速度递增。在对终晚期心衰患者的临床治疗中,心脏移植手术为患者的长期生存提供了可能。但目前由于供体心脏数量有限,因此需要进行心脏移植手术的患者平均需要一年的时间来等待合适的供体,但是终末期心衰病人的平均存活时长只有6个月左右。在过去的10年间,全球仅实现了不到5000例的心脏移植手术。患者在等待供体心脏的过程中,传统的药物治疗具有明显的局限性,而植入旋转式血泵(RBP)可以部分或完全替代自然心脏的泵血功能,减少心脏负荷,协助心脏提供足够的生理灌注以帮助患者度过心脏移植前的等待阶段,甚至可以作为患者心脏的永久性辅助支持设备。RBP作为一种可长期植入到人体内的机械循环支持装置(MCS),通过辅助心室泵血为心衰患者提供循环支持。但植入后若无法根据患者自身生理参数的变化实时调控血泵转速,便难以保证在患者的生理条件转变时仍能为其提供足够的心输出量,甚至还会引发心室抽吸。生理灌注不足会导致患者器官末端血流供应大量减少、心室容积超负荷、肺水肿和组织缺氧等症状;心室抽吸则会造成心室塌陷、泵血流骤停,很容易导致患者出现心肌损伤或室性心律失常等症状,甚至造成病人死亡。以往的抽吸预防和生理控制算法均存在明显的缺点,包括利用了容易造成传感器位置偏移和故障、血泵血栓等现象的不可靠的压力或流量传感器;易受血泵惯性、摩擦力、血液粘度变化影响的不准确的模型参数估计技术、以及无法提供足够心输出量的恒定泵速控制算法等。因此,本文利用从RBP的固有参数-泵速信号计算出的抽吸指数(SI)作为控制目标,提出了一种基于比例积分(PI)控制器的无传感器控制算法。该算法的本质是利用反馈控制器不断自动调整RBP中电流(控制输入)的大小,使SI的实际值逐渐稳定在参考值处,从而为患者提供足够的生理灌注,并有效地预防抽吸的发生。该控制方法将人体循环系统与RBP的非线性动态模型相结合,并通过与四种其他控制方法进行比较,评估了当存在2%泵速噪声干扰时上述控制算法在不同生理条件下的性能,包括:(1)静息和运动,(2)静息和运动时肺静脉阻抗快速成倍增加,(3)由运动快速转变为静息。仿真结果表明,本研究中所提出的SI控制算法能够有效预防抽吸及提供足够的生理灌注,同时总体而言在性能上也明显优于其他四种控制算法。