建模输液泵,第1部分:介绍和概述
从系列:输液泵建模
学习如何使用Simulink建模和模拟输液泵输送系统®和附加产品。2022世界杯八强谁会赢?了解基于模型的设计如何通过在单一环境中模拟电气、机械和流体系统来帮助您模拟输液泵的行为。
输液泵在将药物顺利输送给患者方面起着至关重要的作用。如果输送管路(静脉管路)有阻塞,输液泵逻辑系统进入报警模式并关闭电机。
大家好,我是Ravali,是MathWorks的一名医疗设备应用工程师。今天在这个视频中,我们将开始一个关于输液泵建模的cd。首先,在这个视频中,我们将专注于输液泵的介绍,然后你们所有人都要理解构成这个输液泵模型的不同组件。这个装置到底是什么,用在哪里?
输液泵是一种用于向病人输送药物的医疗设备。通常情况下,它是在医院环境中使用的,在那里需要精确和连续的方式来输送药物。它最重要的特点是药物的输送,但输液泵的另一个关键方面是它检测阻塞的能力。
当药物被输送到病人体内的时候在输送线上可能会有气泡。不仅仅是气泡,也可能是血凝块或者在分娩线上也可以有个诊所。这就是输液管压力飙升的地方,这往往是一个危险的场景。输液泵的程序设定是这样的,它们可以检测到输液管压力的增加,从而进入紧急模式,在进一步的人为干预之前关闭。
我们今天将研究这样一个模型,看看我们如何能够同化各种假设场景,以理解输液泵的行为。让我们踏上通往Simulink的道路。这就是Simulink的环境,它基本上是一个巧妙的游乐场,在那里人们可以做出任何东西,可以建模任何东西,从简单的数学方程,到计算一个输液泵的假设场景。
在这个输液泵的例子中,我们有三个子系统。首先,我们有命令生成模块,它基本上是用户界面。这就是用户参与进来的地方,为了打开输液泵,输入一些值,比如需要输送的药物的体积,需要输送药物的频率,以及诸如此类的参数。
然后我们有控制或逻辑单元,它是这个模型的决策者或大脑。在此之外,还通过软件对输液泵模型进行决策。为了决定何时必须打开水,识别阻塞,并关闭整个系统,如果有一个极端增加的输油管压力。
最后我们有了计划的子系统,它由所有的组件组成,或者说是由组成输液泵的物理组件组成,比如注射器,直流电机,输液管等。现在我们已经了解了构成输液泵的三个子系统,让我们看看它的行为。模拟的强大之处在于,只要点击一个按钮,我就可以查看整个医疗设备的性能。
在这种情况下,我将观察电机的速度和输液泵的输送管路压力。如此巨大的。我们有MotorSpeed和输送管线压力。
正如我之前提到的,输液泵的特点是它能输送药物,这正是我们在这里观察到的。也就是说,电机速度的上升和下降是有规律的还有输电线的压力。
所以在这个例子中,这里的范围显示药物,每次输送线上升时,药物就被输送出去了。每次它降到平衡状态,就是药物输送完成的时候。
它的一个特点是检测阻塞的能力,这被写入了输液泵的软件模型中。因此,如果在输液管中出现气泡或血凝块,甚至是一个结,那么输液管压力就会出现惊人的增加,这就是我们在这一节中观察到的情况。
在52或53秒的时候,输液管的压力突然增加然后继续上升。这时输液泵的软件就会起作用,一旦超过一定的阈值输液管就会被击穿,从而进入紧急模式,然后就会关闭输液管。
这就是我们注意到模拟的重要性的地方,因为我们不仅可以观察系统的行为,还可以模拟各种非理想情况,以了解系统在现实世界中的表现。我们看到,当输液泵被设定好后,当输液管的压力上升到一定的极限时,它就会进入关闭模式。
现在我们已经了解了输液泵的不同部分,让我们看看这是如何与基于模型的设计过程联系在一起的。所以在当今世界,我们问自己的一个最关键的问题是为什么医疗设备的开发如此困难,为什么要花这么长时间。这有很多原因。
首先,有安全关键产品,因为有人的生命处于危险之中。从技术上讲,它们本质上是复杂的。随着科技的发展,我们手边有许多工程领域可以协同工作,从而创造出一种医疗设备。因此,随着复杂性的增加,提交给监管机构的难度也在增加,比如FDA。原因是,随着这些医疗设备的复杂性增加,这表明我们有来自不同领域的人一起工作。
机械工程师,控制工程师,来自不同领域的科学家聚集在一起,只为制造或创造一个设备。结果就是,不同背景的人在一起工作。因此,这个过程往往被划分开来。因此,医疗设备的开发时间比预期的要长一点。
现在如果我们看一下传统的开发过程,我们会有一些步骤。首先,我们收到需求和规格,然后分发给不同的科学家和工程师团队。这些人在不同的平台上工作,以便为组成整个设备的每个领域做出贡献,然后最终聚集在一起进行集成和测试阶段。
在一个理想的世界里,这一切从开始到结束都应该是一个平稳的过程。你可以在你计划的那天得到你的医疗设备。
然而,我们并不是生活在一个理想的世界里。需求中可能会有突然的变化。可能会不断更新。可能缺乏可用的材料,或者可能客户需要使用不同的传感器集。
现在,由于这些不同的团队都在不同的平台上工作,所以它们之间缺乏沟通。如果他们在最后发现了一个错误,那就会让他们在截止日期前倒退好几天。
这就是基于模型的设计的意义所在。与传统的开发过程相比,基于模型的设计并没有太大的不同,除了整个工作流围绕模型的模拟——或者更确切地说,围绕模拟模型本身。
这样做的好处是,您可以通过在一个平台上模拟各种领域来节省时间,还可以将它们与您的需求和规范联系起来,并跟踪制造医疗设备的进度。通过不断查看需求和规范,并查看您在开发过程中的位置,您可以产生更好的设计。
最后,当您对模型感到满意时,您就可以将其部署到硬件原型上,并在医疗设备投入生产和进入市场之前查看其运行情况。
现在您可能想知道,哪些不同的行业使用基于模型的设计过程来开发他们的系统。或者,使用基于模型设计的行业实际上是受到严格监管的行业,比如汽车行业,甚至是飞机行业。所有这些人都有他们自己的故事。
特别是在医疗设备行业,我们有飞利浦。特别是在医疗设备行业,我们有像飞利浦、Weinmann、Doheny眼科研究所这样的公司,他们利用基于模型的设计,无论是代码生成还是简化的设计过程,以便以更快、更快的方式实现他们的医疗设备。有几个这样的例子。您可以在MathWorks网站上了解更多相关内容。
现在我们已经了解了输液泵的三个子系统,我们可以继续下一个视频。在下一节中,我们将详细讨论每个子系统是如何设计的以及构成输液泵的不同组件是什么。谢谢大家的聆听。
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