CN101974405B - 一种血液流动模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种血液流动模拟装置,该装置为一个由储液罐(1)、蠕动泵(2)、模拟腔(4)和背压阀(13)通过管道依次首尾连接构成的闭环液流系统,其特征在于,所述的模拟腔(4)由模拟血管(4-1)和至少一个紧套在模拟血管(4-1)外的环形夹层气囊(4-8)组成,其中,每一环形夹层气囊(4-8)的内层的外壁的两侧分别向外层的内壁延伸一纵向隔层(4-5),将环形夹层气囊内的环形空间分隔成两个气室(4-2),每个气室(4-2)分别经一两位两通电磁阀(6)与供气泵(8)的出口和真空泵(9)进口连接;所述的模拟血管(4-1)由弹性材料制成,所述的气囊(4-8)由薄膜材料制成。本发明的血液流动模拟装置可以模拟血管在扩张和收缩以及受压时的血液流动状况。

Description

一种血液流动模拟装置
技术领域
[0001]本发明涉及医学实验装置,具体涉及血液流动模拟装置。
背景技术
[0002] 心血管疾病严重威胁着人类的健康,全世界每年死于心血管疾病的人数高达1500万,我国因心脑血管疾病所致的死亡人数也占总疾病死亡人数的50%左右。大量研究认为,诸如动脉粥样硬化、高血压、脑卒中等常见心血管疾病的发病机理都与血液流动时作用于血管的应力密切相关,而该应力随血液在血管内流动的变化而变化。因此,提供一种模拟血液在血管中流动状况的实验装置对研究心血管疾病的病因具有重要的意义。此外,在组织工程血管的构建领域中,提供一种更接近于人体血液真实流动状况的血液流动环境,有利于构建与人体血管组织结构和功能更接近的组织工程血管。
[0003] 血液在人体血管内随着心脏的收缩与扩张以脉动流的形式流动,血管模拟装置的目的在于模拟血液的这种脉动流,提供一种近似于血液生理脉动流的血液流动模拟环境。目前,出现了较多该类血液流动模拟装置,较为经典的为FlowChamber实验装置,其通过一个脉动源周期性地向一个血管模拟环境中输入一定压力和流速的脉动液流,以提供一种接近血液生理脉动流的血流模拟环境。申请号为200710304557. 4的发明专利申请说明书中公开了 “一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器”,该反应器由储液瓶、脉动源、阻力调节器I、顺应性调节器I、血管组织动态培养腔、阻力调节器2、顺应性调节器2顺次连接并形成循环的液流回路。上述专利申请方案通过调节阻力调节器和顺应性调节器,提供一种能够模拟血液在动脉血管中流动时的顺应性、流动惯性和流动阻力等阻抗特性的血液流动环境,使得该模拟血液流动环境更接近于生理脉动流。但是,由于所述的方案中用于模拟血液流动环境的血管组织动态培养腔是由玻璃、不锈钢、塑料、聚碳酸酯等材料构成,因此在模拟的脉动流流动的过程中不能像人体血管那样周期性的扩张与收缩。众所周知,人体动脉血管含有丰富的弹性纤维,具有可扩张性和弹性,随着由心脏的收缩和扩张形成的血液脉动流的流过,动脉血管也会周期性地扩张和收缩。然而,当动脉血管在受到外部挤压而发生弹性的变形时,血液在血管内的流动特性会受影响。因此,一种能够模拟血管在收缩、扩张和受压情况下的血液流动模拟装置无疑可以提供更加接近人体血液的真实流动状况的血液流动模拟环境,这对血管动力学研究和组织工程血管培养具有重要的意义。
发明内容
[0004] 鉴于现有技术存在上述不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种能够模拟血管在扩张、收缩和局部受压情况下血液流动状况的血液流动模拟装置。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案为:
[0006] 一种血液流动模拟装置,该装置为一个主要由储液罐、蠕动泵、模拟腔和背压阀通过管道依次首尾连接构成的闭环液流系统,其特征在于,所述的模拟腔由模拟血管和至少一个紧套在模拟血管外的环形夹层气囊组成,其中每一环形夹层气囊的内层的外壁的两侧分别向外层的内壁延伸一纵向隔层,将环形夹层气囊内的环形空间分隔成两个气室,每个气室分别由一条串接一两位两通电磁阀的管道连接在供气泵的出口和真空泵进口 ;所述的模拟血管由弹性材料制成,所述的气囊由薄膜材料制成。
[0007] 本发明所述的一种血液流动模拟装置,其中所述的闭环液流系统还包括串联在模拟腔进口防止液体模拟介质返回的单向阀,以保证系统稳定运行。
[0008] 本发明所述的一种血液流动模拟装置,其中,所述的弹性材料可以是橡胶、硅胶或弹性纤维;所述的薄膜材料 可以是聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)或聚氯乙烯薄膜(PVC)。
[0009] 本发明所述的一种血液流动模拟装置,其中所述的环形夹层气囊中至少设有一层由内层的外壁向外层的内壁延伸形成的横向隔层,将所述的气室沿轴向分隔成多段。
[0010] 本发明所述的一种血液流动模拟装置可用于研究血管扩张和收缩对血液流动影响,该研究方法是在血液流动模拟装置的气室所对应的一段模拟血管的内壁上设置压力传感器和流速传感器,以采集模拟血管内血液介质的压力和流速的数据供研究分析。
[0011] 本发明所述的一种血液流动模拟装置还可用于培养组织工程血管,该应用的具体方法是将组织工程血管支撑在模拟血管内,利用本发明所述血液流动模拟装置所营造的接近于人体血液流动的培养环境,使得组织工程血管的内皮细胞和平滑肌细胞得以生长和繁殖。
[0012] 本发明上述技术方案中所述的两位两通电磁阀、蠕动泵、供气泵及真空泵的控制和压力传感器和流速传感器的数据采集和处理均可由与本发明所述的血液流动模拟装置配套的控制装置完成,所述的控制装置可由相关的专业技术人员根据实验要求进行常规设计得到。
[0013] 本发明所述的血液流动模拟实验装置和现有技术相比有以下的有益效果:
[0014] I.通过向气囊内充气和抽气,实现模拟血管的收缩和扩张,使得血液介质的流动状况与实际人体血液的流动状况更加贴近。
[0015] 2.在模拟血管的长度方向上设置多个气囊,且每个气囊的两侧分别形成一个气室,因此将每个气室设定不同的气压,即可模拟各段血管及其局部不同程度的扩张和收缩情况下的血液流动状况。
附图说明
[0016] 图I为本发明所述的一种血液流动模拟装置的一个具体实施例的原理图。
[0017] 图2为图I所示实施例的立体结构示意图。
[0018] 图3和图4为本发明所述的模拟腔的一个具体实施例的结构示意图,其中图3为主视图,图4为图3的A-A剖视图.
[0019] 图5为本发明所述的模拟腔的另一个具体实施例的结构示意图。
[0020] 图6为本发明所述的模拟腔的第三个具体实施例的结构示意图。
[0021] 图7和图8为在模拟腔内支撑组织工程血管的一种具体支撑方案的示意图,其中图8为图7的局部B-B剖视放大图。
[0022] 图9为在模拟腔内设置压力传感器和流速传感器的一种具体设置方案的示意图。具体实施方式
[0023]例 I
[0024] 参见图I〜图4,本实施例的血液流动模拟装置为一个由储液罐I、蠕动泵2、单向阀3、模拟腔4和背压阀13通过管道依次首尾连接构成的封闭的循环液流系统,其中,单向阀3与模拟腔4之间设有压力表5。模拟腔4由模拟血管4-1和一个紧套在模拟血管4-1外的环形夹层气囊4-8组成,其中,环形夹层气囊4-8的内层的外壁的两侧分别向外层的内壁延伸一纵向隔层4-5,将环形夹层气囊内的环形空间分隔成上下两个气室4-2,每个气室4-2上设有一个进气口 4-3和一个出气口 4-4,其中,每一进气口 4-3通过串接一两位两通电磁阀6的管道连接在供气泵8的出口,每一出气口 4-4通过串接另一两位两通电磁阀6的 管道连接在真空泵9进口。所述的进气口 4-3和出气口 4-4上均设有气压表7。本例中,所述的模拟血管4-1由硅胶材料制成,所述的环形夹层气囊4-8由聚乙烯薄膜(PE)材料制成。
[0025]例 2
[0026] 参见图5,本实施例与例I不同的是模拟腔由模拟血管4-1和两个紧套在模拟血管4-1外的环形夹层气囊4-8组成,其中的模拟血管4-1由弹性纤维材料制成,环形夹层气囊4-8由聚丙烯薄膜(PP)材料制成。
[0027] 本例中上述以外的实施方法与例I相同。
[0028]例 3
[0029] 参见图6,本实施例与例I和例2不同的是模拟血管4-1由橡胶材料制成,环形夹层气囊4-8由聚氯乙烯薄膜(PVC)材料制成;所述的环形夹层气囊4-8由内层的外壁向外层的内壁延伸两层横向隔层4-6,沿轴向将所述的气室4-2分隔成三段。
[0030] 本例中上述以外的实施方法与例I相同。
[0031]例 4
[0032] 上述例I〜3所述的血液流动模拟装置均可用于培养组织工程动脉血管,本例以例I所述的血液流动模拟装置为例说明具体应用的方法。参见图7和图8,模拟血管4-1内放置两个支撑座4-7,将组织工程血管12支撑在模拟血管4-1内。在进行组织工程动脉血管培养时,向储液罐I内充入培养液并按实验要求调整好背压阀13的背压,接着启动并调节蠕动泵2,向模拟腔4供入培养液脉动流。然后按实验要求打开不同的两位两通电磁阀6,将不同的气室4-2与供气泵8或真空泵9连通,进行充气或抽气,使模拟血管4-1模拟人体动脉血管的扩张与收缩。所述的支承座4-7包括一圆环,该圆环的外壁径向延伸有四个辐射状的可支撑于模拟血管4-1内壁上的支腿。
[0033]例 5
[0034] 上述例I〜3所述的血液流动模拟装置均可用于研究血管的扩张和收缩对血液流动的影响的实验,本例以例3所述的血液流动模拟装置为例说明具体应用的方法。参见图9,每个气室4-2所对应的每段模拟血管4-1的内壁上设置压力传感器10和流速传感器11。实验时,先向储液罐I内充入模拟血液并按实验要求调整好背压阀13的背压,接着启动并调节蠕动泵2,向模拟腔4供入模拟血液脉动流。然后按实验要求打开不同的两位两通电磁阀6,将不同的气室4-2与供气泵8或真空泵9连通,进行充气或抽气,使模拟血管4-1模拟人体动脉血管的扩张与收缩。在上述过程中,由压力传感器10和流速传感器11采集模拟血管4-1内血液介质的压力和流速的数据供研究分析 。

Claims (4)

1. 一种血液流动模拟装置,该装置为一个由储液罐(I)、蠕动泵(2)、模拟腔(4)和背压阀(13)通过管道依次首尾连接构成的闭环液流系统,其特征在于, 所述的模拟腔(4)由模拟血管(4-1)和至少一个紧套在模拟血管(4-1)外的环形夹层气囊(4-8)组成,其中每一环形夹层气囊(4-8)的内层的外壁的两侧分别向外层的内壁延伸一纵向隔层(4-5),将环形夹层气囊(4-8)内的环形空间分隔成两个气室(4-2),每个气室(4-2)分别由一条串接一两位两通电磁阀(6)的管道连接在供气泵(8)的出口和真空泵(9)进口 ;所述的模拟血管(4-1)由弹性材料制成,所述的气囊(4-8)由薄膜材料制成。
2.根据权利要求I所述的一种血液流动模拟装置,其特征在于,所述的环形夹层气囊(4-8)中至少设有一层由内层的外壁向外层的内壁延伸的横向隔层(4-6),将所述的气室(4-2)沿轴向分隔成多段。
3.权利要求I或2所述的一种血液流动模拟装置在研究血管扩张和收缩对血液流动影响中的应用,其特征在于所述的应用包括以下步骤:在权利要求I或2所述的气室(4-2)所对应的一段模拟血管(4-1)的内壁上设置压力传感器(10)和流速传感器(11),以采集供研究分析的模拟血管(4-1)内血液介质的压力和流速的数据。
4.权利要求I或2所述的一种血液流动模拟装置在培养组织工程血管中的应用,其特征在于所述的应用包括以下步骤:将组织工程血管(12)支撑在权利要求I或2所述的模拟血管(4-1)内,利用权利要求I或2所述的血液流动模拟装置营造的接近于人体血液流动的培养环境,使得组织工程血管(12)的内皮细胞和平滑肌细胞得以生长和繁殖。
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