CN102293691A - 一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置 - Google Patents

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李守彦
刘国宁
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Suzhou Albert Biomedical Engineering Co Ltd
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Abstract

一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，能实现脉动流模拟测试和疲劳寿命测试功能，添加附件可实现模拟人体循环系统中不同子系统血流动力学的功能。该装置由流道，驱动系统，顺应性装置，阻尼装置，瓣膜固定装置，功能切换装置，温控系统，观察系统组成。流道由疲劳寿命测试功能回路和脉动流模拟测试功能回路组成。驱动系统包括直线电机等，它通过滚动膜片把瓣膜固定装置一与流道连接在一起。顺应性装置和阻尼装置通过接口与流道连通。瓣膜固定装置二通过支撑件安装于流道。流道有功能切换装置接口，温控系统接口，观察系统接口。整套装置构思新颖，设计精巧，结构合理，密封性能好，换瓣方便，占地面积小，便于移动。

Description

一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置
一、技术领域
本发明属于人工心脏瓣膜试验领域。
二、背景技术
心脏瓣膜疾病是目前主要的心脏疾病之一，有风湿性、退行性和先天性等多种病因，而大多数瓣膜疾病患者其唯一的治疗方法就是进行人工心脏瓣膜置换术。人工心脏瓣膜的研究始于上世纪50年代，可分为机械瓣和生物瓣两种。而随着人工心脏瓣膜的产生，人们在进行瓣膜置换术前必然要了解瓣膜的各项性能指标，由于动物实验和临床实验的周期很长，评价和比较人工心瓣的疲劳寿命和力学性能主要靠体外模拟实验装置来实现，于是研制出了可用于瓣膜体外性能测试的装置。我国的人工心脏瓣膜研究始于1965年，而对于瓣膜性能测试装置进行系统研究是从上世纪八十年代开始的，清华大学研制了一系列用于瓣膜体外性能测试的系统，国家也根据这套装置达到的技术水平，制定了我国人工心脏瓣膜的质量检测标准。随着瓣膜研究的逐步深入，体外检测系统也逐步得到改进和完善。但是现有的测试装置都是功能单一的：或者是脉动流模拟测试装置，或者是疲劳寿命测试装置，而且体积较大，不便于移动。现有的测试装置都无法做到在同一台测试装置上实现脉动流模拟测试和疲劳寿命测试的功能。
三、发明内容
本发明的目的就是提供一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，达到在同一台测试装置上实现脉动流模拟测试和疲劳寿命测试的功能，并且通过添加附件可以实现模拟人体循环系统中不同子系统血流动力学的功能。
本发明的目的是这样实现的：一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置由流道1，驱动系统，顺应性装置5，阻尼装置6，瓣膜固定装置，脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能切换装置，温度控制系统，观察系统组成。流道1由疲劳寿命测试功能回路和脉动流模拟测试功能回路组成，其中一段拥有顺应性装置5和阻尼装置6的接口，温度控制系统接口和瓣膜固定装置二19接口的流道由两种功能回路共有。驱动系统包括直线电机2，支撑结构4和连接部件3，直线电机2和支撑结构4固定在一起，支撑结构4通过连接部件3和流道1固定在一起。回路上有与瓣膜固定装置一7连接的接口，驱动系统通过与瓣膜固定装置一7连接的滚动膜片17与流道接口连接在一起。顺应性装置5和阻尼装置6通过接口与流道1固定在一起。瓣膜固定装置二19通过支撑部件安装于流道内。脉动流模拟测试功能时储液罐9通过位于人工瓣膜13上游的接口与流道1接通，密封塞11起作用，疲劳寿命测试功能时接口与封堵塞10连接，密封塞12起作用。流道1有主动脉压力，心室压力和心房压力测试接口。流道1有流体排放接口。流道有温度探测和加热的接口，温度探头15和加热棒16通过相应的接口与流道固定在一起。
该装置通过添加附件可以实现模拟人体循环系统中不同子系统血流动力学的功能。
从上述方案可以得出，本发明有如下主要优点：
同一台装置上实现两种功能测试：在没有增加附加装置的情况下，该装置通过创新设计，把脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能集成在一台装置上，实现了一台装置两种功能，并且通过简单的切换就能快速实现脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能的选择。
测试观察更加直观：由于装置的流道及其与顺应性装置和阻尼装置连接的接口，由一整块有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)整体制造成型且对其表面进行了抛光处理，因此在脉动流模拟测试和疲劳寿命测试时，可以很直观清楚的观察到人工心脏瓣膜瓣叶的运动情况。
成本低：由于创新的设计，将脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能集成在一台装置上，整套装置的成本相比脉动流模拟测试设备和疲劳寿命测试设备的总成本要低，且由于结构设计合理，后期使用维护的综合成本也比较低。
整套装置构思新颖，设计精巧，结构合理，密封性能好，换瓣方便，占地面积小，便于移动。
四、附图说明
图1是该装置的工作原理示意图。
图2是该装置的疲劳寿命测试功能总体结构图。
图3是该装置的脉动流模拟测试功能总体结构图。
图4是该装置的疲劳寿命测试功能流体路径图，箭头所示为流体方向。
图5是该装置的脉动流模拟测试功能流体路径图，箭头所示为流体方向。
五、具体实施方式
请参考图2、图3、图4和图5，一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置由流道1，驱动系统，顺应性装置5，阻尼装置6，瓣膜固定装置，脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能切换装置，温度控制系统，观察系统组成。
脉动流模拟测试功能时，安装好驱动系统(包括直线电机2，支撑结构4和连接部件3)，顺应性装置5，阻尼装置6，瓣膜固定装置二19(安装人工心脏瓣膜14)，瓣膜固定装置三8(安装人工心脏瓣膜13)，温度探头15，加热棒16，储液罐9，密封塞11，压力传感器，流道内充满适合的液体后即可对人工心脏瓣膜进行性能测试。直线电机2向上运动时带动瓣膜固定装置一7(此时装瓣膜处装封堵器)向上运动，惯性作用下流体使瓣膜固定装置三8位置的瓣膜13打开，直线电机2向下运动时带动瓣膜固定装置一7向下运动，流体阻力作用下瓣膜13关闭，流体前向运动到固定装置二19位置的瓣膜14打开，流经顺应性装置(可以调节顺应性)和阻尼装置(可以调节阻尼大小)，经过温度控制系统后保持流体温度在37℃不变，继续前流再经过顺应性装置(可以调节顺应性)，阻尼装置(可以调节阻尼大小)和储液罐9，到达瓣膜固定装置三8位置的瓣膜13就完成了一个循环。
疲劳寿命测试功能时，安装好驱动系统(包括直线电机2，支撑结构4和连接部件3)，顺应性装置5，阻尼装置6，瓣膜固定装置三8(安装封堵器)，温度探头15，加热棒16，密封塞12，封堵塞10，人工心脏瓣膜18，压力传感器，流道内充满适合的液体后即可对人工心脏瓣膜进行性能测试。直线电机2向上运动时带动瓣膜固定装置一7向上运动，惯性作用下流体使瓣膜18打开，直线电机2向下运动时带动瓣膜固定装置一7向下运动，流体阻力作用下瓣膜18关闭，流体前向运动流经顺应性装置(可以调节顺应性)和阻尼装置(可以调节阻尼大小)，经过温度控制系统后保持流体温度在37℃不变，继续前流再经过顺应性装置(可以调节顺应性)和阻尼装置(可以调节阻尼大小)，到达瓣膜18就完成了一个循环。
脉动流模拟测试功能向疲劳寿命测试功能转换：卸下储液罐9，换上封堵塞10；卸下密封塞11，换上密封塞12；卸下瓣膜13，换上封堵器；卸下瓣膜固定装置一7处的封堵器，换上人工心脏瓣膜18；卸下人工心脏瓣膜14即可完成转换。疲劳寿命测试功能向脉动流模拟测试功能转换时，相反的操作即可。
上述的对实施方式的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：该装置由流道，驱动系统，顺应性装置，阻尼装置，瓣膜固定装置，脉动流模拟测试功能与疲劳寿命测试功能切换装置，温度控制系统，观察系统组成。流道由疲劳寿命测试功能回路和脉动流模拟测试功能回路组成，其中一段流道由疲劳寿命测试功能回路和脉动流模拟测试功能回路共有。驱动系统包括直线电机，支撑结构和连接部件。疲劳寿命测试功能回路上有与瓣膜固定装置一连接的接口，驱动系统通过滚动膜片把瓣膜固定装置一与流道连接在一起。顺应性装置和阻尼装置通过接口与疲劳寿命测试功能和脉动流模拟测试功能共有的流道连通。瓣膜固定装置二通过支撑件安装于流道内。流道有脉动流模拟测试功能与疲劳寿命测试功能切换装置的接口，温度控制系统的接口，观察系统的接口。
2.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：整套装置能实现脉动流模拟测试功能和疲劳寿命测试功能，并且通过功能切换装置能快速实现疲劳寿命测试功能和脉动流模拟测试功能的互相转换。
3.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于；流道由疲劳寿命测试功能回路和脉动流模拟测试功能回路两种循环回路组成，其中一段拥有顺应性装置和阻尼装置接口的回路由两种回路共有。
4.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：驱动系统包括直线电机，支撑结构和连接部件。通过连接部件，驱动系统能快速与流道结构装卸，从而在疲劳寿命测试功能时能快速进行瓣膜装夹更换。
5.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：该装置有观察系统，主要由摄像头组成，可以观察瓣叶的运动情况并录像。
6.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：流道及其与顺应性装置和阻尼装置连接的接口，压力测试接口，流体排放接口由一整块有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)及其它材料整体制造成型，占地面积小，便于携带。
7.根据权利要求1所述的一种便携式人工心脏瓣膜体外性能测试和循环系统模拟装置，其特征在于：对该装置添加附件可以实现模拟人体循环系统中不同子系统血流动力学的功能。
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