CN105784406A - 一种心室辅助装置体外综合测试系统 - Google Patents

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许剑
韩志富
胡丽国
李瑞光
张磊
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Abstract

本发明提供一种心室辅助装置体外综合测试系统，涉及医疗器械领域，用于解决现有体外模拟循环回路只能对心室辅助装置做一些单一性能测试的问题，该综合测试系统包括计算机、数据采集系统、驱动系统和模拟血液循环回路；所述计算机与所述数据采集系统和驱动系统连接；所述模拟血液循环系统与所述数据采集系统和驱动系统连接；计算机通过数据采集系统监测模拟血液循环回路模拟的心脏工作状态，并根据用户的驱动控制指令通过驱动系统控制模拟血液循环回路所模拟的回路的工作状态。上述方案中，可模拟各类人群在各种生理状态下的血液循环特性，可实现在体外对左心辅助装置、右心辅助装置及双心辅助装置的综合测试目的。

Description

一种心室辅助装置体外综合测试系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别是指一种心室辅助装置体外综合测试系统。
背景技术
心室辅助装置可以用来给心衰患者提供辅助，减轻原有心脏的负担，例如左心辅助装置LVAD可以将血液从自然心脏左心室抽出，然后在一定的压差(例如10～120mmHg)下，以一定的流量(例如2～7L/min)泵出一定的血液排入人体动脉，从而减轻自然心脏的工作负担，达到心室辅助的效果。
心室辅助装置的性能好坏与病人生命息息相关，需要严格的测试。但是如果每次测试实验都采用动物进行体内测试，必然费时费力且代价昂贵。如果将心室辅助装置装在体外模拟循环回路上进行测试，那么可以很容易的对实验结果进行复现与研究，优化产品参数，缩短研发周期。
国际上从研制心室辅助装置之初就开展了体外模拟循环系统的研发来对心室辅助装置进行性能测试。但是大多数都是对心室辅助装置本身进行模拟回路的构建，没有考虑自然心脏的工作过程，难以评估自然心脏和心室辅助装置之间的相互影响。也有部分研究机构采用弹性腔充气的原理来模拟自然心脏的泵血。总体来说大部分的体外模拟循环回路都只能对心室辅助装置做一些单一性能测试。故急需一种心室辅助装置体外测试系统，对心室辅助装置做综合的性能测试。
发明内容
为了解决现有体外模拟循环回路只能对心室辅助装置做一些单一性能测试的问题，本发明提供一种心室辅助装置体外综合测试系统，可模拟各类人群在各种生理状态下的血液循环特性，同时接入左心辅助装置、右心辅助装置及双心辅助装置后，能方便的获取装置本身的流量特性、压力特性等以及其与血液循环回路的相互影响，达到对心室辅助装置体外综合测试的目的。
本发明提供的一种心室辅助装置体外综合测试系统，包括计算机、数据采集系统、驱动系统和模拟血液循环回路；所述计算机与所述数据采集系统和驱动系统连接；所述模拟血液循环系统与所述数据采集系统和驱动系统连接；
所述数据采集系统实时采集所述模拟血液循环回路中各预定点的压力值和回路管道中液体的流量值，并将采集到的压力值和流量值发送给所述计算机；
所述驱动系统接收所述计算机发来的驱动控制指令，并依据该控制指令调节所述模拟血液循环回路中模拟的心脏的收缩频率和射血量；
所述计算机接收并显示所述数据采集系统发来的压力值和流量值并通过人机交互界面提供给用户，并接收测试人员驱动控制指令；
所述模拟血液循环回路为一个内有液体工作介质的闭合回路，用于模拟以心脏为主体的人体血液循环系统。
其中，所述模拟血液循环回路包括：
模拟左心房的第一容器；
模拟连结左心房和左心室的二尖瓣的第一阀，所述第一阀输入端与所述第一容器输出端连接；
模拟左心室的第二容器，所述第二容器的输入端与所述第一阀的输出端连接；
模拟连接左心室和主动脉的主动脉瓣的第二阀，所述第二阀输入端与所述第二容器的第一输出端连接；
模拟主动脉的第三容器，所述第三容器的第一输入端与所述第二阀的输出端连接；
用于监测主动脉内液体流量的第一流量计，所述第一流量计的输入端与所述第三容器的输出端连接；
模拟主动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第一电磁节流阀，所述第一电磁节流阀的输入端与所述第一流量计的输出端连接；
模拟右心房的第四容器，所述第四容器的输入端与所述第一电磁节流阀的输出端连接；
模拟连结右心房和右心室的三尖瓣的第三阀，所述第三阀输入端与所述第四容器输出端连接；
模拟右心室的第五容器，所述第五容器的输入端与所述第三阀的输出端连接；
模拟连接右心室和肺动脉的肺动脉瓣的第四阀，所述第四阀输入端与所述第五容器的第一输出端连接；
模拟肺动脉的第六容器，所述第六容器的第一输入端与所述第四阀的输出端连接；
用于监测肺动脉内液体流量的第二流量计，所述第二流量计的输入端与所述第六容器的输出端连接；
模拟肺动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第二电磁节流阀，所述第二电磁节流阀的输入端与所述第一流量计的输出端连接，输出端与所述第一容器的输入端连接。
其中，所述第二容器和第五容器内设有活塞和位移传感器，所述第二容器内的活塞、第五容器内的活塞可分别由第一电磁节流阀、第二电磁节流阀控制的压缩空气驱动或直接由电动缸或气缸带动；
所述第二/第五容器内的活塞在第二/第五容器内上下运动带动所述模拟血液循环回路中的液体工作介质流动，通过所述移位传感器实现闭环控制。
其中，所述第一流量计和第二流量计为电磁式或超声式流量计。
其中，所述第一流量计和第二流量计的测量范围为-5～15L/min。
其中，所述模拟血液循环回路的各个部件通过管道连接，所述管道连接部分采用三通或者四通接头。
其中，所述模拟血液循环回路还包括若干个安装于预定点处的三通/四通接头上的压力传感器，用于测量各预定点的压力。
其中，所述压力传感器的测量范围为-50～200mmHg。
其中，所述模拟循环回路中的液体采用人类血液或动物血液或水-甘油混合物模拟血液。
其中，所述心室辅助装置体外综合测试系统还包括左心辅助装置和/或右心辅助装置；所述左心辅助装置的输入端与所述第二容器的第二输出端连接，输出端与第三容器的第二输入端连接；所述右心辅助装置的输入端与所述第五容器的第二输出端连接，输出端与第六容器的第二输入端连接。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，提供了体外模拟自然心脏的心室辅助装置测试系统，不仅可以实现心室辅助装置的体外测试，节省测试成本和难度，而且可模拟各类人群在各种生理状态下的血液循环特性，同时接入左心辅助装置、右心辅助装置及双心辅助装置后，能方便的获取装置本身的流量特性、压力特性等以及其与血液循环回路的相互影响，达到对心室辅助装置综合测试的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种心室辅助装置体外综合测试系统结构示意图。
[附图标记说明]
1、模拟血液循环回路；
2、数据采集系统；
3、驱动系统；
4、计算机；
5、第一容器；
6、第一阀；
7、第二容器；
8、第二阀；
9、第三容器；
10、第一流量计；
11、第一电磁节流阀；
12、第四容器；
13、第三阀；
14、第五容器；
15、第四阀；
16、第六容器；
17、第二流量计；
18、第二电磁节流阀；
19、左心辅助装置；
20、右心辅助装置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1为本发明实施例提供的一种心室辅助装置体外综合测试系统结构示意图，该系统包括计算机4、数据采集系统2、驱动系统3和模拟血液循环回路1；计算机4与数据采集系统2和驱动系统3连接；模拟血液循环系统1与数据采集系统2和驱动系统3连接。
数据采集系统2实时采集模拟血液循环回路1中各预定点的压力值和回路管道中液体的流量值，并将采集到的压力值和流量值发送给计算机4。
驱动系统3接收计算机4发来的驱动控制指令，并依据该控制指令调节模拟血液循环回路1中模拟的心脏的收缩频率和射血量。
计算机4接收并显示数据采集系统2发来的压力值和流量值并通过人机交互界面提供给用户，并接收测试人员驱动控制指令。
模拟血液循环回路1为一个内有液体工作介质的闭合回路，用于模拟以心脏为主体的人体血液循环系统。
优选地，如图1中所示，模拟血液循环回路1包括：
模拟左心房的第一容器5；
模拟连结左心房和左心室的二尖瓣的第一阀6，其输入端与第一容器5的输出端连接；
模拟左心室的第二容器7，其输入端与第一阀6的输出端连接；
模拟连接左心室和主动脉的主动脉瓣的第二阀8，其输入端与第二容器7的第一输出端连接；
模拟主动脉的第三容器9，其第一输入端与第二阀8的输出端连接；
用于监测主动脉内液体流量的第一流量计10，其输入端与第三容器9的输出端连接；
模拟主动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第一电磁节流阀11，其输入端与第一流量计10的输出端连接；
模拟右心房的第四容器12，其输入端与第一电磁节流阀11的输出端连接；
模拟连结右心房和右心室的三尖瓣的第三阀13，其输入端与第四容器12输出端连接；
模拟右心室的第五容器14，其输入端与第三阀13的输出端连接；
模拟连接右心室和肺动脉的肺动脉瓣的第四阀15，其输入端与第五容器14的第一输出端连接；
模拟肺动脉的第六容器16，其第一输入端与第四阀15的输出端连接；
用于监测肺动脉内液体流量的第二流量计17，其输入端与第六容器16的输出端连接；
模拟肺动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第二电磁节流阀18，其输入端与第一流量计17的输出端连接，输出端与第一容器5的输入端连接。
优选地，模拟左心室和右心室的第二容器7和第五容器14内设有活塞和位移传感器，第二容器7内的活塞、第五容器14内的活塞可分别由第一电磁节流阀11和第二电磁节流阀18控制的压缩空气驱动或直接由电动缸或气缸带动。
第二容器7/第五容器14内的活塞在第二容器7/第五容器14内上下运动带动模拟血液循环回路1中的液体工作介质流动，通过移位传感器实现闭环控制，模拟的是左心房和右心房的搏动，也是整个模拟回路中液体流动的动力来源。
如上所述，计算机4通过数据采集系统2和驱动系统3对整个模拟循环回路1进行监测和控制。通过数据采集系统2可以实时监测各压力点的模拟血压，可以监测左心和右心的流量。通过驱动系统3可以控制模拟左心室和右心室的第二容器7和第五容器14内的活塞的运动行程与频率，这通过计算机4可以方便的调节，即意味着可以很方便的模拟各类人群(成人、儿童)在不同状态(休息、运动)时心脏的收缩频率(心率)和射血量(对应血压)。
其中，第一流量计10和第二流量计17可选为电磁式或超声式流量计。优选地，第一流量计10和第二流量计17的测量范围为-5～15L/min。
优选地，模拟血液循环回路1的各个部件通过管道连接，管道连接部分采用三通或者四通接头，可预留出安装压力传感器的接口。
优选地，模拟血液循环回路1还包括若干个安装于预定点处的三通/四通接头上的压力传感器，用于测量各预定点的压力即各预定点处所模拟的血压。
优选地，选择测量范围为-50～200mmHg的压力传感器。
模拟循环回路1中的液体工作介质(即模拟的血液)流向如图1中箭头所示。优选地，模拟循环回路1中的液体工作介质采用人类血液或动物血液或水-甘油混合物等模拟血液。
优选地，如图1中所示，心室辅助装置体外综合测试系统还包括左心辅助装置19和/或右心辅助装置20；左心辅助装置19的输入端与第二容器7的第二输出端连接，输出端与第三容器9的第二输入端连接；右心辅助装置20的输入端与第五容器14的第二输出端连接，输出端与第六容器16的第二输入端连接。
综上，如果要研究心室辅助装置接入后装置本身的流量特性、压力特性等以及其与血液循环回路的影响，那么只要将按实际需要将左心辅助装置19或右心辅助装置20接入回路中即可。心室辅助装置的控制驱动可以由心室辅助装置自备的控制器控制，这时完全模拟实际应用情况。对于心室辅助装置进出口的压力测量和流量测量可以由本发明提供的系统的数据采集系统2来完成，也可以由心室辅助装置自带的控制器来完成，按照实际情况按需操作。
上述方案中，提供了体外模拟自然心脏的心室辅助装置测试系统，不仅可以实现心室辅助装置的体外测试，节省测试成本和难度，而且可模拟各类人群在各种生理状态下的血液循环特性，同时接入左心辅助装置、右心辅助装置及双心辅助装置后，能方便的获取装置本身的流量特性、压力特性等以及其与血液循环回路的相互影响，达到对心室辅助装置综合测试的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种心室辅助装置体外综合测试系统，包括计算机、数据采集系统、驱动系统和模拟血液循环回路；所述计算机与所述数据采集系统和驱动系统连接；所述模拟血液循环系统与所述数据采集系统和驱动系统连接；
所述数据采集系统实时采集所述模拟血液循环回路中各预定点的压力值和回路管道中液体的流量值，并将采集到的压力值和流量值发送给所述计算机；
所述驱动系统接收所述计算机发来的驱动控制指令，并依据该控制指令调节所述模拟血液循环回路中模拟的心脏的收缩频率和射血量；
所述计算机接收并显示所述数据采集系统发来的压力值和流量值并通过人机交互界面提供给用户，并接收测试人员驱动控制指令；
所述模拟血液循环回路为一个内有液体工作介质的闭合回路，用于模拟以心脏为主体的人体血液循环系统。
2.如权利要求1所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述模拟血液循环回路包括：
模拟左心房的第一容器；
模拟连结左心房和左心室的二尖瓣的第一阀，所述第一阀输入端与所述第一容器输出端连接；
模拟左心室的第二容器，所述第二容器的输入端与所述第一阀的输出端连接；
模拟连接左心室和主动脉的主动脉瓣的第二阀，所述第二阀输入端与所述第二容器的第一输出端连接；
模拟主动脉的第三容器，所述第三容器的第一输入端与所述第二阀的输出端连接；
用于监测主动脉内液体流量的第一流量计，所述第一流量计的输入端与所述第三容器的输出端连接；
模拟主动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第一电磁节流阀，所述第一电磁节流阀的输入端与所述第一流量计的输出端连接；
模拟右心房的第四容器，所述第四容器的输入端与所述第一电磁节流阀的输出端连接；
模拟连结右心房和右心室的三尖瓣的第三阀，所述第三阀输入端与所述第四容器输出端连接；
模拟右心室的第五容器，所述第五容器的输入端与所述第三阀的输出端连接；
模拟连接右心室和肺动脉的肺动脉瓣的第四阀，所述第四阀输入端与所述第五容器的第一输出端连接；
模拟肺动脉的第六容器，所述第六容器的第一输入端与所述第四阀的输出端连接；
用于监测肺动脉内液体流量的第二流量计，所述第二流量计的输入端与所述第六容器的输出端连接；
模拟肺动脉流出的血液在人体流动时所受到阻力的第二电磁节流阀，所述第二电磁节流阀的输入端与所述第一流量计的输出端连接，输出端与所述第一容器的输入端连接。
3.如权利要求2所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述第二容器和第五容器内设有活塞和位移传感器，所述第二容器内的活塞、第五容器内的活塞可分别由第一电磁节流阀、第二电磁节流阀控制的压缩空气驱动或直接由电动缸或气缸带动；
所述第二/第五容器内的活塞在第二/第五容器内上下运动带动所述模拟血液循环回路中的液体工作介质流动，通过所述移位传感器实现闭环控制。
4.如权利要求2所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述第一流量计和第二流量计为电磁式或超声式流量计。
5.如权利要求4所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述第一流量计和第二流量计的测量范围为-5～15L/min。
6.如权利要求2所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述模拟血液循环回路的各个部件通过管道连接，所述管道连接部分采用三通或者四通接头。
7.如权利要求3所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述模拟血液循环回路还包括若干个安装于预定点处的三通/四通接头上的压力传感器，用于测量各预定点的压力。
8.如权利要求7所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述压力传感器的测量范围为-50～200mmHg。
9.如权利要求2所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述模拟循环回路中的液体工作介质采用人类血液或动物血液或者水-甘油混合物模拟血液。
10.如权利要求2至9任一项所述的一种心室辅助装置体外综合测试系统，其特征在于，所述心室辅助装置体外综合测试系统还包括左心辅助装置和/或右心辅助装置；
所述左心辅助装置的输入端与所述第二容器的第二输出端连接，输出端与第三容器的第二输入端连接；
所述右心辅助装置的输入端与所述第五容器的第二输出端连接，输出端与第六容器的第二输入端连接。
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