CN107091740B - 血泵寿命测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种血泵寿命测试装置，该测试装置包括储液箱和脉动腔，储液箱与脉动腔之间通过第一单向阀保持液态模拟介质的流通，在脉动腔的底部设有可上下周期性振动的气动膜，该液体回路当中至少设有一顺应腔，第一管道上设有只允许液态模拟介质从脉动腔向顺应腔流动的第二单向阀；待测试的血泵置于储液箱内并浸没在液态模拟介质当中，血泵的进液端通过管道与脉动腔内部连接，血泵的出液端通过管道与第一管道连接，连接点位于第二单向阀与顺应腔之间。该测试装置通过模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，操作者在使用过程中可根据测试需求对参数进行调整，该测试装置有利于模拟循环系统向简单及模拟参数多样化发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种寿命测试装置，尤其涉及一种血泵寿命测试装置，属于生物医学工程技术领域。
背景技术
冠状动脉疾病、高血压及心肌病常常导致心脏功能下降和充血性心力衰竭，已日益成为心血管病中最常见、危害最大的疾病之一，是诸多类型心血管疾病殊途同归的终末期表现。据世界卫生组织调查，目前心血管疾病和心脏病占到所有疾病的30%左右，预计至2020年，心血管疾病和心脏病将占到40%。而内科治疗对于此类疾病的治疗却非常有限，所以人们在外科领域积极的探索新的治疗方式。对于终末期心力衰竭，传统治疗效果差，中远期死亡率高，有效的心脏移植由于供体紧缺，大量心脏患者在等待心脏移植中死亡，终末期心衰的治疗和护理耗费了大量的资源，已成为全球性社会医疗卫生难题。心脏移植是外科治疗终末期心脏疾病的唯一方法，但是供体的严重不足却极大地限制了这种治疗方式的广泛应用。
按人口数量与发病率的统计学数据估算全世界有超过8000万的心力衰竭者，中国患者的人数也超过1600万。随着中国人口超前老龄化的日益加剧，国内心衰患者数量逐年递增。在美国，每年等待心脏移植的病人超过50000人，而实际接收心脏移植的仅仅2000人，在中国每年有1000万心脏衰竭的患者，其中200万到300万人因心脏衰竭而死亡，但是每年只有50个患者有机会接收心脏移植手术。由此可见，心脏移植远远不能满足病人的需要，为此，在这种需求下，人工辅助心脏得到了广泛关注和发展。
人工辅助心脏（简称血泵）是全世界公认的各类终末期心衰的最有效治疗器材，血泵具有辅助心脏左心室的泵血功能，是维持良好全身循环状态的机械装置，血泵可用来部分替代心脏的泵血功能，主要用于心脏恢复的过渡、心脏移植的过渡和永久性治疗。可植入的血泵系统一般应用于完全地代替不能适当地发挥作用的人的心脏，或者用于在心脏仍然发挥作用但不能以足够的速度泵出血液的患者体内改善血液循环。
因此，研究一种可以改善使用者使用局限的血泵寿命测试装置，就成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种血泵寿命测试装置。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现： 血泵寿命测试装置，通过模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，该测试装置包括储液箱和脉动腔，储液箱内盛放液态模拟介质，脉动腔置于储液箱下方且盛满同样的液态模拟介质，储液箱与脉动腔之间通过一自上而下的第一单向阀保持液态模拟介质的流通，在脉动腔的底部设有可上下周期性振动的气动膜，在储液箱和脉动腔的侧壁设有开孔，两孔之间通过管道相连形成液体回路，该液体回路当中至少设有一顺应腔，脉动腔与顺应腔之间的管道为第一管道，第一管道上设有只允许液态模拟介质从脉动腔向顺应腔流动的第二单向阀；待测试的血泵置于储液箱内并浸没在液态模拟介质当中，血泵的进液端通过管道与脉动腔内部连接，血泵的出液端通过管道与第一管道连接，连接点位于第二单向阀与顺应腔之间。
优选地，所述顺应腔内还设有一用于减少杂波的过滤器。
优选地，所述过滤器为一多孔平板，该多孔平板被固定在所述顺应腔内。
优选地，所述气动膜的材质为四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。
优选地，所述顺应腔的上方开设有一用于放气或打气的阀门。
优选地，所述顺应腔为一密闭腔体，所述顺应腔的外侧设有刻度。
优选地，所述气动膜的振动动力源为气缸。
优选地，所述液体回路当中还设有用于给管路内液态模拟介质杀菌的紫外光杀菌器，所述紫外光杀菌器的材质为钛合金，所述顺应腔与紫外光杀菌器之间的管道为第二管道。
优选地，所述液体回路当中还设有用于调节阻尼的阻尼调节器，所述阻尼调节器的调节方式为手动或电动，所述紫外光杀菌器与阻尼调节器之间的管道为第三管道。
优选地，所述血泵的出液端与第一管道的连接管道上设有第一流量计。
优选地，所述储液箱上端开设有一用于防尘、保证箱体与大气相通的进气孔，所述进气孔上罩设有一和进气孔相匹配的防尘盖。
优选地，所述振动动力源上设置有用于检测振动动力源运行状态速度的激光位移传感器。
优选地，所述储液箱内还设置有温度传感器，所述储液箱的材质选用透明材质。
优选地，所述第一管道上还设置有用于检测压力的第二压力传感器。
优选地，该测试装置还包括一控制和显示模块。
本发明技术方案的优点主要体现在：该测试装置通过模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，只需要普通的振动动力源就能直接模拟心脏的运动，并且其它部件的结构也相对简单。通过在脉动腔的底部设置可上下周期性振动的气动膜，气动膜在振动动力源的作用下收缩和舒张，收缩和舒张的时间比可以通过振动动力源来改变，顺应腔可用来模拟血管的弹性。
该测试装置设计精巧，结构简单，占用体积小，所有部件体积都不大，在使用过程中便于移动，操作者在使用过程中可根据测试需求对参数进行调整，该测试装置有利于模拟循环系统向简单及模拟参数多样化发展。
附图说明
图1是本发明血泵寿命测试装置的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下：
1---储液箱，2---脉动腔，21---第一压力传感器，3---第一单向阀，4---气动膜，41---振动动力源，5---顺应腔，51---过滤器，6---第一管道，7---第二单向阀，8---血泵，9---紫外光杀菌器，10---第二管道，11---阻尼调节器，12---第三管道，13---第一流量计，14---进气孔，15---防尘盖，16---阀门，17---温度传感器，18---第二压力传感器，19---控制和显示模块，20---第二流量计。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种血泵寿命测试装置，通过模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，该血泵寿命测试装置（以下简称测试装置）
与液体接触的部分材质为工程塑料以及钛合金，主要是防锈；工程塑料具有优良的综合性能，刚性大、蠕变小、机械强度高、耐热性好和电绝缘性好，可在较苛刻的化学和物理环境中长期使用；钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等优点。
如图1所示，该测试装置包括储液箱1和脉动腔2，所述储液箱1内盛放液态模拟介质，所述储液箱箱体的材质选用透明材质，选用该透明材质的目的是方便观察者在观察过程中直观地进行观看储液箱内液态模拟介质的情况，当该测试装置在工作过程中也可通过该储液箱内的液面高度来判断所测血泵的前负荷。
所述脉动腔2置于储液箱1下方且盛满同样的液态模拟介质，储液箱1与脉动腔2之间通过一自上而下的第一单向阀3保持液态模拟介质的流通。所述脉动腔内设置有一第一压力传感器21，该第一压力传感器21用于模拟检测人体心室的压力。在脉动腔2的底部设有可上下周期性振动的气动膜4，所述气动膜4与振动动力源41相连，在本技术方案中，所述气动膜4的振动动力源41优选为气缸，所述气缸41在该测试装置中用于模拟人体心脏的脉动，当气缸41以恒定的速度运动时，气动膜的收缩和舒张的时间与自然心脏的收缩和舒张相一致。所述气缸41的类型可为单作用气缸或双作用气缸，在本技术方案中，所述气动膜4为一耐用的复合材料，所述气动膜4的材料优选为F46，四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，F46既具有与聚四氟乙烯相似的特性，又具有热塑性塑料的良好加工性能，它弥补了聚四氟乙烯加工困难的不足，使其成为代替聚四氟乙烯的材料。F46具有优良的电绝缘性能、热性能、耐化学稳定性和力学性能。F46除与高温下的氟元素、熔融的碱金属和三氟化氯等发生反应外，与其他化学药品接触时均不被腐蚀。F46的耐热性能仅次于聚四氟乙烯，能在-85~+200℃的温度范围内连续使用,即使在-200℃和+260℃的极限情况下，其性能也不恶化，仍可短时间使用。F46在大气中不仅抗氧化性能非常好，且耐大气稳定性高。
在储液箱1和脉动腔2的侧壁设有开孔，两孔之间通过管道相连形成液体回路，该液体回路当中至少设有一顺应腔5，通过顺应腔5内空气体积变化，模拟血泵植入人体后血管的弹性。所述顺应腔5的外侧设有刻度，操作者在使用过程中通过所述顺应腔5上显示的刻度值可直观地看出当前顺应腔内循环介质的多少。所述顺应腔5的上方开设有一用于放气或打气的阀门16。
所述顺应腔5内还设有一用于减少杂波的过滤器51，过滤器的两端是卡设在顺应腔内，具体地，所述过滤器51为一多孔的平板，该平板被固定在顺应腔内浸没在液体回路中，所述过滤器51的作用是减少杂波，使得所述顺应腔5内的液面保持平稳，不出现晃动现象。所述顺应腔51为一密闭腔体，该密闭腔体内的循环介质为0.9%的Nacl溶液，所述顺应腔51内的液体和其他腔体都是相通的，均为0.9%的Nacl溶液。所述脉动腔2与顺应腔5之间的管道为第一管道6，第一管道6上设有只允许液态模拟介质从脉动腔向顺应腔流动的第二单向阀7。
待测试的血泵8置于储液箱1内并浸没在液态模拟介质当中，血泵的进液端通过管道与脉动腔内部连接，血泵的出液端通过管道与第一管道6连接，连接点位于第二单向阀7与顺应腔5之间。在该测试装置中，所述血泵8的材质为钛合金，钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高和防腐蚀等优点。
所述气动膜4在振动动力源41的作用下向上收缩，这时第二单向阀7打开，液体模拟介质经由第二单向阀7流入第一管道6中，经第一管道6流入顺应腔5，液体模拟介质经由顺应腔5流入至第二管道10中，经第二管道10流入紫外光杀菌器9，经紫外光杀菌器9杀菌后，液体模拟介质从紫外光杀菌器9流出经第三通道12流入至阻尼调节器11中，阻尼调节器11与储液箱1之间形成第四通道，经阻尼调节器11后再经由第四管道流入储液箱1中。进入顺应腔5内的流量为两股流量的汇合，等于血泵出液端流入管道内的流量加上经第一单向阀流入第一管道内的流量，完全模拟了血泵植入人体后的运行过程，所述脉动腔内的流量呈周期性变化，由于受到脉动的冲击，所述血泵内的流量也呈周期性变化。
所述气动膜4在振动动力源41的作用下向下舒张，这时第一单向阀3打开，储液箱1内的液态模拟介质经由第一单向阀3流入至脉动腔中。整个血泵寿命测试装置在振动动力源的驱动下按照上述过程不断循环，从而达到模拟人体血液循环的作用。
所述液体回路当中还设有用于给管路内液体杀菌的紫外光杀菌器9，该紫外光杀菌器可以避免液体回路中微生物的生长，所述顺应腔5与紫外光杀菌器9之间的管道为第二管道10。所述紫外光杀菌器辐照强度稳定性高，杀菌寿命长达9000小时，透光率≥87%，其辐照强度在253.7um保持稳定不变，且该紫外光杀菌器在使用过程中如果灯管发生意外破碎的现象会发出声光报警提醒，提醒使用者立即更换备用的紫外光杀菌器。在本技术方案中，所述紫外线杀菌器主体内外均采用钛合金材料，钛合金在0.9%NaCl溶液中长时间不会生锈，钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等优点，主体内外部抛光处理以加强紫外线辐照度，确保被消毒物在消毒灭菌过程中不会有消毒灭菌不完全的情形出现。
所述紫外光杀菌器9外还设置有加热器，设置该加热器的目的是维持模拟血泵植入人体后的温度在37°C，通过加热器的开断维持管路内的水温，不同的状态下，温度是相同的，都是37摄氏度，例如，血泵高转速的情况下，水体温度为37摄氏度，血泵低转速的情况下，水体温度同样也为37摄氏度。
所述液体回路当中还设有用于调节阻尼的阻尼调节器11，所述阻尼调节器11是用来调节液体的阻力，所述阻尼调节器11有不同规格，在使用过程中可根据测试装置需要调节，以达到改变血管阻力的目的，调节方式为手动或电动。所述顺应腔5与阻尼调节器之间的管道为第三管道12，所述血泵8的出液端与第一管道的连接管道上设有第一流量计13，该测试装置在使用过程中可实时监控血泵的瞬时流速。
所述储液箱1上端开设有一用于防尘、保证箱体与大气相通的进气孔14，所述进气孔上罩设有一和所述进气孔相14匹配的防尘盖15，所述防尘盖15的设置使得该测试装置在使用过程中灰尘不会掉落进储液箱内。
所述振动动力源41上设置有用于检测振动动力源运行状态速度的激光位移传感器，该激光位移传感器在使用过程中能够精确非接触测量气缸的位置和位移的变化。所述储液箱内还设置有温度传感器17，所述温度传感器将测得到的储液箱内的温度变化传递至控制和显示模块。所述第一管道上还设置有用于检测压力的第二压力传感器18，该压力传感器用于测主动脉压。
该测试装置还包括一控制和显示模块19，所述控制和显示模块与第一压力传感器、第二压力传感器、血泵和阻尼调节器电性连接，所述控制和显示模块通过显示屏把实时测得的血泵的状态信息进行显示，例如，血泵的实时转速、流程计的实时流量、实时心室压和平均主动脉压等信息。
该测试装置以左心室为例，模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，模拟血泵植入人体后的运行环境具体分为以下几种状态：运动状态、正常状态和睡眠状态，该测试装置连续运行两年以上。该测试装置的主要指标为：该测试装置内的温度控制在37±2℃；模拟天然心脏搏动，通过调振动动力源和血泵的转速，模拟3种状态的心跳频率，分别为：运动状态下的运动频率，130bpm，正常状态下的正常频率，70bpm，睡眠状态下的睡眠状态频率，50bpm；主动脉压力，运动状态下对应的主动脉压力为100mmHg，正常状态下对应的主动脉压力为90 mmHg，睡眠状态下对应的主动脉压力为80 mmHg；各个状态积累的时间分别为：运动状态下的积累时间为1小时，正常状态下的积累时间为15小时，睡眠状态下的积累时间为8小时；血液流量，运动状态下的血液流量为7L/min ，正常状态下的血液流量为5L/min ，睡眠状态下的血液流量为3L/min，需要指出的是，该血液流量为血泵的流量，不是总流量。
根据输入的血泵状态信号和模拟血泵植入人体后的运行环境的上述三种状态，该控制和显示模块中设有根据输入的人体生理状态进行切换的如下几种工作模式：
常规模式：为常规情况下控制系统的一种工作模式，在这种模式下，以病人心率和心率变化率作为一种控制信号，也就是根据病人心率的变化，来调整血泵的转速，从而改变血泵的流率以适应病人的生理需求。
抽吸处理模式：当血泵入口端压力急剧降低时，会发生心室抽吸的现象，一旦发生抽吸，心室会在低压作用下被抽瘪，心室压变为负压。这将会极大地降低自然心脏和血泵的泵血能力，并对血液和其他器官造成损害。应对抽吸的办法就是降低血泵的转速，使心室能够重新得到充盈，正常的血液循环才能得以恢复。
肺淤血处理模式：当左心室功能减退时，左心室排血量减少，不能及时将回心血量排出，会导致肺淤血。肺淤血将会导致肺动脉压急剧的升高。解决肺淤血的办法就是增加血泵的转速，从而增加血泵的流量，使得回心血量及时地排出，并避免主动脉的灌注不足。
搏动模式：为一种比较特殊的工作模式。在这种模式下，将根据血压和流量的变化特点，在血压的收缩期或血压的舒张期，给出搏动式的流量变化。
启动模式：应用于手术中和手术刚刚结束拆除循环机时，控制系统的一种工作模式。在这种模式下，将保证血泵工作在合理的恒定流量的状态下。
由上可以看出，该测试装置通过模拟人体的多种生理状态，并以此为基础来调整血泵的工作状态，可以适应不同人体的生理需求。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1. 血泵寿命测试装置，通过模拟血泵植入人体后的运行环境对其运行寿命进行测试，其特征在于：该测试装置包括储液箱（1）和脉动腔（2），储液箱（1）内盛放液态模拟介质，脉动腔（2）置于储液箱下方且盛满同样的液态模拟介质，储液箱（1）与脉动腔（2）之间通过一自上而下的第一单向阀（3）保持液态模拟介质的流通，在脉动腔的底部设有可上下周期性振动的气动膜（4），在储液箱和脉动腔的侧壁设有开孔，两孔之间通过管道相连形成液体回路，该液体回路当中至少设有一顺应腔（5），脉动腔（2）与顺应腔（5）之间的管道为第一管道（6），第一管道（6）上设有只允许液态模拟介质从脉动腔向顺应腔流动的第二单向阀（7）；待测试的血泵（8）置于储液箱内并浸没在液态模拟介质当中，血泵的进液端通过管道与脉动腔（2）内部连接，血泵（8）的出液端通过管道与第一管道（6）连接，连接点位于第二单向阀（7）与顺应腔（5）之间；所述气动膜（4）的振动动力源（41）为气缸; 所述液体回路当中还设有用于给管路内液态模拟介质杀菌的紫外光杀菌器（9），所述紫外光杀菌器（9）的材质为钛合金，所述顺应腔（5）与紫外光杀菌器之间的管道为第二管道（10）。
2. 根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述顺应腔（5）内还设有一用于减少杂波的过滤器（51）。
3.根据权利要求2 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述过滤器（51）为一多孔平板，该多孔平板被固定在所述顺应腔（5）内。
4.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述气动膜（4）的材质为四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。
5. 根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述顺应腔（5）的上方开设有一用于放气或打气的阀门（16）。
6. 根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述顺应腔（5）为一密闭腔体，所述顺应腔（5）的外侧设有刻度。
7. 根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述液体回路当中还设有用于调节阻尼的阻尼调节器（11），所述阻尼调节器（11）的调节方式为手动或电动，所述紫外光杀菌器（9）与阻尼调节器之间的管道为第三管道（12）。
8.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述血泵（8）的出液端与第一管道的连接管道上设有第一流量计（13）。
9.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述储液箱（1）上端开设有一用于防尘、保证箱体与大气相通的进气孔（14），所述进气孔上罩设有一和进气孔相匹配的防尘盖（15）。
10.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述振动动力源（41）上设置有用于检测振动动力源运行状态速度的激光位移传感器。
11.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述储液箱（1）内还设置有温度传感器（17），所述储液箱（1）的材质选用透明材质。
12.根据权利要求1 所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述第一管道上还设置有用于检测压力的第二压力传感器（18）。
13.根据权利要求1所述的血泵寿命测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括一控制和显示模块。
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