CN110025404B - 一种用于测量瓣膜反流量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量瓣膜反流量的检测装置，包括：水箱；瓣膜固定装置，包括从上至下依次设置的下游腔、瓣膜固定板和上游腔，上游腔与下游腔连通，瓣膜固定板用于固定待测瓣膜，待测瓣膜安装在瓣膜固定板后，上游腔与下游腔分隔，下游腔与水箱连接；第一压力传感器，用于测量下游腔内的液体压力；第二压力传感器，用于测量上游腔内的液体压力；及可控容积泵，包括容积泵、驱动单元和控制单元，容积泵的泵缸与上游腔通过管路连通，控制单元通过控制驱动单元以控制容积泵的活塞推杆运动。本发明能够实现对瓣膜的单次关闭过程中的瓣膜关闭体积和关闭时长等参数的精确测量。

Description

一种用于测量瓣膜反流量的检测装置

技术领域

本发明涉及一种瓣膜反流检测领域，尤其涉及一种用于测量瓣膜反流量的检测装置。

背景技术

人体的心脏结构如图1所示，分为四个腔体，分别为：左心房5、左心室7、右心房1、右心室3。四个腔体之间由四个瓣膜间隔，起到一个单向阀的作用，抑制血流的回流，是心脏的重要组成部分。四个瓣膜分别为：主动脉瓣8，位于左心室7与主动脉9之间；二尖瓣瓣6，位于左心房5与左心室7之间；肺动脉瓣瓣2，位于右心室3与肺动脉10之间；三尖瓣瓣2，位于右心房1与右心室3之间。瓣膜的病变会导致瓣膜功能的失效，于是有了人工瓣膜来代替自然心脏瓣膜。

人工瓣膜的反流是一个重要指标。经过瓣膜的血流流量曲线如图2所示，图2中横坐标为时间，纵坐标为流量。流经瓣膜的流量曲线13包含了一个心动周期流经瓣膜的流量曲线，分为瓣膜打开的正向流和瓣膜关闭的反向流，而反向流又包含瓣膜关闭过程中形成的关闭反流量和完全关闭后的泄漏反流量，瓣膜关闭体积14为瓣膜关闭过程中产生的反流量，瓣膜泄漏体积15为瓣膜完全关闭后产生的反流量。瓣膜关闭体积14的计算采用对流经瓣膜的流量由瓣膜关闭开始时刻12积分到瓣膜完全关闭时刻11。瓣膜关闭开始时刻是指瓣膜开始关闭运动过程的时刻，此时刻的特征是流经瓣膜的流量为零；瓣膜完全关闭时刻是指瓣膜结束关闭运动过程的时刻，此时刻的特征是跨瓣压差开始有明显升高。

瓣膜关闭体积14是瓣膜反流量的重要特性，所以精确测量瓣膜关闭体积14很有意义。在现有技术的瓣膜周期循环脉动流实验系统中，测量流量一般采用较大量程的流量传感器，用以检测流经瓣膜的流量。因大量程流量计对小流量检测不准且波动较大，而反流量小且脉动，流量检测不准，所以瓣膜关闭体积14检测误差较大。并且瓣膜周期循环脉动流实验系统结构复杂，待测瓣膜的反流量要受到另一个辅助人工心脏瓣膜的性能影响。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于测量瓣膜反流量的检测装置，能够实现对瓣膜关闭体积和关闭时长等重要参数进行精确测量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于测量瓣膜反流量的检测装置，包括：

水箱；

瓣膜固定装置，包括从上至下依次设置的下游腔、瓣膜固定板和上游腔，所述上游腔与下游腔连通，所述瓣膜固定板用于固定待测瓣膜，待测瓣膜安装在瓣膜固定板后，所述上游腔与下游腔分隔，所述下游腔与所述水箱连接；

第一压力传感器，用于测量所述下游腔内的液体压力；

第二压力传感器，用于测量所述上游腔内的液体压力；及

可控容积泵，包括容积泵、驱动单元和控制单元，所述容积泵的泵缸与所述上游腔通过管路连通，所述控制单元通过控制所述驱动单元以控制所述容积泵的活塞推杆运动。

优选地，所述驱动单元包括步进电机、丝杠和丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述丝杠螺纹连接，所述步进电机与所述控制单元连接，所述步进电机的电机轴与所述丝杠的一端连接，用于驱动所述丝杠转动，所述丝杠螺母与所述活塞推杆连接。

优选地，还包括溢流装置，所述溢流装置与所述容积泵的泵缸连接。

优选地，所述容积泵为活塞泵，所述丝杆由刚性材料制成。

优选地，所述控制单元根据给定的脉动流经瓣膜的流量曲线控制所述活塞推杆的运动。

优选地，所述水箱中设有用于实时检测水箱中的液位高度的装置。

优选地，所述水箱内装有甘油溶液或生理盐水或处理过的血液。

优选地，所述瓣膜固定装置安装时保持待测瓣膜成水平状态或垂直状态，且向可控容积泵侧单向导通。

本发明的有益效果：

本发明中容积泵的活塞推杆根据脉动流经瓣膜的流量曲线运动，使得瓣膜符合自然心脏一个收缩-舒张周期的容积与压力变化情况，通过测量位于待测瓣膜两侧的下游腔和上游腔之间的压差，再结合脉动流经瓣膜的流量曲线计算，即可实现对瓣膜的单次关闭过程中的瓣膜关闭体积和关闭时长等参数的精确测量。

附图说明

图1为人体的心脏结构示意图。

图2为人体生理脉动流经瓣膜的流量曲线图。

图3为根据本发明实施例的一种用于测量瓣膜反流量的检测装置的结构示意图。

附图标记：

1-右心房，2-三尖瓣，3-右心室，4-肺动脉瓣，5-左心房，6-二尖瓣，7-左心室，8-主动脉瓣，9-肺动脉，10-主动脉，11-瓣膜完全关闭时刻，12-瓣膜开始关闭时刻，13-流经瓣膜的流量曲线，14-瓣膜关闭体积，15-瓣膜泄漏体积，16-水箱，17-下游腔，18-第一腔压力传感器，19-第二腔压力传感器，20-瓣膜固定板，21-上游腔，22-管路，23-溢流装置，24-容积泵，25-活塞推杆，26-连接杆，27-丝杆支持轴承，28-底座，29-丝杆螺母，30-丝杆，31-电机固定支架，32-丝杆固定轴承，33-联轴器，34-步进电机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种用于测量瓣膜反流量的检测装置。

请参阅图3，根据本发明实施例的一种用于测量瓣膜反流量的检测装置包括：水箱16、瓣膜固定装置、第一压力传感器18、第二压力传感器19、可控容积泵和溢流装置23。

具体地，瓣膜固定装置包括从上至下依次设置的下游腔17、瓣膜固定板20和上游腔21，所述上游腔21与下游腔17连通，所述瓣膜固定板20用于固定待测瓣膜，待测瓣膜安装在瓣膜固定板20后，所述上游腔21与下游腔17分隔。本实施例的的待检测瓣膜包括人造机械瓣、生物瓣、介入瓣和生物离体主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣、静脉瓣等各种瓣膜。

第一压力传感器18安装于下游腔17上，用于测量所述下游腔17内的液体压力，第二压力传感器19安装于上游腔21上，用于测量所述上游腔21内的液体压力。第二压力传感器19和第一腔压力传感器17的检测范围不小于±200mmHg，检测精度不小于1mmHg，优选检测精度为0.1mmHg。

可控容积泵，包括容积泵24、驱动单元和控制单元，所述容积泵24的泵缸与所述上游腔21通过管路22连通，所述控制单元通过控制所述驱动单元以控制所述容积泵24的活塞推杆25运动，第一压力传感器18和第二压力传感器19均与控制单元连接。

本实施例中的驱动单元包括驱动源步进电机34以及丝杠30和丝杠螺母29，步进电机34固定在电机固定支架31上，通过联轴器33与丝杆30连接。丝杆30由丝杆支持轴承27和丝杆固定轴承32固定在底座28上。丝杠螺母29与所述丝杠30螺纹连接，步进电机34带动丝杆30做旋转运动，丝杆螺母29则被丝杆30驱动做直线运动。丝杆螺母29与容积泵24的活塞推杆25通过连接杆26连接，使得丝杆螺母29带动活塞推杆25运动。

上游腔21通过管路22与容积泵24的泵缸连接，下游腔17与所述水箱16连接，瓣膜固定装置20保持待测瓣膜的瓣环平面呈水平状态或垂直状态，且向容积泵24侧单向导通。水箱16中装有足够量的与生理血液流体特性近似的甘油溶液或生理盐水，容积泵24抽动时不至于甘油溶液被抽完。活塞推杆25背离管路22方向运动使上游腔21腔体内形成负压，待测瓣膜打开，液体由下游腔17经待测瓣膜流入上游腔21，模拟自然心脏的舒张期；活塞推杆25朝向管路22方向运动使上游腔21腔体内形成正压，待测瓣膜在水流的作用下关闭，液体由上游腔21经待测瓣膜流入下游腔17，模拟自然心脏的收缩期。

容积泵24的体积变化范围不小于150mL，体积最大变化率不小于250ml/S，可控精度不小于0.1mL，可实现任意给定体积波形变化。瓣膜反流体积14的检测范围为1mL-100mL，精度不小于0.1mL。本实施例中的容积泵24为活塞泵，所述丝杆30为由刚性材料制成，一定扭矩下不会发生形变。

溢流装置23与所述容积泵24的泵缸连接，可以防止容积泵24中的压力过高，使得容积泵24中压力过高时会自动产生溢流，以防止压力过高。

控制单元根据给定的脉动流经瓣膜的流量曲线控制所述活塞推杆25的运动。脉动流经瓣膜的流量曲线在一个驱动周期内流速由正向流促使瓣膜完全打开的流向变为反向流促使瓣膜完全关闭的流向，此流动过程可以模拟正常或病态瓣膜的一次由打开到关闭的过程。具体地，在步进电机34的驱动下，丝杆螺母29沿丝杆30朝向背离丝杆扶持轴承27方向运动，则通过连接杆26和活塞推杆25拉动可控容积泵24中的活塞吸入液体，使上游腔21腔体内形成负压，待测瓣膜打开，液体由下游腔17经待测瓣膜流入上游腔21，模拟自然心脏的舒张期；在步进电机34的驱动下，丝杆螺母29朝向丝杆扶持轴承27方向运动，则通过连接杆26和活塞推杆25推动可控容积泵24中的活塞推出液体，使上游腔21腔体内形成正压，待测瓣膜在水流的作用下关闭，液体由上游腔21经待测瓣膜流入下游腔17，模拟自然心脏的收缩期。在整个舒张-收缩期内，通过第二压力传感器19和第一腔压力传感器17对跨瓣膜压力进行实时检测。在流量曲线中流量由正向流量变为反向流量时刻流量为零为瓣膜关闭开始时刻；在实时圧力曲线中，瓣膜关闭开始之后跨瓣膜压差曲线的斜率突变跨瓣压差有明显升高时刻为瓣膜完全关闭时刻，因此，根据第二压力传感器19和第一腔压力传感器17确定跨瓣压差有明显升高的时刻，即能测得瓣膜完全关闭时刻11。再对上述脉动流经瓣膜的流量曲线在瓣膜关闭开始时刻12至瓣膜完全关闭时刻11区间内积分，得到瓣膜关闭体积14。

本实施例中，驱动单元内的驱动源也可以为非步进电机，考虑到非步进电机工作的精度问题，此时，水箱16中设有用于实时检测水箱16中的液位高度的装置，例如采用超声测液面法，或高速相机拍液位高度法、或浮球测液位法等方法检测水箱16中液面变化率，从而得到容积泵24的容积实时变化量，即能够得到实际脉动流经瓣膜的流量曲线。实际脉动流经瓣膜的流量曲线由正向流转为反向流时刻为瓣膜开始关闭时刻12；根据第二压力传感器19和第一腔压力传感器17确定跨瓣压差有明显升高的时刻，得到瓣膜完全关闭时刻11。再对上述实际脉动流经瓣膜的流量曲线在瓣膜关闭开始时刻12至瓣膜完全关闭时刻11区间内积分，得到瓣膜关闭体积14。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，包括：

水箱（16）；

瓣膜固定装置，包括从上至下依次设置的下游腔（17）、瓣膜固定板（20）和上游腔（21），所述上游腔（21）与下游腔（17）连通，所述瓣膜固定板（20）用于固定待测瓣膜，待测瓣膜安装在瓣膜固定板（20）后，所述上游腔（21）与下游腔（17）分隔，所述下游腔（17）与所述水箱（16）连接；

第一压力传感器（18），用于测量所述下游腔（17）内的液体压力；

第二压力传感器（19），用于测量所述上游腔（21）内的液体压力；及

可控容积泵，包括容积泵（24）、驱动单元和控制单元，所述容积泵（24）的泵缸与所述上游腔（21）通过管路（22）连通，所述控制单元通过控制所述驱动单元以控制所述容积泵（24）的活塞推杆（25）运动；

所述检测装置的检测方法包括：

步骤一：所述控制单元根据给定的脉动流经瓣膜的流量曲线控制所述活塞推杆（25）运动，使得瓣膜符合自然心脏一个收缩-舒张周期的容积与压力变化情况，在此过程中，所述控制单元根据第二压力传感器（19）和第一压力传感器（18）确定跨瓣压差有明显升高的时刻，获得瓣膜完全关闭时刻（11）；

步骤二：对脉动流经瓣膜的流量曲线在瓣膜开始关闭时刻（12）至瓣膜完全关闭时刻（11）区间内积分，得到瓣膜关闭体积（14）；

待检测瓣膜包括人造机械瓣、生物瓣、介入瓣和生物离体主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣、静脉瓣。

2.根据权利要求1所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，所述驱动单元包括步进电机（34）、丝杠（30）和丝杠螺母（29），所述丝杠螺母（29）与所述丝杠（30）螺纹连接，所述步进电机（34）与所述控制单元连接，所述步进电机（34）的电机轴与所述丝杠（30）的一端连接，用于驱动所述丝杠（30）转动，所述丝杠螺母（29）与所述活塞推杆（25）连接。

3.根据权利要求1所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，还包括溢流装置（23），所述溢流装置（23）与所述容积泵（24）的泵缸连接。

4.根据权利要求2所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，所述容积泵（24）为活塞泵，所述丝杠（30）由刚性材料制成。

5.根据权利要求1所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，所述水箱（16）中设有用于实时检测水箱（16）中的液位高度的装置。

6.根据权利要求1所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，所述水箱（16）内装有甘油溶液或生理盐水或处理过的血液。

7.根据权利要求1所述的用于测量瓣膜反流量的检测装置，其特征在于，所述瓣膜固定装置安装时保持待测瓣膜成水平状态或垂直状态，且向可控容积泵（24）侧单向导通。

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