CN111718843B - 球囊搏动式灌流培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球囊搏动式灌流培养系统，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池、液压式转换阀、蠕动泵、培养室、搏动球囊、压力表、球型阀、收集皿；所述的液压式转换阀和蠕动泵分别设于储液池的下方，且储液池与液压式转换阀和蠕动泵之间分别通过聚氨酯管相通连接；所述的传输管上从左向右依次设有培养室、压力表和球型阀；所述的收集皿设于废液排泄口下方；所述的搏动球囊通过一垂直输液管相通连接设于培养室的左侧；所述的垂直输液管上安装设有球囊和单向阀。其优点表现在：能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点。

Description

球囊搏动式灌流培养系统

技术领域

本发明涉及灌流培养技术领域，具体地说，是一种球囊搏动式灌流培养系统。

背景技术

1.动脉生理性血流的特性是搏动性流动，搏动性血流是血压产生的生理基础，但体外复制技术难度大，目前少有成熟的体外模型。

脉搏是血压的重要表现。正常的血压是血液循环流动的前提，血压在多种因素调节下保持正常，从而提供各组织器官足够的血量，以维持正常的新陈代谢。心搏周期心室肌收缩所释放的能量，一部分成为推动血液迅速流动的动能，另一部分转化为位能，表现为动脉血压，它使主动脉骤行扩张，存储部分输出血量成为心室舒张时继续推动血液流动的动力。这使动脉系统无论在心脏的收缩期和舒张期都能保持稳定的血压来推动血液循环。动脉血流速度随着心收缩和心舒张而波动，心室收缩时血流加快，舒张时血流变慢，静脉的血流则始终表现均匀。

外周血管阻力是产生血压的重要因素，高血压是血管外周阻力增加的直接造成，全身血管阻力与血流模式有关，而行搏动灌注的病人更易维持生理水平的血管阻力。然而搏动血流的意义和作用从医学产生的初始就存在争议、讨论。50年代在全世界许多中心开始作心脏直视手术，用的是蠕动泵，它产生低振幅(细小波浪状)的脉动血流，这种泵的成功使用使人们对以前的必须用搏动血流的盛行概念提出了疑问，结果对于在体外循环心脏手术中用搏动灌注还是用非搏动灌注产生争议。以后许多实验和临床对比研究都以这些争议为主题，研究结果也不尽一致。由于非搏动泵的大量临床应用，效果基本良好，有人认为不必用搏动灌注，虽然他们并不完全否定搏动灌注较符合生理，但他们认为搏动灌注技术复杂，优点不明显，可能加重血液破坏，产生溶血。

不过某些中心的人们毫无疑问地认为搏动血流是有益的，其基本优点可归纳为：自然的血流最佳；搏动灌注增加组织液的流动和形成，淋巴流动增加；组织代谢率和废物排除加快；从泵到组织的能量传递更有效。这些基本的优点可能对于改善和保护某些器官的功能有关。搏动血流维持血流动力学状态的机制十分复杂，目前仍未完全了解，开展搏动性灌流培养方面研究的十分必要。然而现有常规的灌流培养方法很难模拟类似动脉搏动的搏动性灌流，因而难以满足离体复制高血压模型的需要。所以我们开发出一种技术较为简便的球囊搏动式灌流培养系统来模拟在体动脉血流，希望尽可能接近在体动脉血流的状态，以便于探讨复制离体高血压的途径。

2.球囊搏动式灌流培养系统与现有其他系统相比具有仿真度高，技术难度小，操作简便，价格不高等优点。

Bregman将搏动灌注的泵系统分为容积式泵和动力泵两类。容积式泵又分为滚压泵和心室泵；动力泵分为离心泵和涡流泵。搏动泵是一种利用液压输送血流的高效设备。然而，现有的搏动泵技术结构复杂造价昂贵，它的应用也效力被一些非本质因素所制约。研究发现体外循环回路上许多部分都会吸收能量。由于在常规体外循环中血泵都离动脉较远，血泵和主动脉之间有很大距离，这之间许多因素都可吸收能量，会造成驱动能量衰减，使搏动生成器的效率下降，影响搏动灌注效果，导致接近生理状态的搏动血流很难产生。另一制约搏动灌注技术发展和推广的瓶颈是搏动波形量化指标和质量控制标准的缺乏。缩短起搏距离，研究和探索精确、可靠的搏动波形量化指标体系和质量控制标准,很可能是解决搏动灌注临床应用瓶颈问题的一个突破口。

IABP是一种确实有效的以导管为基础的血管内装置，其工作原理是IABP球囊在舒张早期主动脉瓣关闭之后立即充气，导致升主动脉内舒张压升高；等容收缩期主动脉瓣开放前瞬间快速排空气囊，产生“空穴效应”，使主动脉压力下降，从而达到辅助循环的作用。整个系统易于操控，测量精准度高，影响因素少，性能稳定，接近生理状态的搏动血流，因而有模拟心脏射血的技术可行性。IABP拥有血压触发搏动模式，通过这一工作模式，可以调控灌流培养系统的灌注压，制造精确、可靠的搏动波形量化指标体系和质量控制标准。因而我们以IABP技术原理为基础，采取逆向设计的方法制作球囊搏动性灌流培养系统。

中国专利文献：CN201921087262.0，申请日2019.07.12，专利名称为：灌流式培养系统。公开了一种灌流式培养系统，其包括：培养舱，培养舱容纳有生物材料；循环供给回路，循环供给回路包括储液罐和第一动力源，储液罐用于储存培养液并与培养舱连通，第一动力源设于使储液罐与培养舱连通的管路，培养液在第一动力源的驱动下在储液罐和培养舱之间循环流动；新液补充支路，新液补充支路包括新液罐和第二动力源，新液罐用于储存新鲜的培养液并与储液罐连通，第二动力源设于使新液罐与储液罐连通的管路，第二动力源能够将新鲜的培养液补充到储液罐。

中国专利文献：CN201420580635.9，申请日2014.10.09，专利名称为：一种离体血管微气泡灌流装置。公开了一种离体血管微气泡灌流装置，包括离体血管压力肌动系统和两个微气泡制备装置；所述的离体血管压力肌动系统包括压缩气源、控制台、灌流瓶、浴槽、废液瓶、倒置显微镜、摄像机、计算机；所述的两个微气泡制备装置，结构相同，均设在离体血管压力肌动系统的浴槽内。

上述专利文献CN201921087262.0中的一种灌流式培养系统，该灌流式培养系统具有新液补充支路，从而能够向储液罐补充新鲜的培养液，保证培养液的供应质量和数量，储液罐兼具储存培养液、接收补充培养液和供应培养液的功能，简化了灌流式培养系统的管路结构；而专利文献CN201420580635.9中的一种离体血管微气泡灌流装置，则利用离体血管压力肌动系统为离体血管提供灌流，可通过调节微气泡制备装置生成的微气泡的大小和密度，实现离体血管段微气泡灌流强度的精确控制，满足不同实验研究的需求。但是关于一种能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点的一种球囊搏动式灌流培养系统目前则没有相关的报道。

综上所述，亟需一种能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点的一种球囊搏动式灌流培养系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点的一种球囊搏动式灌流培养系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种球囊搏动式灌流培养系统，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池、液压式转换阀、蠕动泵、培养室、搏动球囊、压力表、球型阀、收集皿；所述的储液池上方设有进气口，内部设有储存瓶A和储存瓶B；所述的液压式转换阀和蠕动泵分别设于储液池的下方，且储液池中的储存瓶A和储存瓶B与液压式转换阀和蠕动泵之间分别通过聚氨酯管相通连接；所述的聚氨酯管末端横向相通设有传输管；所述的传输管上从左向右依次设有培养室、压力表和球型阀；所述的培养室上设有供气管；所述的传输管右端为废液排泄口；所述的收集皿设于废液排泄口下方；所述的搏动球囊通过一垂直输液管相通连接设于培养室的左侧；所述的垂直输液管上安装设有球囊和单向阀。

作为一种优选的技术方案，所述的搏动球囊为小儿用2.5cc IABP的球囊。

作为一种优选的技术方案，所述的搏动球囊距离组织培养室2-3cm。

作为一种优选的技术方案，所述的压力表为Omega数字压力表，DPG8001型。

一种球囊搏动式灌流培养系统，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池、三联三通、蠕动泵、培养室、搏动球囊、压力表、球型阀、收集皿；所述的储液池上方设有进气口，内部设有储存瓶A和储存瓶B；所述的四个三联三通和蠕动泵分别设于储液池的下方，且储液池中的储存瓶A和储存瓶B与四个三联三通和蠕动泵之间分别通过聚氨酯管相通连接；所述的聚氨酯管末端横向相通设有传输管；所述的传输管上从左向右依次设有培养室、压力表和球型阀；所述的培养室上设有供气管；所述的传输管右端为废液排泄口；所述的收集皿设于废液排泄口下方；所述的搏动球囊通过一垂直输液管相通连接设于培养室的左侧；所述的垂直输液管上安装设有球囊和单向阀。

作为一种优选的技术方案，所述的搏动球囊为小儿用2.5cc IABP的球囊。

作为一种优选的技术方案，所述的搏动球囊距离组织培养室2-3cm。

作为一种优选的技术方案，所述的压力表为Omega数字压力表，DPG8001型。

本发明优点在于：

1、利用储液池中设有储存瓶A和储存瓶A的设计，通过蠕动泵的作用，便可将储液池中的培养液压入培养室中。

2、设于储液池下方的液压式转换阀可控制培养液在聚氨酯管内单向流动，且当储液瓶A或储液瓶B中的某个培养液流光时，可通过液压式转换阀转向，继续使用另一各储液瓶中的培养液，从而保证观察血管中灌注液的流动方向不发生改变，达到既可模拟连续定向流动，振荡流动，脉冲式流动，又可以减少培养液的用量。

3、搏动球囊选择小儿用2.5cc IABP的球囊，球囊根据设置的压力和频率要求调节扩张收缩产生搏动性驱动力，推动灌流液以搏动的方式流向观察血管。

4、搏动球囊前设有的垂直输液管上安装的单向阀，在模拟心脏瓣膜的功能同时，防止球囊驱动灌流液时灌流液沿输出管返流造成分流的风险。

5、搏动球囊设置于离组织培养室2-3cm处，尽可能降低传输过程中的能量损耗。

6、培养室右侧安装一个压力表和球型阀的设计，以便观察控制血管内压力。

7、传输管右端设有的废液排泄口用于排气，以及便于收集皿收集培养液；本发明的球囊搏动式灌流培养系统，能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点。

8、通过四个三联三通连接相通聚氨酯管的设计，同样是在储液池间转换供给灌流液时，保证血管中流动方向不发生改变。

附图说明

附图1是本发明实施例1一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。

附图2是本发明实施例1另一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。

附图3是本发明实施例2一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。

附图4是本发明实施例2另一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.储液池 11.进气口

12.储存瓶A 13.储存瓶

14.聚氨酯管 15.传输管

151.废液排泄口 2.液压式转换阀

3.蠕动泵 4.培养室

41.供气管 5.搏动球囊

51.垂直输液管 52.球囊

53.单向阀 6.压力表

7.球型阀 8.收集皿

9.三联三通

实施例1

请参看附图1、2，图1是本发明实施例1一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图，图2是本发明实施例1另一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。一种球囊搏动式灌流培养系统，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池1、液压式转换阀2、蠕动泵3、培养室4、IABP(搏动)球囊5、压力表6、球型阀7、收集皿8；所述的储液池1上方设有进气口11，内部设有储存瓶A12和储存瓶B13；所述的液压式转换阀2和蠕动泵3分别设于储液池1的下方，且储液池1中的储存瓶A12和储存瓶B13与液压式转换阀2和蠕动泵3之间分别通过聚氨酯管14相通连接；所述的聚氨酯管14末端横向相通设有传输管15；所述的传输管15上从左向右依次设有培养室4、压力表6和球型阀7；所述的培养室4上设有供气管41；所述的传输管15右端为废液排泄口151；所述的收集皿8设于废液排泄口151下方；所述的搏动球囊5通过一垂直输液管51相通连接设于培养室4的左侧；所述的垂直输液管51上安装设有球囊52和单向阀53。

需要说明的是：所述的储液池1上方设有的进气口11用于气体的进入；所述的储液池1中设有储存瓶A12和储存瓶A13的设计，通过蠕动泵3的作用，便可将储液池1中的培养液压入培养室4中；所述的设于储液池1下方的液压式转换阀2可控制培养液在聚氨酯管14内单向流动，且当储液瓶A12或储液瓶B13中的某个培养液流光时，可通过液压式转换阀2转向，继续使用另一各储液瓶中的培养液，从而保证观察血管中灌注液的流动方向不发生改变，达到既可模拟连续定向流动，振荡流动，脉冲式流动，又可以减少培养液的用量；所述的搏动球囊5选择小儿用2.5cc IABP的球囊，球囊根据设置的压力和频率要求调节扩张收缩产生搏动性驱动力，推动灌流液以搏动的方式流向观察血管；所述的搏动球囊5前设有的垂直输液管51上安装的单向阀53，在模拟心脏瓣膜的功能同时，防止球囊驱动灌流液时灌流液沿输出管返流造成分流的风险；所述的搏动球囊5设置于离组织培养室2-3cm处，尽可能降低传输过程中的能量损耗；所述的培养室4右侧(灌流远端)安装一个压力表6和球型阀7的设计，以便观察控制血管内压力；所述的压力表6为Omega数字压力表6(DPG8001型)；所述的传输管15右端设有的废液排泄口151用于排气，以及便于收集皿8收集培养液；本发明的球囊搏动式灌流培养系统，能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点；

灌注系统参数的调控：灌流液流速、阻力和球囊搏动频率等参数依据以下公式计算调节；

1)外周阻力：外周阻力按以下公式计算：

R＝P/Q

其中，R：外周阻力；P：灌流压；Q：血流量；

2)剪切力：剪切力按以下公式计算：

τ＝6Qμ/WH2

其中，τ：剪切力；Q：流量；μ：灌流液粘度；W：流室宽度；H：流室高度；

3)环形张力：环形张力按以下公式计算：

σθ＝Pa/h

其中，P：透壁压，a：管腔半径，h：管壁厚度。

实施例2

请参看附图3、4，图3是本发明实施例2一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图,图4是本发明实施例2另一种球囊搏动式灌流培养系统的操作模式图。本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中的储液池1下方相同连接聚氨酯管14的液压式转换阀2替换成四个三联三通9；所述的通过四个三联三通9连接相通聚氨酯管14的设计，同样是在储液池1间转换供给灌流液时，保证血管中流动方向不发生改变。

本发明的一种球囊搏动式灌流培养系统，利用储液池中设有储存瓶A和储存瓶A的设计，通过蠕动泵的作用，便可将储液池中的培养液压入培养室中；设于储液池下方的液压式转换阀可控制培养液在聚氨酯管内单向流动，且当储液瓶A或储液瓶B中的某个培养液流光时，可通过液压式转换阀转向，继续使用另一各储液瓶中的培养液，从而保证观察血管中灌注液的流动方向不发生改变，达到既可模拟连续定向流动，振荡流动，脉冲式流动，又可以减少培养液的用量；搏动球囊选择小儿用2.5cc IABP的球囊，球囊根据设置的压力和频率要求调节扩张收缩产生搏动性驱动力，推动灌流液以搏动的方式流向观察血管；搏动球囊前设有的垂直输液管上安装的单向阀，在模拟心脏瓣膜的功能同时，防止球囊驱动灌流液时灌流液沿输出管返流造成分流的风险；搏动球囊设置于离组织培养室2-3cm处，尽可能降低传输过程中的能量损耗；培养室右侧安装一个压力表和球型阀的设计，以便观察控制血管内压力；传输管右端设有的废液排泄口用于排气，以及便于收集皿收集培养液；本发明的球囊搏动式灌流培养系统，能够模拟动脉系统的搏动血流，建立球囊搏动式灌流培养系统，高仿真培养血管内皮细胞、平滑肌细胞，便于血管的科学研究，且具有技术难度小，操作简便，价格低优点；通过四个三联三通连接相通聚氨酯管的设计，同样是在储液池间转换供给灌流液时，保证血管中流动方向不发生改变。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池、液压式转换阀、蠕动泵、培养室、搏动球囊、压力表、球型阀、收集皿；所述的储液池上方设有进气口，内部设有储存瓶A和储存瓶B；所述的液压式转换阀和蠕动泵分别设于储液池的下方，且储液池中的储存瓶A和储存瓶B与液压式转换阀和蠕动泵之间分别通过聚氨酯管相通连接；所述的聚氨酯管末端横向相通设有传输管；所述的传输管上从左向右依次设有培养室、压力表和球型阀；所述的培养室上设有供气管；所述的传输管右端为废液排泄口；所述的收集皿设于废液排泄口下方；所述的搏动球囊通过一垂直输液管相通连接设于培养室的左侧；所述的垂直输液管上安装设有球囊和单向阀。

2.根据权利要求1所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的搏动球囊为小儿用2.5ccIABP的球囊。

3.根据权利要求1所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的搏动球囊距离组织培养室2-3cm。

4.根据权利要求1所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的压力表为Omega数字压力表，DPG8001型。

5.一种球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的球囊搏动式灌流培养系统包括储液池、三联三通、蠕动泵、培养室、搏动球囊、压力表、球型阀、收集皿；所述的储液池上方设有进气口，内部设有储存瓶A和储存瓶B；所述的四个三联三通和蠕动泵分别设于储液池的下方，且储液池中的储存瓶A和储存瓶B与四个三联三通和蠕动泵之间分别通过聚氨酯管相通连接；所述的聚氨酯管末端横向相通设有传输管；所述的传输管上从左向右依次设有培养室、压力表和球型阀；所述的培养室上设有供气管；所述的传输管右端为废液排泄口；所述的收集皿设于废液排泄口下方；所述的搏动球囊通过一垂直输液管相通连接设于培养室的左侧；所述的垂直输液管上安装设有球囊和单向阀。

6.根据权利要求5所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的搏动球囊为小儿用2.5ccIABP的球囊。

7.根据权利要求5所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的搏动球囊距离组织培养室2-3cm。

8.根据权利要求5所述的球囊搏动式灌流培养系统，其特征在于，所述的压力表为Omega数字压力表，DPG8001型。

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