CN112562474A - 一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗测试器械技术领域，具体为一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置。本发明装置包括脉动泵、器官动脉模块、基本血管模块、支撑结构；脉动泵用于对模拟心脏脉动供血；所述器官动脉模块包括肾动脉模块、肝动脉模块以及脾动脉模块，分别用于模拟肾动脉栓塞术、肝动脉栓塞术以及脾动脉栓塞术；基本血管模块用于模拟供介入导管进入体内的基本血管通路；支撑结构用于支撑和固定各模块、维持血管形状。本发明装置血管还原度高，可针对具体病情进行修改，透明可视化，可较为精确的模拟栓塞部位和栓塞过程。

Description

一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置

技术领域

本发明属于医疗测试器械技术领域，具体涉及一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置。

背景技术

血管介入栓塞已被广泛用于治疗内出血，肿瘤治疗，手术切除等领域。该技术通过导管输送栓塞剂来阻断靶血管中的血流，整个过程通过实时成像导引完成。栓塞过程的关键在于栓塞剂是否准确适当地注入靶血管。因此，医生需要在X射线透视下缓慢的完成栓塞剂注射，这个过程占据了大部分手术的时间，也会对介入医师造成大量的辐射损伤，即使身穿铅衣也无法完全避免。减少辐射损伤是介入医师的迫切需求。此外，手术过程中没有特定的生理参数用作确定术中栓塞程度的标准。中国肝细胞癌临床TACE实践指南指出，栓塞终点依赖于血管造影观察栓塞物质是否完全停止，供血动脉的血流状态以及病变的影像学状态。这需要丰富的临床经验才能完成较为准确的判断，较高的手术难度和对医生相关手术经验的要求使得这种有效的治疗方法难以在基层医院普及。

一方面，医生通过不断的练习，增加手术经验，可以缩短每次手术的时间，但介入手术操作难度较大，学习周期长，很多医务人员在进修、学习的过程中难以获得足够多的操作机会；另一方面，借助机器人技术辅助或替代医生完成栓塞剂注射环节，可以有效缩短医生受到辐射的时间，但目前市场上能辅助医生完成或自主完成栓塞剂注射的机器人系统尚未有相关报道。因此，不论是帮助介入医师熟悉手术过程、累计操作经验，还是用来辅助设计、验证栓塞剂推注机器人系统的可靠行与安全性，都需要一种血管介入栓塞体外模拟装置。

中国实用新型专利CN 209486948 U提出了一种全仿真血管介入模拟系统，虽然具备了完成人体血液循环的主要动静脉管道，但对于各器官内血管表达缺失，而且对于栓塞部位、栓塞过程不能进行模拟。中国实用新型专利CN 210443088 U提出了一种模拟栓塞装置，但其结构没有复刻真实的血管走形和状况。中国实用新型专利CN 207718689 U提出了一种体外介入栓塞治疗模拟系统，通过微流控芯片对微小血管进行模拟，进而表达栓塞情况，但芯片制作成本高，而且血管还原度不高，主要用于栓塞剂的性能测试。中国发明专利CN111816043A提出了一种血管介入手术模拟器，虽然对真实血管的形态和走形进行了较为完整的复现，但仅包含了直径较大的主要血管的信息，对于介入栓塞手术而言，栓塞主要发生于病灶器官的毛细血管处，因此其只能模拟导丝导管进入体内的过程，对于栓塞过程是难以模拟的。

发明内容

针对当前介入医师以及相关领域的科研工作者对血管介入栓塞治疗体外模拟装置的迫切需求，本发明提供一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置。

本发明提供的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其结构包括：脉动泵，器官动脉模块，基本血管模块，支撑结构；其中：

所述脉动泵，用以模拟心脏脉动供血；

所述器官动脉模块，用于模拟栓塞部位的动脉血管以及模拟栓塞发生器官的局部毛细血管网；

所述基本血管模块，用于模拟供介入导管进入体内的基本血管通路；

所述支撑结构，用于支撑和固定各模块，维持血管形状；

所述支撑结构划分上下两层，上层包含放置脉动泵的泵血区，放置基本血管模块和器官动脉模块的栓塞模拟区，以及放置末端回流管路的回流区；下层整体为血液存储槽；上、下两层共用中间隔板分隔。

进一步地，所述血液存储槽底部设有一个放液口，用于向外部释放槽内液体，放液口处有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放放液口；

所述泵血区与血液存储槽通过进液管相连，进液管一端连接脉动泵输入端，另一端接近血液存储槽底部，是槽内液体进入脉动泵的通道；

进一步地，所说泵血区的中间隔板上开有两个孔，一个为通孔，用于通过进液管，另一个为螺纹孔，为注液口，具有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放注液口；

所述泵血区内放置脉动泵，脉动泵输出端与基本血管模块的胸主动脉口相连接；

所述栓塞模拟区的中间隔板上通过螺纹连接装有若干空腔回流支撑柱，用以支撑器官动脉模块，并通过中空腔体将通过器官动脉模块的液体引入血液存储槽；

所述回流区的中间隔板上有两个空腔回流支撑柱，通过螺纹连接与中间隔板相连，并与基本血管模块上左右外动脉相连接，用于液体回流至血液存储槽。

所述基本血管模块用于模拟供介入导管进入体内的基本血管通路，包括双侧股动脉、腹主动脉、胸主动脉、双侧肾动脉分支、肝动脉分支、脾动脉分支；所述双侧股动脉上设有穿刺分支，是用于注射栓塞药物的微导管介入的位置；所述双侧肾动脉分支、肝动脉分支、脾动脉分支末端可与器官动脉模块通过鲁尔接头相连接，在未安装器官动脉模块处，也可以通过鲁尔接头进行封堵。

所述器官动脉模块主要包括肾动脉模块、肝动脉模块以及脾动脉模块，用于模拟肾动脉栓塞术、肝动脉栓塞术以及脾动脉栓塞术；各器官动脉模块器官外壳采用透明硬质塑料制作，为半剖模型，用于表现器官外形并通过若干脏器内支撑柱对器官内血管进行固定和支撑；所述脏器内支撑柱下部通过螺纹连接与器官外壳相连接，上部为半圆柱体装的支撑体，用于支撑器官内血管及栓塞模拟圆筒。

进一步地，所述半剖的器官外壳模型底部有3个脏器外壳开孔，用以通过器官内的回流管路；各器官动脉模块内血管包括器官主动脉以及主动脉下的主要分支，各分支末端均连接有栓塞模拟圆筒。

进一步地，所述栓塞模拟圆筒包含连接套筒、脏器内回流管路初始端、脏器动脉分支末端和过滤海绵，连接套筒一端带有螺纹，与脏器内回流管路初始端螺纹连接，另一端为双层塔状结构，通过插拔的方式与脏器动脉分支末端连接。

进一步地，所述过滤海绵常态为圆锥台状，经挤压装入连接套筒内部，因此套筒内过滤海绵网格结构在血液流动方向上呈现由大到小的变化，用于模拟器官的血管直径不断变小的特征，栓塞剂与血液流经圆筒时，栓塞剂颗粒将被过滤海绵拦截并不断堆积直至完全堵塞，这与栓塞术治疗原理一致。上述过滤海绵可根据实际情况进行不同规格的更换。

本发明中，所述器官动脉模块的血管可通过病人的影像学数据，经商用软件血管重建后3D打印制成，材料为高透明软质硅胶。因此能够较好的复刻真实的血管走形及血管状态，并且可根据具体病情针对化修改。

本发明的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，具有如下特点：血管还原度高，可针对具体病情进行修改，透明可视化，可较为精确的模拟栓塞部位和栓塞过程。

附图说明

图1为本发明的血管介入栓塞治疗体外模拟装置结构图示。

图2为本发明中基本血管模块结构图示。

图3为本发明中肾脏动脉模块结构图示。

图4为本发明中肝脏动脉模块结构图示。

图5为本发明中脾脏动脉模块结构图示。

图6为本发明中栓塞模拟圆筒内部及连接图示。

图7为本发明中空腔回流支撑柱结构图示。

图中标号：

1为脉动泵，1-1为脉动泵输出端，1-2为脉动泵输入端；

2为支撑结构，2-1为泵血区，2-2为栓塞模拟区，2-3为回流区，2-4为中间隔板，2-5为进液管，2-6为放液口封堵头，2-7为注液口封堵头，2-8为血液（类血液），2-9为血液存储槽，2-10为空腔回流支撑柱，2-10-1为支撑柱回流孔；

3为基本血管模块，3-1为胸主动脉，3-2为腹腔动脉，3-3为脾动脉，3-4为肝动脉，3-5为肾动脉，3-6为腹主动脉，3-7为介入穿刺分支，3-8为股动脉，3-9为其他动脉等阻模块；

4为器官动脉模块，4-1为肝脏动脉模块，4-1-1为肝脏外壳，4-2为肾脏动脉模块，4-3为脾脏动脉模块，4-4为模块固定螺钉，4-5为栓塞模拟圆筒，4-6为脏器内支撑柱，4-7为脏器外壳开孔，4-8为脏器内回流管路；

4-2-1为肾脏外壳，4-2-2为肾动脉主干，4-2-3为肾动脉分支；

4-3-1为脾脏外壳，4-3-2为脾动脉主干，4-3-3为脾动脉分支；

4-5-1为连接套筒，4-5-2为脏器内回流管路初始端，4-5-3为脏器动脉末端，4-5-4为过滤海绵。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图进一步详细阐述本发明。

本发明设计的血管介入栓塞治疗体外模拟装置（以下简称体外模拟装置），总体结构如图1所示，基本血管模块的结构如图2所示，肾脏动脉模块的结构如图3所示，肝脏动脉模块的结构如图4所示，脾脏动脉模块的结构如图5所示，栓塞模拟圆筒内部及连接的结构如图6所示，空腔回流支撑柱的结构如图7所示。

本发明的体外模拟装置包括脉动泵1、支撑结构2、基本血管模块3、器官动脉模块4。

所述脉动泵1包含脉动泵输出端1-1和脉动泵输入端1-2，脉动泵1放置于支撑结构2的泵血区2-1。

所述支撑结构2包括泵血区2-1，栓塞模拟区2-2，回流区2-3，中间隔板2-4，进液管2-5，放液口封堵头2-6，注液口封堵头2-7，槽内液体2-8，血液存储槽2-9，空腔回流支撑柱2-10。支撑结构2划分上下两层，上层包含放置脉动泵1的泵血区2-1，放置基本血管模块3和器官动脉模块4的栓塞模拟区2-2，以及放置末端回流管路的回流区2-3；下层整体为血液存储槽2-9。上、下两层共用中间隔板2-4。血液存储槽2-9底部设有一个放液口，用于向外部释放槽内液体，放液口处有一通过螺纹连接的放液口封堵头2-6，用以封堵和开放放液口。上述泵血区2-1与血液存储槽2-9通过进液管2-5相连，进液管2-5一端连接脉动泵输入端1-2，另一端接近血液存储槽底部，是槽内液体2-8进入脉动泵1的通道。泵血区2-1的中间隔板2-4上开有两个孔，一个为通孔，用于通过进液管2-5，另一个为螺纹孔，为注液口，有一通过螺纹连接的注液口封堵头2-7，用以封堵和开放注液口，泵血区2-1内放置脉动泵1，脉动泵输出端1-1与基本血管模块3的胸主动脉口3-1相连接。栓塞模拟区2-2的中间隔板2-4上通过螺纹连接装有若干空腔回流支撑柱2-10，用以支撑器官动脉模块4，并通过中空腔体将通过器官动脉模块4的液体引入血液存储槽2-9。回流区2-3的中间隔板2-4上有两个空腔回流支撑柱2-10，通过螺纹连接与中间隔板2-10相连，并与基本血管模块3上股动脉3-8末端相连接，用于液体回流至血液存储槽2-9。

所述基本血管模块3包括双侧股动脉3-8、腹主动脉3-6、胸主动脉3-1、双侧肾动脉3-5、肝动脉3-4、脾动脉3-3。各动脉血管走形及布置符合正常人体血管分布。上述双侧股动脉3-8上设有穿刺分支3-7，是用于注射栓塞药物的微导管介入的位置。双侧股动脉3-8，末端设有其他动脉等阻模块3-9，用于模拟其它未表示的血管带来的血流阻力。上述双侧肾动脉3-5、肝动脉3-4、脾动脉3-3末端可与器官动脉模块4通过鲁尔接头相连接，在未安装器官动脉模块4处，也可以通过鲁尔接头进行封堵。

所述器官动脉模块4主要包括肾动脉模块4-2、肝动脉模块4-1、脾动脉模块4-3、模块固定螺钉4-4，栓塞模拟圆筒4-5，脏器内支撑柱4-6，脏器外壳开孔4-7，脏器内回流管路4-8。各器官动脉模块器官外壳（肾脏外壳4-2-1，肝脏外壳4-1-1，脾脏外壳4-3-1）采用透明硬质塑料制作，为半剖模型，用于表现器官外形并通过若干脏器内支撑柱4-6对器官内血管进行固定和支撑。所述脏器内支撑柱4-6下部通过螺纹连接与器官外壳（肾脏外壳4-2-1，肝脏外壳4-1-1，脾脏外壳4-3-1）相连接，上部为半圆柱体状的支撑体，用于支撑器官内血管及栓塞模拟圆筒4-5。半剖的器官外壳（肾脏外壳4-2-1，肝脏外壳4-1-1，脾脏外壳4-3-1）模型底部有3个脏器外壳开孔4-7，用以通过脏器内的回流管路4-8。各器官动脉模块4内血管包括器官主动脉（肝动脉主干4-1-3、肾动脉主干4-2-2、脾动脉主干4-3-2）以及主动脉下的主要分支（肝动脉分支4-1-2，肾动脉分支4-2-3，脾动脉分支4-3-3），各分支末端4-5-3均连接有栓塞模拟圆筒4-5。所述栓塞模拟圆筒4-5包含连接套筒4-5-1、脏器内回流管路初始端4-5-2、脏器动脉分支末端4-5-3和过滤海绵4-5-4，连接套筒4-5-1一端带有螺纹，与脏器内回流管路初始端4-5-2螺纹连接，另一端为双层塔状结构，通过插拔的方式与脏器动脉分支末端4-5-3连接。所述过滤海绵4-5-4常态为圆锥台状，经挤压装入连接套筒4-5-1内部，因此套筒内过滤海绵网格结构在血液流动方向上呈现由大到小的变化，用于模拟器官的血管直径不断变小的特征，栓塞剂与血液流经圆筒时，栓塞剂颗粒将被过滤海绵拦截并不断堆积直至完全堵塞，这与栓塞术治疗原理一致。上述过滤海绵4-5-4可根据实际情况进行不同规格的更换。所述器官动脉模块4的血管可通过病人的影像学数据，经商用软件血管重建后3D打印制成，材料为高透明软质硅胶。因此能够较好的复刻真实的血管走形及血管状态，并且可根据具体病情针对化修改。

本发明设计的血管介入栓塞治疗体外模拟装置具体模拟栓塞手术过程如下（以肾动脉栓塞术为例）：

拆下注液口封堵头2-7，向血液存储槽2-9内注入适量血液（类血液）2-8，打开脉动泵1，调节相关程序，使得脉动泵输出端1-2向基本血管模块3内注入与人心脏泵血相似频率和流量的血液（类血液）2-8，此时体外模拟装置内可见形成类似人体血液循环的液体回路。介入医师或实验人员通过介入穿刺分支3-7将介入导管置入股动脉3-8，人眼注视下将导管推送至某一肾动脉分支4-2-3，通过介入导管推送栓塞剂至该肾动脉分支4-2-3内，栓塞剂随体外模拟装置内液体流动至栓塞模拟圆筒4-5，并在栓塞模拟圆筒4-5内不断堆积，此时肉眼可见的与该肾动脉分支4-2-3对应的脏器内回流管路4-8内的液体流通量减少，最终在过滤海绵4-5-4的作用下将栓塞模拟圆筒4-5完全堵塞，脏器内回流管路4-8内再无液体流通。表明栓塞手术过程模拟完成。撤出介入导管，此次栓塞手术模拟过程结束。再次对此区域进行栓塞手术模拟时，将该区域的栓塞模拟圆筒4-5拆下，更换内部过滤海绵4-5-4后重新安装栓塞模拟圆筒4-5，则可继续进行下一次模拟过程。

肝动脉栓塞术、脾动脉栓塞术同样可以通过上述过程在相应的器官动脉模块4内进行模拟。甚至对于本发明中未表明的器官，也可通过上述模拟方式进行栓塞手术的模拟。

实验表明，本发明设计的血管介入栓塞治疗体外模拟装置结构简单，成本低廉，可多次重复操作。同时还具备血管还原度高、可针对具体病情针对化修改、透明可视化以及可较为精确的模拟栓塞部位和栓塞过程的特点。可作为医生练习、教学介入栓塞手术，熟悉手术过程，培养手感的辅助装置，也可用来辅助设计、验证栓塞剂推注机器人系统的可靠行与安全性。

本发明未述及之处适用于公知技术。

以上对本发明的实施进行了详细说明，但所述内容为本发明的较佳实施过程，不能被认为用于限定本申请权利要求的保护范围。凡以本发明申请权利要求范围所做的均等变化与改进，均应归属于本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，包括：脉动泵，器官动脉模块，基本血管模块，支撑结构；其中：

所述脉动泵，用于对模拟心脏脉动供血；

所述器官动脉模块，用于模拟栓塞部位的动脉血管以及模拟栓塞发生器官的局部毛细血管网；

所述基本血管模块，用于模拟供介入导管进入体内的基本血管通路；

所述支撑结构，用于支撑和固定各模块，维持血管形状；

所述支撑结构划分上下两层，上层包含放置脉动泵的泵血区，放置基本血管模块和器官动脉模块的栓塞模拟区，以及放置末端回流管路的回流区；下层整体为血液存储槽；上、下两层共用中间隔板分隔；

所述血液存储槽底部设有一个放液口，用于向外部释放槽内液体，放液口处有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放放液口；

所述泵血区与血液存储槽通过进液管相连，进液管一端连接脉动泵输入端，另一端接近血液存储槽底部，是槽内液体进入脉动泵的通道；

所述泵血区的中间隔板上开有两个孔，一个为通孔，用于通过进液管，另一个为螺纹孔，为注液口，具有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放注液口；

所述泵血区内放置脉动泵，脉动泵输出端与基本血管模块的胸主动脉口相连接；

所述栓塞模拟区的中间隔板上通过螺纹连接装有若干空腔回流支撑柱，用以支撑器官动脉模块，并通过中空腔体将通过器官动脉模块的液体引入血液存储槽；

所述回流区的中间隔板上有两个空腔回流支撑柱，通过螺纹连接与中间隔板相连，并与基本血管模块上左右外动脉相连接，用于液体回流至血液存储槽；

所述基本血管模块用于模拟供介入导管进入体内的基本血管通路，包括双侧股动脉、腹主动脉、胸主动脉、双侧肾动脉分支、肝动脉分支、脾动脉分支；所述双侧股动脉上设有穿刺分支，是用于注射栓塞药物的微导管介入的位置；所述双侧肾动脉分支、肝动脉分支、脾动脉分支末端与器官动脉模块通过鲁尔接头相连接；在未安装器官动脉模块处，通过鲁尔接头进行封堵；

所述器官动脉模块主要包括肾动脉模块、肝动脉模块以及脾动脉模块，分别用于模拟肾动脉栓塞术、肝动脉栓塞术以及脾动脉栓塞术；各器官动脉模块器官外壳采用透明硬质塑料制作，为半剖模型，用于表现器官外形并通过若干脏器内支撑柱对器官内血管进行固定和支撑；所述脏器内支撑柱下部通过螺纹连接与器官外壳相连接，上部为半圆柱体装的支撑体，用于支撑器官内血管及栓塞模拟圆筒。

2.根据权利要求1所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述支撑结构中，所述血液存储槽底部设有一个放液口，用于向外部释放槽内液体，放液口处有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放放液口。

3.根据权利要求1所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述支撑结构中，所述泵血区的中间隔板上开有两个孔，一个为通孔，用于通过进液管，另一个为螺纹孔，为注液口，具有一通过螺纹连接的封堵头，用以封堵和开放注液口。

4.根据权利要求1所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述器官动脉模块中，所述半剖的器官外壳模型底部有3个脏器外壳开孔，用以通过器官内的回流管路；各器官动脉模块内血管包括器官主动脉以及主动脉下的主要分支，各分支末端均连接有栓塞模拟圆筒。

5.根据权利要求4所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述器官动脉模块中，所述栓塞模拟圆筒包含连接套筒、脏器内回流管路初始端、脏器动脉分支末端和过滤海绵，连接套筒一端带有螺纹，与脏器内回流管路初始端螺纹连接，另一端为双层塔状结构，通过插拔的方式与脏器动脉分支末端连接。

6.根据权利要求5所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述器官动脉模块中，所述过滤海绵常态为圆锥台状，经挤压装入连接套筒内部，使套筒内过滤海绵网格结构在血液流动方向上呈现由大到小的变化，用于模拟器官的血管直径不断变小的特征，栓塞剂与血液流经圆筒时，栓塞剂颗粒被过滤海绵拦截并不断堆积直至完全堵塞，这与栓塞术治疗原理一致。

7.根据权利要求1-6之一所述的血管介入栓塞治疗体外模拟装置，其特征在于，所述器官动脉模块的血管通过病人的影像学数据，经商用软件血管重建后3D打印制成，材料为高透明软质硅胶。

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