CN113053221A - 心脏仿生装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种心脏仿生装置，该装置用于连接一心脏模型，所述心脏模型具有心房和心室，该装置包括：储液单元；进液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心房；出液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及液体驱动单元，其用于连接所述心脏模型；其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏模型构成液体循环回路。本申请的搏动液循环系统可以模拟血液循环，心脏可以收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生。

Description

心脏仿生装置

技术领域

本申请涉及医疗仿生设备技术领域，具体涉及一种心脏仿生装置。

背景技术

心脏病是人类健康的第一大杀手，冠心病、主动脉瓣狭窄或关闭不全，二尖瓣脱垂等都是中老年人常见的心脏病，心衰死亡、猝死的风险都很大，还有大量的儿童先心病患者，对这些疾病，外科手术治疗是极为有效的手段。由于心脏外科手术治疗是直接以病人作为操作对象，专业性极强，仅有少量的医生能够参与实际操作，但是除这些医生之外，还有大量的其他人群需要参与这种手术进行学习、研究、培训等，例如医科大学、研究机构、医疗器械企业、医院等，因此心脏仿生装置应运而生。

但是在心脏外科手术过程中心脏是搏动的，而仿真模型中的心脏一般都是静态的，即便有些仿生装置模仿心脏跳动，其主要依靠对心脏模型进行挤压实现的，仿真效果较差，造成仿生装置的使用效果也比较差。

中国专利CN205665950U揭示了一种机器人模拟心脏，其通过永磁体与电磁体之间的作用实现泵血和回血，以模拟人体或动物的心脏功能。中国专利CN210091524U揭示了一种脉搏教学装置，其利用滚动装置与模拟脉搏波浪槽的活动连接使得连接筒左右滑动做活塞运动，从而带动活塞杆对仿生心脏挤压，模拟心脏的跳动，但是上述模拟心脏由于没有液体循环系统，心脏不会收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此都不能实现心脏模型的高度仿生。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种心脏仿生装置。该装置用于连接一心脏模型，所述心脏模型具有心房和心室，该装置包括：

储液单元；

进液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心房；

出液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及

液体驱动单元，其用于连接所述心脏模型；

其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏模型构成液体循环回路。

可选地，所述心脏模型为心脏仿生模型或动物心脏。

可选的，所述出液部中连接有压力调节阀及压力表。

可选的，所述进液部连接所述心脏模型的左心房，所述出液部连接所述心脏模型的左心室，所述液体驱动单元连接所述心脏模型的左心室。

可选的，所述进液部连接所述心脏模型的右心房，所述出液部连接所述心脏模型的右心室，所述液体驱动单元连接所述心脏模型的右心室。

可选的，所述进液部有两个，所述出液部有两个，第一进液部连接所述心脏模型的左心房，第一出液部连接所述心脏模型的左心室，第二进液部连接所述心脏模型的右心房，第二出液部连接所述心脏模型的右心室。

可选的，所述液体驱动单元包括泵和电动空压机，所述电动空压机与所述泵连接，所述泵通过泵管与所述心脏模型连接，所述泵为空气动力隔膜泵、柱塞泵、活塞泵。

可选的，所述液体驱动单元为“泵机一体”装置，为产生搏动流的电动式隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，所述液体驱动单元通过泵管与所述心脏模型连接。

可选的，所述泵的进口和出口分别通过泵管并联到心室的第一开口。

可选的，所述心室具有第二开口和第三开口，泵的进口和出口分别通过一个泵管与所述第二开口和第三开口连接。

可选的，所述泵管包括螺纹插管、第一垫片和螺帽；所述螺纹插管的一端设有T台，另一端设有螺纹，设有T台的一端插入所述心脏模型的心室内，所述第一垫片及所述螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧。

可选的，所述泵管还包括第二垫片，当所述螺纹插管插入所述心脏模型的心室内时，所述第二垫片处于收缩状态，当所述第一垫片及所述螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧时，所述第二垫片处于扩张状态，且贴紧心室内壁。

本申请之另一方面提供一种心脏仿生装置，该装置包括：

心脏仿生模型，所述心脏仿生模型具有心房和心室，

储液单元；

进液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心房；

出液部，其两端分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及

液体驱动单元，其用于连接所述心脏仿生模型；

其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏仿生模型构成液体循环回路。

本申请提供的心脏仿生装置由储液单元、进液部、出液部和液体驱动单元与外部心脏模型连接来形成液体循环系统，依靠液体驱动单元来为心脏模型提供搏动的内动力，以推动液体循环，并让离体的心脏仿生搏动，可以模拟血液循环，可以实现心脏收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生。另外，所述心脏仿生装置的成本低，便于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种心脏仿生装置的结构示意图；

图2为本申请提供的一种心脏仿生装置的外形示意图。

图中：心脏模型1、泵、液体驱动单元2、储液单元3、进液部4、出液部5、压力调节阀6、泵管7、压力表8、电动空压机9、肺静脉15、主动脉16。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

本申请一实施例提供一种心脏仿生装置，该装置用于连接一心脏模型，所述心脏模型具有心房和心室，该装置包括：储液单元，用于储存液体；进液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心房；出液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及液体驱动单元，其用于驱动液体流动；其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏模型构成液体循环回路。

所述的“连接”包括，但不限于连通、固定连接、活动连接、直接连接、间接连接等。

该液体为血液、水、红墨水或其他液体。心脏模型包括，但不限于心脏仿生模型、猪、牛、羊等动物的心脏，心脏模型带有主动脉和肺静脉，心房包括左心房和右心房，心室包括左心室和右心室。另外，心脏模型还设有瓣叶，不同动物的心脏可能稍有差别，心脏仿生模型可以模拟人的心脏，心脏内设有四个瓣膜，即连结左心室和主动脉的主动脉瓣、连结右心室和肺动脉的肺动脉瓣、连结左心房和左心室的二尖瓣和连结右心房和右心室的三尖瓣。

进液部可以通过心脏模型的肺静脉与心房连通，出液部可以通过心脏模型的主动脉与心室连通。储液单元包括，但不限于储液瓶等。储液单元3可以为心脏及管道灌注液体用的瓶子，瓶子有至少1L的容量，瓶子设有两个开口，一个是出液口，一个是进液口。

由本申请的心脏仿生装置与心脏模型组成的液体循环系统可以模拟血液循环，心脏可以收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生。

在本申请另一实施例中，心脏仿生装置还包括心脏仿生模型，即整个液体循环系统是成套出售的。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请提供的一种心脏仿生装置的结构示意图。如图1所示，所述心脏仿生装置包括储液单元3、进液部4、出液部5和液体驱动单元。在本实施例中，液体驱动单元包括泵2和电动空压机9，泵2和心脏模型1通过泵管7连接，在出液部5上设有压力调节阀6、压力表8，当然压力调节阀6、压力表8也可以设于其他位置，例如进液部4。进液部4是连接心房与储液单元3的通道，出液部5是连接心室与储液单元3的通道。

压力调节阀6可以是小流量的阻力阀，可用于调节动脉出液压力。

压力表8可以是血压计，用于测量模拟动脉压的。

在本实施例中，泵2与电动空压机9是单独工作的，泵2包括，但不限于单腔隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，且泵的速度与频率等参数可调。电动空压机9为泵2提供动力，动力源为压缩空气，可产生搏动流。

泵2与电动空压机9也可以采用“泵机一体”的装置，如一体式的隔膜泵、柱塞泵、活塞泵等，且是可产生搏动流的往复式单腔泵，如果隔膜泵、柱塞泵、活塞泵是双腔或多腔的，需要经过处理，以变成搏动流的泵，才可以使用。

在本申请一实施例中，进液部4连接心脏模型1的左心房，出液部5连接心脏模型1的左心室，液体驱动单元连接心脏模型1的左心室。

其中，左心室可以只设置一个开口(第一开口)，泵2的进出口可以并联到该开口上，通过该开口插入左心室内。另外，左心室可以设置两个开口(第二开口和第三开口)，泵2的进出口分别通过这两个开口插入左心室内。

在本申请另一实施例中，进液部4连接心脏模型1的右心房，出液部5连接心脏模型1的右心室，液体驱动单元连接心脏模型1的右心室。开口的设计可以与上述左心室的示例类似。

在本申请又一实施例中，进液部有两个，出液部也有两个，第一进液部连接心脏模型的左心房，第一出液部连接心脏模型的左心室，第二进液部连接心脏模型的右心房，第二出液部连接心脏模型的右心室。这种连接方式高度模拟了人体心脏的血液流通管道。

泵管7是连接泵2与心室的桥梁通道，泵管7包括螺纹插管、第一垫片、螺帽、泵的进出液并联管组成。螺纹插管的一端设有T台，另一端设有螺纹，设有T台的一端插入左心室后，用第一垫片及螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧；泵管7还可以在螺纹插管的末端连接延长管，可以用来连接到泵的进出液并联管的口上；泵的进出液并联管是连接到泵2的进出口上的。

所述泵管还包括第二垫片，第二垫片可以为软垫片，当所述螺纹插管插入所述心脏模型的心室内时，所述第二垫片处于收缩状态，当所述第一垫片及所述螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧的过程中第二垫片会自然张开，且会与心室内壁吻合，第二垫片与第一垫片相配合，对心室的密封效果很好，可有效防止血液渗漏。

在本申请一实施例中，泵的进口和出口分别通过泵管并联到心室的第一开口。

在本申请另一实施例中，心室具有第二开口和第三开口，泵的进口和出口分别通过一个泵管与所述第二开口和第三开口连接。

心脏仿生装置实现心脏仿生搏动的原理如下：

以心脏模型1为载体，以抗凝的动物血液或红墨水为循环液体，由泵2提供搏动的动力，推动血液循环。具体为：在心脏模型1的左心室壁上开一个孔，将泵管7的一端插入，然后用第一垫片及螺帽从心室壁外拧压紧，泵管7的另一端连接泵2，进液部4和出液部5的一端分别连接肺静脉15及主动脉16的内孔，并绑扎紧，进液部4和出液部5的另一端与储液单元3连通，由此形成闭环的循环系统。当储液单元3装满液体，并灌注到循环系统后，启动电动空压机9，以带动泵2工作，泵2快速从左心室内抽吸液体，此时主动脉瓣自动关闭，二尖瓣自动张开，液体从储液单元3流出，经过进液部4、肺静脉15、左心房，进入左心室内，此时左心室被抽吸收缩；泵2完成抽吸动作后，快速向左心室射入液体，二尖自动瓣关闭，左心室迅速舒张充盈，并在舒张后期，靠压力差冲开主动脉瓣，实现心脏模型1的“射血”动作，液体射入主动脉16、经出液部5，回流到储液单元3，即完成一次液循环。泵2的一吸一射，即实现心脏模型1的一次心动周期的仿生式搏动，且通过泵2的工作频率与压力的大小，可调节心脏模型1的跳动频率与幅度；心脏模型1的后负荷的动脉压可从压力表8观察，压力调节阀6来可以调节所述后负荷的动脉压大小。

其中，心脏模型1的仿生式搏动，可以实现心室射血、舒张、瓣膜的开合、冠脉循环、动脉压升高等动态，且可模拟得与生理完全相同，医生在这样的仿生环境下进行各种模拟心脏手术训练，可获得与动物实验和人体手术相同的效果。

在另一个实施例中，所述循环系统，也可以由储液单元3连接右心房的动脉与静脉，泵管7插入右心室，以此形成右心回路，实施右心的搏动。

在另一个实施例中，所述循环系统，也可以由所述储液单元3同时并联连接左右心的动脉与静脉，所述泵管7同时插入左右心室，以此形成双心回路，实施双心搏动。

在另一个实施例中，双心回路也可以在心室膈肌打通的情况下，由泵管7只连接到左右心的任意一个心室内，让双心室实现连通式的双心搏动。

本申请所提供的心脏仿生装置，仿生程度高，效果可与动物实验媲美，在此场景下开展各种模拟手术，如心脏不停跳搭桥，心脏搏动、冠脉血液循环、冠脉充盈与跳动、刀口喷血的场景、医生动刀与缝合的手感等，都与动物在体实验或人体手术环境完全相同，主动脉瓣和二尖瓣都是有节律的开合，心脏会收缩射血，舒张充盈，这些都可以通过内窥镜观察，在造影或超声下，可以开展微创的瓣膜置换、先性病缺损修复、二尖瓣腱索修复等高难度的心脏模拟手术。

与现有的技术相比本，本申请提供的心脏仿生装置的成本低，操作简单，操作不受时间及场地的限制；所述离体心脏仿生搏动的方法，模拟仿真度高。

本申请的推广应用，可获得的社会意义与价值之一是：可以批量地培养心脏外科医生，快速地提高手术技艺，让更多的医生早日走上临床，开展微创与不停跳的手术，降低风险，挽救更多的心脏病患者的生命。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

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申请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申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种心脏仿生装置，该装置用于连接一心脏模型，所述心脏模型具有心房和心室，其特征在于，该装置包括：

储液单元，用于储存液体；

进液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心房；

出液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及

液体驱动单元，其用于驱动液体流动；

其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏模型构成液体循环回路。

2.一种心脏仿生装置，其特征在于，该装置包括：

心脏仿生模型，所述心脏仿生模型具有心房和心室；

储液单元，用于储存液体；

进液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心房；

出液部，其分别用于连接所述储液单元和所述心室；以及

液体驱动单元，其用于驱动液体流动；

其中，所述储液单元、进液部、出液部、液体驱动单元与所述心脏仿生模型构成液体循环回路。

3.根据权利要求1所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述心脏模型为心脏仿生模型或动物心脏。

4.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述出液部中连接有压力调节阀及压力表。

5.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述进液部连接所述心脏模型的左心房，所述出液部连接所述心脏模型的左心室，所述液体驱动单元连接所述心脏模型的左心室。

6.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述进液部连接所述心脏模型的右心房，所述出液部连接所述心脏模型的右心室，所述液体驱动单元连接所述心脏模型的右心室。

7.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述进液部有两个，所述出液部有两个，第一进液部连接所述心脏模型的左心房，第一出液部连接所述心脏模型的左心室，第二进液部连接所述心脏模型的右心房，第二出液部连接所述心脏模型的右心室。

8.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述液体驱动单元包括泵和电动空压机，所述电动空压机与所述泵连接，所述泵通过泵管与所述心脏模型连接，所述泵为空气动力隔膜泵、柱塞泵、活塞泵。

9.根据权利要求1或2所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述液体驱动单元为“泵机一体”装置，其选自产生搏动流的电动式隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，所述泵通过泵管与所述心脏模型连接。

10.根据权利要求8所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述泵的进口和出口分别通过泵管并联到心室的第一开口。

11.根据权利要求8所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述心室具有第二开口和第三开口，泵的进口和出口分别通过一个泵管与所述第二开口和第三开口连接。

12.根据权利要求8所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述泵管包括螺纹插管、第一垫片和螺帽；所述螺纹插管的一端设有T台，另一端设有螺纹，设有T台的一端插入所述心脏模型的心室内，所述第一垫片及所述螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧。

13.根据权利要求12所述的心脏仿生装置，其特征在于，所述泵管还包括第二垫片，当所述螺纹插管插入所述心脏模型的心室内时，所述第二垫片处于收缩状态，当所述第一垫片及所述螺帽从心室壁外部与该螺纹插管拧紧时，所述第二垫片处于扩张状态，且贴紧心室内壁。

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