CN113393749A - 血液脉动流模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开血液脉动流模拟装置，属于血压波形测量技术领域，可以模拟产生多类型仿人体桡动脉脉搏波。它由心脏模拟单元、血管系统模拟单元组成。心脏模拟单元包括伺服电机、联轴器、驱动螺杆、滑台、活塞缸和活塞杆。血管系统模拟单元由主动脉模拟模块、外周动脉模拟模块和各血流参数模拟部件组成。该装置可产生多类型仿人体桡动脉脉搏波，可为血压波形的无创测量方法研究提供参考实验平台。

Description

血液脉动流模拟装置

技术领域

本发明涉及血压波形测量技术领域，具体为血液脉动流模拟装置。

背景技术

中医讲究望闻问切，“切”又称把脉，是中医师通过手指感知病人体表脉搏搏动，进而判断血流状况、血管壁弹性、血液粘稠度等信息。脉搏信息可以反映出人体机能的状态，它是反映人体生理、病理信息的一个重要窗口。然而，传统中医对脉象的分辨，很大程度上取决于临床实践经验，对脉象细微变化感知与分辨具有主观性和经验性，阻碍了中医脉诊技术和理论的发展，因此脉象可视化是中医向客观化、数字化发展必不可少的理论。

血液脉动流模拟根据血液循环系统进行研制，可为脉搏的可视化提供参考平台，为无创血压测量提供仿人体脉搏和血压数据，解决了运用视觉方法研究脉搏和血压关系数据量少的问题，有助于研究脉搏三维径向位移和血压之间的耦合关系。除此之外，血液脉动流模拟研制从模仿人体生理机制出发，能够模拟多种病症，有利于研究同一病症在不同部位的反应现象，为病理分析提供更多检测和研究方法。

目前脉搏搏动装置多数采用波纹管通过液压装置将液体压入管路，模拟血液循环，通过电磁阀模拟心瓣开合，应用此类方法虽可计算泵出液体流量以及产生不同类型的波形，但误差较大以及产生的波形无法较好地拟合人体桡动脉脉搏波。因此如何减少误差，产生仿人体脉搏波已成为目前重点研究方向。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明公开了血液脉动流模拟装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：血液脉动流模拟装置，包括；

设备平台，所述设备平台的上表面一侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定安装有驱动螺杆，所述设备平台的上表面设有滑台，所述驱动螺杆与滑台传动连接，所述设备平台的上表面固定安装有活塞缸，所述滑台的外表面固定安装有活塞杆，所述活塞杆的端部活动插接在活塞缸的内部；

血管模拟平台，所述血管模拟平台的上表面固定安装有储液罐，所述储液罐的外表面固定安装有第一硅胶软管，所述第一硅胶软管的中部固定连接有第二硅胶软管，所述第二硅胶软管的另一端固定连接在储液罐的外表面，所述第一硅胶软管的另一端固定连接有人造血管，所述人造血管的另一端固定安装有调节阀，所述调节阀通过第一硅胶软管与储液罐固定连接。

优选的，所述血管模拟平台固定安装在设备平台的上表面，所述第一硅胶软管的外表面固定安装有连接管，所述连接管的另一端与活塞缸固定连接，所述第一硅胶软管的外表面且位于连接管的作用两侧均固定安装有单向阀。

优选的，所述设备平台的上表面固定连接有第一固定板，所述第一固定板的上表面固定连接有固定台，所述固定台的两端上表面固定连接有载板，所述伺服电机固定连接在载板的外表面，所述伺服电机的输出端固定安装有联轴器，所述驱动螺杆与联轴器固定连接。

优选的，所述固定台的两侧均固定连接有滑轨，所述滑台的两侧下表面均固定连接有滑块，所述滑块滑动连接在滑轨的上表面。

优选的，所述滑台的下表面固定连接有连接座，所述驱动螺杆螺纹连接在连接座的内部，所述固定台远离伺服电机的一端固定连接有挡板，所述驱动螺杆的端部转动连接在挡板的内部，所述滑台的上表面固定安装有连接块，所述活塞杆固定连接在连接块的内部。

优选的，所述设备平台的上表面固定连接有第二固定板，所述第二固定板的顶部固定连接有支撑柱，所述支撑柱的顶端通过螺栓固定安装有第三固定板，所述第三固定板的上表面固定连接有T形板，所述活塞缸固定连接在两组T形板之间。

优选的，两组所述T形板之间固定安装有固定螺柱，所述活塞杆的端部外表面固定套接有密封胶塞，所述密封胶塞滑动连接在活塞缸的内部。

优选的，所述第一硅胶软管的外表面固定安装有第一T形管，所述第一T形管的端部固定连接有Y形管，所述第二硅胶软管与Y形管固定连接。

优选的，所述人造血管的外表面固定安装有第三硅胶软管，所述人造血管和调节阀固定安装有第二T形管，所述第二T形管的端部与外部压力变送器固定连接。

本发明公开了血液脉动流模拟装置，其具备的有益效果如下：

1、该血液脉动流模拟装置，通过伺服电机进行正反转，伺服电机的输出端转动并通过联轴器带动驱动螺杆进行转动，使得连接座带动滑台沿着滑轨进行前后滑动，使得活塞杆推动其端部的密封胶塞在活塞缸内部前后移动，同时活塞缸通过连接管与血管系统模拟单元进行连接，以此通过伺服电机驱动活塞缸内密封胶塞的运动，模拟心脏跳动，为模拟血管内的血液流动提供动力。

该血液脉动流模拟装置，通过第一T形管、单向阀、第二硅胶软管、第三硅胶软管和Y形管组成来模拟主动脉：两个单向阀分别用来模仿心室瓣和房室瓣，防止液体倒流；第一T形管用来模拟主动脉弓；采用第一硅胶软管用来模拟人体主动脉和腹主动脉；采用第二硅胶软管，用来模拟人体小动脉；Y形管用来模拟腹主动脉分叉口，外周阻力模拟模块由第一硅胶管、人造血管、调节阀组成：采用人造血管用来模拟人体桡动脉，因其比硅胶软管有更好的顺应性和弹性等优点，可产生较为明显的管壁形变；调节阀用来调节液体流通的管路半径，模拟人体外周血流阻力，储液罐用来储存回流液体，通过第二T形管外接压力变送器，用于监测桡动脉处的管内压力信号，并将管内压力信号由数据采集模块传输至上位机，最终在上位机上显示出管内压力波形。

附图说明

图1为本发明结构整体正面示意图；

图2为本发明整体侧面结构示意图；

图3为本发明固定台外表面结构示意图；

图4为本发明滑台外表面结构示意图；

图5为本发明活塞缸外表面结构示意图；

图6为本发明血管模拟平台外表面结构示意图；

图7为本发明图6的A部分结构放大图。

图中：1、设备平台；2、伺服电机；3、滑台；4、活塞缸；5、血管模拟平台；6、储液罐；7、连接块；8、联轴器；9、驱动螺杆；10、固定台；11、滑轨；12、第一固定板；13、载板；14、挡板；15、活塞杆；16、密封胶塞；17、滑块；18、连接座；19、第二固定板；20、支撑柱；21、第三固定板；22、T形板；23、固定螺柱；24、第一硅胶软管；25、单向阀；26、第一T形管；27、人造血管；28、第三硅胶软管；29、第二T形管；30、调节阀；31、Y形管；32、第二硅胶软管。

具体实施方式

本发明实施例公开血液脉动流模拟装置，如图1-7所示，包括；

设备平台1，设备平台1的上表面一侧固定安装有伺服电机2，伺服电机2的输出端固定安装有驱动螺杆9，设备平台1的上表面设有滑台3，驱动螺杆9与滑台3传动连接，设备平台1的上表面固定安装有活塞缸4，滑台3的外表面固定安装有活塞杆15，活塞杆15的端部活动插接在活塞缸4的内部；

血管模拟平台5，血管模拟平台5的上表面固定安装有储液罐6，储液罐6的外表面固定安装有第一硅胶软管24，第一硅胶软管24的中部固定连接有第二硅胶软管32，第二硅胶软管32的另一端固定连接在储液罐6的外表面，第一硅胶软管24的另一端固定连接有人造血管27，人造血管27的另一端固定安装有调节阀30，调节阀30通过第一硅胶软管24与储液罐6固定连接。

参照附图1、2和6，血管模拟平台5固定安装在设备平台1的上表面，第一硅胶软管24的外表面固定安装有连接管，连接管的另一端与活塞缸4固定连接，第一硅胶软管24的外表面且位于连接管的作用两侧均固定安装有单向阀25。

参照附图1-4，设备平台1的上表面固定连接有第一固定板12，第一固定板12的上表面固定连接有载板13，伺服电机2固定连接在载板13的外表面，伺服电机2的输出端固定安装有联轴器8，驱动螺杆9与联轴器8固定连接，第一固定板12的上表面固定连接有固定台10，固定台10的两侧均固定连接有滑轨11，滑台3的两侧下表面均固定连接有滑块17，滑块17滑动连接在滑轨11的上表面，在安装时，通过将伺服电机2固定在载板13上，通过联轴器8在载板13处与驱动螺杆9完成同轴连接，然后将滑块17卡接于滑轨11的外表面，使其能够在滑轨11上自由移动。

参照附图3-4，滑台3的下表面固定连接有连接座18，驱动螺杆9螺纹连接在连接座18的内部，固定台10远离伺服电机2的一端固定连接有挡板14，驱动螺杆9的端部转动连接在挡板14的内部，滑台3的上表面固定安装有连接块7，活塞杆15固定连接在连接块7的内部。

参照附图4-5，设备平台1的上表面固定连接有第二固定板19，第二固定板19的顶部固定连接有支撑柱20，支撑柱20的顶端通过螺栓固定安装有第三固定板21，第三固定板21的上表面固定连接有T形板22，活塞缸4固定连接在两组T形板22之间，两组T形板22之间固定安装有固定螺柱23，活塞杆15的端部外表面固定套接有密封胶塞16，密封胶塞16滑动连接在活塞缸4的内部，T形板22由不锈钢加工而成，第二固定板19和第三固定板21均由玻璃纤维板加工制作而成，第二固定板19的作用是对活塞缸4进行固定支撑。

参照附图6，第一硅胶软管24的外表面固定安装有第一T形管26，第一T形管26的端部固定连接有Y形管31，第二硅胶软管32与Y形管31固定连接，人造血管27的外表面固定安装有第三硅胶软管28，人造血管27和调节阀30固定安装有第二T形管29，第二T形管29的端部与外部压力变送器固定连接。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，并通过实施例的方式，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一、

如图1-5所示血液脉动流模拟装置，包括心脏模拟单元，心脏模拟单元包括设备平台1，设备平台1的上表面一侧固定安装有伺服电机2，伺服电机2的输出端固定安装有驱动螺杆9，设备平台1的上表面设有滑台3，驱动螺杆9与滑台3传动连接，设备平台1的上表面固定安装有活塞缸4，滑台3的外表面固定安装有活塞杆15，活塞杆15的端部活动插接在活塞缸4的内部；

设备平台1的上表面固定连接有第一固定板12，第一固定板12的上表面固定连接有载板13，伺服电机2固定连接在载板13的外表面，伺服电机2的输出端固定安装有联轴器8，驱动螺杆9与联轴器8固定连接，第一固定板12的上表面固定连接有固定台10，固定台10的两侧均固定连接有滑轨11，滑台3的两侧下表面均固定连接有滑块17，滑块17滑动连接在滑轨11的上表面，滑台3的下表面固定连接有连接座18，驱动螺杆9螺纹连接在连接座18的内部，固定台10远离伺服电机2的一端固定连接有挡板14，驱动螺杆9的端部转动连接在挡板14的内部，滑台3的上表面固定安装有连接块7，活塞杆15固定连接在连接块7的内部，设备平台1的上表面固定连接有第二固定板19，第二固定板19的顶部固定连接有支撑柱20，支撑柱20的顶端通过螺栓固定安装有第三固定板21，第三固定板21的上表面固定连接有T形板22，活塞缸4固定连接在两组T形板22之间，两组T形板22之间固定安装有固定螺柱23，活塞杆15的端部外表面固定套接有密封胶塞16，密封胶塞16滑动连接在活塞缸4的内部；

该血液脉动流模拟在使用时，首先与外部上位机进行连接，心脏模拟单元由电机驱动器和电机控制器进行控制，根据正常人体的心动周期和时相设计驱动指令，将驱动指令设置给电机控制器，继而使电机驱动器驱动伺服电机2工作进行正反转，伺服电机2的输出端转动并通过联轴器8带动驱动螺杆9进行转动，使得连接座18带动滑台3沿着滑轨11进行前后滑动，此时当滑台3向靠近活塞缸4一端移动时，滑块17沿着滑轨11进行滑动，使得活塞杆15推动其端部的密封胶塞16在活塞缸4内部向前移动，使得活塞缸4内液体流入到第一硅胶软管24的内部，继而回流到储液罐6，形成液体循环流动，血液脉动流模拟整个工作流程模拟人体血液循环系统的体循环，血液由左心室射出经主动脉及其各级中小动脉，流到微动脉；再经静脉流回右心房，当右心房收缩左心室舒张时，房室瓣膜开放，血液流回左心室，以此通过伺服电机2驱动活塞缸4内密封胶塞16的运动，模拟心脏跳动。

实施例二、

如图1-2和6所示血液脉动流模拟装置，包括血管系统模拟单元，血管系统模拟单元包括血管模拟平台5，血管模拟平台5的上表面固定安装有储液罐6，储液罐6的外表面固定安装有第一硅胶软管24，第一硅胶软管24的中部固定连接有第二硅胶软管32，第二硅胶软管32的另一端固定连接在储液罐6的外表面，第一硅胶软管24的另一端固定连接有人造血管27，人造血管27的另一端固定安装有调节阀30，调节阀30通过第一硅胶软管24与储液罐6固定连接；

血管模拟平台5固定安装在设备平台1的上表面，第一硅胶软管24的外表面固定安装有连接管，连接管的另一端与活塞缸4固定连接，第一硅胶软管24的外表面且位于连接管的作用两侧均固定安装有单向阀25，第一硅胶软管24的外表面固定安装有第一T形管26，第一T形管26的端部固定连接有Y形管31，第二硅胶软管32与Y形管31固定连接，人造血管27的外表面固定安装有第三硅胶软管28，人造血管27和调节阀30固定安装有第二T形管29，第二T形管29的端部与外部压力变送器固定连接；

该血管系统模拟单元，其由主动脉模拟模块、外周动脉模拟模块和各血流参数模拟部件组成，第一硅胶软管24用于模拟整体的血管管路，因其具有柔软、透明等优点，能够更好的模拟血管特性，通过第一T形管26、单向阀25、第二硅胶软管32、第三硅胶软管28和Y形管31组成来模拟主动脉：两个单向阀25分别用来模仿心室瓣和房室瓣，防止液体倒流；第一T形管26用来模拟主动脉弓；采用直径为10mm，壁厚为2mm的第一硅胶软管24用来模拟人体主动脉和腹主动脉；采用直径为6mm，壁厚为0.5mm的第二硅胶软管32，用来模拟人体小动脉；Y形管31用来模拟腹主动脉分叉口，外周阻力模拟模块由第一硅胶软管24、人造血管27、调节阀30组成：采用直径为4mm的人造血管27，用来模拟人体桡动脉，因其比硅胶软管有更好的顺应性和弹性等优点，可产生较为明显的管壁形变；调节阀30用来调节液体流通的管路半径，模拟人体外周血流阻力，储液罐6用来储存回流液体，通过第二T形管29外接压力变送器，用于监测桡动脉处的管内压力信号，并将管内压力信号由数据采集模块传输至上位机，最终在上位机上显示出管内压力波形。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.血液脉动流模拟装置，其特征在于，包括；

心脏模拟单元，所述心脏模拟单元包括设备平台(1)，所述设备平台(1)的上表面一侧固定安装有伺服电机(2)，所述伺服电机(2)的输出端固定安装有驱动螺杆(9)，所述设备平台(1)的上表面设有滑台(3)，所述驱动螺杆(9)与滑台(3)传动连接，所述设备平台(1)的上表面固定安装有活塞缸(4)，所述滑台(3)的外表面固定安装有活塞杆(15)，所述活塞杆(15)的端部活动插接在活塞缸(4)的内部；

血管系统模拟单元，所述血管系统模拟单元包括血管模拟平台(5)，所述血管模拟平台(5)的上表面固定安装有储液罐(6)，所述储液罐(6)的外表面固定安装有第一硅胶软管(24)，所述第一硅胶软管(24)的中部固定连接有第二硅胶软管(32)，所述第二硅胶软管(32)的另一端固定连接在储液罐(6)的外表面，所述第一硅胶软管(24)的另一端固定连接有人造血管(27)，所述人造血管(27)的另一端固定安装有调节阀(30)，所述调节阀(30)通过第一硅胶软管(24)与储液罐(6)固定连接。

2.根据权利要求1所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述血管模拟平台(5)固定安装在设备平台(1)的上表面，所述第一硅胶软管(24)的外表面固定安装有连接管，所述连接管的另一端与活塞缸(4)固定连接，所述第一硅胶软管(24)的外表面且位于连接管的作用两侧均固定安装有单向阀(25)。

3.根据权利要求1所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述设备平台(1)的上表面固定连接有第一固定板(12)，所述第一固定板(12)的上表面固定连接有固定台(10)，所述固定台(10)的两端上表面固定连接有载板(13)，所述伺服电机(2)固定连接在载板(13)的外表面，所述伺服电机(2)的输出端固定安装有联轴器(8)，所述驱动螺杆(9)与联轴器(8)固定连接。

4.根据权利要求3所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述固定台(10)的两侧均固定连接有滑轨(11)，所述滑台(3)的两侧下表面均固定连接有滑块(17)，所述滑块(17)滑动连接在滑轨(11)的上表面。

5.根据权利要求4所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述滑台(3)的下表面固定连接有连接座(18)，所述驱动螺杆(9)螺纹连接在连接座(18)的内部，所述固定台(10)远离伺服电机(2)的一端固定连接有挡板(14)，所述驱动螺杆(9)的端部转动连接在挡板(14)的内部，所述滑台(3)的上表面固定安装有连接块(7)，所述活塞杆(15)固定连接在连接块(7)的内部。

6.根据权利要求1所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述设备平台(1)的上表面固定连接有第二固定板(19)，所述第二固定板(19)的顶部固定连接有支撑柱(20)，所述支撑柱(20)的顶端通过螺栓固定安装有第三固定板(21)，所述第三固定板(21)的上表面固定连接有T形板(22)，所述活塞缸(4)固定连接在两组T形板(22)之间。

7.根据权利要求6所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：两组所述T形板(22)之间固定安装有固定螺柱(23)，所述活塞杆(15)的端部外表面固定套接有密封胶塞(16)，所述密封胶塞(16)滑动连接在活塞缸(4)的内部。

8.根据权利要求1所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述第一硅胶软管(24)的外表面固定安装有第一T形管(26)，所述第一T形管(26)的端部固定连接有Y形管(31)，所述第二硅胶软管(32)与Y形管(31)固定连接。

9.根据权利要求1所述的血液脉动流模拟装置，其特征在于：所述人造血管(27)的外表面固定安装有第三硅胶软管(28)，所述人造血管(27)和调节阀(30)固定安装有第二T形管(29)，所述第二T形管(29)的端部与外部压力变送器固定连接。

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