CN113990163A - 用于脉诊仪的模拟心脏泵装置 - Google Patents

Abstract

一种用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，包括由阀盖组件(1)和阀体组件(2)构成的与流体循环系统连通的半封闭结构，其技术要点是：半封闭结构由电磁驱动的可沿线性浮动的膜片(21)动态分隔，阀盖组件(1)与膜片(21)之间构成的隔室(125)通过一对单向阀门与外部连通，膜片(21)封闭在阀体组件(2)的输出端上。从根本上解决了现有脉诊装置仿真度差、使用不方便的问题，其具有结构简单紧凑、使用方便快捷等优点。

Description

用于脉诊仪的模拟心脏泵装置

技术领域

本发明涉及电气装置，具体说是一种用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，其主要适用于脉诊仪。

背景技术

现有血流循环模拟系统如申请公布号CN101176802A公开的一种“模拟血流循环中的脉动心泵”，该技术方案包括主轴，固定在旋转主轴上的心泵凸轮、杠杆、柱塞泵，心泵凸轮上面设有具有凸轮曲线的凸轮滑槽，心泵凸轮通过其上的凸轮滑槽连接往复运动的顶杆，顶杆驱动端连接杠杆阻力臂，杠杆中间设有对顶杆的往复运动进行放大或缩小的可调支点，杠杆动力臂连接柱塞泵的活塞，顶杆中心线与活塞的中心线平行，其之间的距离为定值。该技术方案能够实现心脏的泵血功能，并可复现左心室的输出压力波形，适用于“心脏－冠状动脉－心肌桥”模拟装置。

现有的电磁式隔膜泵，如申请公布号CN111255672A公开的一种“电磁式微型变量隔膜真空泵”，该技术方案包括电磁线圈总成、静铁芯、动铁芯、束磁环、弹簧、导套、膜片、膜片台、泵盖、外壳；导套、弹簧、动铁芯均安装于电磁线圈总成的中间通道内，电磁线圈总成的中间通道的一端装有静铁芯，另一端装有束磁环；电磁线圈总成、静铁芯、束磁环、膜片、膜片台均内置于圆筒状的外壳内，外壳的两端各安装有一个泵盖，每个泵盖上均设有一个进气孔和一个排气孔，进气孔和排气孔均只能进行单向通气；电磁线圈总成与PWM信号相连，通过PWM控制电磁力的交替以及在弹簧弹力的共同作用下，实现动铁芯以接近PWM信号的频率在静铁芯和束磁环之间轴向往复运动，从而带动膜片变形实现吸气和排气动作。

如申请公布号CN102465862A公开的一种“电磁泵”，该技术方案包括配备有在其中形成有从入口流向出口的流体流动通过的流体通道的外壳，和基于电磁部的受激状态发生位移以此来打开和闭合流体通道的可动构件。流体通道包括连通入口的入口侧通道，连通出口的出口侧通道，和由与入口侧通道和出口侧通道连通的空间组成的泵室，该流体通道被外壳和可动构件的端部分围绕。伴随其移动，可动构件打开和闭合泵室和出口侧通道之间的连通。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，从根本上解决了现有脉诊装置仿真度差、使用不方便的问题，其具有结构简单紧凑、使用方便快捷等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该用于脉诊仪的模拟心脏泵装置包括由阀盖组件和阀体组件构成的与流体循环系统连通的半封闭结构，其技术要点是：半封闭结构由电磁驱动的可沿线性浮动的膜片动态分隔，阀盖组件与膜片之间构成的隔室通过一对单向阀门与外部连通，膜片封闭在阀体组件的输出端上。

进一步的，阀盖组件包括相互配合的封盖和阀盖主体，阀盖主体上设有与隔室连通的分别通过阀片反向封闭的排液腔和进液腔。

进一步的，阀体组件包括外壳体、限位在外壳体内的磁轭、限位在磁轭内的嵌套配合的永磁体和缠有线圈的线圈骨架、与膜片固定的与永磁体浮动配合的浮动架。

进一步的，外壳体与阀盖主体的配合端设有嵌位槽，膜片外缘设有与嵌位槽配合的环形凸起。

本发明的有益效果：整体技术方案上，脉诊仪医护端由模拟心脏泵、弹性腔、仿生血管、功率放大器等组成。仿生血管由塑料薄膜热合而成，形成寸关尺独立的血管仿生系统，三个独立的模拟心脏泵分别由一个功率放大器推动，模拟心脏射血，并依照脉搏波的波形振动，并推动液体在仿生血管内流动。心脏泵的内部由线性电磁铁作为动力源，线性电磁铁的特性是输出推力与电流成较好的线性关系，这样能很好地还原脉搏波的波形。弹性腔除了用于提供仿生血液的存储，也能模拟仿生血管的弹性并提供舒张压，使仿生系统更接近于真实人体的血液循环系统。寸关尺独立的仿生血液系统通过采集端采集的寸关尺脉象信息，经功率放大器分别推动模拟心脏泵，仿生血管将对各自的脉象信息进行复现。经大量试验测试，该仿生系统能很好地仿真再现寸关尺的脉搏跳动，医生将手指放置于仿生血管寸关尺相对应的位置，感受振动。该系统实现了远程脉诊的仿真再现，为中医的远程脉诊仪提供了理想的解决方案。

仿生血液循环系统中，模拟心脏泵采用线性电磁泵，用户端采集的寸关尺脉象数字信号经DA转换为模拟信号，再经功率放大器放大后推动电磁泵，电磁泵类似扬声器，随脉搏信号搏动。仿生膜片随着脉动压力搏动，仿生膜片的另一端接软管储液囊，模拟人体血管的弹性。仿生血液循环系统很好的模拟人体血液循环系统，高保真还原客户端采集的寸关尺的脉搏搏动情况，医生通过手摸仿生血管上的仿生皮肤，即可感知用户端患者的脉象信息。

模拟心脏泵，通过节律性电流使线性电磁铁驱动膜片产生节律性浮动，电磁铁由直流功率放大器推动，脉搏波信号由功率放大器放大后，推动电磁铁按照脉搏波的特征振动，在单向阀片的配合下驱动仿生血液单向泵入或泵出隔室，模拟心脏射血，最终产生与用户端的信号采集部分相同的脉搏搏动。

附图说明

图1为本发明模拟心脏泵的等轴侧视结构示意图。

图2为本发明模拟心脏泵的分解结构示意图。

图3为本发明模拟心脏泵的分解剖视结构示意图。

图4为本发明模拟心脏泵的剖视结构示意图。

图5为本发明仿生血液循环系统的结构示意图。

图6为采用本发明的脉诊仪的使用状态结构示意图。

图7为采用本发明的脉诊仪的分解结构示意图。

图8为本发明脉象仿生组件的分解结构示意图I。

图9为本发明脉象仿生组件的分解结构示意图II。

图10为本发明脉诊仪医护端配合的其中一种脉诊仪用户端的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1~10，通过具体实施例详细说明本发明的内容。

该脉诊仪医护端包括相互配合的底座41和上盖42、限位在其间的电源组件45、设置在上盖42一侧的操控组件44、主控电路板46、输出端凸出在上盖42上的仿生血液循环系统，操控组件44包括用于控制用户端采集指的操纵杆441、用于调节脉象起伏程度的调节旋钮442以及电源开关443。使用时，配合智能移动终端的视频模块，手动调节操纵杆441进行快速定位，然后通过位于仿真皮肤433下的若干传感器4341进行微调，并最终确定脉搏位置。

仿生血液循环系统包括模拟心脏泵A、与模拟心脏泵A之间形成循环的脉象仿生组件43、位于模拟心脏泵A与脉象仿生组件43之间的弹性储液罐47。脉象仿生组件43包括托板435、位于托板435上部的仿生血管431、位于托板435下部的带有与薄膜腔4311配合的传感器4341的传感器集成电路板434，脉象仿生组件43上设置凸出在上盖42上的仿生皮肤433，仿生血管431与托板435的限位槽4351之间构成三个相互独立的薄膜腔4311，模拟心脏泵A通过软管432与薄膜腔4311 的软管连接4312连通。

仿生血液循环系统]

仿生血液循环系统包括分别用于寸关尺部位的三套互不干涉的循环单元，可独立仿真寸关尺的脉象信息，循环单元包括由弹性储液罐47分隔的模拟心脏泵A和脉象仿生组件43。脉象仿生组件43包括与循环单元数量对应的彼此间隔的独立腔室，模拟心脏泵A通过来自信号放大器48的脉冲电流节律性地将流体涌入脉象仿生组件43后，在经过弹性储液罐47返回模拟心脏泵A，从而形成流体循环。

模拟心脏泵A通过隔室125介入循环系统，脉冲电流驱动浮动架23的起伏进而带动隔室125的动作。当隔室125收缩时，即相当于心脏的射血，三套独立的模拟心脏泵系统将流体涌入仿生组件43的薄膜腔4311并最终反应在仿生皮肤43上；当隔室125由收缩态向舒张态逐渐转变时，血流由弹性储液罐47重新泵入隔室125中，由于弹性储液罐47呈微负压状态，亦将薄膜腔4311内的流体泵入弹性储液罐47。通过在薄膜腔4311排液端与隔室125的进液端之间额外设置弹性储液罐47，可有效模拟体内的血管弹性，提高仿真度。实际产品调试中，当管路位置完全固定后，则管路弹性保持不变，在反复模拟血管弹性时则可通过调节弹性储液罐47的弹性以调整整个循环系统的仿真性。具体结构上，为稳定衔接两端的进液管和排液管，设置一个硬质壳体，在该壳体上设置一个弹性薄膜以调节弹性储液罐47的“弹性”或“缓冲性”。

模拟心脏泵]

如图1、图4所示，该用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，主要包括由阀盖组件1和阀体组件2构成的与流体循环系统连通的半封闭结构，膜片21分隔的互不连通的阀盖组件1以及阀体组件2，阀盖主体12与膜片21之间构成半封闭的隔室125，外壳体26与膜片21之间构成电磁铁组件的容纳腔。

如图2~图4所示，阀盖组件1包括相互密封配合的封盖11和阀盖主体12，阀盖主体12呈阶梯状结构，其底部设有与外壳体26配合的加压凸起126，加压凸起126与外壳体26的嵌位槽261处配合，当膜片21通过环状凸起211嵌位其中时，通过设置加压凸起126可有效提高密封性。阀盖主体12内通过阶梯状结构形成隔室125，隔室125上通过通孔128分别连通排液腔121和进液腔122，排液腔121和进液腔122内通过阀片凸起123a各反向限位阀片123，以实现流体单向进出隔室125。阀盖主体12上设有封盖11，排液腔121和进液腔122与封盖11的连接处各设有环形槽124，用于配合封盖11的密封圈和凸台结构，封盖11上设有分别与阀盖主体12流体通道所对应的进液端111和排液端112，其与排液腔121和进液腔122的连接处设有一喇叭结构113，以保证流体进出的流畅性。进液端111和排液端112外设置碟状凸起，方便连接流体管线。

阀体组件2包括与阀盖主体12配合的设有散热孔263的外壳体26、封闭外壳体26底部的底盖27、固定在外壳体26底部的磁轭25、固定在磁轭25中轴处的永磁体24、浮动限位在永磁体24上的浮动架23、浮动限位在环形腔251内的固定在通过浮动架23底部的线圈骨架22，浮动架23的截面呈类十字形，其通过支撑盘235通过支架中孔231固定在膜片21的中轴上，其底部凸起234刚好配合线圈骨架22的中空结构，其限位杆232刚好与永磁体24的中孔配合，线圈222的引出线221通过散热孔263引出至外壳体26外。

组装时，将螺栓贯穿阀盖主体12的阀盖螺孔127以及外壳体26的壳体螺孔262 将两部分紧固，底盖27通过底盖凸台272与外壳体26 底部定位，磁轭25通过其底部的磁轭凸起252与底盖27上的底盖嵌位孔273实现定位，并通过贯穿底盖螺孔271的螺栓将磁轭25紧固在底盖27上，线圈骨架22与浮动架23之间通过贯穿骨架安装孔223和浮动架安装孔233的螺栓紧固。

上述实施例中，外壳体26与底盖27采用分体式结构便于零件原型调整，当批量化生产时，还可将其作为一体结构通过注塑实现。

使用时，通过进液端111和排液端112将隔室125与流体循环系统（图中未示出）连通，流体和管路采用与血液循环系统相近的环境参数。具体而言，流体阻力主要来自管路内壁的摩擦力、血管容积、流体溶质（血液中电解质）的载体阻力，为简化参数并尽可能地还原实际血液循环系统，同时避免血液资源的浪费。采用与动脉血液密度相近的电解质溶液即可。

根据安培定律，线圈222骨架22上的线圈222内电流产生与永磁体24方向相反的磁感线，从而使线圈222骨架22沿永磁体24浮动，线圈222骨架22通过浮动架23驱动膜片21的上下浮动。当线圈222数量固定时，其他结构总重量不变，永磁体24产生的磁感线密度与输入的电流成正比，即线圈骨架22与线圈222构成的电磁铁所产生的斥力与输入电流成正相关。当斥力刚好抵消其自身阻力（主要为重力）时的电流作为标准电流，膜片21上浮时，隔室125内的仿生血液由排液端112流出，膜片21下沉时，将仿生血液“泵入”隔室125 中，用以模拟脉搏的搏动状态。则在此基础上根据用户端发送的电脉冲信号产生相应的电流，即可用以模拟人体脉搏的节律性搏动。

以上实施例均以模拟心脏泵立式使用为例进行的说明，由于隔室125封闭，电磁铁几乎不受到放置方式的影响，相对于立式，其采用卧式时，斥力所需克服的阻力主要为摩擦力。

脉诊仪用户端]

如图10所示为本发明医护端所配合的其中一种脉诊仪用户端，其通过将脉象采集组件3抵靠在患者寸关尺脉位后，医护端通过操控组件44的操控杆441远程调整脉象采集组件3的采集指的位置，直至获得寸关尺的脉象信号。用户端和医护端之间通过智能移动终端的通讯模块，如WIFI模块、5G/4G模块交换数据，当医护端获取来自用户端的脉象信号后，通过信号放大器48将“波动”传递至模拟心脏泵A，通过驱动线圈骨架22将电流变化转化成液流波动，最后脉象仿生组件43传递至医师的指肚。

附图标记说明：

A模拟心脏泵；

1 阀盖组件、11 封盖、111 进液端、112 排液端、113 喇叭结构、12 阀盖主体、121排液腔、122 进液腔、123 阀片、123a 阀片凸起、124 环形槽、125 隔室、126 加压凸起、127阀盖螺孔、128 通孔；

2 阀体组件、21 膜片、211 环形凸起、22 线圈骨架、221 引出线、222 线圈、223骨架安装孔、23 浮动架、231 支架中孔、232 限位杆、233 浮动架安装孔、234 底部凸起、235 支撑盘、24 永磁体、25 磁轭、251 环形腔、252 磁轭凸起、26 外壳体、261 嵌位槽、262壳体螺孔、263 散热孔、27 底盖、271 底盖螺孔、272 底盖凸台、273 底盖嵌位孔；

3 脉象采集组件；

4脉诊仪医护端、41底座、42上盖、43脉象仿生组件、431仿生血管、4311薄膜腔、4312软管连接、4313 连接环、432软管、433仿生皮肤、434传感器集成电路板、4341传感器、4342软管连接通孔、435托板、4351限位槽、44操控组件、441操纵杆、442调节旋钮、443电源开关、45电源组件、46主控电路板、47弹性储液罐、48信号放大器。

Claims (4)

1.一种用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，包括由阀盖组件(1)和阀体组件(2)构成的与流体循环系统连通的半封闭结构，其特征在于：半封闭结构由电磁驱动的可沿线性浮动的膜片(21)动态分隔，阀盖组件(1)与膜片(21)之间构成的隔室(125)通过一对单向阀门与外部连通，膜片(21)封闭在阀体组件(2)的输出端上。

2.根据权利要求1所述的用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，其特征在于：阀盖组件(1)包括相互配合的封盖(11)和阀盖主体(12)，阀盖主体(12)上设有与隔室(125)连通的分别通过阀片(123)反向封闭的排液腔(121)和进液腔(122)。

3.根据权利要求2所述的用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，其特征在于：阀体组件(2)包括外壳体(26)、限位在外壳体(26)内的磁轭(25)、限位在磁轭(25)内的嵌套配合的永磁体(24)和缠有线圈(222)的线圈骨架(22)、与膜片(21)固定的与永磁体(24)浮动配合的浮动架(23)。

4.根据权利要求3所述的用于脉诊仪的模拟心脏泵装置，其特征在于：外壳体(26)与阀盖主体(12)的配合端设有嵌位槽(261)，膜片(21)外缘设有与嵌位槽(261)配合的环形凸起(211)。

Images