CN114047014A - 一种动脉顺应性模拟装置及其使用方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动脉顺应性模拟装置及其使用方法与应用，属于医疗装置技术领域。本发明针对目标使用环境下普通气封水形式容器所制的顺应性模拟装置所造成的工作液体非正常晃动影响传感器取值、对搏动波形的保留薄弱、操作机械难以精密控制的问题，设计一种适用于循环模拟平台的顺应性模拟装置。该装置能针对循环模拟平台的需求，能够最大程度的保留心室腔搏动所产生的波形曲线，采用液压传递的方式，稳定性强，能够尽可能地减少工作液体的晃动所产生的不必要的波形变化；能够通过对动力装置的精密调节，有效的、定量的控制所模拟的血管顺应性值；能够方便与循环模拟平台环路连接，因此具有良好的实际应用之价值。

Description

一种动脉顺应性模拟装置及其使用方法与应用

技术领域

本发明属于医疗装置技术领域，具体涉及一种动脉顺应性模拟装置及其使用方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

心力衰竭作为多种心血管疾病的终末期形态，目前在中国至少影响着1000万的患者。受供心限制的影响，使用全人工心脏(TAH)或心室辅助装置(VAD)暂时或永久代替心脏移植是当前最行之有效的治疗方法。在VAD或TAH投入临床使用之前，必须对其稳定性、耐久性、溶血性能和水力性能等方面进行大量的测试来确保其安全性和有效性。循环模拟平台可以模拟人体内的血液流动状态，通过循环模拟平台对VAD或TAH做测试，能够节约生物实验的成本，提高优化效率，同时为临床应用提供参考。

在循环模拟平台中，心室搏动泵血的模拟是核心问题。心室模拟分为心室腔的模拟、心脏瓣膜的模拟和动脉顺应性的模拟三个部分。目前，如何准确模拟出心脏腔室在心跳周期形成的压力曲线已成为该领域重大难题之一。循环模拟平台的发展历程。发明人发现，截止目前，动脉顺应性的模拟仍处于较为机械和简单的阶段，多数仍使用气封水的方式，或在此基础上手动为容器罐内加压。该模拟方法造价较低，动作简单，但是气封水的顺应性腔由于工作液体与气体直接接触，工作液体在搏动状态下产生的搏动容易在容器内引发晃动进而使流量和压力数据不够准确；在这种波动下，工作液体的脉冲几乎完全被缓释，心室模拟器产生的波形无法保留；气封水的顺应性腔室需要的液体体积基数大，远超循环内应有的工作液体量，该部分功能性液体的自身变化使的模拟值输出的准确性降低；此外，手动的、不连续的顺应性模型只能产出定型的实验结果，不能精密的模拟和控制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于循环模拟平台的动脉顺应性模拟装置及其使用方法与应用。本发明通过针对循环模拟平台的需求，能够最大程度的保留心室腔搏动所产生的波形曲线，采用液压传递的方式，稳定性强，能够尽可能地减少工作液体的晃动所产生的不必要的波形变化；能够通过对动力装置的精密调节，有效的、定量的控制所模拟的血管顺应性值；能够方便与循环模拟平台环路连接。因此具有良好的实际应用之价值。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种动脉顺应性模拟装置，所述动脉顺应性模拟装置包括顺应性模拟单元和动力单元；

所述顺应性模拟单元沿轴向方向设置有柔性管道，作为循环模拟平台的工作液体流经通道，且柔性管道的周围设置有气腔；所述动力单元与气腔相连。

通过动力单元向气腔提供压力，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

本发明第二个方面，提供一种上述动脉顺应性模拟装置的使用方法，具体包括：

启动动力单元，向顺应性模拟单元的气腔内进行打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

本发明的第三个方面，提供上述动脉顺应性模拟装置在循环模拟平台中的应用。

进一步的，使用橡胶软管或其他压力紧固装置进行连接。

以上一个或多个技术方案的至少具有以下有益效果：

(1)上述技术方案提供的动脉顺应性模拟装置，作为一种仿生设计，采用液压传递的思路设计全新的顺应性模拟器结构，能够有效的避免工作液体在顺应性腔内空间产生晃动干扰正常波形的情况；

(2)上述技术方案提供的动脉顺应性模拟装置，能够替换和改变柔性管道内壁的形制，从而模拟出不同顺应性状态；

(3)上述技术方案提供的动脉顺应性模拟装置，能够准确、精密、有效的调节和控制顺应性值；

(4)上述技术方案提供的动脉顺应性模拟装置，能够同时串联多个顺应性模拟单元，调整出真实且复杂的多种生理状态，因此具有良好的实际应用之价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1所述动脉顺应性模拟装置整体示意图；

图2为实施例1所述动脉顺应性模拟装置分区示意图；

图3为实施例1所述动脉顺应性模拟装置的顺应性模拟单元剖面图；

图4为实施例1所述动脉顺应性模拟装置的顺应性模拟单元结构示意图；

图5为实施例1所述动脉顺应性模拟装置的动力单元结构示意图；

图6为实施例1所述动脉顺应性模拟装置的顺应性模拟单元柔性管道壁外表面示意图；

图7为实施例1所述动脉顺应性模拟装置的顺应性模拟单元装配示意图。

附图标记说明：

1-顺应性模拟单元、2-动力单元。

11-柔性板、12-硬性框体、13-紧固圈、14-螺栓、15-压力传感器、16-柔性管道、17-气腔。

111-波形管道内壁、112-直形管道内壁。

21-气泵、22-气泵底座、23-控制面板、24-气体管路A、25-气体管路B、26-压力传感器线路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，针对现有的用于循环模拟平台的顺应性模拟装置的不足，本发明旨在针对手动调节的罐式气封水方式过于机械，不能准确传递波形和不能准确调节控制的问题，从而设计一种适用于循环模拟平台的动脉顺应性模拟装置。本发明能够完全地适用于循环模拟平台的环路连接，能够传递较为准确的压力波动曲线，能够通过面板控制对顺应性值作出准确且精密的调节并获取实时反馈，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

本发明的第一个方面，提供一种动脉顺应性模拟装置，所述动脉顺应性模拟装置包括顺应性模拟单元和动力单元；

所述顺应性模拟单元沿轴向方向设置有柔性管道，作为循环模拟平台的工作液体流经通道，且柔性管道的周围设置有气腔；所述动力单元与气腔相连。

通过动力单元向气腔提供压力，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述气腔的周围设置有硬性框体。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述柔性管道的两端向气腔方向延伸有与柔性管壁一体化的柔性板，柔性板位于硬性框体外侧；

进一步的，所述柔性板的外侧设置有紧固件，所述紧固件、柔性板、硬性框体通过螺栓紧固；

其中，所述螺栓可以设置6-8个；

所述硬性框体、紧固圈采用透明亚克力材质制成；所述柔性管道壁采用软质硅胶材质通过3D打印制成。

更具体的，所述柔性管道壁的外表面可基于实验需要设计并加工成不同的形制，如波形、直形等。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述硬性框体上设置有多个气体进口，所述动力单元通过气体进口与气腔相连；

优选的，所述气体进口处设置有压力传感器，实时对压力进行监测。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述顺应性模拟单元还设置有稳定座；优选的，所述稳定座与所述硬性框体为一体成型，从而方便减震。

在本发明的一个或多个实施方式中，顺应性模拟单元可以为一个或多个，当顺应性模拟单元为多个时，各顺应性模拟单元可串联连接，并分别与动力单元连接，从而达到实验需求。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述动力单元包括控制面板、液压气缸和气泵；具体的，所述气泵连接液压气缸，使用液压传递为顺应性模拟单元做加压工作；所述液压气缸通过多个气体管路与气腔相连，以保持腔内压力均衡。

进一步的，所述气泵连接单片机和控制面板，能够完成对气泵给出压力的适时调节。

进一步的，所述气泵还可以连接主机等控制器，实现控制环节的集成化和智能化，同时保留显示面板。

进一步的，所述气泵下方设置有气泵底座，液压气缸位于气泵底座内。

本发明第二个方面，提供一种上述动脉顺应性模拟装置的使用方法，具体包括：

启动动力单元，向顺应性模拟单元的气腔内进行打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

进一步的，设定控制面板的参数，气泵根据控制面板给出的指令推动液压气缸向所连接的气腔内打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值，同时压力传感器将所测得的压力信号传递给控制面板，进而调控液压气缸打气的力度和频率。

本发明的第三个方面，提供上述动脉顺应性模拟装置在循环模拟平台中的应用。

具体的，将顺应性模拟单元连接于循环模拟平台的心室腔模型下游，使心脏室模型内流出的工作液体进入顺应性模拟单元的柔性管道中，在动力单元的控制下，于柔性管道内进行顺应性模拟，然后柔性管道内流出的工作液体继续流入循环模拟平台中的其他管路。

进一步的，使用橡胶软管或其他压力紧固装置进行连接。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例公开了一种动脉顺应性模拟装置，如图1、2所示，为顺应性模拟装置整体示意图，包括顺应性模拟单元1和动力单元2；如图3、4所示，所述顺应性模拟单元1沿轴向方向设置有柔性管道16，作为循环模拟平台的工作液体流经通道，且柔性管道16的周围设置有气腔17；所述气腔的周围设置有硬性框体12；所述柔性管道16的两端向气腔17方向延伸有与柔性管壁一体化的柔性板11，柔性板位于硬性框体12外侧；所述柔性板11的外侧设置有紧固件13，所述紧固件13、柔性板11、硬性框体12通过螺栓14紧固；所述硬性框体12上设置有两个气体进口，动力单元2通过气体进口与气腔17相连并提供压力，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

如图5所示，所述动力单元2包括控制面板23、液压气缸和气泵21；所述气泵21下方设置有气泵底座22，液压气缸设置在气泵底座22内，气泵21与液压气缸相连；所述液压气缸还通过气体管路A和气体管路B分别与气腔相连，在气泵提供动力下，液压气缸从24、25不同位置向气腔17内打气，从而保持腔内压力均衡。所述气泵21连接控制面板23，通过控制面板23控制气泵21的开合和打气力度，能够完成对气泵给出压力的适时调节。

所述硬性框体12上的气体进口处设置有压力传感器15与压力传感器线路26相连，压力传感器15将所测得的压力信号传递给控制面板23，进而准确调控打气的力度和频率。

如图6所示，柔性管道壁的外表面包括多种形态，分别为波形管道内壁111和直形管道内壁112，用于不同精度的研究实验中；其中，通过硅胶3D打印的方式设计并加工不同形制的内壁。

实施例2

本实施例提供一种动脉顺应性模拟装置的使用方法，具体包括：

设定控制面板的参数，气泵根据控制面板给出的指令推动液压气缸向所连接的气腔内打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值，同时压力传感器将所测得的压力信号传递给控制面板，进而调控液压气缸打气的力度和频率。

实施例3

如图7所示，本实施例提供一种动脉顺应性模拟装置在循环模拟平台中的应用，具体应用方式为：

将顺应性模拟单元使用橡胶软管连接于循环模拟平台的心室腔模型下游，使心脏室模型内流出的工作液体进入顺应性模拟单元的柔性管道中，在动力单元的控制下，于柔性管道内进行顺应性模拟，然后柔性管道内流出的工作液体继续流入循环模拟平台中的其他管路。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，类似的，通过尺寸参数变更或材质选择变更获得模型具体零件类似的或模型重大结构件造型类似的、通过多种介质间力的传递达到对顺应性腔控制要求的原理一致的、通过气泵等动力装置实现对顺应性腔内压力达到精密控制的、通过微小连接位置变更获得动作功能相仿的、应用于循环模拟平台心室腔模型等能达到类似功能的原理完成此作业的，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述动脉顺应性模拟装置包括顺应性模拟单元和动力单元；

所述顺应性模拟单元沿轴向方向设置有柔性管道，作为循环模拟平台的工作液体流经通道，且柔性管道的周围设置有气腔；所述动力单元与气腔相连。

2.如权利要求1所述的动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述气腔的周围设置有硬性框体。

3.如权利要求2所述的动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述柔性管道的两端向气腔方向延伸有与柔性管壁一体化的柔性板，柔性板位于硬性框体外侧；

优选的，所述柔性板的外侧设置有紧固件；

进一步优选的，所述紧固件、柔性板、硬性框体通过螺栓紧固。

4.如权利要求2所述的动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述硬性框体上设置有多个气体进口，所述动力单元通过气体进口与气腔相连；

优选的，所述气体进口处设置有压力传感器；

优选的，所述顺应性模拟单元还设置有稳定座；

进一步优选的，所述稳定座与硬性框体为一体成型结构。

5.如权利要求1所述的动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述顺应性模拟单元为一个或多个，当顺应性模拟单元为多个时，各顺应性模拟单元串联连接，并分别与动力单元连接。

6.如权利要求1所述的动脉顺应性模拟装置，其特征在于：所述动力单元包括控制面板、液压气缸和气泵；

优选的，所述气泵连接液压气缸，使用液压传递为顺应性模拟单元做加压工作；

优选的，所述液压气缸通过多个气体管路与气腔相连；

优选的，所述气泵连接单片机和控制面板；

优选的，所述气泵下方设置有气泵底座，液压气缸位于气泵底座内。

7.权利要求1-6任一项所述的动脉顺应性模拟装置的使用方法，其特征在于：

启动动力单元，向顺应性模拟单元的气腔内进行打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值。

8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于：设定控制面板的参数，气泵根据控制面板给出的指令推动液压气缸向所连接的气腔内打气，使柔性管道壁发生形变，对内部的工作液体产生压力，进而模拟不同压力状态下所代表的脉管顺应性值，同时压力传感器将所测得的压力信号传递给控制面板，进而调控液压气缸打气的力度和频率。

9.权利要求1-6任一项所述的动脉顺应性模拟装置在循环模拟平台中的应用，其特征在于：

具体应用方法为：将顺应性模拟单元连接于循环模拟平台的心室腔模型下游，使心脏室模型内流出的工作液体进入顺应性模拟单元的柔性管道中，在动力单元的控制下，于柔性管道内进行顺应性模拟，然后柔性管道内流出的工作液体继续流入循环模拟平台中的其他管路。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：使用压力紧固装置进行连接。

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