CN114533346A - 一种瓣膜稳态流性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓣膜稳态流性能测试系统及方法，所述测试系统包括水箱、第一瓣膜测试装置、第二瓣膜测试装置、第一稳流装置、第二稳流装置；所述第一稳流装置与第一瓣膜测试装置之间依次设置有第一控制阀和第二控制阀，第二瓣膜测试装置与水箱之间设置有第三控制阀，第一瓣膜测试装置与水箱之间设置有第四控制阀；所述第一控制阀还与水箱连接；所述第二控制阀还分别与第二瓣膜测试装置和第三控制阀连接。本发明的瓣膜稳态流性能测试系统既可测试正向流的压降，还可测试回流泄漏，且通过两个瓣膜测试装置的串联设置，可同时对两个待测瓣膜进行测试，或同时对一个待测瓣膜和一个对照瓣膜进行对比测试，大大增加了对比结果的准确性和缩短了测试时间。

Description

一种瓣膜稳态流性能测试系统及方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种瓣膜稳态流性能测试系统及方法。

背景技术

人工心脏瓣膜是可植入心脏内代替心脏瓣膜能使血液单向流动，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官，目前采用人工心脏瓣膜是治疗心脏瓣膜病的有效手段。植入人体的人工心脏瓣膜，血液流经时瓣口对血流的阻滞作用会产生跨瓣压差，它是评价人工心脏瓣膜功能的最重要的血流动力学参数。跨瓣压差越大，血流的速度梯度就越大，由此产生的剪应力也就越大。剪应力如果超过对血液成分引起破坏的阀值，就会引起溶血或亚溶血，甚至引起血管内皮细胞的损伤。如何合理的优化瓣膜参数，就必须清楚的了解瓣膜工作时的血流动力学特性。

在流体动力学特性测试中，需考察人工心脏瓣膜在脉动流和稳态流两种流量测试环境下的压降。现有的稳态流测试通常需两种设备，一种测试正向流的压降，一种测试回流泄漏。专利文献CN111174989A中记载了一种心脏瓣膜稳态泄漏试验装置，包括蓄水桶和贮水桶，蓄水桶和贮水桶之间通过管路相连通，管路上设置有用于安装人工心脏瓣膜的试件工装，以使得所述人工心脏瓣膜与管路相连通；试件工装的前侧安装有前端压力传感器，试件工装的后侧安装有后端压力传感器，蓄水桶连接有气源，贮水桶设置有称量其内部液体质量变化的称重装置。专利文献CN110514376A中记载了一种瓣膜支架性能测试装置，包括多功能测试台、储液箱、单片机和计算机；多功能测试台包括第一测试台I和第二测试台II，所述第一测试台I可以实现瓣膜支架的应变以及振动频率测试、跨瓣压差测试和开口面积测试，第二测试台II可以实现瓣膜支架的耐久性能测试。

然而，现有报道的测试设备均只能对一个待测瓣膜进行测试，进行对照实验时需将待测瓣膜替换为对照瓣膜后再进行测试，由此无法实现在一个测试程序中同时对待测瓣膜和对照瓣膜进行测试。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种瓣膜性能测试系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种瓣膜稳态流性能测试系统，包括水箱、第一瓣膜测试装置、第二瓣膜测试装置、第一稳流装置、第二稳流装置；

所述第一稳流装置与第一瓣膜测试装置之间依次设置有第一控制阀和第二控制阀，第二瓣膜测试装置与水箱之间设置有第三控制阀，第一瓣膜测试装置与水箱之间设置有第四控制阀；所述第一控制阀还与水箱连接；所述第二控制阀还分别与第二瓣膜测试装置和第三控制阀连接；

所述水箱、第一稳流装置、第一控制阀、第二控制阀、第一瓣膜测试装置、第二稳流装置、第二瓣膜测试装置、第三控制阀依次连接形成正向流溶液循环；

所述水箱、第一稳流装置、第一控制阀、第二控制阀、第二瓣膜测试装置、第二稳流装置、第一瓣膜测试装置、第四控制阀依次连接形成反向流溶液循环；

所述水箱还与第一稳流装置和第一控制阀依次连接，使得水箱、第一稳流装置和第一控制阀形成加热溶液循环。

作为优选方案，所述第一瓣膜测试装置的中间设置有第一待测瓣膜固定结构，第二瓣膜测试装置的中间设置有第二待测瓣膜固定结构。

作为优选方案，所述第一待测瓣膜固定结构的两侧分别连接第一压差传感器，用于测量安装的第一待测瓣膜两侧压差；所述第二瓣膜固定结构的两侧分别连接第二压差传感器，用于测量第二待测瓣膜两侧压差。

作为优选方案，所述第一待测瓣膜固定结构的两侧分别设置第一压力检测点和第二压力检测点，第一压力检测点和第二压力检测点分别与第一压差传感器连接；所述第一压力检测点设置在靠近第二稳流装置的一端，第二压力检测点设置在靠近第二控制阀的一端，所述第二检测点与第一待测瓣膜固定结构的距离是第一检测点与第一待测瓣膜固定结构的距离的三倍。

作为优选方案，所述第二待测瓣膜固定结构的两侧分别设置第三压力检测点和第四压力检测点，第三压力监测点和第四压力检测点分别与第二压差传感器连接；所述第三压力检测点设置在靠近第二稳流装置的一端，第四压力检测点设置在靠近第三控制阀的一端，所述第四检测点与第二待测瓣膜固定结构的距离是第三检测点与第二待测瓣膜固定结构的距离的三倍。

作为优选方案，所述测试系统还包括控制装置，所述控制装置分别与第一压差传感器、第二压差传感器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀通过电连接，用于监测第一待测瓣膜和第二待测瓣膜两侧的压差，以及控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀上各阀门的开启和关闭；所述控制装置还与分别设置在第三控制阀和第四控制阀远离水箱一端的流量计连接，用于监测液体流量。

作为优选方案，所述第一控制阀和第二控制阀均为三通控制阀；所述第三控制阀和第四控制阀均为双通控制阀。

作为优选方案，所述第二控制阀通过三通管分别与第二瓣膜测试装置和第三控制阀连接。

作为优选方案，所述水箱设置有加热装置，用于加热水箱中的溶液；加热装置与控制装置电连接，通过控制装置控制加热装置的开启和关闭。

所述水箱上设置有第一进液口、第二进液口和出液口；第一进液口用于将溶液从外部加入水箱中；所述出液口和第二进液口分别与第一稳流装置连接；

所述水箱上设置有温度传感器，所述温度传感器与控制装置电连接，使控制装置能够监测水箱中溶液的温度。

作为优选方案，所述第一待测瓣膜或第二待测瓣膜各选自人造机械瓣、生物瓣和介入瓣，以及生物离体主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣和静脉瓣中的任意一种。

作为优选方案，所述测试系统中采用的溶液可以是水、盐水、甘油中的一种或多种的混合溶液，也可以是血液、血液替代品或血液模拟溶液，用于模拟人体内环境的溶液特性。

本发明还提供了一种基于前述的瓣膜稳态流性能测试系统的使用方法，包括以下步骤：

A、正向流溶液循环：关闭第四控制阀两端的阀门、第一控制阀中与水箱连接的阀门和第二控制阀中与第二瓣膜测试装置连接的阀门，水箱中的溶液加热后经过第一稳流装置加压，然后依次流经第一控制阀、第二控制阀、第一瓣膜测试装置、第二稳流装置、第二瓣膜测试装置、第三控制阀后回到水箱中，以此进行正向流溶液循环；

B、反向流溶液循环：关闭第三控制阀中与水箱连接的阀门、第一控制阀中与水箱连接的阀门和第二控制阀中与第一瓣膜测试装置连接的阀门，水箱中的溶液加热后经过第一稳流装置加压，然后依次流经第一控制阀、第二控制阀、第二瓣膜测试装置、第二稳流装置、第一瓣膜测试装置、第四控制阀后回到水箱中，以此进行反向流溶液循环。

所述使用方法还包括：在进行测试前，通过关闭第一控制阀中与第二控制阀连接的阀门、关闭第三控制阀两端的阀门和第四控制阀两端的阀门，使溶液从水箱流经第一稳流装置后，再流回水箱中，以此进行加热溶液循环，来对溶液进行加热，使其温度到达测试温度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明的瓣膜稳态流性能测试系统既可测试正向流的压降，还可测试回流泄漏，且通过两个瓣膜测试装置的串联设置，可同时对两个待测瓣膜进行测试，或同时对一个待测瓣膜和一个对照瓣膜进行对比测试，大大增加了对比结果的准确性和缩短了测试时间。

2.本发明同时对待测瓣膜和对照瓣膜进行对比测试时，无需控制流向待测瓣膜和流向对照瓣膜的溶液流量保持完全一致，仅需对比流量在0-30L/min范围内测试的压降，对于不在该流量范围内测得的压降值进行去除，由此得到的结果为相同流量范围内的压降结果对比。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的瓣膜稳态流性能测试系统的结构示意图；

其中：

1-水箱；2-第一稳流装置；3-第一瓣膜测试装置；4-第二瓣膜测试装置；5-第二稳流装置；6-第一控制阀；7-第二控制阀；8-第三控制阀；9-第四控制阀；10-第一压差传感器；11-第二压差传感器；12-第一待测瓣膜固定结构；13-第二待测瓣膜固定结构。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合具体实施例来详细说明本发明。需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。

实施例1

本实施例提供了一种瓣膜稳态流性能测试系统，如图1所示，包括：水箱1、第一瓣膜测试装置3、第二瓣膜测试装置4、第一稳流装置2、第二稳流装置5，以及控制装置。本发明采用的第一稳流装置、第二稳流装置没有泵动机构，仅作蓄水及稳流作用。

所述的水箱1设置有加热装置，用于加热水箱1中的溶液；加热装置与控制装置电连接，通过控制装置控制加热装置的开启和关闭。水箱1上设置有第一进液口、第二进液口和出液口；第一进液口用于将溶液从外部加入水箱1中；所述出液口和第二进液口分别与第一稳流装置2连接，使溶液进入系统的各循环中。水箱1上还设置有温度传感器，所述温度传感器与控制装置电连接，使控制装置能够监测水箱1中溶液的温度。当检测到水箱1中溶液温度低于预设温度时，控制装置向加热装置输出第一信号，使加热装置开启；当检测到水箱1中溶液温度高于预设温度时，控制装置向加热装置输出第二信号，使加热装置关闭。

所述第一稳流装置2与第一瓣膜测试装置3之间依次设置有第一控制阀6和第二控制阀7，第二瓣膜测试装置4与水箱1之间设置有第三控制阀8，第一瓣膜测试装置3与水箱1之间设置有第四控制阀9；所述第一控制阀6还与水箱1连接；所述第二控制阀7还通过三通管分别与第二瓣膜测试装置4和第三控制阀8连接。所述的第一控制阀6和第二控制阀7均为三通控制阀；所述第三控制阀8和第四控制阀9均为双通控制阀。第三控制阀8和第四控制阀9的远离水箱1的一端分别设置有流量计。

所述水箱1、第一稳流装置2、第一控制阀6、第二控制阀7、第一瓣膜测试装置3、第二稳流装置5、第二瓣膜测试装置4、第三控制阀8依次连接形成正向流溶液循环。

所述水箱1、第一稳流装置2、第一控制阀6、第二控制阀7、第二瓣膜测试装置4、第二稳流装置5、第一瓣膜测试装置3、第四控制阀9依次连接形成反向流溶液循环。

所述水箱1还与第一稳流装置2和第一控制阀6依次连接，使得水箱1、第一稳流装置2和第一控制阀6形成加热溶液循环。

所述的第一瓣膜测试装置3的中间设置有第一待测瓣膜固定结构12，第一待测瓣膜固定结构12的两侧分别设置第一压力检测点和第二压力检测点；第一压力检测点设置在靠近第二稳流装置5的一端，第二压力检测点设置在靠近第二控制阀7的一端，所述第二检测点与第一待测瓣膜固定结构12的距离是第一检测点与第一待测瓣膜固定结构12的距离的三倍。第一压力检测点和第二压力检测点分别与第一压差传感器10连接，由此测定第一待测瓣膜两侧的压差。

所述的第二瓣膜测试装置4的中间设置有第二待测瓣膜固定结构13，第二待测瓣膜固定结构13的两侧分别设置第三压力检测点和第四压力检测点；第三压力检测点设置在靠近第二稳流装置5的一端，第四压力检测点设置在靠近第三控制阀8的一端，所述第四检测点与第二待测瓣膜固定结构13的距离是第三检测点与第二待测瓣膜固定结构13的距离的三倍。第三压力检测点和第四压力检测点分别与第二压差传感器11连接，由此测定第二待测瓣膜两侧的压差。

所述的控制装置分别与流量计通过电连接，用于监测液体的流量。

所述的控制装置分别与第一压差传感器10和第二压差传感器11通过电连接，用于监测第一待测瓣膜两侧的压差和第二待测瓣膜两侧的压差。

所述的控制装置还分别与第一控制阀6、第二控制阀7、第三控制阀8、第四控制阀9通过电连接，用于控制第一控制阀6、第二控制阀7、第三控制阀8、第四控制阀9上各阀门的开启和关闭。当系统进行正向流溶液循环时，控制装置对第一控制阀6、第二控制阀7、第三控制阀8、第四控制阀9输出第三信号，使第一控制阀6中仅与水箱1连接的阀门关闭，使第二控制阀7中仅与第三控制阀8和第二瓣膜测试装置4连接的阀门关闭，使第三控制阀8中的阀门全部开启，使第四控制阀9中的阀门全部关闭；当系统进行反向流溶液循环时，控制装置对第一控制阀6、第二控制阀7、第三控制阀8、第四控制阀9输出第四信号，使第一控制阀6中仅与水箱1连接的阀门关闭，使第二控制阀7中仅与第一瓣膜测试装置3连接的阀门关闭，使第三控制阀8中的阀门全部关闭，使第四控制阀9中的阀门全部开启；当系统进行加热溶液循环时，控制装置对第一控制阀6、第二控制阀7、第三控制阀8、第四控制阀9输出第四信号，使第一控制阀6中仅与第二控制阀7连接的阀门关闭，使第三控制阀8和第四控制阀9中分别与水箱1连接的阀门关闭。

所述的第一待测瓣膜或第二待测瓣膜各选自人造机械瓣、生物瓣和介入瓣，以及生物离体主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣和静脉瓣中的任意一种。采用本发明的测试系统均可实现对前述各种类型的瓣膜进行测试。

所述测试系统中采用的溶液可以是水、盐水、甘油中的一种或多种的混合溶液，也可以是血液、血液替代品或血液模拟溶液，用于模拟人体内环境的溶液特性。本发明中不做特别的限定，根据实际测试要求进行选择即可。

基于本实施例所述的瓣膜稳态流性能测试系统的使用方法，包括以下步骤：

1)在进行测试前，通过关闭第一控制阀6中与第二控制阀7连接的阀门、关闭第三控制阀8两端的阀门和第四控制阀9两端的阀门，使溶液从水箱1流经第一稳流装置2后，再流回水箱1中，以此进行加热溶液循环，来对溶液进行加热，使其温度到达测试温度。

2)进行正向流溶液循环：关闭第四控制阀9两端的阀门、第一控制阀6中与水箱1连接的阀门和第二控制阀7中与第二瓣膜测试装置3连接的阀门，水箱1中的溶液加热后经过第一稳流装置2加压，然后依次流经第一控制阀6、第二控制阀7、第一瓣膜测试装置3、第二稳流装置5、第二瓣膜测试装置4、第三控制阀8后回到水箱1中，以此进行正向流溶液循环；得到压差与流量的比值关系。

3)进行反向流溶液循环：关闭第三控制阀8中与水箱1连接的阀门、第一控制阀6中与水箱1连接的阀门和第二控制阀7中与第一瓣膜测试装置3连接的阀门，水箱1中的溶液加热后经过第一稳流装置2加压，然后依次流经第一控制阀6、第二控制阀7、第二瓣膜测试装置4、第二稳流装置5、第一瓣膜测试装置3、第四控制阀9后回到水箱1中，以此进行反向流溶液循环。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，包括水箱1、第一瓣膜测试装置3、第二瓣膜测试装置、第一稳流装置、第二稳流装置；

所述第一稳流装置与第一瓣膜测试装置之间依次设置有第一控制阀和第二控制阀，第二瓣膜测试装置与水箱之间设置有第三控制阀，第一瓣膜测试装置与水箱之间设置有第四控制阀；所述第一控制阀还与水箱连接；所述第二控制阀还分别与第二瓣膜测试装置和第三控制阀连接；

所述水箱、第一稳流装置、第一控制阀、第二控制阀、第一瓣膜测试装置、第二稳流装置、第二瓣膜测试装置、第三控制阀依次连接形成正向流溶液循环；

所述水箱、第一稳流装置、第一控制阀、第二控制阀、第二瓣膜测试装置、第二稳流装置、第一瓣膜测试装置、第四控制阀依次连接形成反向流溶液循环；

所述水箱还与第一稳流装置和第一控制阀依次连接，使得水箱、第一稳流装置和第一控制阀形成加热溶液循环。

2.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第一瓣膜测试装置的中间设置有第一待测瓣膜固定结构，第二瓣膜测试装置的中间设置有第二待测瓣膜固定结构。

3.根据权利要求2所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第一待测瓣膜固定结构的两侧分别连接第一压差传感器，用于测量安装的第一待测瓣膜两侧压差；所述第二瓣膜固定结构的两侧分别连接第二压差传感器，用于测量第二待测瓣膜两侧压差。

4.根据权利要求2所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第一待测瓣膜固定结构的两侧分别设置第一压力检测点和第二压力检测点，第一压力检测点和第二压力检测点分别与第一压差传感器连接；所述第一压力检测点设置在靠近第二稳流装置的一端，第二压力检测点设置在靠近第二控制阀的一端，所述第二检测点与第一待测瓣膜固定结构的距离是第一检测点与第一待测瓣膜固定结构的距离的三倍；

所述第二待测瓣膜固定结构的两侧分别设置第三压力检测点和第四压力检测点，第三压力监测点和第四压力检测点分别与第二压差传感器连接；所述第三压力检测点设置在靠近第二稳流装置的一端，第四压力检测点设置在靠近第三控制阀的一端，所述第四检测点与第二待测瓣膜固定结构的距离是第三检测点与第二待测瓣膜固定结构的距离的三倍。

5.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括控制装置，所述控制装置分别与第一压差传感器、第二压差传感器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀通过电连接，用于监测第一待测瓣膜和第二待测瓣膜两侧的压差，以及控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀上各阀门的开启和关闭；所述控制装置还与分别设置在第三控制阀和第四控制阀远离水箱一端的流量计连接，用于监测液体流量。

6.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第一控制阀和第二控制阀均为三通控制阀；所述第三控制阀和第四控制阀均为双通控制阀。

7.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第二控制阀通过三通管分别与第二瓣膜测试装置和第三控制阀连接。

8.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述水箱设置有加热装置，用于加热水箱中的溶液；加热装置与控制装置电连接，通过控制装置控制加热装置的开启和关闭。

所述水箱上设置有第一进液口、第二进液口和出液口；第一进液口用于将溶液从外部加入水箱中；所述出液口和第二进液口分别与第一稳流装置连接；

所述水箱上设置有温度传感器，所述温度传感器与控制装置电连接，使控制装置能够监测水箱中溶液的温度。

9.根据权利要求1所述的瓣膜稳态流性能测试系统，其特征在于，所述第一待测瓣膜或第二待测瓣膜各选自人造机械瓣、生物瓣和介入瓣，以及生物离体主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣和静脉瓣中的任意一种。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的瓣膜稳态流性能测试系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、正向流溶液循环：关闭第四控制阀两端的阀门、第一控制阀中与水箱连接的阀门和第二控制阀中与第二瓣膜测试装置连接的阀门，水箱中的溶液加热后经过第一稳流装置加压，然后依次流经第一控制阀、第二控制阀、第一瓣膜测试装置、第二稳流装置、第二瓣膜测试装置、第三控制阀后回到水箱中，以此进行正向流溶液循环；

B、反向流溶液循环：关闭第三控制阀中与水箱连接的阀门、第一控制阀中与水箱连接的阀门和第二控制阀中与第一瓣膜测试装置连接的阀门，水箱中的溶液加热后经过第一稳流装置加压，然后依次流经第一控制阀、第二控制阀、第二瓣膜测试装置、第二稳流装置、第一瓣膜测试装置、第四控制阀后回到水箱中，以此进行反向流溶液循环。

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