CN219105656U - 含体肺双循环的心血管循环模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种含体肺双循环的心血管循环模拟系统，它包括心血管硅胶模型、心室搏动装置、储液槽和人工心脏。所述心血管硅胶模型、心室搏动装置和储液槽串联构成血流循环回路，模拟血液的液体依次沿着储液槽的出液口、心室搏动装置、心血管硅胶模型、储液槽的入液口进行单向流动。人工心脏的进出口分别连接在心血管硅胶模型的左心室心尖和升主动脉上。心血管硅胶模型包含体循环和肺循环回路；心室搏动装置内部设有电缸通过推杆驱动活塞往复运动，使血流循环回路中的液体流动。本实用新型完整地模拟了人体心脏的内部结构特征和人体心血管循环系统，为人工心脏的研发、工作状态的评估提供了可靠的实验基础。

Description

含体肺双循环的心血管循环模拟系统

技术领域

本实用新型涉及一种心血管循环模拟系统，具体地说，涉及一种用于测试人工心脏血流动力学性能的含体肺双循环的心血管循环模拟系统。

背景技术

人工心脏作为三类有源医疗器械，血流动力学是判断其性能是否满足临床要求的关键表征，尤其是人工心脏植入患者体内后对原有心血管系统的影响，其影响主要体现在对血流压力和流量变化的影响。为了能够测试和观察人工心脏的血流动力学性能与人体心血管系统之间的耦合规律，需要搭建一套用于测试其血流动力学性能的心血管循环模拟系统。

目前，已有的测试用心血管循环模拟系统大多采用圆柱或者方形等规则形状容器模拟人体心室或者心房，这种方法仅能够模拟心脏结构的容积大小，却忽略了心脏各部分实际内在的结构特征；另一方面，大多数已有测试系统只模拟了左心房-左心室-主动脉回路(即体循环回路)，缺少对右心室-右心房-肺动脉回路(即肺循环回路)的模拟，导致测试系统所构成的心血管循环模型系统并不完整，对人工心脏血流动力学性能测试存在局限性和片面性。

实用新型内容

鉴于上述原因，本实用新型的目的是提供一种用于测试人工心脏血流动力学性能的、含体肺双循环的心血管循环模拟系统。该心血管循环模拟系统不仅完整地模拟了人体心脏的内部结构特征，而且完整地模拟了人体心血管系统的体循环和肺循环，为人工心脏的研发提供全面的实验基础。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种含体肺双循环的心血管循环模拟系统，它包括心血管硅胶模型、心室搏动装置、储液槽和人工心脏；

所述心血管硅胶模型、心室搏动装置和储液槽串联构成血流循环回路，模拟血液的液体依次沿着所述储液槽的出液口、第一管道、所述心室搏动装置、第二管道、所述心血管硅胶模型、第三管道、所述储液槽的入液口进行单向流动，其中左心室作为心血管硅胶模型的进液口，右心室作为心血管硅胶模型的出液口；

所述人工心脏的进出口分别连接在所述心血管硅胶模型的左心室心尖和升主动脉上；

所述心血管硅胶模型包括左心室、左心房、右心室、右心房、主动脉、肺动脉、各动静脉血管分支，以及左心房、左心室和主动脉构成的体循环回路，右心室、右心房和肺动脉构成的肺循环回路；

所述心室搏动装置内部设有电缸，该电缸通过推杆驱动活塞往复运动，使所述血流循环回路中的液体流动。

在本实用新型较佳实施例中，所述储液槽的安装高度高于所述心室搏动装置的安装高度；所述储液槽的设计容量为4L-5L。

在本实用新型较佳实施例中，所述心血管硅胶模型是基于CT或MRI扫描的人体心脏图像数据，通过3D打印软件重建生成三维完整的人体心脏血管模型，采用透明柔性材料通过3D打印制作而成的。

在本实用新型较佳实施例中，所述心室搏动装置由依次相连的泵头、泵缸和电缸构成；

所述泵头外置有出口接头和进口接头；在所述出口接头和进口接头内放置有单向硅胶阀；所述出口接头和进口接头通过压紧环固定在所述泵头上，并与所述泵缸相连通；

所述泵缸由透明腔体、活塞和推杆构成，所述透明腔体的前端与所述泵头相连，其后端与所述电缸相连；所述活塞内置于透明腔体内，与前端所述泵头形成封闭的液体空间；所述推杆与所述活塞一体成型，在所述推杆的推动下，所述活塞在所述透明腔体内往复运动；所述活塞的表面设有导向环槽和密封环槽，所述密封环槽内设有密封圈；

所述电缸内设有驱动电机，驱动电机输出轴通过联轴器与所述泵缸的推杆相连，驱动所述活塞做直线往复运动。

在本实用新型较佳实施例中，所述电缸采用直连式电缸，其内部设有滚珠丝杠，该滚珠丝杠通过齿轮组与所述推杆相连，推动所述活塞往复运动。

在本实用新型较佳实施例中，在所述泵头顶部设有排气孔，所述排气孔通过阀门与外部相连，在体肺双循环模拟系统启动前，排出所述血流循环回路里多余的空气。

在本实用新型较佳实施例中，在所述透明腔体的外面还固定有一金属保护罩。

本实用新型与传统的心血管循环模拟系统相比的优点是：完整地模拟了人体心脏的内部结构特征和心血管循环系统。本实用新型通过CT或MRI扫描获取不同年龄段、不同性别人群的心脏图像数据，通过3D打印软件重建生成三维完整的人体心脏血管模型，采用透明柔性材料通过3D打印制作完成心血管硅胶模型，该模型包含左心室、左心房、右心室、右心房、主动脉、肺动脉以及各动静脉血管分支，并形成完整的体循环和肺循环双回路。本实用新型克服了传统的心血管循环模拟系统没有完整地模拟人体心脏内部结构特征，以及只模拟左心房、左心室和主动脉构成的体循环系统的弊端。

附图说明

图1是本实用新型含体肺双循环的心血管循环模拟系统结构示意图；

图2是本实用新型心血管硅胶模型结构示意图；

图3是本实用新型心室搏动装置结构示意图；

图4是本实用新型心室搏动装置爆炸结构示意图；

图5是本实用新型心室搏动装置泵头及泵缸组合件剖面结构示意图；

其中：1、心血管硅胶模型，11、左心室，12、数据采集接口；2、心室搏动装置,21、泵头，211、出口接头，212、进口接头，213、排气孔，214、压紧环，215、单向硅胶阀，22、泵缸，221、透明腔体，222、活塞，2221、导向环槽，2222、密封环槽，223、推杆，224、导向沟槽；225、金属保护罩；23、电缸，231、电源端子和控制端子；3、储液槽，31、第一管道，32、第二管道，33、第三管道；4、人工心脏。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本实用新型的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本实用新型的特征显而易见。

如图1所示，本实用新型公开的含体肺双循环的心血管循环模拟系统包括心血管硅胶模型1、心室搏动装置2、储液槽3和人工心脏4。心血管硅胶模型1、心室搏动装置2和储液槽3串联构成血流循环回路，模拟血液的液体依次沿着储液槽3的出液口、第一管道31、心室搏动装置2、第二管道32、心血管硅胶模型1、第三管道33、储液槽3的入液口进行单向流动，其中左心室11作为心血管硅胶模型的进液口，右心室作为心血管硅胶模型的出液口。为了提高测试效果，储液槽3的安装高度要高于心室搏动装置2的安装高度。

人工心脏4的进出口分别连接在心血管硅胶模型1的左心室心尖和升主动脉上。

为了完整地模拟人体心血管系统体循环和肺循环回路，如图2所示，本实用新型心血管硅胶模型1包括左心室、左心房、右心室、右心房、主动脉、肺动脉、各动静脉血管分支，左心房、左心室和主动脉构成的体循环回路，右心室、右心房和肺动脉构成的肺循环回路。心血管硅胶模型1是基于不同年龄、不同性别人群的心脏CT或MRI扫描图像数据，通过3D打印软件重建生成三维完整的人体心脏血管模型，采用透明柔性材料通过3D打印制作而成的。该心血管硅胶模型不仅完整地模拟了人体心脏的内部结构特征，而且完整地模拟了人体心血管系统的体肺双循环，提供符合人体生理特征的脉动血流环境。

如图3、图4和图5所示，本实用新型心室搏动装置2由依次相连的泵头21、泵缸22和电缸23构成，泵缸22的两端分别与泵头21和电缸23螺纹连接或通过法兰盘相连。

泵头21外置有宝塔状的出口接头211和宝塔状的进口接头212；在出口接头211和进口接头212内放置有单向硅胶阀215，防止液体回流；出口接头211和进口接头212通过压紧环214固定在泵头21本体上，并与泵缸22相连通。在泵头21本体的顶部设有排气孔213，排气孔213连接三通阀或者两通阀，用于在体肺双循环模拟系统启动前，排出血流循环回路里多余的空气，减少对压力测量产生的误差。

泵缸22由透明腔体221、活塞222和推杆223构成，透明腔体221的前端与泵头21螺纹连接，其后端与电缸23螺纹连接。活塞222内置于透明腔体221内，与前端泵头21形成封闭的液体空间，推杆223与活塞222一体成型，在推杆223的推动下，活塞222在透明腔体221内往复运动。活塞222的表面设有导向环槽2221和密封环槽2222，密封环槽内设有密封圈，防止活塞运动过程中液体流入电缸23中。

电缸23内设有驱动电机，驱动电机输出轴通过联轴器与泵缸22的推杆223相连，驱动活塞222做直线往复运动。电缸23的外壁设置电源端子和控制端子231，通过导线与测试系统的控制器电连接。测试系统控制器根据不同年龄、性别人群心脏的每搏输出量、心率以及收缩舒张比这三个参数控制电缸23的运动，在功能上实现心室搏动装置的每搏输出量、心率以及收缩舒张比的调节。

为便于测试人工心脏血流动力学性能，如图2所示，本实用新型在心血管硅胶模型1的下肢静脉、下肢动脉、左心室和右心室处分别设有数据采集接口12，在每个数据采集接口12处埋设有压力传感器和流量传感器，实现多通道、同时基测量，全面掌握各心室、各心房、体循环系统、肺循环系统的血流状况和压力状况。

在本实用新型较佳实施例中，所述电缸23采用直连式电缸，其内部设有滚珠丝杠，该滚珠丝杠通过齿轮组与泵缸22的推杆223相连，将旋转运动转换为推杆223的直线运动，推动活塞222做直线往复运动。为保证活塞222和推杆223沿透明腔体221的轴线做直线往复运动，提高心室搏动装置运行的稳定性，如图5所示，本实用新型在泵缸22与电缸23相连的端部、推杆223穿过的孔内壁上设有导向沟槽224，使推杆223沿该导向沟槽前后往返移动。

在本实用新型较佳实施例中，所述透明腔体221采用亚克力或者玻璃等透明材料制成，并在透明腔体221的外面固定有一金属保护罩225，防止在测试过程中对透明腔体221造成损坏。

在本实用新型较佳实施例中，所述储液槽5的容量要满足不同年龄、不同性别人群血液总量要求，其设计容量为4L-5L。

本实用新型与传统的心血管循环模拟系统的本质区别在于：本实用新型完整地模拟了人体心脏的内部结构特征和人体心血管循环系统。本实用新型心血管循环模拟系统包括体循环和肺循环，能够完整地对人体心血管系统进行仿真，真实地反映人工心脏植入后对心血管系统的血流动力学影响，为人工心脏的研发、工作状态的评估提供了可靠的实验基础。

本实用新型不仅适用于磁悬浮人工心脏的血流动力学性能测试，还可以用于经皮介入式人工心脏的血流动力学性能测试，适用范围广。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：它包括心血管硅胶模型、心室搏动装置、储液槽和人工心脏；

所述心血管硅胶模型、心室搏动装置和储液槽串联构成血流循环回路，模拟血液的液体依次沿着所述储液槽的出液口、第一管道、所述心室搏动装置、第二管道、所述心血管硅胶模型、第三管道、所述储液槽的入液口进行单向流动，其中左心室作为心血管硅胶模型的进液口，右心室作为心血管硅胶模型的出液口；

所述人工心脏的进出口分别连接在所述心血管硅胶模型的左心室心尖和升主动脉上；

所述心血管硅胶模型包括左心室、左心房、右心室、右心房、主动脉、肺动脉、各动静脉血管分支，以及左心房、左心室和主动脉构成的体循环回路，右心室、右心房和肺动脉构成的肺循环回路；

所述心室搏动装置内部设有电缸，该电缸通过推杆驱动活塞往复运动，使所述血流循环回路中的液体流动。

2.根据权利要求1所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：所述储液槽的安装高度高于所述心室搏动装置的安装高度；

所述储液槽的设计容量为4L-5L。

3.根据权利要求1所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：所述心血管硅胶模型是基于CT或MRI扫描的人体心脏图像数据，通过3D打印软件重建生成三维完整的人体心脏血管模型，采用透明柔性材料通过3D打印制作而成的。

4.根据权利要求1-3之一所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：所述心室搏动装置由依次相连的泵头、泵缸和电缸构成；

所述泵头外置有出口接头和进口接头；在所述出口接头和进口接头内放置有单向硅胶阀；所述出口接头和进口接头通过压紧环固定在所述泵头上，并与所述泵缸相连通；

所述泵缸由透明腔体、活塞和推杆构成，所述透明腔体的前端与所述泵头相连，其后端与所述电缸相连；所述活塞内置于透明腔体内，与前端所述泵头形成封闭的液体空间；所述推杆与所述活塞一体成型，在所述推杆的推动下，所述活塞在所述透明腔体内往复运动；所述活塞的表面设有导向环槽和密封环槽，所述密封环槽内设有密封圈；

所述电缸内设有驱动电机，驱动电机输出轴通过联轴器与所述泵缸的推杆相连，驱动所述活塞做直线往复运动。

5.根据权利要求4所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：所述电缸采用直连式电缸，其内部设有滚珠丝杠，该滚珠丝杠通过齿轮组与所述推杆相连，推动所述活塞往复运动。

6.根据权利要求5所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：在所述泵头顶部设有排气孔，所述排气孔通过阀门与外部相连，在体肺双循环模拟系统启动前，排出所述血流循环回路里多余的空气。

7.根据权利要求6所述的含体肺双循环的心血管循环模拟系统，其特征在于：在所述透明腔体的外面还固定有一金属保护罩。

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