CN219979016U - 一种心脏前负荷血流动力学模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种心脏前负荷血流动力学模拟器，包括类似于人体上半身形体的外壳，外壳通过连接线与电源相连接；在外壳内部设置有心脏模块、外周压力模块、动力泵模块和肺循环模块，其中，所述心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块之间由循环模块相连接。具有心脏结构模拟、模拟外周循环、循环压力模拟、心包填塞模拟、肺循环模拟的功能，以及具备辅助器械测量各个数值变化功能相结合的多功能式血流动力学动态变化。
Description
技术领域
本实用新型属于医学领域的动力学辅助装置，具体涉及一种心脏前负荷血流动力学模拟器，主要用于心脏结构模拟、外周循环模拟、循环压力模拟、心包填塞模拟、肺循环模拟，同时适用于心脏血流动力学理论教学与临床实践应用。
背景技术
心脏是人体的重要的器官，主要起到向全身输送血液的功能，心脏的收缩和舒张目的是将血液送到外周，能满足组织代谢需要。心脏需要克服前负荷、后负荷，进行有效的射血。心脏的前负荷也称为容量负荷，是指心肌收缩之前所遇到的负荷，前负荷是由心室舒张末期血液充盈量来决定的。心室充盈量是静脉回心血量和心室射血后剩余血量的总和。心输出量等于搏出量与心率的乘积，只要影响搏出量和心率的因素均可影响心输出量，而搏出量的多少则取决于心室肌的前负荷、后负荷和心肌收缩能力等因素。心脏前负荷增加，比如有二尖瓣的关闭不全、主动脉关闭不全、三尖瓣关闭不全，还有大量的快速补液，以及左向右分流的先心病。心脏负荷增加会导致患者心悸、气短、恶心、头晕、心脑血管供应不足，过重是引起心衰疾病的原因之一。临床上常用中心静脉导管检测中心静脉压(CVP)。CVP反映了右心室舒张末期压，间接反映右心室的舒张末期容积，是上下腔静脉进入右心房处的压力，常用于临床上指导液体治疗的补液速度和补液量。测定肺动脉嵌顿压反应左心室舒张末期的压力可用SwanGanz肺动脉漂浮导管来间接反映左心室前负荷，是当前临床医生观察患者前后负荷平稳情况最直接、及时和有效的措施。负荷失衡的患者情况危急，及时发现并采取相对应措施维持负荷平衡很重要。对于初级医生而言临床训练机会很少，因此迫切需要一款心脏前负荷血流动力学模拟器，辅助医生对于前负荷的理解。现阶段，临床教学上应用的前负荷模拟器品种少、功能较为单一，不能满足复杂条件下的理论教学与临床实践需求。
由此可见，目前已有的模拟器不满足于解决当前此领域内“医、教、研”问题，需要设计一种能够数据可测、反复使用、新颖的一款心脏前负荷血流动力学模拟器。
发明内容
针对临床医生的教学需求，辅助临床医对于血流动力学稳定的理解，本实用新型的目的在于，提供一种可同时具有模拟人体内心脏血流功能、模拟前负荷血流动力学异常变化的心脏前负荷血流动力学模拟器。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种心脏前负荷血流动力学模拟器，包括类似于人体上半身形体的外壳，外壳通过连接线与电源相连接；其特征在于，在外壳内部设置有心脏模块、外周压力模块、动力泵模块和肺循环模块，其中所述动力泵模块由液动力泵和气动力泵组成；
所述心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块之间由循环模块相连接；
所述外壳为中空箱体，内部有固定心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块的支架，箱体正面覆盖硅胶表皮，表皮下镶嵌厚度≤2mm的胸骨结构，外壳内缘固定有金属卡槽；心脏模块固定在胸腔；动力泵模块的液动力泵固定在腹腔；
所述循环模块采用软管，用于模拟人体血管，连接处为螺旋接口，设置有通用单向阀，可连接心脏模块、动力泵模块、外周压力模块和肺循环模块构成封闭式液体循环系统，软管绕箱体内缘布置，置于外壳内缘金属卡槽内；
所述外周压力模块作用于循环系统，模拟外周循环压力动态变化导致的血流动力学改变；
所述心脏模块为封装在软硅胶内的一体式心脏模型和心包模型，并与外壳的表皮和胸骨框架紧密贴合；其中：
心脏模型的图像数据取自患者真实CT，材质为硅胶，通过3D打印形成，触感柔软有韧性，超声可视，且可更换；心脏模型各个进出口有螺旋接口，与软管对接；
心包模型用于模拟心包积液的产生以及严重程度对于血流动力学的影响，心包模型尖部有小螺旋接口通过细软管连接积液产生装置；
所述动力泵模块由液动力泵和气动力泵组成，其中，液动力泵包括主动脉泵，肺动脉泵，肺静脉泵和上下腔静脉泵，用于实现正常血流模拟，液动力泵通过电动转轮给予卡在其中软管匀速的血流；
所述气动力泵是积液产生装置，通过细软管连接气泵和心包实现心包积液的产生；
所述肺循环模块为密闭容器，两端连接软管，其中填充海绵，液体经循环模块进入海绵，以增大液体与空气的接触，减缓血流速度，用于模拟肺循环。
本实用新型的其它特点是：
所述软管内流动的液体由聚乙烯醇、甘油、水溶液并加入适量淀粉稀释液组成。
本实用新型的心脏前负荷血流动力学模拟器，具有心脏结构模拟、模拟外周循环、循环压力模拟、心包填塞模拟、肺循环模拟的功能，并且具备辅助器械测量各个数值变化功能，是一种多功能式血流动力学动态变化模拟器。
附图说明
图1是本实用新型的心脏前负荷血流动力学模拟器的外壳示意图；
图2是外壳内部分布示意图；
图3是心脏模块示意图；
图4是气动力泵(积液产生装置)结构示意图；
图5是肺循环模块示意图；
图6是本实用新型的心脏前负荷血流动力学模拟器的内部结构细节示意图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细说明。
具体实施方式
参见图1至图6，本实施例给出一种心脏前负荷血流动力学模拟器，包括类似于人体上半身形体的外壳，外壳通过连接线与电源相连接；在外壳内部设置有心脏模块、外周压力模块、动力泵模块和肺循环模块，其中，所述心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块之间由循环模块相连接。
该心脏前负荷血流动力学模拟器，其中各个模块的特点在于：
1、外壳
外壳为中空箱体，箱体正面覆盖硅胶表皮，内部有固定心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块的支架，外壳内缘固定有金属卡槽；心脏模块固定在胸腔；主动脉泵，肺动脉泵，上下腔静脉泵和肺静脉泵分别固定在腹腔；
(1)表皮：模拟人体皮肤，由硅胶材料制成，超声可透视，可进行心包填塞的穿刺引流，拆卸、更换、清洗维护方便；
(2)胸骨：厚度≤2mm，模拟人体胸腔骨结构，支撑表皮以及营造超声下胸骨盲区环境。骨骼结构可卡扣在基座金属内缘，可拆卸、更换；
2、循环模块：
循环模块采用软管：用于模拟人体血管，连接处为螺旋接口，设置有通用单向阀，可连接心脏模块、动力泵模块、外周压力模块、肺循环模块构成封闭式液体循环系统，软管绕箱体内缘布置，置于外壳内缘金属卡槽内。通过电动泵转轮摩擦软管，产生匀速单向的模拟血流，本实施例中，所述软管内流动的液体由聚乙烯醇、甘油、水溶液并加入适量淀粉稀释液组成，用于模拟人体“血液”。此部分优势在于“血液”在封闭环境下流动，不需要外带水箱，可通过补液口适量加水；转轮磨损的软管可替换，也可增加软管长度。
3、心脏模块：
心脏模块主要包括心包(层)、乳头肌、心脏(层)、三尖瓣、肺静脉、主动静脉、主动脉、房间隔、肺动脉、肺动脉瓣、上下腔静脉、腱索、室间隔；
①心脏模型：心脏模型图像数据取自患者真实CT，通过MIMICS软件进行3D打印，材质为硅胶，触感柔软有韧性，超声可视，且心脏模型与心包模型为一体，可更换。心脏模型各个进出口有螺旋接口，与循环模块(细软管)对接；
②心包模型：模拟心包积液的产生以及严重程度对于血流动力学的影响。心包尖部有小螺旋接口通过细软管连接积液产生装置。
心脏模块是将心脏模型和心包模型整体封装在软硅胶内，并与外壳的表皮和胸骨框架紧密贴合。
4、动力泵模块：
由液动力泵和气动力泵组成，其中：
①液动力泵：包含主动脉泵、肺动脉泵、肺静脉泵、上下腔静脉泵，通过循环模块按图连接。通过液动力泵实现正常血流模拟，液动力泵通过电动转轮给予卡在其中软管匀速的血流，通电后开启开关即可实现。
②气动力泵：即积液产生装置，包括压力泵，压力泵通过气压管连接稳压容器，稳压容器内的液体上通过细软管连接心包实现心包积液的产生；并且分为“正常模式”(心包不产生积液&抽吸积液)和“积液模式”(心包产生积液)。积液产生装置传送连接心包的细小软管压力，“正常模式”下，积液产生装置“负压”即为抽吸模式，心包内无积液；“积液模式”下，积液产生装置“正压”即为释放模式，心包内有积液。由于心包积液量不尽相同，积液量可由积液产生装置内置气瓶气压大小决定。可以实现积液的重复回收。
5、肺循环模块：
肺循环模块为密闭容器，两端连接软管，其中填充海绵。液体经循环模块进入海绵，增大了液体与空气的接触，减缓了血流速度，很生动的模拟了肺循环的作用。该装置左端连接心脏肺动脉，右端连接肺静脉。
6、外周压力模块：
外周压力模块作用于循环系统，模拟外周循环压力动态变化导致的血流动力学改变；通过气压控制液体进出外周循环，由于循环模块的软管形变有限，因此通过容量的增减来控制外周循环的压力，进而影响血流动力学。
本实施例的心脏前负荷血流动力学模拟器的内部结构细节如图6所示。其使用过程如下：
心脏前负荷血流动力学模拟器通电之前，检查设备是否完整，各个模块之间连接是否紧密、固定，外周循环模块和气泵内液体情况，整个胸腹腔内部是否有漏水情况，避免触电危险。将表皮按照正规流程进行消毒，摆放为仰卧位。
在多数情况下，静脉回心血量的多少，是决定心室前负荷大小的主要因素。静脉回心血量又受到心室充盈时间、静脉回流速度、心室舒张功能、心室顺应性和心包腔内压力等因素的影响。
1)心室充盈时间
规定心动周期T＝1s，即心率为60bpm/min。当心率加快时，心动周期尤其是心室舒张期缩短，即(TBC+TAD)-(T* BC+T* AD)＜1s，其中，T为本次心动周期，T*为下次心动周期，ABCD为各个动力泵的标识。心率加快导致心室充盈不完全，静脉回心血量减少，造成血流动力学紊乱和打破容量平衡。需要降低心率延长心室充盈时间，心室充盈完全，则静脉回心血量增多。但是，如果在心室完全充盈后继续延长心室充盈时间，则不能进一步增加静脉回心血量。
2)静脉回流速度
在心室充盈持续时间不变的情况下，即(TBC+TAD)-(T* BC+T* AD)＝1s，静脉回流速度越快，即(VBC+VAD)-(V* BC+V* AD)＜0，静脉回心血量就越多。其中V为本次周期心率，V*为下个周期心率。在全心舒张期，静脉回流速度取决于外周静脉与心房心室内压之差。当外周静脉压增高，即开启外周压力装置，通过气压将液体泵入外周循环导致外周循环压力上升，进而影响血流动力学的稳定。临床实践中循环血量增多，外周静脉管壁张力增高等和(或)心房心室内压降低时，静脉回流速度加快，与模型符合。
3)心室顺应性
取决于左心室的几何形状和质量，以及左心室的黏弹特性和心包。心室顺应性高，在相同的心室充盈压条件下能容纳更多的血量由于心脏模型为柔软有韧性的硅胶材质，遇到低温会固化僵硬，顺应性降低，影响血流动力学的稳定，符合临床表现。
4)心包腔内压力
正常情况下，心包的存在，有助于防止心室的过度充盈。开启控制心包积液的装置，记录积液量与血流动力学变化之间的关系，发现当发生心包填塞时，心包腔内压力增高，可使心室充盈受到限制，导致静脉回心血量减少，顺应性降低，血流动力学紊乱，打破容量平衡。
假如静脉回心血量不变，当动脉血压突然升高使搏出量暂时减少时，射血后心室内剩余血量增加，也可使心室充盈量增加。但实际上，射血后心室内剩余血量增加时，舒张末期心室内压增高，静脉回心血量减少，因而心室充盈不一定增加。
中心静脉导管检测中心静脉压(CVP)反映右心室舒张末期压(α为CVP测量点)，间接反映右心室的舒张末期容积，用于临床上指导液体治疗的补液速度和补液量。测定肺动脉嵌顿压反应左心室舒张末期的压力可用SwanGanz肺动脉漂浮导管(β为测量点)来间接反映左心室前负荷，是当前临床医生观察患者前后负荷平稳情况最直接、及时和有效的措施。降低心脏前负荷的传统治疗方法是脱水、利尿。但是过分地降低前负荷实际上是破坏了机体对心功能不全的代偿能力。心室舒张末期容积减少导致心输出量明显下降。所以在心功能不全的情况下，只强调降低心脏前负荷是片面的。因此对于初级医生，可以通过此模拟器来训练。
5)术后操作
长期使用会导致该心脏前负荷血流动力学模拟器表皮干涩毛糙，可使用润滑油保护，定期清理各个模块中的灰尘和杂物，以免损伤心脏前负荷血流动力学模拟器，日常保证器械存放于干燥处。检查各个模块之间接口紧密度，由于该心脏前负荷血流动力学模拟器包含有压力稳定装置，要定期监测压力装置的稳定性与有效性。将心脏前负荷血流动力学模拟器存放于专用箱内封存。
Claims (1)
1.一种心脏前负荷血流动力学模拟器，包括类似于人体上半身形体的外壳，外壳通过连接线与电源相连接；其特征在于，在外壳内部设置有心脏模块、外周压力模块、动力泵模块和肺循环模块，其中，所述动力泵模块由液动力泵和气动力泵组成；
所述心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块之间由循环模块相连接；
所述外壳为中空箱体，内部有固定心脏模块、外周压力模块、动力泵模块、肺循环模块的支架，箱体正面覆盖硅胶表皮，表皮下镶嵌厚度≤2mm的胸骨结构，外壳内缘固定有金属卡槽；心脏模块固定在胸腔；动力泵模块的液动力泵固定在腹腔；
所述循环模块采用软管，用于模拟人体血管，连接处为螺旋接口，设置有通用单向阀，可连接心脏模块、动力泵模块、外周压力模块和肺循环模块构成封闭式液体循环系统，软管绕箱体内缘布置，置于外壳内缘金属卡槽内；
所述外周压力模块作用于循环系统，模拟外周循环压力动态变化导致的血流动力学改变；
所述心脏模块为封装在软硅胶内的一体式心脏模型和心包模型，并与外壳的表皮和胸骨框架紧密贴合；其中：
心脏模型的图像数据取自患者真实CT，材质为硅胶，通过3D打印形成，触感柔软有韧性，超声可视，且可更换；心脏模型各个进出口有螺旋接口，与软管对接；
心包模型用于模拟心包积液的产生以及严重程度对于血流动力学的影响，心包模型尖部有小螺旋接口通过细软管连接积液产生装置；
所述动力泵模块由液动力泵和气动力泵组成，其中，液动力泵包括主动脉泵，肺动脉泵，肺静脉泵和上下腔静脉泵，用于实现正常血流模拟，液动力泵通过电动转轮给予卡在其中软管匀速的血流；
所述气动力泵是积液产生装置，通过细软管连接气泵和心包实现心包积液的产生；
所述肺循环模块为密闭容器，两端连接软管，其中填充海绵，液体经循环模块进入海绵，以增大液体与空气的接触，减缓血流速度，用于模拟肺循环。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321262544.6U CN219979016U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种心脏前负荷血流动力学模拟器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202321262544.6U CN219979016U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种心脏前负荷血流动力学模拟器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219979016U true CN219979016U (zh) | 2023-11-07 |
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ID=88595745
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| CN202321262544.6U Active CN219979016U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种心脏前负荷血流动力学模拟器 |
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|---|---|
| CN (1) | CN219979016U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118522207A (zh) * | 2024-07-23 | 2024-08-20 | 航天泰心科技有限公司 | 一种用于vad测试及培训教学的数字模拟人体循环系统 |
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2023
- 2023-05-23 CN CN202321262544.6U patent/CN219979016U/zh active Active
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