CN2273413Y

CN2273413Y - 一种人工心脏瓣膜疲劳试验装置

Info

Publication number: CN2273413Y
Application number: CN 95205006
Authority: CN
Inventors: 才德容
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2005-03-17

Abstract

本实用新型涉及一种人工心脏瓣膜疲劳试验装置,特别是其驱动与测量电路。本实用新型由心瓣运动波形发生器,功率放大器和测量与显示电路三部分组成,可将心瓣运动波形变成驱动信号,使人工心脏瓣膜模拟人的正常生理条件,从而实现人工心瓣的体外疲劳试验。本实用新型输出功率大,工作稳定可靠,可连续不停机工作8个月以上,模拟心瓣体内工作10年。

Description

一种人工心脏瓣膜疲劳试验装置

本实用新型涉及一种人工心脏瓣膜疲劳试验装置，特别是人工心脏瓣膜疲劳试验装置的驱动与测量电路。

随着生物医学工程的发展，现在已可以用人工制造心瓣置换病变瓣膜，使病人恢复健康。因此人工瓣膜性能的好坏，寿命的长短，直接影响病人的安危。由于动物试验和临床试验的周期很长，评价和比较人工心瓣的疲劳寿命的力学性能主要靠体外模拟试验装置来实现，申请号为91104142.7的专利申请所公开的人工心脏瓣膜疲劳试验装置的特点是以人工心瓣在体内受力为参数进行体外模拟加速疲劳寿命试验，是以直线电机为动力的装置。为了使心瓣的开闭运动尽可能接近正常生理条件的规律，直线电机的驱动波形必须反映人体心室容积变化的规律。为此必须设计专门的驱动与测量电路。该电路必须满足以下条件：

①有足够大的输出功率，可带动若干个心瓣同时工作，静态工作点

可调；

②驱动波形应与心室容积变化曲线相近，且平均值和幅值连续可调；

③驱动波形频率为60～2000次/分；

④驱动波形频率能自动显示，运动次数自动记录，停电有记忆功能；

⑤工作稳定可靠，至少连续不停机工作8个月以上，可模拟心瓣在体内工作十年以上。

本实用新型的目的就是为该人工心脏瓣膜疲劳试验机的执行元件直线电机设计驱动与测量电路，使直线电机的驱动波形即心瓣运动波形模拟人体心室容积的变化，从而，带动人工心脏瓣膜做相应的运动。

本实用新型由心瓣运动波形发生器，对心瓣运动波形信号进行功放的功率放大器和对心瓣运动波形信号进行测量的测量与显示器三部分组成。所说的心瓣运动波形发生器，包括脉冲时钟发生器，地址发生器，心瓣运动波形编码寄存器，D/A转换器和滤波器。脉冲时钟发生器产生频率可调的CP脉冲；地址发生器是由计数器芯片完成的，在上述CP脉冲作用下它可以给出顺序变化地址，加到心瓣运动波形编码寄存器地址线上，以产生心瓣运动波形；心瓣运动波形编码寄存器是把所要求的心瓣运动波形即人体心室容积的变化曲线进行量化，组成一组波形数字编码，把这组编码写入EPROM芯片中；D/A转换器将前述波形数字编码转变成模拟信号；滤波器滤除其高次谐波，使得到的心瓣运动波形更接近心室容积变化的曲线。所说的测量与显示器，包括整形电路，60倍频器和测量显示电路。

本实用新型将人体心室容积的变化曲线量化成心瓣运动波形编码，再将波形编码还原成连续波形信号，经功率放大后作为直线电机的驱动波形，从而使人工心脏瓣膜的运动能模拟人的生理条件，使人工心瓣体外疲劳试验得以实现。本实用新型输出功率大，工作稳定可靠，连续工作时间长，还可实现心率及心瓣开闭次数的测量与显示。

下面结合附图、实施例进一步说明本实用新型。

图1.心瓣运动波形发生器原理方框图。

图2.心瓣运动波形。

图3.心率测量与显示电路原理方框图。

图4.心瓣运动波形发生器电路图。

图5.功率放大器电路图。

图6. 60倍频器电路图。

图7.测量与显示电路图。

图8.人工心脏瓣膜疲劳试验台驱动与测量电路图。

图9.人工心脏瓣膜疲劳试验台机械结构图。

图中：1—脉冲时钟发生器 2—地址发生器 3—编码寄存器

4—D/A转换器 5—滤波器 6—输出心瓣运动波形

7—心瓣运动波形 8—整形电路 9-60倍频电路

10—心率测量显示电路 11—直线电机 12—试验段

13—瓣膜架 14—心脏瓣膜 15—滤波器

实施例：

按照技术要求，心瓣运动波形必须与心室容积变化波形相近，使心瓣开闭运动模拟人的生理条件，把这种心瓣运动波形送给功率放大器，驱动直线电机11，带动心脏瓣膜14做相应运动。测量电路将心瓣运动频率和次数自动显示出来。具体作法如下：

①心瓣运动波形发生器

心瓣运动波形发生器的原理方框图如图1所示，心瓣运动波形如图2所示，是一个特殊形状的波形，它与通常的正弦波、三角波、方波不同，所以不能用通常所用的波形发生器，而采用数字技术。把所要求波形进行量化，组成一组数字编码，写入EPROM芯片中。例如把一个波形周期分成8等份，用三位二进制进行量化，对于每个等分点t₁，对应一个V(t₁)，设最大电压值为2V，用数字量表示为111，量化单位为001，相当于2/8V。采样这8个点就得到一个阶梯状的波形。一个周期内等分点越密，量化后的阶梯状曲线越接近原连续曲线。把V(t₁)对应的数字量，按V(t₀)，V(t₁)……顺序用计算机写入EPROM中，例如写入2K或4K字节的2716芯片中就组成一组心瓣运动波形编码。可将若干个不同的波形编码同时写入EPROM中供选择。将波形编码还原成原来的连续波形，要有一个时钟脉冲，用74LS00四个与非门和R_W1，C组成环形振荡器，调节电位计R_W1可改变CP脉冲的频率f_CP，当要求心瓣运动波形频率f₀＝2Hz时，每个波形周期分成256等分时，则f_CP＝2×256＝512Hz。脉冲时钟发生器也可由555定时器组成的多谐振荡器完成。

地址发生器可用三片74LS161计数器或计数器CD4040芯片组成。CP脉冲接到地址发生器的时钟输入端，在其输出端Q_A、Q_B、Q_C、Q_D……产生顺序变化地址，送往2716地址线A₀……A₁₀。从而不断改变所选中的地址单元。在2716的数据线上Q₀、Q₁、Q₂……Q₇得到已存入的心瓣运动波形编码。2716的数据端Q₀、Q₁……Q₇与D/A变换器的数据端D₁₀、D₁₁、D₁₂……D₁₇相连，0832输出端与运算放大器μA741相接，构成I-V转换电路，在μA741输出端得到与EPROM中编码相对应的心瓣运动波形。心瓣运动波形发生器电路如图4所示。

②功率放大器

上述心瓣运动波形发生器输出电压幅度、功率都较小，不能推动直线电机运动，必须进行功率放大。采用倒相级(由LM324或LM358组成)、前置功放级(由STK439组成)和桥式功率放大级(由MJ1401和MJ1402组成)进行功率放大，输出功率达200W。电路如图5所示。

③测量与显示器

测量电路原理方框图如图3所示。测量电路包括两部分。其一是测量心瓣运动快慢，即心率；其二是测量心瓣开闭次数，它用具有记忆功能的计数器完成。心率测量，即测量每分钟心瓣运动次数，用ICM7217和共阳极LED显示器测量可实现频率测量。但它测的是每秒钟心瓣运动次数，按通常习惯，需要显示的是心瓣每分钟运动次数，故需把心瓣运动波形信号进行60倍频再送入频率计就得到心率显示。60倍频器采用CD4046锁相环芯片和任意分频器HD14569芯片组成。把任意分频器接成60分频，把60分频器接入到锁相环反馈回路中，其输出端可获得60倍频的信号。如图6所示。

用ICM7217测量心率，需要几个控制信号。即①闸门信号GATE，它提供1秒闸门，闸门开启时开始计数，闸门关时，计数结束；②存贮信号STORE；③复位信号 RESET。用反相器CD4069和频率为32.768KHz的石英晶体组成振荡器，经CD4060和CD4013组成的2¹⁶分频器获得1秒闸门信号，再经CD4011芯片进行信号处理，获得存贮和复位信号。把GATE、 STORE、 RESET送到ICM7217就可显示心率数。电路如图7所示。

本实施例的心瓣运动波形发生器将量化了的心室容积变化曲线变成心瓣运动波形，送给功率放大器，驱动直线电机11，带动心瓣14做相应的运动。同时测量电路将心瓣运动频率和心瓣开启次数自动显示出来。该电路可以达到以下效果：

1.驱动电路可同时带动6个心瓣同时工作。功率放大器输出功率

200瓦。静态工作点可调。

2.驱动波形应与心室容积变化相近，且平均值和幅值连续可调。

3.驱动波形频率为60-2000次/分。

4.频率自动显示，运动次数自动记录，停电有记忆功能。

5.工作稳定可靠，连续不停机工作8个月以上。可以模拟心瓣在体内

工作10年。

图8所示是一个完整的人工心脏瓣膜疲劳试验装置的驱动与测量电路，其中只是有些芯片与实施例1不同。

Claims

1、一种人工心脏瓣膜疲劳试验装置，其特征是：由心瓣运动波形发生器，对心瓣运动波形信号进行功放的功率放大器和对心瓣运动波形信号进行测量的测量与显示器三部分组成，所说的心瓣运动波形发生器，包括脉冲时钟发生器，地址发生器，心瓣运动波形编码寄存器，D/A转换器和滤波器，脉冲时钟发生器产生频率可调的CP脉冲；地址发生器是由计数器芯片完成的，在上述CP脉冲作用下它可以给出顺序变化地址，加到心瓣运动波形编码寄存器地址线上，以产生心瓣运动波形；心瓣运动波形编码寄存器是把所要求的心瓣运动波形即人体心室容积的变化曲线进行量化，组成一组波形数字编码，把这组编码写入EPROM芯片中；D/A转换器将上述波形数字编码转变成模拟信号；滤波器滤除其高次谐波，使得到的波形更接近心室容积变化的曲线，所说的测量与显示器，包括整形电路，60倍频器和测量显示电路。

2、根据权利要求1所说的疲劳试验装置，其特征是：地址发生器由三片74LS161计数器或CD4040计数器芯片组成。

3、根据权利要求1或2所说的疲劳试验装置，其特征是：功率放大器采用由LM324或LM358组成的倒相级、由STK439组成的前置功放级和由MJ1401和MJ1402组成的桥式功率放大级组成。

4、根据权利要求1或2所说的疲劳试验装置，其特征是：脉冲时钟发生器是由与非门、电阻、电容组成的环形振荡器或由555定时器组成的多谐振荡器。

5、根据权利要求3所说的疲劳试验装置，其特征是：脉冲时钟发生器是由与非门、电阻、电容组成的环形振荡器或由555定时器组成的多谐振荡器。

6、根据权利要求1或2所说的疲劳试验装置，其特征是：测量显示电路由ICM7217芯片、闸门电路及LED数码管组成。

7、根据权利要求3所说的疲劳试验装置，其特征是：测量显示电路由ICM7217芯片、闸门电路及LED数码管组成。

8、根据权利要求4所说的疲劳试验装置，其特征是：测量显示电路由ICM7217芯片、闸门电路及LED数码管组成。

9、根据权利要求5所说的疲劳试验装置，其特征是：测量显示电路由ICM7217芯片、闸门电路及LED数码管组成。