CN115083250B - 一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 - Google Patents
一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115083250B CN115083250B CN202211016136.2A CN202211016136A CN115083250B CN 115083250 B CN115083250 B CN 115083250B CN 202211016136 A CN202211016136 A CN 202211016136A CN 115083250 B CN115083250 B CN 115083250B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ventricular
- pipeline
- coronary
- simulation device
- outflow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 title claims abstract description 199
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 title 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 claims abstract description 11
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 claims description 59
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 57
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 42
- 230000003205 diastolic effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 10
- 230000001839 systemic circulation Effects 0.000 claims description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 9
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 4
- 230000005281 excited state Effects 0.000 claims description 2
- 210000002073 venous valve Anatomy 0.000 claims 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 11
- 201000000057 Coronary Stenosis Diseases 0.000 description 10
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 10
- 206010011089 Coronary artery stenosis Diseases 0.000 description 9
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 description 9
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 8
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 8
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 5
- 230000001746 atrial effect Effects 0.000 description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 3
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000036262 stenosis Effects 0.000 description 3
- 208000037804 stenosis Diseases 0.000 description 3
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 210000004413 cardiac myocyte Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 2
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 description 2
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- 210000003748 coronary sinus Anatomy 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 description 1
- 230000004217 heart function Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 210000005246 left atrium Anatomy 0.000 description 1
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004088 pulmonary circulation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
- G09B23/30—Anatomical models
- G09B23/303—Anatomical models specially adapted to simulate circulation of bodily fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Algebra (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
本申请涉及医疗器械实验领域,提供一种心室模拟装置及体外模拟循环系统。该心室模拟装置包括心室模块和冠脉模块,心室模块包括心室罩壳、驱动部、输出管路、输入管路、第一单向结构和第二单向结构;心室罩壳内形成有心室腔,驱动部带动心室腔周期性地舒张或收缩;输出管路和输入管路的第一端均连通心室腔,输出管路和输入管路的第二端均用于接入体外模拟循环系统,第一单向结构设置于输出管路上,第二单向结构设置于输入管路上;冠脉模块包括进流管路、出流管路和第一试验区;进流管路进液端连通输出管路,出流管路出液端连通输入管路,第一试验区位于进流管路的出液端和出流管路的进液端之间,第一试验区用于接入多种不同生理状态的冠脉模型。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械实验技术领域,提供一种心室模拟装置及体外模拟循环系统。
背景技术
人体体外模拟循环系统(Mock circulatory loop,MCL)能够在人体外模拟人体的心血管生理流动,复现正常或者病理状态下血液流动,用于测试心室辅助装置、人工瓣膜、血管移植物以及局部重要器官的血流动力学状态。而相关技术中的MCL只含有体循环,部分具有肺循环,能够模拟心室压、主动脉压、心搏量、心率等参数,能够对一些心血管辅助装置(Cardiovascular assist device,CAD)进行测试。但是,CAD对于人体的影响是全身性的,现有用于测试的MCL能够模拟的生理状态的功能有限,无法对CAD进行更全面的评估。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供一种集成冠状动脉回路的心室模拟装置及体外模拟循环系统,能够更广泛地模拟心脏的生理状态。
本申请实施例的一方面提供一种心室模拟装置,用于接入体外模拟循环系统,包括心室模块和冠脉模块,所述心室模块包括心室罩壳、驱动部、输出管路、输入管路、第一单向结构和第二单向结构;所述心室罩壳内形成有心室腔,所述驱动部带动所述心室腔周期性地舒张或收缩;所述输出管路和所述输入管路的第一端均连通所述心室腔,所述输出管路和所述输入管路的第二端均用于接入所述体外模拟循环系统,所述第一单向结构设置于所述输出管路上,以使所述输出管路内的液体单向流出所述心室腔,所述第二单向结构设置于所述输入管路上,以使所述输入管路内的液体单向流入所述心室腔;
所述冠脉模块包括进流管路、出流管路和第一试验区;所述进流管路的进液端连通所述输出管路,所述出流管路的出液端连通所述输入管路,所述第一试验区位于所述进流管路的出液端和所述出流管路的进液端之间,所述第一试验区用于接入多种不同生理状态的冠脉模型。
一些实施方案中,所述冠脉模块包括流量模拟部;所述流量模拟部设置于所述进流管路或所述出流管路上,所述流量模拟部包括第一支管、第二支管、第一阻力调节阀和第一电磁阀;所述第一阻力调节阀设置于所述第一支管上,所述第一电磁阀设置于第二支管上,所述第一支管和所述第二支管并联设置;
所述心室腔在舒张状态下,所述第一电磁阀开启;所述心室腔在收缩状态下,所述第一电磁阀关闭。
一些实施方案中,所述流量模拟部包括第二阻力调节阀,所述第二阻力调节阀设置于所述进流管路或所述出流管路上。
一些实施方案中,所述冠脉模块包括冠脉侧支管路和设置于所述冠脉侧支管路上的第二电磁阀,所述冠脉侧支管路的两端分别连通所述进流管路的出液端和所述出流管路的进液端;所述出流管路的流量低于预设临界值的状态下,所述第二电磁阀可以选择性地自动开启。
一些实施方案中,所述冠脉模块包括设置于所述进流管路上的进流流量传感器以及设置于所述出流管路上的出流流量传感器;和/或,
所述冠脉模块包括设置于所述进流管路上的进流压力传感器以及设置于所述出流管路上的出流压力传感器。
一些实施方案中,所述冠脉模块包括用于模拟冠脉顺应性的冠脉顺应室,所述冠脉顺应室设置于所述进流管路或所述出流管路上。
一些实施方案中,所述第一单向结构设置于所述进流管路的进液端的上游;所述第二单向结构设置于所述出流管路的出液端的下游。
一些实施方案中,所述冠脉模块包括用于接入冠脉旁路的第二试验区,所述第二试验区位于所述输出管路的第二端和所述出流管路的进液端之间。
一些实施方案中,所述驱动部包括直线电机和活塞,所述心室罩壳为活塞缸,所述活塞缸形成有沿横向一端开口的活塞槽,所述活塞可滑动地设置于所述活塞槽内,所述活塞与所述活塞槽共同围合形成所述心室腔,所述直线电机驱动所述活塞在所述活塞槽内沿横向滑动,以增大或缩小所述心室腔的容积。
一些实施方案中,所述直线电机包括电机线圈和电机滑杆,所述电机滑杆可沿横向滑动地套设于所述电机线圈内,所述活塞连接所述电机滑杆的横向一端,所述电机线圈在励磁的状态下驱动所述电机滑杆横向滑动,所述电机滑杆带动所述活塞沿横向滑动。
一些实施方案中,所述驱动部包括第一行程开关、第二行程开关和拨动件,所述拨动件设置于所述电机滑杆上;
所述心室腔在最大容积的状态下,所述电机滑杆带动所述拨动件触发所述第一行程开关;所述心室腔在最小容积的状态下,所述电机滑杆带动所述拨动件触发所述第二行程开关;
所述心室模拟装置包括电磁继电器,所述冠脉模块包括设置于所述进流管路或所述出流管路上的流量模拟部,所述流量模拟部包括第一电磁阀;
当所述第二行程开关被触发,所述第一电磁阀保持开启;
当所述第一行程开关被触发,所述第一电磁阀关闭。
一些实施方案中,所述拨动件为拨片,所述拨片连接于所述电机滑杆远离所述活塞的横向一端,所述第一行程开关的触头位于所述拨片远离所述活塞的一侧,所述第二行程开关的触头位于所述拨片靠近所述活塞的一侧,所述拨片沿横向可滑动地设置于所述第一行程开关的触头和所述第二行程开关的触头之间。
一些实施方案中,所述心室模块包括底座,所述心室罩壳固定于所述底座上,所述驱动部包括电机座,所述电机线圈的通过所述电机座固定于所述底座上。
一些实施方案中,所述心室模块包括行程调节部和夹持部;所述夹持部形成有用于夹持所述第一行程开关或所述第二行程开关的夹持空间;
所述行程调节部包括调节螺杆和调节座,所述调节座固定于所述底座上,所述调节座形成有沿横向延伸的调节螺孔,所述调节螺杆的一端穿设于所述调节螺孔内并与所述夹持部连接,所述调节螺杆相对所述调节螺孔的转动能够使所述调节螺杆沿横向方向运动,以调节所述夹持部沿横向方向的位置。
一些实施方案中,所述夹持部包括第一夹板、第二夹板和紧固调节组件,所述第一夹板和所述第二夹板沿横向相对设置,所述调节螺杆的一端连接所述第一夹板,所述第二夹板通过所述紧固调节组件连接所述第一夹板,所述第一夹板和所述第二夹板之间形成有所述夹持空间,所述紧固调节组件用于调节所述夹持空间大小。
一些实施方案中,所述紧固调节组件包括紧固螺栓和紧固螺母,所述第一夹板、所述第二夹板和所述紧固螺母沿横向依次套设于所述紧固螺栓上,所述第一行程开关或所述第二行程开关位于所述夹持空间内,所述紧固螺母旋紧抵接于所述第二夹板上,以将所述第一行程开关或所述第二行程开关夹紧于所述夹持空间内。
一些实施方案中,所述心室罩壳形成有连通所述心室腔的排气口,所述心室模块包括排气阀,所述排气阀可开闭地设置于所述排气口处。
一些实施方案中,所述心室罩壳形成有连通所述心室腔的心室腔传感器接口,所述心室模块包括心室腔压力传感器,所述心室腔压力传感器连接所述心室腔传感器接口。
本申请另一方面提供一种体外模拟循环系统,包括主循环管路、上述任意一项所述的心室模拟装置以及设置于所述主循环管路上的动脉顺应室、体循环阻力调节阀、静脉室、主循环流量传感器;
所述动脉顺应室用于模拟动脉的顺应性且位于所述静脉室的上游,所述输出管路的第二端连通所述主循环管路的第一端,所述输入管路的第二端连通所述主循环管路的第二端。
本申请实施例提供的一种心室模拟装置,一方面能够用于接入体外模拟循环系统,心室模块能够为体外模拟循环系统提供运行的动力。另一方面,冠脉模块中的第一试验区能够接入多种不同生理状态的冠脉模型,根据不同生理状态的冠脉模型例如冠状动脉狭窄模型,可以实现对冠脉循环多种工况下的模拟,能够为CAD等医疗器械的性能和效果提供更全面的评估。
附图说明
图1为本申请一实施例中的心室模拟装置的整体结构示意图;
图2为图1所示结构的冠脉模块的结构示意图;
图3为图1所示结构的心室模块的局部结构示意图;其中,示意性地展示了直线电机的主要结构;
图4为图1所示结构的心室模块的局部结构示意图;其中,示意性地展示了心室罩壳、活塞以及排气阀的主要结构;
图5为图1所示结构的心室模块的局部结构示意图;其中,示意性地展示了驱动部、夹持部以及行程调节部的主要结构;
图6为图1所示结构的心室模块的夹持部和行程调节部的结构示意图;
图7为图6所示结构的结构分解图;
图8为图2所示结构接入正常冠脉模型后的结构示意图;
图9为图2所示结构接入具有冠脉狭窄的冠脉模型后的结构示意图;
图10为图2所示结构在具有冠脉狭窄的冠脉模型设置冠脉支架后的结构示意图;
图11为图2所示结构同时接入具有冠脉狭窄的冠脉模型和冠脉旁路后的结构示意图;
图12为图1所示结构用于控制第二电磁阀的电路原理图;
图13为图1所示结构用于控制第一电磁阀的电路原理图;
图14为图13所示结构在拨动件触发第二行程开关时的电路原理图;
图15为图13所示结构在心室腔处于舒张状态下的电路原理图;
图16为图13所示结构在拨动件触发第一行程开关时的电路原理图;
图17为本申请一实施例中的体外模拟循环系统的整体结构示意图。
附图标记说明
心室模拟装置100;心室模块1;心室罩壳11;心室腔11a;活塞槽11b;排气口11c;心室腔传感器接口11d;第一连通口11e;第二连通口11f;驱动部12;直线电机121;电机线圈1211;电机滑杆1212;活塞122;第一行程开关123;第二行程开关124;拨动件125;电机座126;输出管路131;输入管路132;第一单向结构141;第二单向结构142;底座15;板体151;条形型材152;行程调节部16;调节螺杆161;调节座162;调节螺孔162a;夹持部17;夹持空间17a;第一夹板171;第二夹板172;紧固调节组件173;紧固螺栓1731;紧固螺母1732;排气阀18;心室腔压力传感器19;冠脉模块2;第一试验区2a;进流管路21;出流管路22;分流点22a;合流点22b;流量模拟部23;第一支管231;第二支管232;第一阻力调节阀233;第一电磁阀234;第二阻力调节阀235;冠脉侧支管路24;第二电磁阀25;进流流量传感器261;出流流量传感器262;进流压力传感器271;出流压力传感器272;冠脉顺应室28;第二试验区2b;电磁继电器3;电磁铁31;动触点32;常闭触点33;常开触点34;衔铁35;弹簧36;第一串联电回路3a;第二串联电回路3b;第三串联电回路3c;中央处理器4;模拟信号开关5;体外模拟循环系统900;主循环管路91;动脉顺应室92;体循环阻力调节阀93;静脉室94;主循环流量传感器95;心房腔96;冠脉模型a;冠脉旁路b;冠脉支架c。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合,具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明,不应视为对本申请的不当限制。
在本申请实施例的描述中,“横向”、“纵向”、“上”、“下”方位或位置关系为心室模拟装置正常使用时的方位或位置关系。例如为图1所示的方位或位置关系。术语“第一/第二/第三/第四/第五”仅仅是是区别不同的对象,不表示二者之间具有相同或联系之处。需要理解的是,这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述,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申请的限制。
人体血液循环中冠状动脉(简称冠脉)循环是心脏自身的循环。血液从左心室泵出,从主动脉根部的冠状动脉窦进入冠脉,输送营养至心肌细胞,再流经静脉返回心脏。由于冠脉循环在维持心脏正常功能过程中起着非常重要的作用,为了能够更广泛地模拟心脏的状态,尤其是一些心血管疾病,例如冠状动脉狭窄、心力衰竭、心肌梗死等,需要在MCL中搭建冠脉循环和模拟心室联合运作。
请参见图1至图7,本申请实施例一方面提供一种心室模拟装置100,包括心室模块1和冠脉模块2。心室模块1用于模拟心脏的心室的舒张和收缩。冠脉模块2用于模拟血液循环中冠状动脉的血液流动。
心室模块1包括心室罩壳11、驱动部12、输出管路131、输入管路132、第一单向结构141和第二单向结构142。
心室罩壳11内形成有心室腔11a,驱动部12带动心室腔11a周期性地舒张或收缩。也就是说,驱动部12驱动心室腔11a改变容积,以使心室腔11a的容积呈现周期性的增大或缩小,具体地,心室腔11a在舒张状态下,心室腔11a的容积增大;心室腔11a在收缩状态下,心室腔11a的容积减小。
输出管路131和输入管路132的第一端均连通心室腔11a,输出管路131和输入管路132的第二端均用于接入体外模拟循环系统900。也就是说,心室腔11a在舒张状态下,输入管路132通过接入体外模拟循环系统900,体外模拟循环系统900中的液体通过输入管路132流入心室腔11a;心室腔11a在收缩状态下,输出管路131通过接入体外模拟循环系统900,体外模拟循环系统900中的液体通过输出管路131流出心室腔11a。
需要说明的是,体外模拟循环系统900中的流动液体包括但不限于为甘油水溶液的流体介质,流体介质的粘度可以根据需要模拟的血液粘稠度确定。
第一单向结构141设置于输出管路131上,以使输出管路131内的液体单向流出心室腔11a,第二单向结构142设置于输入管路132上,以使输入管路132内的液体单向流入心室腔11a。也就是说,第一单向结构141能够允许心室腔11a中的液体流入输出管路131,同时阻挡输出管路131内的液体反流至心室腔11a;同样地,第二单向结构142能够允许输入管路132内的液体流入心室腔11a,同时阻挡心室腔11a中的液体反流输入管路132。
第一单向结构141和第二单向结构142包括但不限于人工瓣膜或单向阀等单向导通结构。
冠脉模块2包括进流管路21、出流管路22和第一试验区2a。进流管路21的进液端连通输出管路131,出流管路22的出液端连通输入管路132,第一试验区2a位于进流管路21的出液端和出流管路22的进液端之间,第一试验区2a用于接入多种不同生理状态的冠脉模型a。具体地,第一试验区2a接入任意一种生理状态下的冠脉模型a后,进流管路21的出液端和出流管路22的进液端通过冠脉模型a导通,从而形成完整的冠脉循环回路。其中,进流管路21用于将输出管路131流出的液体引入冠脉模型a,模拟血液从心室腔11a泵出后流入冠脉;出流管路22用于将冠脉模型a流出后的液体引回至输入管路132,模拟冠脉供为心肌细胞供能完毕后回流至心室腔11a。
进流管路21的进液端连通输出管路131的形式不限,包括但不限于采用三通接头。
出流管路22的出液端连通输入管路132的形式不限,包括但不限于采用三通接头。
本申请实施例提供的心室模拟装置100,一方面能够用于接入体外模拟循环系统900,心室模块1能够为体外模拟循环系统900提供运行的动力。另一方面,冠脉模块2中的第一试验区2a能够接入多种不同生理状态的冠脉模型a,根据不同生理状态的冠脉模型a例如冠状动脉狭窄模型,可以实现对冠脉循环多种工况下的模拟,能够为CAD等医疗器械的性能和效果提供更全面的评估。
为了更好地解释心室模拟装置100的工作原理,示例性的,请参见图1至图7,本申请实施例的另一方面提供一种体外模拟循环系统900,包括主循环管路91、动脉顺应室92、体循环阻力调节阀93、静脉室94、主循环流量传感器95以及本申请实施例中的任意一项所述的心室模拟装置100。
动脉顺应室92、体循环阻力调节阀93、静脉室94和主循环流量传感器95均设置于主循环管路91上。具体地,体循环阻力调节阀93可调节主循环管路91内液体的流量和压力,以模拟主循环的阻力和流量。静脉室94具有储液功能,用于模拟人体的静脉储血。主循环流量传感器95用于测量主循环管路91内液体的流量值。
动脉顺应室92用于模拟动脉的顺应性且位于静脉室94的上游。具体地,动脉顺应室92为一个上方储气下方储液的容器,用于模拟动脉的弹性,对主循环管路91内液体的压力和流量起到缓冲作用。
输出管路131的第二端连通主循环管路91的第一端,输入管路132的第二端连通主循环管路91的第二端。具体地,输出管路131的第二端与主循环管路91的第一端对接,输入管路132的第二端与主循环管路91的第二端对接,从而构成的人体的血液主循环回路。
主循环流量传感器95体和循环阻力调节阀设置于主循环管路91上的位置不限,一实施例中,请参见图1至图7以及图17,主循环流量传感器95和体循环阻力调节阀93均设置于动脉顺应室92与静脉室94之间,体循环阻力调节阀93位于主循环流量传感器95的下游。
示例性的,一实施例中,请参见图17,体外模拟循环系统900包括心房腔96,心房腔96设置于输入管路132上且位于第二单向结构142和出流管路22的出液端之间。心房腔96具有储液功能,用于模拟人体左心房储血。
在体外模拟循环系统900在工作状态下,驱动部12驱动心室腔11a周期性地舒张或收缩,心室腔11a内的液体通过输出管路131流入主循环管路91的第一端,并依次流经动脉顺应室92和静脉室94后从主循环管路91的第二端流出至输入管路132,最后途经输入管路132上的心房腔96再回流至心室腔11a。
一实施例中,请参见图1至图7,冠脉模块2包括流量模拟部23。流量模拟部23用于模拟冠脉循环中冠脉血管的压力与流量特性。
流量模拟部23设置于进流管路21或出流管路22上。也就是说,流量模拟部23位于冠脉循环上的位置可根据实际情况设置于第一试验区2a的上游或设置于第一试验区2a的下游。
流量模拟部23包括第一支管231、第二支管232、第一阻力调节阀233和第一电磁阀234;第一阻力调节阀233设置于第一支管231上,第一电磁阀234设置于第二支管232上,第一支管231和第二支管232并联设置。具体地,第一阻力调节阀233用于调节第一支管231内液体的压力和流量,第一电磁阀234用于控制第二支管232内液体的导通或截止。
心室腔11a在舒张状态下,第一电磁阀234开启。由于人体心肌在舒张时,冠脉血管内的血管流通顺畅。因此心室腔11a在舒张状态下,第一电磁阀234开启,第一支管231和第二支管232同时导通,以模拟心室腔11a在舒张状态下冠脉血管流量较大的情况。
心室腔11a在收缩状态下,第一电磁阀234关闭。由于人体心肌收缩时,冠脉血管将受到挤压而引起血流量减少的现象。因此心室腔11a在收缩状态下,第一电磁阀234关闭。此时仅第一支管231导通,而第二支管232被截止,从而模拟心室腔11a在收缩状态下冠脉血管流量较小的情况。
也就是说,通过控制第一阻力调节阀233的开度以及第一电磁阀234的开闭能够较为便利地复现冠脉血管的流量时相特征。
一实施例中,请参见图1至图7,流量模拟部23包括第二阻力调节阀235,第二阻力调节阀235设置于进流管路21或出流管路22上。具体地,第二阻力调节阀235可根据实际管路装配情况,可选择性地设置于进流管路21上或设置于出流管路22上。
示例性的,一实施例中,请参见图1至图7,流量模拟部23均设置于出流管路22上,出流管路22具有分流点22a和合流点22b,分流点22a连通第一支管231的进流端和第二支管232的进流端,合流点22b连通第一支管231的出流端和第二支管232的出流端,所述第二阻力调节阀235位于合流点22b的下游。
由此可知,将第二阻力调节阀235设置于进流管路21或出流管路22上,能够统一调整第一支管231和第二支管232合流后的总流量。因此,通过调节第二阻力调节阀235并结合调节第一阻力调节阀233,能够更精确地复现冠脉血管的流量时相特征,复现冠脉循环的效果更好。
人在正常休息状态下,冠脉血流量约为225mL/min。若冠脉中出现血栓,冠脉的流量将会减小。当血管阻塞后,为了补偿减少的血供,一定时间内人体会在堵塞的冠脉血管周围会形成冠脉侧支血管。而冠脉侧支血管供血是保持冠脉流量、心肌存活、心脏正常功能的重要机制。
为模拟冠脉侧支血管辅助供血的现象,一实施例中,请参见图1至图7,冠脉模块2包括冠脉侧支管路24和设置于冠脉侧支管路24上的第二电磁阀25,冠脉侧支管路24的两端分别连通进流管路21的出液端和出流管路22的进液端。也就是说,冠脉侧支管路24与用于接入冠脉模型a的第一试验区2a并联,冠脉侧支管路24能够用于模拟冠脉侧支的供血,第二电磁阀25设置于冠脉侧支管路24上,用于控制冠脉侧支管路24的导通或截止。
具体地,为了模拟冠脉流量的自动调节功能,一实施例中,请参见图1至图7,出流管路22的流量低于预设临界值的状态下,第二电磁阀25可选择性地自动开启。也就是说,第二电磁阀25开启,能够使得冠脉侧支管路24导通,导通后的冠脉侧支管路24与第一试验区2a接入的冠脉模型a共同为冠脉循环模拟供血,从而使得冠脉流量恢复到正常值,实现冠脉流量的自动调节功能。预设临界值Q可以根据不同的实验工况相应设置。
需要说明的是,第二电磁阀25可选择性地自动开启,是指当需要模拟冠脉流量的自动调节功能时,第二电磁阀25在出流管路22的流量低于预设临界值的状态下开启,当不需要模拟冠脉流量的自动调节功能时,第二电磁阀25保持关闭。
一实施例中,请参见图1至图7,冠脉模块2包括设置于进流管路21上的进流流量传感器261以及设置于出流管路22上的出流流量传感器262。进流流量传感器261用于测量进流管路21上的冠脉进流流量,出流流量传感器262用于测量出流管路22上的冠脉出流流量。冠脉进流流量和冠脉出流流量的测量值一方面能够反映冠脉循环的流量特性,评估CAD等医疗器械的性能和效果,另一方面还可以根据上述流量特性针对性地第一阻力调节阀233和第二阻力调节阀235,为复现冠脉循环提供反馈的流量数据。
一实施例中,请参见图1至图7,冠脉模块2包括设置于进流管路21上的进流压力传感器271以及设置于出流管路22上的出流压力传感器272。进流压力传感器271用于测量进流管路21上的冠脉入流压力,出流压力传感器272用于测量出流管路22上的冠脉出流压力。
冠脉入流压力和冠脉出流压力的测量值一方面能够反映冠脉循环的压力情况,评估CAD等医疗器械的性能和效果,另一方面还可以根据上述压力情况针对性地第一阻力调节阀233和第二阻力调节阀235,为复现冠脉循环提供反馈的压力数据。
一实施例中,请参见图1,心室模拟装置100包括中央处理器4,中央处理器4用于接收进流流量传感器261、出流流量传感器262、进流压力传感器271和出流压力传感器272的测量数据。中央处理器4包括但不限于具有信号处理模块的计算机。
一实施例中,请参见图12,心室模拟装置100包括模拟信号开关5,模拟信号开关5与第二电磁阀25构成串联电回路,模拟信号开关5闭合状态下,第二电磁阀25得电开启;模拟信号开关5断开状态下,第二电磁阀25断电关闭。
示例性的,设定出流管路22的冠脉出流流量的预设临界值为Q,中央处理器4的信号处理模块接收出流流量传感器262一段时间内的多个瞬时冠脉出流流量,并计算冠脉出流流量的平均值Qcor,将Qcor与Q进行比较,若Qcor< Q,则信号处理模块发送电信号给信号模拟开关,控制信号模拟开关闭合,第二电磁阀25得电开启,冠脉侧支管路24导通,导通后的冠脉侧支管路24与第一试验区2a接入的冠脉模型a共同为冠脉循环模拟供血,从而使得冠脉流量逐渐增大并恢复到正常值,实现冠脉流量的自动调节。该流量自动调节可以选择性地使用,并且预设临界值Q可以根据不同实验工况进行设定。
一实施例中,请参见图2,冠脉模块2包括用于模拟冠脉顺应性的冠脉顺应室28,冠脉顺应室28设置于进流管路21或出流管路22上。具体地,冠脉顺应室28为一个上方储气下方储液的容器,用于模拟冠脉的弹性,对冠脉循环内液体的压力和流量起到缓冲作用。
示例性的,一实施例中,请参见图2、图8至图11,进流管路21沿液体流动方向依次设置冠脉顺应室28、进流流量传感器261、进流压力传感器271和第一Y型三通接头,第一Y型三通接头的三个接口分别对接连通进流管路21的出流端、冠脉模型a的进流端和冠脉侧支管路24的进流端。
示例性的,一实施例中,请参见图2、图8至图11,出流管路22沿液体流动方向依次设置位于分流点22a的十字接头、相互并联的具有第一阻力调节阀233的第一支管231和具有第一电磁阀234的第二支管232、位于合流点22b的第二Y型三通接头、第二阻力调节阀235、出流流量传感器262和出流压力传感器272;十字接头的四个接口分别对接连通冠脉模型a的出流端、冠脉侧支管路24的出流端、第一支管231的进流端和第二支管232的进流端,第二Y型三通接头的三个接口分别对接连通第一支管231的出流端、第二支管232的出流端和第二阻力调节阀235的进流端。
需要说明的是,十字接头能够替换为两个Y型三通接头的组合,以实现相同的功能。
一实施例中,请参见图1和图17,第一单向结构141设置于进流管路21的进液端的上游;第二单向结构142设置于出流管路22的出液端的下游。若第一单向结构141设置于进流管路21的进液端的下游,则心室腔11a在舒张状态下,会出现的进流管路21反流的情况。因此将第一单向结构141设置于进流管路21的进液端的上游,以保证输出管路131流出的液体单向进入进流管路21内。同样地,若第二单向结构142设置于进流管路21的进液端的上游,则心室腔11a在收缩状态下,会出现的出流管路22反流的情况。因此将第二单向结构142设置于出流管路22的出液端的下游,以保证出流管路22流出的液体单向进入输入管路132内。
一实施例中,请参见图11,冠脉模块2包括用于接入冠脉旁路b的第二试验区2b,第二试验区2b位于输出管路131的第二端和出流管路22的进液端之间。具体地,冠脉旁路b用于模拟冠脉旁路b移植术(coronary artery bypass grafting, CABG)的血管,接入冠脉旁路b后,冠脉旁路b的一端对接连通输出管路131的第二端,以模拟冠脉旁路b直接从用于模拟主动脉的输出管路131引血,冠脉旁路b的另一端对接连通出流管路22的进液端。
由于冠脉旁路b移植术的目的是让心脏搏出的血经冠脉旁路b血管跨过狭窄或梗阻,提高冠脉流量。通过监测进流流量传感器261和出流流量传感器262的测量结果可以评估冠脉旁路b移植术的效果,从而评估用于CAD的冠脉旁路b的性能。
冠脉旁路b包括但不限于简易管道、硅胶模型或者生物血管。
一实施例中,请参见图1至图7,驱动部12包括直线电机121和活塞122,心室罩壳11为活塞缸,活塞缸形成有沿横向一端开口的活塞槽11b,活塞122可滑动地设置于活塞槽11b内,活塞122与活塞槽11b共同围合形成心室腔11a,直线电机121驱动活塞122在活塞槽11b内沿横向滑动,以增大或缩小心室腔11a的容积。也就是说,本申请采用活塞122在活塞槽11b内往复滑动,以模拟心室腔11a的舒张和收缩,同时采用直线电机121作为驱动动力源,结构相对简单,与旋转电机相比,不需要附加其他装置将旋转电机的旋转运动变为直线运动,能够大大简化驱动部12的结构重量和体积,心室模块1结构更加紧凑。同时直线电机121还能根据需求直接进行调速,模拟心室腔11a的效果更好。
输入管路132和输出管路131分别与心室腔11a的连通位置不限。示例性的,请参见图1和图4,活塞缸远离活塞122的横向端面形成有第一连通口11e和第二连通口11f,输入管路132的第一端对接连通第一连通口11e,输出管路131的第一端对接连通第二连通口11f。
直线电机121驱动活塞122的方式不限,示例性的,一实施例中,请参见图3,直线电机121包括电机线圈1211和电机滑杆1212。电机滑杆1212可沿横向滑动地套设于电机线圈1211内,活塞122连接电机滑杆1212的横向一端,电机线圈1211在励磁的状态下驱动电机滑杆1212横向滑动,电机滑杆1212带动活塞122沿横向滑动。具体地,电机滑杆1212的轴向与横向平行。电机线圈1211相当于直线电机121的初级,电机滑杆1212相当于直线电机121的次级。电机滑杆1212的横向一端直接连接活塞122,以便于电机滑杆1212直接驱动活塞122做横向滑动。
示例性的,心室腔11a在舒张状态下,电机线圈1211正向励磁,驱动电机滑杆1212带动活塞122沿远离活塞缸的横向滑动,心室腔11a的容积逐渐增大。心室腔11a在收缩状态下,电机线圈1211反向励磁,驱动电机滑杆1212带动活塞122沿靠近活塞缸的横向滑动,心室腔11a的容积逐渐减小。
活塞122连接于电机滑杆1212横向一端的连接方式不限,包括但不限于螺纹连接、套接、卡接、焊接等连接方式。
活塞122与活塞槽11b之间设置有跟随活塞122同步滑动的密封件,密封件用于密封活塞槽11b与活塞122之间的间隙,避免心室腔11a内的气液从间隙中泄漏,密封件包括但不限于采用O型密封圈。
一实施例中,请参见图3至图7,驱动部12包括第一行程开关123、第二行程开关124和拨动件125。拨动件125设置于电机滑杆1212上,以便于拨动件125能够跟随电机滑杆1212同步横向滑动。
心室腔11a在最大容积的状态下,电机滑杆1212带动拨动件125触发第一行程开关123,心室腔11a在最小容积的状态下,电机滑杆1212带动拨动件125触发第二行程开关124。
需要说明的是,第一行程开关123、第二行程开关124用于控制第一电磁阀234 的工作,以实现冠脉模块2流量在心室腔11a舒张状态时增加,冠脉模块2流量在心室腔11a收缩状态时减小的功能。
心室模拟装置100包括电磁继电器3,冠脉模块2包括设置于进流管路21或出流管路22上的流量模拟部23,流量模拟部23包括第一电磁阀234。当第二行程开关124被触发,第一电磁阀234保持开启。当第一行程开关123被触发,第一电磁阀234关闭。具体地,请参阅图13至图16,电磁继电器3包括电磁铁31、动触点32、常闭触点33、常开触点34、衔铁35和弹簧36;衔铁35的两端分别连接动触点32和弹簧36。电磁铁31在断电状态下,衔铁35仅受弹簧36的弹性复位力作用,使连接于衔铁35上的动触点32与常闭触点33保持接触,常闭触点33闭合,常开触点34断开;电磁铁31在得电状态下,会吸引衔铁35朝向电磁铁31运动,并带动动触点32脱离常闭触点33并与常开触点34接触,常开触点34闭合,常闭触点33断开。
示例性的,为实现心室腔11a在收缩状态下,第一电磁阀234关闭,心室腔11a在舒张状态下,第一电磁阀234保持开启的功能。请参阅图13至图16,第一行程开关123为常闭开关,第二行程开关124为常开开关。电磁继电器3的电磁铁31、第一行程开关123和第二行程开关124构成第一串联电回路3a;电磁继电器3的常开触点34、第一电磁阀234和第一行程开关123构成第二串联电回路3b;电磁继电器3的电磁铁31、电磁继电器3的常开触点34和第一行程开关123构成第三串联电回路3c。需要说明的是,图13至图16中的虚线箭头框示意性地展示了第一串联电回路3a、第二串联电回路3b和第三串联电回路3c。
心室腔11a在收缩状态切换至舒张状态时,拨动件125接触第二行程开关124触发第二行程开关124闭合,第一串联电回路3a导通,电磁继电器3的电磁铁31得电,电磁继电器3的常开触点34闭合,第二串联电回路3b和第三串联电回路3c均导通,第一电磁阀234保持开启。
心室腔11a在收缩状态切换至舒张状态时,拨动件125接触第一行程开关123触发第一行程开关123断开,第二串联电回路3b和第三串联电回路3c均断开,电磁继电器3的电磁铁31断电,电磁继电器3的常开触点34断开,第一电磁阀234关闭。
一实施例中,请参见图5至图7,拨动件125为拨片,拨片连接于电机滑杆1212远离活塞122的横向一端,第一行程开关123的触头位于拨片远离活塞122的一侧,第二行程开关124的触头位于拨片靠近活塞122的一侧,拨片沿横向可滑动地设置于第一行程开关123的触头和第二行程开关124的触头之间。具体地,拨片为沿纵向的边长相对较长,沿横向的边长相对较短的矩形薄片结构。第一行程开关123的本体和第二行程开关124的本体设置于拨片沿纵向的两侧,第一行程开关123的触头和第二行程开关124的触头均朝向拨片沿纵向延伸,拨片通过与第一行程开关123的触头或第二行程开关124的触头接触,以实现心室腔11a在收缩状态和舒张状态之间的切换。
如此设置,拨片相对第一行程开关123的本体和第二行程开关124的本体沿横向方向均为错位布置,可避免拨片与触头出现接触不灵,电机滑杆1212与第一行程开关123的本体或第二行程开关124的本体发生碰撞的情况。
一实施例中,请参见图1至图7,心室模块1包括底座15,心室罩壳11固定于底座15上,驱动部12包括电机座126,电机线圈1211的通过电机座126固定于底座15上。示例性的,底座15包括板体151和连接于板体151下端的条形型材152。具体地,两根条形型材152的长度方向沿横向延伸,两根条形型材152沿纵向相对间隔布置于板体151的下端,电机座126和心室罩壳11均固定于板体151的上端面。
板体151的材料包括但不限于采用结构强度较高、耐腐蚀,绝缘性能良好PMMA有机玻璃。
条形型材152包括但不限于采用结构较轻、耐腐蚀性好的铝型材。
板体151与条形型材152的连接方式包括但不限于螺栓连接、卡接或焊接等。
心室罩壳11固定于底座15的连接方式包括但不限于通过有机玻璃胶水胶接。
电机座126固定底座15的连接方式包括但不限于螺栓连接、卡接或焊接等。
一实施例中,请参见图1至图7,心室模块1包括行程调节部16和夹持部17。夹持部17形成有用于夹持第一行程开关123或第二行程开关124的夹持空间17a。行程调节部16包括调节螺杆161和调节座162,调节座162固定于底座15上,调节座162形成有沿横向延伸的调节螺孔162a,调节螺杆161的一端穿设于调节螺孔162a内并与夹持部17连接,调节螺杆161相对调节螺孔162a的转动能够使调节螺杆161沿横向方向运动,以调节夹持部17沿横向方向的位置。
如此设置,一方面,通过螺杆和调节座162内的调节螺孔162a的螺纹配合结构简单,调节精度高,另一方面,将夹持部17调节到预设位置后,在不转动螺杆的情况下,螺杆不会沿横向滑动,调节可靠性高。
示例性的,一个夹持部17和一个行程调节部16共同构成一组夹持组件,第一行程开关123和第二行程开关124分别适配一组夹持组件,两组夹持组件沿纵向间隔布置于底座15的板体151上。
调节座162与底座15的固定方式包括但不限于通过有机玻璃胶水胶接、螺栓连接卡接或焊接等。
一实施例中,请参见图5至图7,夹持部17包括第一夹板171、第二夹板172和紧固调节组件173,第一夹板171和第二夹板172沿横向相对设置,调节螺杆161的一端连接第一夹板171,第二夹板172通过紧固调节组件173连接第一夹板171,第一夹板171和第二夹板172之间形成有夹持空间17a,紧固调节组件173用于调节夹持空间17a大小。具体地,调节螺杆161的横向一端连接第一夹板171,第二夹板172通过紧固调节组件173连接第一夹板171,当调节螺杆161相对调节座162沿横向运动时,第一夹板171和第二夹板172也能够跟随调节螺杆161同步运动。
第一夹板171和第二夹板172的结构形状不限,示例性的,第一夹板171和第二夹板172为圆盘状结构,圆盘状结构转动方便,不容易与底座15发生干涉。
一实施例中,请参见图5至图7,紧固调节组件173包括紧固螺栓1731和紧固螺母1732,第一夹板171、第二夹板172和紧固螺母1732沿横向依次套设于紧固螺栓1731上,第一行程开关123或第二行程开关124位于夹持空间17a内,紧固螺母1732旋紧抵接于第二夹板172上,以将第一行程开关123或第二行程开关124夹紧于夹持空间17a内。
采用紧固螺栓1731和紧固螺母1732的螺纹配合,可使得夹持空间17a的沿横向方向的距离可调,可自动适应不同尺寸规格的行程开关。
一个紧固螺栓1731和一个紧固螺母1732为一组紧固调节组件173,紧固调节组件173的数量不限,第一夹板171和第二夹板172之间可以设置一组或多组紧固调节组件173。
一实施例中,请参见图1和图4,心室罩壳11形成有连通心室腔11a的排气口11c,心室模块1包括排气阀18,排气阀18可开闭地设置于排气口11c处。排气阀18的结构形式包括但不限于闸阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等用于开闭排气口11c的阀结构。示例性的,一实施例中,排气口11c位于心室罩壳11的上部,排气阀18为三通旋塞阀,排气口11c处设置螺纹转鲁尔接头。由于鲁尔接头的承压高、密封性好的特点,能够避免排气口11c处漏气漏液。
心室罩壳11的材质包括但不限于采用透光性好、结构强度较高、耐腐蚀,绝缘性能良好PMMA有机玻璃。以便于实验人员能够透过心室罩壳11直接观察心室腔11a的内部情况。
一实施例中,请参见图1,心室罩壳11形成有连通心室腔11a的心室腔传感器接口11d,心室模块1包括心室腔压力传感器19,心室腔压力传感器19连接心室腔传感器接口11d。示例性的,心室腔压力传感器19设置于心室罩壳11远离活塞122的横向一端。心室腔压力传感器19用于在体外模拟循环系统900运行时测量心室腔11a内压力,中央处理器4能够接收心室腔压力传感器19的测量数据。
以下结合附图对本申请的具体实施例的实施方式进行描述;其中,心室模拟装置100和体外模拟循环系统900的具体结构和连接关系如前文所述,在此不再赘述。
第一实施例:
请参阅图1至图17,将心室模拟装置100接入体外模拟循环系统900,在本实施例中,第一试验区2a采用直管道连接,即第一试验区2a不模拟任何病理状态。将三通旋塞阀打开,从静脉室94向体外模拟循环系统900中的主循环管路91内加入液体,液体加到预设量且心室腔11a内气体排光后,停止注液,关闭三通旋塞阀。其余电参数设置结束后,运行直线电机121,电机滑杆1212在电机线圈1211内部沿直线做横向运动,并推动活塞122在活塞槽11b内往复运动。
心室腔11a在收缩状态下,电机滑杆1212向靠近第二行程开关124方向运动,心室腔11a内容积减小,以模拟心室收缩;电机滑杆1212向靠近第二行程开关124方向前进到顶点,拨片触发第二行程开关124(常开开关)的瞬间关闭,模拟心室收缩结束,即将模拟心室舒张,此时心室腔11a由收缩状态切换至舒张状态,电磁继电器3得电,第一电磁阀234得电开启,冠脉流量增加;
心室腔11a在舒张状态下,电机滑杆1212向靠近第一行程开关123方向运动,心室腔11a内容积增加,以模拟心室舒张;电机滑杆1212向靠近第一行程开关123方向前进到顶点,拨片触发第一行程开关123(常闭开关)瞬间打开,模拟心室舒张结束,即将模拟心室收缩,此时心室腔11a由舒张状态切换至收缩状态,电磁继电器3断电,第一电磁阀234断电关闭,冠脉流量减小。
同时,中央处理器4接收来自进流流量传感器261、出流流量传感器262、进流压力传感器271、出流压力传感器272、心室腔压力传感器19、主循环流量传感器95以及体外模拟循环系统900中其他传感器的信号。实验人员亦可以将心室模拟装置100接入其他的体外模拟循环系统900中进行实验,或者在达到效果的同时对该心室模拟装置100的部分元件进行替换。
第二实施例:
请参阅图1至图17,在第一实施例的基础上,将直管道替换为冠脉硅胶模型接入第一试验区2a,并在体外模拟循环系统900中调节体循环的参数,例如调到健康作息状态,并记录体外模拟循环系统900的预设参数。
再调节第一阻力调节阀233和第二阻力调节阀235,使得冠脉流量曲线接近理论值。这样就可以模拟冠脉在正常健康生理下的内部血流动力学,进行下一步研究。比如接入其他心血管辅助装置后,观察包括冠脉循环在内的所有生理参数的变化。实验人员亦可以将具有患者特异性的硅胶模型接入试验段,或者在达到效果的同时用简易的管道进行替换。
第三实施例:
请参阅图1至图17,在第二实施例的基础上,保持体外模拟循环系统900的所有参数保持不变,第一阻力调节阀233和第二阻力调节阀235的开度不变,冠脉硅胶模型换成具有狭窄的冠脉硅胶模型,运行并观察体外模拟循环系统900和冠脉循环内参数的变化,如流量、压力等。通过和第二实施例的参数结果对比,可以研究冠脉内狭窄对生理参数的影响。也可以在第二实施例中进行冠脉血流储备分数的测量、流场测量等后续实验。
设置流量的预设临界值Q,中央处理器4的信号处理模块接收出流流量传感器262一段时间内的多个瞬时冠脉出流流量,并计算冠脉出流流量的平均值Qcor,将Qcor与Q进行比较,若Qcor< Q,第二电磁阀25开启,冠脉侧支管路24导通,补偿冠脉流量,模拟冠脉侧支供血流量自动调节的过程。
第四实施例:
请参阅图1至图17,在设置有冠脉狭窄的冠脉硅胶模型的第三实施例的基础上,可以用来测试冠脉支架c植入的效果。具体地,将冠脉支架c植入具有冠脉狭窄的冠脉硅胶模型内。冠脉狭窄导致冠脉硅胶模型的内径减小,引起冠脉流量减小,在植入冠脉支架c后,冠脉硅胶模型的血管流道打开,冠脉流量增加,模拟治理心肌梗塞等疾病。在实验过程中,通过监测进流流量传感器261、出流流量传感器262的测量结果可以评估冠脉支架c的效果。
第五实施例:
请参阅图1至图17,在设置有冠脉狭窄的冠脉硅胶模型的第三实施例的基础上,可以测试冠脉旁路b移植术即冠脉搭桥术(CABG)模拟治疗冠心病。在第二试验区2b设置用于模拟冠脉旁路b移植术的血管的冠脉旁路b,接入冠脉旁路b后,冠脉旁路b的一端对接连通输出管路131的第二端,以模拟冠脉旁路b直接从用于模拟主动脉的输出管路131引血,冠脉旁路b的另一端对接连通出流管路22的进液端例如对接连通十字接头。
该实验的目的是模拟让心脏搏出的血经冠脉旁路b跨过狭窄或梗阻,提高冠脉流量。通过监测进流流量传感器261、出流流量传感器262的测量结果可以评估冠脉旁路b移植术的效果。冠脉旁路b可以是简易的管道也可以是硅胶模型或者生物血管。
本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种心室模拟装置,用于接入体外模拟循环系统,其特征在于,包括心室模块和冠脉模块,所述心室模块包括心室罩壳、驱动部、输出管路、输入管路、第一单向结构和第二单向结构;所述心室罩壳内形成有心室腔,所述驱动部带动所述心室腔周期性地舒张或收缩;所述输出管路和所述输入管路的第一端均连通所述心室腔,所述输出管路和所述输入管路的第二端均用于接入所述体外模拟循环系统,所述第一单向结构设置于所述输出管路上,以使所述输出管路内的液体单向流出所述心室腔,所述第二单向结构设置于所述输入管路上,以使所述输入管路内的液体单向流入所述心室腔;
所述冠脉模块包括进流管路、出流管路和第一试验区;所述进流管路的进液端连通所述输出管路,所述出流管路的出液端连通所述输入管路,所述第一试验区位于所述进流管路的出液端和所述出流管路的进液端之间,所述第一试验区用于接入多种不同生理状态的冠脉模型;
所述冠脉模块包括冠脉侧支管路和设置于所述冠脉侧支管路上的第二电磁阀,所述冠脉侧支管路的两端分别连通所述进流管路的出液端和所述出流管路的进液端;所述出流管路的流量低于预设临界值的状态下,所述第二电磁阀可选择性地自动开启。
2.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述冠脉模块包括流量模拟部;所述流量模拟部设置于所述进流管路或所述出流管路上,所述流量模拟部包括第一支管、第二支管、第一阻力调节阀和第一电磁阀;所述第一阻力调节阀设置于所述第一支管上,所述第一电磁阀设置于第二支管上,所述第一支管和所述第二支管并联设置;
所述心室腔在舒张状态下,所述第一电磁阀开启;所述心室腔在收缩状态下,所述第一电磁阀关闭。
3.根据权利要求2所述的心室模拟装置,其特征在于,所述流量模拟部包括第二阻力调节阀,所述第二阻力调节阀设置于所述进流管路或所述出流管路上。
4.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述冠脉模块包括设置于所述进流管路上的进流流量传感器以及设置于所述出流管路上的出流流量传感器;和/或,
所述冠脉模块包括设置于所述进流管路上的进流压力传感器以及设置于所述出流管路上的出流压力传感器。
5.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述冠脉模块包括用于模拟冠脉顺应性的冠脉顺应室,所述冠脉顺应室设置于所述进流管路或所述出流管路上。
6.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述第一单向结构设置于所述进流管路的进液端的上游;所述第二单向结构设置于所述出流管路的出液端的下游。
7.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述冠脉模块包括用于接入冠脉旁路的第二试验区,所述第二试验区位于所述输出管路的第二端和所述出流管路的进液端之间。
8.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述驱动部包括直线电机和活塞,所述心室罩壳为活塞缸,所述活塞缸形成有沿横向一端开口的活塞槽,所述活塞可滑动地设置于所述活塞槽内,所述活塞与所述活塞槽共同围合形成所述心室腔,所述直线电机驱动所述活塞在所述活塞槽内沿横向滑动,以增大或缩小所述心室腔的容积。
9.根据权利要求8所述的心室模拟装置,其特征在于,所述直线电机包括电机线圈和电机滑杆,所述电机滑杆可沿横向滑动地套设于所述电机线圈内,所述活塞连接所述电机滑杆的横向一端,所述电机线圈在励磁的状态下驱动所述电机滑杆横向滑动,所述电机滑杆带动所述活塞沿横向滑动。
10.根据权利要求9所述的心室模拟装置,其特征在于,所述驱动部包括第一行程开关、第二行程开关和拨动件,所述拨动件设置于所述电机滑杆上;
所述心室腔在最大容积的状态下,所述电机滑杆带动所述拨动件触发所述第一行程开关;所述心室腔在最小容积的状态下,所述电机滑杆带动所述拨动件触发所述第二行程开关;
所述心室模拟装置包括电磁继电器,所述冠脉模块包括设置于所述进流管路或所述出流管路上的流量模拟部,所述流量模拟部包括第一电磁阀;所述流量模拟部包括第一支管、第二支管、第一阻力调节阀和第一电磁阀;所述第一阻力调节阀设置于所述第一支管上,所述第一电磁阀设置于第二支管上,所述第一支管和所述第二支管并联设置;
当所述第二行程开关被触发,所述第一电磁阀保持开启;
当所述第一行程开关被触发,所述第一电磁阀关闭。
11.根据权利要求10所述的心室模拟装置,其特征在于,所述拨动件为拨片,所述拨片连接于所述电机滑杆远离所述活塞的横向一端,所述第一行程开关的触头位于所述拨片远离所述活塞的一侧,所述第二行程开关的触头位于所述拨片靠近所述活塞的一侧,所述拨片沿横向可滑动地设置于所述第一行程开关的触头和所述第二行程开关的触头之间。
12.根据权利要求10所述的心室模拟装置,其特征在于,所述心室模块包括底座,所述心室罩壳固定于所述底座上,所述驱动部包括电机座,所述电机线圈通过所述电机座固定于所述底座上。
13.根据权利要求12所述的心室模拟装置,其特征在于,所述心室模块包括行程调节部和夹持部;所述夹持部形成有用于夹持所述第一行程开关或所述第二行程开关的夹持空间;
所述行程调节部包括调节螺杆和调节座,所述调节座固定于所述底座上,所述调节座形成有沿横向延伸的调节螺孔,所述调节螺杆的一端穿设于所述调节螺孔内并与所述夹持部连接,所述调节螺杆相对所述调节螺孔的转动能够使所述调节螺杆沿横向方向运动,以调节所述夹持部沿横向方向的位置。
14.根据权利要求13所述的心室模拟装置,其特征在于,所述夹持部包括第一夹板、第二夹板和紧固调节组件,所述第一夹板和所述第二夹板沿横向相对设置,所述调节螺杆的一端连接所述第一夹板,所述第二夹板通过所述紧固调节组件连接所述第一夹板,所述第一夹板和所述第二夹板之间形成有所述夹持空间,所述紧固调节组件用于调节所述夹持空间大小。
15.根据权利要求14所述的心室模拟装置,其特征在于,所述紧固调节组件包括紧固螺栓和紧固螺母,所述第一夹板、所述第二夹板和所述紧固螺母沿横向依次套设于所述紧固螺栓上,所述第一行程开关或所述第二行程开关位于所述夹持空间内,所述紧固螺母旋紧抵接于所述第二夹板上,以将所述第一行程开关或所述第二行程开关夹紧于所述夹持空间内。
16.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述心室罩壳形成有连通所述心室腔的排气口,所述心室模块包括排气阀,所述排气阀可开闭地设置于所述排气口处。
17.根据权利要求1所述的心室模拟装置,其特征在于,所述心室罩壳形成有连通所述心室腔的心室腔传感器接口,所述心室模块包括心室腔压力传感器,所述心室腔压力传感器连接所述心室腔传感器接口。
18.一种体外模拟循环系统,其特征在于,包括主循环管路、权利要求1~17任意一项所述的心室模拟装置以及设置于所述主循环管路上的动脉顺应室、体循环阻力调节阀、静脉室、主循环流量传感器;
所述动脉顺应室用于模拟动脉的顺应性且位于所述静脉室的上游,所述输出管路的第二端连通所述主循环管路的第一端,所述输入管路的第二端连通所述主循环管路的第二端。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211016136.2A CN115083250B (zh) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211016136.2A CN115083250B (zh) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115083250A CN115083250A (zh) | 2022-09-20 |
CN115083250B true CN115083250B (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=83244974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211016136.2A Active CN115083250B (zh) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115083250B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115440119B (zh) * | 2022-11-09 | 2023-03-24 | 德阳市人民医院 | 一种动态演示脑梗死病理的模型及演示方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105261274A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-20 | 苏州大学 | 一种用于体外模拟循环系统的活塞式心室模拟器 |
JP2016126258A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | 学校法人早稲田大学 | 冠循環模擬装置 |
CN109605220A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-12 | 江西立德传动设备有限公司 | 一种机械加工打磨机定位装置 |
CN113424246A (zh) * | 2018-09-21 | 2021-09-21 | 门迪斯有限公司 | 心脏模拟装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB651540A (en) * | 1948-05-14 | 1951-04-04 | Erich Roucka | Apparatus for artificially reproducing the actions of the heart and blood circulation as well as some of the various factors controlling the same |
WO2006080010A2 (en) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Nicast Ltd. | Device and method for coronary artery bypass procedure |
CN201239204Y (zh) * | 2008-08-15 | 2009-05-20 | 上海理工大学 | 用于冠状动脉血流时相性特征体外模拟实验的仿真装置 |
JP7170054B2 (ja) * | 2018-10-17 | 2022-11-11 | 朝日インテック株式会社 | 人体シミュレーション装置、人体シミュレーション装置を制御する方法、及びコンピュータプログラム |
-
2022
- 2022-08-24 CN CN202211016136.2A patent/CN115083250B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016126258A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | 学校法人早稲田大学 | 冠循環模擬装置 |
CN105261274A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-20 | 苏州大学 | 一种用于体外模拟循环系统的活塞式心室模拟器 |
CN113424246A (zh) * | 2018-09-21 | 2021-09-21 | 门迪斯有限公司 | 心脏模拟装置 |
CN109605220A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-12 | 江西立德传动设备有限公司 | 一种机械加工打磨机定位装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115083250A (zh) | 2022-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gregory et al. | Replication of the Frank-Starling response in a mock circulation loop | |
JP6395609B2 (ja) | 心臓シミュレーション装置 | |
Noor et al. | Investigation of the Characteristics of H eart W are HVAD and T horatec H eart M ate II Under Steady and Pulsatile Flow Conditions | |
CN111084674B (zh) | 用于人工心脏测试的体外模拟循环系统 | |
CN115083250B (zh) | 一种心室模拟装置及体外模拟循环系统 | |
CN208607807U (zh) | 一种血液循环系统建模仿真辅助装置 | |
JP5256551B2 (ja) | 心機能シミュレータ | |
Lanzarone et al. | A new pulsatile volumetric device with biomorphic valves for the in vitro study of the cardiovascular system | |
JP2016002438A (ja) | 模擬心房を備える血液循環模擬装置、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法 | |
Garcia et al. | The effect of aortic valve incompetence on the hemodynamics of a continuous flow ventricular assist device in a mock circulation | |
CN113674600B (zh) | 一种左心房可控式体外模拟循环系统 | |
CN105261274A (zh) | 一种用于体外模拟循环系统的活塞式心室模拟器 | |
CN106033032A (zh) | 用于体外模拟血液循环的模拟腔室及实现方法 | |
CN113270018B (zh) | 一种用于人工器官测试的体肺血液循环模拟系统 | |
CN112980679B (zh) | 一种用于优化连续流人工心脏脉动工作模式的内皮细胞体外培养系统 | |
CN205981729U (zh) | 一种用于体外模拟血液循环的模拟腔室 | |
CN114858494A (zh) | 一种心室辅助装置测试方法及心室辅助装置测试系统 | |
CN209332384U (zh) | 一种人工心脏瓣膜稳态漏流试验装置 | |
Vandenberghe et al. | A simple, economical, and effective portable paediatric mock circulatory system | |
CN113925647A (zh) | 人工心脏瓣膜体外循环脉动流实验系统及实验方法 | |
CN211633745U (zh) | 用于人工心脏测试的体外模拟循环系统 | |
CN217525510U (zh) | 一种瓣膜稳态流性能测试装置 | |
CN217605297U (zh) | 一种心室辅助装置测试系统 | |
US20140011170A1 (en) | Controlling Flow and Pressure Waveforms | |
Love et al. | A mock circulatory loop for designing and evaluating total artificial hearts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |