本发明专利技术公开了一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，它包括用于外部驱动心室模型运动的活塞驱动部分、测试血流运动的心室模型部分、用于血流循环的外循环部分以及用于连接三个部分之间的连接部分，通过连接部分调整活塞驱动部分和外循环部分的位置，由活塞驱动部分和外循环部分配合并驱动液体流入或流出心室模型部分从而实现模拟心室血液循环流动，该装置不仅可以模拟出较高的心跳频率，最高可以达到一分钟300hz，还可以更好地模拟出真实人体心室收缩和舒张过程中心室体积的变化，从而有助于了解左心室早期重构的生理和病理改变导致的血流动力学改变。导致的血流动力学改变。导致的血流动力学改变。
【技术实现步骤摘要】
一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置
[0001]本专利技术涉及流体力学领域的实验模拟仿真技术，具体是一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置。
技术介绍
[0002]心血管疾病，又称为循环系统疾病，是一系列涉及循环系统的疾病，循环系统指人体内运送血液的器官和组织，主要包括心脏、血管(动脉、静脉、微血管)，可以细分为急性和慢性，一般都是与动脉硬化有关。心血管疾病是全球的头号死因：每年死于心血管疾病的人数多于任何其它死因。平均每年有约1790万人死于心血管疾病，占全球死亡总数的31％。其中，85％死于心脏病和中风。非传染性疾病导致的1700万七十岁以下死亡中，有82％发生在低收入和中等收入国家，37％由心血管疾病造成。因此，对于心血管疾病的研究是目前医学研究的一个重要内容。但临床实验不仅花费时间与金钱相对较高，且涉及到复杂的伦理问题。因此初期的体外模拟实验不仅能够较好地模拟人体循环的过程，而且能够减少动物实验的成本，并为后期的进一步动物实验和临床试验提供依据。
[0003]但现有技术中的模拟血液循环系统的心室模拟装置受限于机械结构的缺陷，只能模拟出较慢的心跳频率，例如CN 113674600 A公开的一种左心房可控式体外模拟循环系统，该系统包括左心房模拟装置、二尖瓣模拟装置、左心室模拟装置、主动脉瓣模拟装置、顺应性模拟装置、血管外周阻力模拟单元和静脉模拟装置，并通过硅胶管道依次相连成模拟循环系统；人工心脏入口与左心室模拟装置相连，出口通过三通阀连接于左心室模拟装置和顺应性模拟装置之间的管路上；流体介质在左心室模拟装置和人工心脏的综合作用下泵入到顺应性模拟装置中；流量检测单元连接于血管外周阻力模拟单元和静脉模拟装置之间的管道上；压力传感器设置于人工心脏入口、出口以及主动脉瓣模拟装置出口的管道上。虽然该系统能够准确模拟实际人体泵血过程心房、心室容积和压力变化过程，但实际操作过程中，心跳频率并不可控，受限于机械结构的缺陷，无法得到心跳频率过高的准确数据。
[0004]因此，为了满足目前愈加细致的研究需要，一款可以模拟出较快心率的心室血液循环模拟装置就极待研究。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，该装置不仅可以模拟出较高的心跳频率，最高可以达到一分钟300hz，还可以更好地模拟出真实人体心室收缩和舒张过程中心室体积的变化，从而有助于了解左心室早期重构的生理和病理改变导致的血流动力学改变。
[0006]技术方案：为了实现以上目的，本专利技术所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：它包括：用于外部驱动心室模型运动的活塞驱动部分、测试血流运动的心室模型部分、用于血流循环的外循环部分以及用于连接三个部分之间的连接部分，通过连接部分调整和连接活塞驱动部分和外循环部分的位置，由活塞驱动部分和外循环部
分配合并驱动液体流入或流出心室模型部分从而实现模拟心室血液循环流动。
[0007]作为本专利技术的进一步优选，所述的活塞驱动部分包括：步进电机、凸轮结构、圆柱腔和活塞，步进电机的输出端与凸轮结构的输入端紧固，凸轮结构的输出端设有的活塞穿设在与活塞同轴设置的圆柱腔内，所述的步进电机带动凸轮结构转动从而驱动活塞在圆柱腔内做直线往复运动，所述的活塞上设有用于向心室模型部分供水的通孔，通孔为螺纹孔；
[0008]所述的通孔位于活塞的轴心位置，在向心室模型部分供水时，水从活塞上靠近凸轮结构输出端的通孔位置进入，经过连接部分进入心室模型部分，待心室模型部分和连接部分中充满水之后，将油塞拧入供水入口的通孔端部，所述的油塞上设有排气阀，将心室模型和活塞中的气体排出从而保证实验数据的稳定性和可靠性。
[0009]步进电机转一圈及为一个心动周期，在活塞驱动部分中加入了凸轮结构以后，可以将单方向的转动转化为来回的往复运动。在对凸轮半径调整后，步进电机只需要做匀速圆周运动，即可控制活塞完成正向加速和反向加速的转变，此结构避免了正向加速和反向加速的转变时的停顿，不仅可以实现较为顺滑地收缩和舒张，还可以模拟出更快的心跳频率。
[0010]作为本专利技术的进一步优选，所述的圆柱腔和活塞之间设有密封圈，为承受足够水压而不变形，活塞和圆柱腔一般采用硬质金属如铝合金或不锈钢制成，活塞和圆柱腔之间采用密封橡胶圈进行密封处理。
[0011]作为本专利技术的进一步优选，所述的步进电机由PLC电路控制转速和转向，因此该装置不仅可以实现较为顺滑地收缩和舒张，同时由于避免了正向加速和反向加速的转变时的停顿，还可以模拟出更快的心跳频率。
[0012]作为本专利技术的进一步优选，所述的心室模型部分包括：活塞驱动水流出口、活塞驱动水流进口、外腔结构、心室模型、模拟二尖瓣进口、心室血流出口，所述的活塞驱动水流出口位于圆柱腔的底部，活塞驱动水流出口和外腔结构上的活塞驱动水流进口接通，由弹性材料制成的心室模型通过模拟二尖瓣进口和心室血流出口悬在外腔结构内，外腔结构采用透明亚克力制成，心室模型所采用的材料为透明硅胶，该材料不仅可以温度范围在
‑
65℃～200℃下可长期使用并保持其柔软弹性性能，而且透光率高达94％，适用于各种光学测量技术，例如粒子图像测速技术等。
[0013]作为本专利技术的进一步优选，所述的外腔结构的上下底面平行，从上向下看该外腔结构的形状是由一个等腰梯形和矩形结合而成且向外腔结构照射的光线可以垂直通过两条等腰梯形的腰。适配心室模型的外腔结构设计为一个不规则的八面体，光线可以垂直通过两条等腰梯形的腰，可以减少光线的折射现象。通过上述的设计，高速相机从两个垂直的方向对心室内的流场结构进行拍摄，可以获得较好的右心室流场结构图。
[0014]作为本专利技术的进一步优选，所述的外循环部分包括：用于血液模拟液流入的外循环上储水腔、用于血液模拟液流出的外循环下储水腔和两腔之间防止液体逆流的单向阀，所述的外循环上储水腔和外循环下储水腔分别安装在步进电机的两侧且高度不一致，所述的外循环上储水腔上设有外循环上入口和外循环上出口，外循环下储水腔上设有外循环下入口和外循环下出口，在外循环上储水腔和外循环下储水腔之间，用塑筋管或塑料管连接，中间安装一个单向阀以防止血液模拟液逆流。血液模拟液从外循环上入口流入，从外循环下出口流出，所述的外循环上储水腔或外循环下储水腔上设有用于向外循环部分提供水溶
液的入口，所述的入口为在外循环上储水腔或外循环下储水腔的螺纹孔；
[0015]在需要向外循环部分输入水溶液时，向外循环上储水腔或外循环下储水腔上的螺纹孔中输入水溶液并待外循环部分中的水溶液充满后，将油塞拧入外循环上储水腔或外循环下储水腔上的螺纹孔，所述的油塞上设有排气阀，将外循环部分以及心室模型、模拟二尖瓣进口和心室血流出口中的气体排出从而保证实验数据的稳定性和可靠性。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，所述的血液模拟液为和人体密度相同的水溶液。
[0017]作为本专利技术的进一步优选，所述的连接部分包括：滑块、滑轨、连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：它包括：用于外部驱动心室模型运动的活塞驱动部分(a)、测试血流运动的心室模型部分(b)、用于血流循环的外循环部分(c)以及用于连接三个部分之间的连接部分(d)，通过连接部分(d)调整和连接活塞驱动部分(a)和外循环部分(c)的位置，由活塞驱动部分(a)和外循环部分(c)配合并驱动液体流入或流出心室模型部分(b)从而实现模拟心室血液循环流动。2.根据权利要求1所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：所述的活塞驱动部分(a)包括：步进电机(1)、凸轮结构(2)、圆柱腔(3)和活塞(4)，步进电机(1)的输出端与凸轮结构(2)的输入端紧固，凸轮结构(2)的输出端设有的活塞(4)穿设在与活塞(4)同轴设置的圆柱腔(3)内，所述的步进电机(1)带动凸轮结构(2)转动从而驱动活塞(4)在圆柱腔(3)内做直线往复运动，所述的活塞(4)上设有用于向心室模型部分(b)供水的通孔。3.根据权利要求2所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：所述的步进电机(1)由PLC电路控制转速和转向。4.根据权利要求1所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：所述的心室模型部分(b)包括：活塞驱动水流出口(5)、活塞驱动水流进口(6)、外腔结构(7)、心室模型(8)、模拟二尖瓣进口(9)、心室血流出口(10)，所述的活塞驱动水流出口(5)位于圆柱腔(3)的底部，活塞驱动水流出口(5)和外腔结构(7)上的活塞驱动水流进口(6)接通，由弹性材料制成的心室模型(8)通过模拟二尖瓣进口(9)和心室血流出口(10)悬在外腔结构(7)内。5.根据权利要求4所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：所述的外腔结构(7)的上下底面平行，从上向下看该外腔结构(7)的形状是由一个等腰梯形和矩形结合而成且向外腔结构(7)照射的光线可以垂直通过两条等腰梯形的腰。6.根据权利要求1所述的一种高频仿心跳体外心室血液循环模拟装置，其特征在于：所述的外循环部分(c)包括：用于和人体密度相同的水溶液作为血液模拟液流入的外循环上储水腔(12)、用于血液模拟液流出的外循环下储水腔(16)和两腔之间防止液体逆流的单向阀(14)，所述的外循环上储水腔(12)和外循环下储水腔(16)分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：向阳，胡立伟，秦苏洋，钟玉敏，刘洪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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