人体血液循环模拟系统及参数采集方法

1.本文件涉及血液循环模拟技术领域，尤其涉及一种人体血液循环模拟系统及参数采集方法。


背景技术：

2.人体血液循环系统十分复杂，对血液循环系统进行模拟在临床应用以及医疗器械的实验等方面都有重要意义。当前没有设备能够模拟人体的血压、血流量等关键血流动力学参数，从而对相关实验以及科研的实验验证带来困难。因此，如何通过器械模拟人体真实血流动力学参数，并建立模拟人体血液循环系统进行实验验证是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种人体血液循环模拟系统及参数采集方法，高度仿真并还原人体真实的血流动力学参数并进行参数实时采集，从而为临床的血液循环研究提供便利。
4.本发明提供了一种人体血液循环模拟系统，包括：控制系统、模拟血泵、水箱、3d人体模型以及数据采集模块；
5.控制系统，与模拟血泵连接，用于向模拟血泵输出脉冲信号；
6.模拟血泵，与控制系统及3d人体模型连接，用于接收控制系统的脉冲信号生成脉动血流，将脉动血流输送到所述3d人体模型；
7.水箱，与3d人体模型连接，用于放置在特定高度为3d人体模型提供初始压力；
8.3d人体模型，接收模拟血泵输送的脉动血流，根据脉动血流模拟心脏跳动；
9.数据采集模块，与3d人体模型连接，用于采集3d人体模型的血流动力学参数。
10.本发明还提供了一种人体血液循环参数采集方法，应用于如上述的人体血液循环模拟系统，包括：
11.将水箱放置在特定高度为3d人体模型提供初始压力；
12.控制系统向模拟血泵输出脉冲信号，模拟血泵接收控制系统的脉冲信号生成脉动血流，并将脉动血流输送到3d人体模型；
13.3d人体模型接收模拟血泵输送的脉动血流，根据脉动血流模拟心脏跳动；
14.数据采集模块在模拟心脏跳动的3d人体模型中采集血流动力学参数。
15.本发明通过模拟血泵实现不同心率的心脏跳动，通过3d人体模型真实模拟血管形态，并通过数据采集模块采集人体血液参数，从而实现对人体血流动力学参数进行实时监测，提高了临床血液循环研究的便利性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例的人体血液循环模拟系统示意图；
18.图2为本发明实施例的电机驱动板电路图；
19.图3为本发明实施例的人体血液循环模拟系统的实物连接示意图；
20.图4为本发明实施例的人体血液循环参数采集方法流程图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
22.系统实施例
23.本发明实施例提供了一种人体血液循环模拟系统，图1为本发明实施例的人体血液循环模拟系统示意图，根据图1所示，本发明实施例的人体血液循环模拟系统包括：控制系统、模拟血泵、水箱、3d人体模型以及数据采集模块；
24.控制系统，与模拟血泵连接，用于向模拟血泵输出脉冲信号；
25.模拟血泵，与控制系统及3d人体模型连接，用于接收控制系统的脉冲信号生成心脉动血流，将脉动血流输送到3d人体模型；模拟血泵包括：单片机、电机驱动板以及直流隔膜泵；
26.单片机，与电机驱动板连接，用于向电机驱动板输出连续的高低电平切换信号；
27.电机驱动板，与电机驱动板及所述直流隔膜泵连接，用于根据高低电平切换信号驱动所述直流隔膜泵进行工作；图2为本发明实施例的电机驱动板电路图，其中包括5v电源21、12v电源接口22、单片机信号输入接口23以及继电器24。
28.直流隔膜泵，与电机驱动板连接，用于在电机驱动板的驱动下产生心率模拟信号。在高电平时控制电机工作，低电平时电机休止。不同心率的实现通过调节单片机输出高低电平切换的频率来实现。模拟血泵的具体参数如表1所示：
29.表1模拟血泵设计参数
30.脉动频率心输出量输出压力每搏最大输出量60-180beat/min4.8l/min70-300mmhg30-80ml/beat
31.水箱，与3d人体模型连接，用于放置在特定高度为3d人体模型提供初始压力；
32.3d人体模型，接收模拟血泵发送的心率模拟信号，根据心率模拟信号模拟心脏跳动；3d人体模型为人体1：1比例打印人体模型，材质选择高透明硅胶为模拟血管的材质，能够真实模拟血管形态，在3d人体模型前端增加弹性球囊来增加系统整体顺应性，从而模拟心脏跳动产生的心跳曲线。
33.数据采集模块，与3d人体模型连接，用于采集3d人体模型的血流动力学参数。
34.数据采集模块包括压阻式压力传感器、流量传感器、温度传感器。压力传感器是通过对传感器压力敏感层施加一定方向的压力，使扩散在芯片上的电阻产生与被测压力成比
例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。压力传感器耦合在3d打印体膜血管内，可根据临床实验或测试放置在不同位置。流量传感器以mems热流模为核心，可以直接测出流体质量流量，即使在流量脉动的情况下也能提供线性的数字输出。温度传感器采用pt100温度传感器，可将温度变量转换为可传送的标准化输出信号到采集卡。
35.本发明实施例的人体血液循环模拟系统数据分析模块，数据分析模块与数据采集模块连接，用于对电压输出信号、血液流量信号以及温度信号进行汇总、分析及存储。
36.本发明实施例中的水箱与3d人体模型之间以及模拟血泵与3d人体模型之间均采用硅胶管连接。
37.图3为本发明实施例的人体血液循环模拟系统的实物连接示意图，包括：单片机3-1、电机驱动板3-2、直流隔膜泵3-3、储水箱3-4、3d打印体膜3-5、压力传感器3-6、流量传感器3-7、温度传感器3-8、商用流量计3-9、数据采集卡3-10、硅胶管3-11、弹性球囊3-12以及电脑终端3-13。进行血液循环参数采集时，单片机3-1输出连续的高低电平切换信号到电机驱动板3-2，电机驱动板3-2控制直流隔膜泵3-3电机工作，在高电平时控制电机工作，低电平时电机休止。不同心率的实现通过调节单片机3-1输出高低电平切换的频率。储水箱3-3是为了实现真实的人体压力，将储水箱3-4放至高处，通过水的压力p＝ρgh为整个系统提供初始压力，数据采集卡3-10包括压力传感器3-6、流量传感器3-7、温度传感器3-8。压力传感器3-6是通过对传感器压力敏感层施加一定方向的压力，使扩散在芯片上的电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。压力传感器3-7耦合在3d打印体膜3-5血管内，可根据临床实验或测试放置在不同位置。流量传感器3-8以mems热流模为核心，可以直接测出流体质量流量，即使在流量脉动的情况下也能提供线性的数字输出。温度传感器3-8采用pt100温度传感器，可将温度变量转换为可传送的标准化输出信号到数据采集卡3-10。其中，3d打印体膜3-5为人体1：1比例打印人体模型，材质选择高透明硅胶为模拟血管的材质，能够真实模拟血管形态。在体膜前端增加球囊来增加系统整体顺应性，从而模拟心脏跳动产生的心跳曲线。储水箱3-4与3d打印体膜3-5之间连接有商用流量计3-9，用于获取储水箱3-4向3d打印体膜3-5供水的水流量。最后，通过压力传感器3-6、流量传感器3-7、温度传感器3-8获取的数据发送到电脑终端3-13进行汇总、分析及存储。
38.本发明实施例具备如下有益效果：
39.1、模拟数据与人体数据吻合；
40.2、可实时采集人体血流动力学参数进行监测；
41.3、能够调节心跳频率，对人体不同心率情况下的情况进行模拟。
42.方法实施例
43.本发明实施例提供了一种人体血液循环参数采集方法，应用于如上述的人体血液循环模拟系统，图4为本发明实施例的人体血液循环参数采集方法流程图，根据图4所示，本发明实施例的人体血液循环参数采集方法包括：
44.步骤s401、将水箱放置在特定高度为3d人体模型提供初始压力；
45.步骤s402、控制系统向模拟血泵输出脉冲信号，模拟血泵接收控制系统的脉冲信号生成脉动血流，并将脉动血流输送到3d人体模型；
46.步骤s403、3d人体模型接收模拟血泵输送的脉动血流，根据脉动血流模拟心脏跳动；
47.步骤s404、数据采集模块在模拟心脏跳动的3d人体模型中采集血流动力学参数。
48.本发明通过模拟血泵实现不同心率的心脏跳动，通过3d人体模型真实模拟血管形态，并通过数据采集模块采集人体血液参数，从而实现对人体血流动力学参数进行实时监测，提高了临床血液循环研究的便利性。
49.本发明实施例具备如下有益效果：
50.1、模拟数据与人体数据吻合；
51.2、可实时采集人体血流动力学参数进行监测；
52.3、能够调节心跳频率，对人体不同心率情况下的情况进行模拟。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。