人工心脏耦合搏动式左心室的心室内流场体外测试系统

1.本发明涉及一种人工心脏耦合搏动式左心室的心室内流场体外测试系统，尤其是涉及一种能够在体外测试人工心脏支持下具有个体化差异患者的心室内流场的实验装置。


背景技术：

2.人工心脏(又称心室辅助装置或机械循环辅助装置)的作用是对危重症心衰患者的血液循环系统进行循环支持，目前临床上已经用于急性心力衰竭、心源性休克患者的短期辅助，心脏移植前过渡支持治疗或者长期辅助治疗，是心脏移植之外最有效的替代治疗手段。
3.虽然人工心脏在临床上应用越来越广泛，但仍存在较多的、严重的不良事件增加着患者的生存风险、生存质量，其中溶血(包括胃肠道出血)和血栓(包括泵内血栓和栓塞)等血液破坏是在已经临床应用的人工心脏中的不良事件之一。研究表明血液破坏与血液流动状态有关，人工心脏高速旋转产生的流场，不可避免会改变心室内及主动脉内的流场，对血液会造成一定破坏，涡流、高剪切力、滞止流动等均会造成患者循环系统内的溶血和血栓或微栓形成。通过体外的流场显示试验(主要为粒子成像测速)验证人工心脏内的血液流动情况已经成为评价人工心脏抗溶血和抗血栓形成性能的重要手段，是评价人工心脏结构设计和流动设计是否优良的重要指标。
4.人工心脏不同工况下的水力学性能对心室内血液流动状态的扰动不同，在人工心脏和患者自体心脏的耦合作用下，心室内可能会出现引发溶血和血栓的血流流动状态。而且患者的心衰程度不同、心室大小与结构的个体化差异也造成了同一款人工心脏支持下心室内的流场不同，因此目前缺乏一种可以在体外显示人工心脏耦合不同心衰程度、不同个体化心室结构的心室内流场的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服目前人工心脏耦合个体化心衰患者自体心脏同时工作下心室内流场显示的不足，提供一种个体化的、体外的、且通用性强的人工心脏耦合搏动式左心室的心室内流场体外测试系统。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.一种人工心脏耦合搏动式左心室的心室内流场体外测试系统，该测试系统包括：人工心脏(1)、左心室模型(2)、密闭储液槽(3)、左心室脉动激励装置(4)、压力传感器(5)、开放储液槽(6)、顺应性装置(7)、两个单向机械双叶瓣膜(8、9)、粒子成像测速装置(10)以及5段管路；
8.人工心脏(1)、左心室模型(2)、压力传感器(5)、开放储液槽(6)、顺应性装置(7)以及5段管路形成循环回路，其中左心室模型(2)固定于密闭储液槽(3)中，并通过第一管路(p1)与开放储液槽(6)连接；开放储液槽(6)通过第二管路(p2)与顺应性装置(7)连接，顺应性装置(7)通过第三管路(p3)与第四管路(p4)、第五管路(p5)连接，第四管路(p4)与人工心
脏(1)出口连接，人工心脏(1)入口连接至左心室模型(2)的心尖位置，第五管路(p5)与左心室模型(2)主动脉位置连接；
9.压力传感器(5)连接于左心室模型(2)，用于监测硅胶左心室模型(2)内的实时压力；
10.两个单向机械双叶瓣膜(8、9)设置在左心室模型(2)内，左心室脉动激励装置(4)与密闭储液槽(3)连接，通过左心室脉动激励装置(4)的电机驱动连接活塞的往复运动控制两个单向机械双叶瓣膜(8、9)启闭，实现硅胶左心室模型(2)内液体的排出与回流，从而实现左心室模型(2)的脉动；
11.粒子成像测速装置(10)用于显示左心室模型(2)内的流动情况。
12.进一步，在本发明的测试系统中，所述密闭储液槽(3)为立方体形状，其中储存满去离子水，以消除左心室模型(2)表面的光折射。
13.进一步，在本发明的测试系统中，依靠人工心脏的运行来实现循环回路中的液体循环；所述循环回路中的液体为40％体积比的甘油水溶液，溶液中含有al2o3颗粒用于激光显影。
14.进一步，所述左心室模型是基于患者ct图像重建生成的个体化三维模型制造而成的，由弹性透明硅胶材料制成。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明的测试系统利用人工心脏耦合个体化患者搏动式心脏模型，并采用粒子成像测速技术对人工心脏的心室内流场进行体外测试，通过患者ct检查舒张期图像组进行患者左心室三维几何模型重建的方法可以实现个体化左心室内流场测量；通过弹性、透明硅胶左心室模型及脉动激励装置可以实现左心室的脉动并与人工心脏耦合；通过调节脉动激励装置可以实现不同心衰程度的体外模拟，具有个体化差异、通用性强等优点。
附图说明
17.图1是本发明的测试系统的结构示意图。
18.图2是本发明的测试系统中循环回路的连接示意图。
19.附图标号：1、人工心脏，2、硅胶左心室模型，3、密闭储液槽，4、左心室脉动激励装置，5、压力传感器，6、开放储液槽，7、顺应性装置，8、9、单向机械双叶瓣膜，10、粒子成像测速装置，p1～p5、第一～第五管路。
具体实施方式
20.以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
21.如图1、2所示，本发明的人工心脏耦合搏动式左心室的心室内流场体外测试系统包括：人工心脏1、左心室模型2、密闭储液槽3、左心室脉动激励装置4、压力传感器5、开放储液槽6、顺应性装置7、两个单向机械双叶瓣膜8、9、粒子成像测速装置10以及5段管路。人工心脏1、左心室模型2、压力传感器5、开放储液槽6、顺应性装置7以及5段管路形成循环回路，其中左心室模型2固定于密闭储液槽3中，并通过第一管路p1与开放储液槽6连接；开放储液槽6通过第二管路p2与顺应性装置7连接，顺应性装置7通过第三管路p3与第四管路p4、第五管路p5连接，第四管路p4与人工心脏1出口连接，人工心脏1入口连接至左心室模型2的心尖
位置，第五管路p5与左心室模型2主动脉位置连接；压力传感器5连接于左心室模型2，用于监测硅胶左心室模型2内的实时压力；两个单向机械双叶瓣膜8、9设置在左心室模型2内，左心室脉动激励装置4与密闭储液槽3连接，通过左心室脉动激励装置4的电机驱动连接活塞的往复运动控制两个单向机械双叶瓣膜8、9启闭，实现硅胶左心室模型2内液体的排出与回流，从而实现左心室模型2的脉动；粒子成像测速装置10用于显示左心室模型2内的流动情况。
22.在本发明的测试系统中，对密闭储液槽3的形状没有特别限定，例如可以为立方体形状，其中储存满去离子水，一方面可以消除左心室模型2表面的光折射，另一方面，因为密闭储液槽3内的去离子水具有不可压缩性，如图1所示，左心室脉动激励装置4的电机驱动连接活塞的往复运动可以使得左心室模型2压缩或复原。如图2所示，当左心室模型2压缩时，两个单向机械双叶瓣膜8、9打开，左心室模型2内的液体排出；当左心室模型2恢复原状时，两个单向机械双叶瓣膜8、9闭合，液体回流至左心室模型2内，从而实现硅胶左心室模型2的脉动。
23.本发明的测试系统中的左心室模型2可以采用患者安装人工心脏后的ct检查舒张期图像组进行患者左心室几何模型的三维重建，获取患者的左心室三维几何模型，并采用弹性、透明的硅胶材料来制造，这样能够实现个体化左心室内流场测量。
24.在本发明的测试系统中，顺应性装置7为一个容有一定量气体的容器，用于模拟血管顺应性，该装置的设置更能够保证测试结果的准确性。对于顺应性装置7内的气体的种类及容器的材质没有特别限定，例如气体可以选择空气，容器的材质可以硬性的材料。
25.在本发明的测试系统中，依靠人工心脏的运行来实现循环回路中的液体循环；循环回路中的液体优选为40％体积比的甘油水溶液，溶液中含有al2o3颗粒用于激光显影。
26.在实际应用中，本发明的测试系统的具体使用方法如下：
27.1、采用患者安装人工心脏后的ct检查舒张期图像组进行患者左心室几何模型的三维重建，获取患者的左心室三维几何模型。
28.2、采用弹性、透明的硅胶材料用3d打印或者成型的方法制造出左心室模型。
29.3、连接好图示测试系统，将去离子水充满密闭储液槽，将含有al2o3颗粒的40％体积比的甘油水溶液充满循环回路。
30.4、启动并调节左心室脉动激励装置，实现左心室的固定心衰程度。
31.5、启动人工心脏并设定转速。
32.6、启动粒子成像测速装置，实施流场显示测试。
33.7、对粒子成像测速装置拍摄到的图像进行后处理，获得左心室模型内的流动分布情况。
34.本发明的测试系统利用人工心脏耦合个体化患者心脏模型，并采用粒子成像测速技术对人工心脏的心室内流场进行体外测试及评价，通过患者ct检查舒张期图像组进行患者左心室三维几何模型重建的方法可以实现个体化左心室内流场测量；通过弹性、透明硅胶左心室模型及脉动激励装置实现了左心室的脉动并与人工心脏耦合；通过调节脉动激励装置可以实现不同心衰程度的体外模拟，具有个体化差异、通用性强等优点。
35.以上所述是本发明的较佳实施方式及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效
变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。