[發明專利]一種心臟腔室模擬器驅動機構

有效

• 申請號: 201310347527.7
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104346987B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 周圓圓;劉浩;韓建平;吳曉紅;李洪誼
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 周秀梅,許宗富

技術領域

本發明涉及醫療器械技術領域，具體涉及一種心臟腔室模擬器驅動機構。該驅動機構用于輔助微創心內介入醫療器械研發、血液循環和醫學影像研究及培訓醫生。

背景技術

心臟腔室模擬器驅動機構是用于驅動心臟腔室模擬器按照所需方式進行有規律的運動的驅動機構，是模擬人體心臟跳動與血液循環的一個關鍵技術，對于微創心臟介入醫學的發展具有重要的意義。

目前，大部分心臟模擬器是靜態的醫學模型，用于醫學教學，沒有動力驅動部分，無法體現血液循環的動態特性。國際上近期研發出的一些能夠模擬心臟動態特征的高端心臟模擬器，其驅動主要有以下兩類：1、在心臟模型外部連接液壓管路和液壓元器件構建液壓循環回路，采用泵向液壓回路中提供動力實現血液循環；2、心臟模型外部構建的液壓循環回路中不提供動力源，對心臟外部軸向或者側向的載荷提供血液循環的動力。對于前者而言，外部循環管路中使用泵實現血液循環的方式與真實循環對應的壓力相反，往腔室內部注入液體，壓力升高同時腔室膨脹，對應著腔室舒張；從腔室向外部泵出液體，壓力降低同時腔室收縮。而心臟跳動真實情況是：腔室收縮后導致內部壓力升高，將血液博出；腔室舒張，壓力降低，血液會涌入。對于后者而言，產生的心腔變形是由單點或者幾個點擠壓心腔引起的，無法逼真的描述心肌的整體收縮，導致對液體循環過程的模擬失真嚴重。因此按照上述兩種驅動原理實現的對心臟跳動的模擬不能夠真實的反映心臟跳動過程。

發明內容

為了克服現有心臟模擬器不能正確體現心臟收縮和舒張過程中壓力高低的對應關系以及外部加載導致的變形不能體現心肌整體收縮變形導致心臟模擬器無法真實反映心臟跳動過程的問題，本發明提供一種心臟腔室模擬器的驅動機構，該驅動機構采用間歇式的工作方式能夠模擬人體心臟脈動式的跳動過程，既能夠滿足正確的壓力關系，也能夠體現心肌的整體變形過程，從而逼真的反映了心臟跳動過程。

本發明的技術方案是：

一種心臟腔室模擬器驅動機構，該驅動機構包括電機、減速器、曲軸連桿機構、直線導軌和活塞氣缸；其中：所述電機的輸出軸連接減速器的輸入軸，減速器的輸出軸通過曲軸連桿機構連接直線導軌的一端，所述直線導軌的另一端通過聯軸器連接活塞氣缸；所述活塞氣缸側壁上開有氣孔，所述氣孔通過管道連接所述心臟腔室模擬器。

所述直線導軌的另一端通過聯軸器與活塞氣缸的活塞桿相連接。

所述活塞氣缸上與活塞桿相對的端面上開設有與外界大氣連通的孔。

所述曲軸連桿機構包括曲柄、排量調節槽和連桿，曲柄上設有排量調節槽，連桿上設有孔銷，通過銷軸穿過銷孔和排量調節槽將曲柄和連桿活動連接。所述排量調節槽為開在曲柄上的長條形孔，所述銷軸能夠在該長條形孔內往復移動。

心臟腔室模擬器能夠通過改變通過排量調節槽改變曲柄與連桿鏈接位置來調節系統排氣量。

本發明所述心臟腔室模擬器結構如下：

該心臟腔室模擬器包括外鞘層、心肌層、心臟瓣膜和構成于外鞘層與心肌層之間封閉的中空腔體（壓力腔）；所述外鞘層的壁面上開有通孔，用于液體或氣體在中空腔體內的輸入或輸出；所述外鞘其材質為硬質高分子材料，所述心肌層和心臟瓣膜的材質為符合人體相應組織力學性能的高分子材料。

所述外鞘、心肌層和心臟瓣膜都是仿生生物組織材料，其中：外鞘材質優選為聚氨酯，邵氏硬度70～90；心肌層和心臟瓣膜的材質優選為TPE材料，邵氏硬度25～50。

所述心臟瓣膜粘接于心肌層上端面上，其粘接位置符合人體解剖結構；所述外鞘層與心肌層除中空腔體以外的部分通過粘接的方式固定在一起。

本發明工作原理如下：

該驅動裝置采用連桿機構與直線導軌機構將轉動轉換為直線運動來驅動氣缸運動，采用活塞氣缸作為執行機構，氣體作為最終的動力輸出介質。通過控制減速器和電機使其能夠按照指定要求的頻率和排量為心臟腔室模擬器提供脈動式的氣動驅動動力源。

該驅動裝置可實現吸氣與排氣兩組動作，可按照系統要求提供不同頻率的脈動式的驅動動力，同時可改變氣缸位置來調節系統排氣量，能夠實現對心臟腔室模擬器按照所需運動方式進行有規律的驅動。

本發明有益效果如下：

1、本發明利用氣動間歇式的驅動回路針對特定結構的心臟腔室模擬器進行驅動。通過電機帶動連桿機構與直線導軌來實現往復運動，通過驅動氣缸活塞實現吸氣與排氣動作，來驅動心臟腔室模擬器實現脈動式搏動效果。通過調節電機的轉速可調節心臟腔室模擬器搏動頻率，通過調節氣缸安裝位置，可調節調節心臟腔室模擬器的每博排量。