[发明专利]一种用于测量主动脉根部血流动力学特性的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于测量主动脉根部血流动力学特性的实验装置，属于实验流体力学研究领域。该实验装置包括动力系统、循环系统、测试系统和辅助装置。动力系统由脉动式血液泵组成；循环系统由顺应腔、节流阀、储液池和各管路组成；测试系统由粒子图像测速仪(Particle Image Velocimetry,PIV，其中包括CCD相机、激光器、计算机)和压力计组成；辅助装置由支撑台、升降台、支架等组成。该装置可以测量不同尺寸主动脉根部在不同心排出量时的血流速度、涡度、跨瓣压差和开口面积等参数，从而判断不同型号、尺寸主动脉瓣发生不同病变后的血流特性，对临床术前评估和术后诊断具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种用于测量主动脉根部血流动力学特性的实验装置，特别是涉及不同尺寸主动脉根部在不同心排出量下的血流速度，跨瓣压差等血流动力学参数，属于利用实验装置测量主动脉根部血流动力学特性的技术领域。

背景技术

心脏瓣膜疾病是我国发病率较高的心血管疾病之一，每年约20万人进行主动脉瓣置换术。主动脉瓣位于压力负荷较大的左心室和升主动脉之间，容易发生主动脉瓣疾病。主动脉瓣病变后将导致主动脉根部中血液流动情况和瓣叶受力发生变化，显著改变血液流动特性。

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，简称PIV)是研究主动脉瓣病变后主动脉根部中血液流动状况的先进技术，该技术结合体外左心模拟器，可以实现体外测量主动脉根部血流速度等血流动力学参数。但是体外左心模拟器中主动脉模型不能更换，无法测量不同尺寸主动脉模型的血流特性，也无法计算跨瓣压差、开口面积等参数。考虑以上实验装置局限性，本发明提出了一种用于测量不同尺寸主动脉根部血流动力学特性的实验装置。该装置可以自由更换不同尺寸的主动脉根部模型，自由调节不同心率、每搏量、收缩期/舒张期时长比，用粒子图像测速和压力计观测其血流速度、跨瓣压差变化，来测量不同工况下主动脉根部的血流动力学特性，为临床术前评估和术后检测提供有效依据。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种集脉动式血液泵(1)、PIV(7)和压力计(11)于一体的主动脉血流特性测量装置，该装置能够自由更换不同尺寸主动脉根部模型(10)、自由调节心排出量等工况。由于主动脉瓣尺寸形状和心排出量显著影响主动脉根部附近血流速度、跨瓣压差、黏性剪应力等血流动力学参数，因此，本发明给出一种在主动脉根部血流动力学实验中，方便更换不同尺寸的主动脉根部模型(10)、调节不同心排出量的方法，利用PIV(7)分别测量不同工况下多项血流动力学参数变化，分析流场特性，评估主动脉置换后血流动力学特性，对临床手术中选择瓣膜型号、尺寸等提供依据。本装置使用范围广，成本低，组装简单，能与多种型号、尺寸主动脉根部模型搭配，具有较高的科研应用价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

该测量主动脉根部附近血流动力学特性的实验装置包括动力系统、循环系统、测试系统和辅助装置。其中，动力系统由脉动式血液泵(1)组成；循环系统由顺应腔(8)、节流阀(9)、储液池(5)及各管路(2)组成；测试系统由包括电子耦合器(Charge CoupledDevice,简称CCD)相机(4)、激光器、计算机在内的PIV(7)及压力计(11)组成；辅助装置由支撑台、升降台(3)、支架等组成。

储液池(5)和脉动式血液泵(1)入口之间及脉动式血液泵(1)出口和主动脉根部(10)之间均通过聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，简称PVC)材质管路(2)连接，其中储液池(5)用来存储工作流体，既为循环系统提供混合溶液，又收集循环系统排出的混合溶液，实现资源回收再利用，避免资源浪费。脉动式血液泵(1)可调节心率、每博血流量及收缩期与舒张期比值，进而调节每分钟心排出量。管路(2)采用PVC材料，有效防止管路变形引起流量变化。管路(2)与脉动式血液泵(1)连接处和管路与主动脉根部连接处均通过卡箍夹紧固定，防止脉动冲击使管路脱落。