CN222600372U - 动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其结构包括自体动静脉瘘模型、液体泵和数据采集装置，自体动静脉瘘模型的内部通道为Y字型结构，自体动静脉瘘模型具有第一端口、第二端口以及第三端口，液体泵的出液口通过第一三通连接有第一管路和第二管路，液体泵的进液口通过第二三通连接有第三管路和第四管路，第二管路与第三管路通过第三三通连接且连接有第五管路，第一管路与第一端口连通，第三管路与第二端口连通，第五管路与第三端口连通，在第五管路上并联有第六管路；数据采集装置包括流量采集装置以及图像采集装置。本实用新型便于了解动静脉内瘘血流动力学数据，以供研究血流动力学对AVF影响。

Description

动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种血流动力学模拟装置，具体地说是一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置。

背景技术

目前全球有超过200万终末期肾脏病(End-Stage renal Disease，ESRD)患者需要进行肾脏替代治疗，并且预计到2030年，ESRD患者数量将超过500万。对于ESRD患者来说，肾脏丧失了排出多余的水和废物的功能，因此就需要采取相关治疗手段来代替肾脏进行运作，其中大多数ESRD患者(60%-70%)使用血液透析的方式进行治疗。血液透析就是通过创建血管通路将血液从体内取出，由外部透析机进行过滤，然后再将血液返回体内的治疗过程。因此血管通路是患者生命得以延续的关键，而自体动静脉瘘(AVF)相较其他方式具有通畅率高、并发症少和费用低等优势，所以是ESRD患者首选的血管通路。尽管自体动静脉内瘘为患者提供了一条生命线，但由于许多不良因素，内瘘血管系统在其成熟前后也有着不容忽视的失败率。

透析血管通路失败主要由两种不同的机制导致，一是产生于早期，血管向外重塑不足或受损，也就是血管直径扩张不足或管壁增厚导致的血流量达不到要求；二是由狭窄造成的，狭窄是动静脉内瘘吻合口 (JXA)区域血管的狭窄，是威胁动静脉瘘通畅的最常见的因素，通常由内膜增生（IH）引起，已知导致血管壁内皮细胞损伤的血流动力学是引发IH的重要因素。为了探讨AVF失败的详细发病机制，进行了多学科的研究。磁共振血管造影和螺旋计算机断层扫描已被用来证明其评估AVF的临床可行性。但是它们仅提供形态学数据和3D血管可视化。此外该领域的大部分研究旨在开发计算模型，以研究血管和移植物几何形状等参数如何影响壁面剪切应力，这种方法也不会被医生使用，除非它们已经被“真实的病理病例”验证。现在临床医生仍然需要一个早期的，潜在的非侵略性的工具来量化血流动力学对AVF的影响，但现有技术中还没有可以记录相关数据以供研究血流动力学对AVF的影响的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，以解决现有技术中没有可以记录相关数据以供研究血流动力学对AVF影响的装置的问题。

本实用新型是这样实现的：一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，包括自体动静脉瘘模型、液体泵和数据采集装置，所述自体动静脉瘘模型的内部通道为Y字型结构，所述自体动静脉瘘模型具有第一端口、第二端口以及第三端口，所述液体泵的出液口通过第一三通连接有第一管路和第二管路，所述液体泵的进液口通过第二三通连接有第三管路和第四管路，所述第二管路与第三管路通过第三三通连接且连接有第五管路，所述第一管路与所述第一端口连通，所述第三管路与所述第二端口连通，所述第五管路与所述第三端口连通，在所述第五管路上并联有第六管路，在所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路以及第六管路上分别设置有阀门；所述数据采集装置包括用于采集自体动静脉瘘模型的血流动力学流速流量信息的流量采集装置以及用于采集自体动静脉瘘模型的血流动力学图像信息地图像采集装置。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述图像采集装置包括设置于所述自体动静脉瘘模型旁侧的激光器和图像拍摄装置，所述自体动静脉瘘模型由透明材质制成。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述图像拍摄装置为CCD相机。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述流量采集装置流量计，在所述第一管路、第三管路、第五管路以及第六管路上分别设置有流量计。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述流量计为超声波流量计。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述液体泵为脉冲泵。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述自体动静脉瘘模型结构根据真实患者的临床成像数据设计，并按照1:1比例制作。

作为本实用新型动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置的进一步改进，所述自体动静脉瘘模型为头静脉与桡动脉的端侧连接模型。

本实用新型通过液体泵驱动液体在动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置内循环流动，液体经过自体动静脉瘘模型用于模拟血液经过自体动静脉瘘时的流体流场情况，通过阀门以及各个管路的配合，可以实现分流模式与回流模式的转换，以及各个管路各个管道不同流量比例下的流体流场情况，便于了解动静脉内瘘血流动力学数据以及后续的分析研究，能够帮助相关科研人员判断相关血流动力学对AVF的影响。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图中：1、自体动静脉瘘模型；2、脉冲泵；3、第一三通；4、第一管路；5、第二管路；6、第二三通；7、第三管路；8、第四管路；9、第三三通；10、第五管路；11、第六管路；12、第一超声波流量计；13、第二超声波流量计；14、第三超声波流量计；15、第四超声波流量计；16、第一阀门；17、第二阀门；18、第三阀门；19、第四阀门；20、第五阀门；21、第六阀门；22、激光器；23、第一CCD相机；24、第二CCD相机；25、同步控制器；26、图像处理装置；27、上位机；1-1、第一端口；1-2、第二端口；1-3、第三端口；2-1、进液口；2-2、出液口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

如图1所示，本实用新型是一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，包括自体动静脉瘘模型1、液体泵2和数据采集装置。

其中，自体动静脉瘘模型1（AVF模型）的内部通道为Y字型结构，自体动静脉瘘模型1具有第一端口1-1、第二端口1-2以及第三端口1-3，第一端口1-1、第二端口1-2以及第三端口1-3分别对应桡动脉近心端、头静脉近心端以及桡动脉远心端。

液体泵2上设置有进液口2-1和出液口2-2，液体泵2通过管路与自体动静脉瘘模型1连接。其中，液体泵2的出液口2-2通过第一三通3连接有第一管路4和第二管路5，液体泵2的进液口2-1通过第二三通6连接有第三管路7和第四管路8，第二管路5与第三管路7通过第三三通9连接且连接有第五管路10。第一管路4与第一端口1-1连通，第三管路7与第二端口1-2连通，第五管路10与第三端口1-3连通，并在第五管路10上并联有第六管路11。

在第一管路4、第二管路5、第三管路7、第四管路8、第五管路10以及第六管路11上分别设置有第一阀门16、第二阀门17、第三阀门18、第四阀门19、第五阀门20以及第六阀门21。通过各个阀门的开合，可以控制通路根据实验需求转变为相应的分流和汇流两种模式，其中汇流为桡动脉近心端与桡动脉远心端的流体均向头静脉处流动，分流为桡动脉近心端的流体向桡动脉远心端以及头静脉处流动。

分流模式为：打开第一阀门16、第三阀门18、第四阀门19以及第六阀门21，关闭第二阀门17、第五阀门20，液体通过液体泵1的出液口2-2流出，经过第一管路4从第一端口1-1流入自体动静脉瘘模型1的桡动脉近心端，然后从第二端口1-2的头静脉近心端流至第三管路7后回到液体泵的进液口2-1，同时从第三端口1-3的桡动脉远心端流至第六管路11，并通过第四管路8回到液体泵2的进液口2-1。

汇流模式为：打开第一阀门16、第二阀门17、第五阀门20以及第三阀门18，关闭第四阀门19、第六阀门21，液体通过液体泵2的出液口2-2流出，一支经过第一管路4从第一端口1-1流入自体动静脉瘘模型1的桡动脉近心端，另一支通过第二管路5、第五管路10从第三端口1-3流入自体动静脉瘘模型1的桡动脉远心端，两个分支的液体在头静脉近心端汇流后通过第二端口1-2流出，并通过第三管道7回到液体泵2的进液口2-1。

数据采集装置包括用于采集自体动静脉瘘模型1的血流动力学流速流量信息的流量采集装置以及用于采集自体动静脉瘘模型1的血流动力学图像信息的图像采集装置。

其中，自体动静脉瘘模型1（AVF模型）是根据真实患者的临床成像数据设计，并采用透明材质进行一比一3D打印得到的。具体可以采用硅胶材质，该硅胶模型的外观是全透明（透明度达到98.9%），密度为1.1g/cm³，硬度（ShoreA）:30A，抗拉强度为4.5±0.5MPa，断裂伸长率：350%，抗撕强度：12±2KN/m，摩擦系统为1.32，具有高度生动的结构与操作感，与人类属性相匹配，便于相关科研工作者在该模型上对相关血流动力学进行测试。

自体动静脉瘘模型1（AVF模型）模型为头静脉与桡动脉的端侧连接形成的Y字型结构。

本实用新型以水加示踪粒子为模拟液体，示踪粒子为直径1微米-5微米的莹光颗粒。本实用新型使用的液体，不限于水加示踪粒子的模拟液体，还可以使用与血流动力学性能相似的混合液体。

图像采集装置包括设置于自体动静脉瘘模型1旁侧的激光器22和图像拍摄装置，激光器22为532nm的脉冲激光器22，激光器22发射激光可以对实验需要探测的管道内部流场中的示踪粒子进行照明，便于图像拍摄装置对流场进行拍摄，以获得清晰的图像。

图像拍摄装置为CCD相机，为了确保图像采集的精度，选用高分辨的工业相机。图像拍摄装置一般设有两个，第一CCD相机23和第二CCD相机24位于自体动静脉瘘模型1的同一侧，且位于激光器22的对侧，第一CCD相机23和第二CCD相机24倾斜相互呈一定角度设置，从两个方向对自体动静脉瘘模型1内管道的图像进行拍摄。

流量采集装置为流量计，具体为超声波流量计，在第一管路4、第二管路5、第五管路10以及第六管路11上分别设置有第一超声波流量计12、第二超声波流量计13、第三超声波流量计14以及第四超声波流量计15。通过超声波流量计可以监测第一端口1-1、第二端口1-2以及第三端口1-3位置的流量。超声波流量计是基于时差法的一款超声波流量计，能够利用非接触方法测量充满液体管路中的液体流量以及流速。

液体泵2为便携式脉动泵，可在市面上买到，是流体动力的提供装置，用于产生周期脉动流体，模拟人体左心/右心血液的流动状态，包括周期脉动循环、液体温度控制和压力监控功能。便携式脉动泵由1个开放式心房、2个内置球阀、1个音圈电机及1个顺应性模块组成，通过控制电机运动，可以实现液体的周期性脉动流动。

本实用新型中的阀门为电动阀门，具体可以为电动球形阀门，电动阀门的阀芯可进行0°-90°的旋转，可接收0-10V电压信号控制，0-10V电压信号对应电动阀门0°-90°转动角度，能够实现对电动阀门阀芯开合角度的控制，实现管道通路分流和汇流两种模式的快速转换。

基于以上设备的组合，本实用新型搭建了一套体外AVF循环装置，该装置能够很好的复现人体的真实的AVF结构，能够产生与人体类似的血液流动状况，通过设计的管道通路结合电动阀门的控制，科研人员无须对管道进行拆卸便可以实现分流汇流两种情况的快速转变，通过加装在管道上的超声波流量计，能够很好的测量AVF相关管道内的流量、流速情况。并且采用的AVF模型是全透明的硅胶模型，便于对模型内部的流场图像进行获取。本实用新型能够帮助相关科研人员判断相关血流动力学对AVF的影响，进而为临床实践提供指导意义。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型还包括同步控制器25以及上位机27系统，上位机27系统与各个阀门以及超声波流量计连接，监测得到的流量流速数据通过上位机27系统进行存储，图像处理装置26的PC机与同步控制器25连接，同步控制器25与激光器22连接，图像处理装置26中的PC机加装有图像采集卡并与第一CCD相机23、第二CCD相机24连接，形成PIV（粒子图像测速）系统。上电完成后，由图像处理装置26中的PC 机发出图像采集指令，同步控制器25收到指令后按照设定好的信息时序关系向激光器22与PC机相连的图像采集卡发出触发信号。当激光器22与图像采集卡接到触发信号后，按照跨帧图像采集原理进行现场图像的记录。最后通过处理记录的图像数据以及流量数据，可以探究相关血流动力学对AVF的影响，为临床医生提高AVF的成功率提供理论依据。

需要说明的是本实用新型中采用的超声波流量计、电动阀门、便携式脉动泵以及PIV系统中的CCD相机、激光器22、同步控制器25、图像处理装置26均为现有技术中的常规设备，其使用以及安装方式详见各设备的操作说明，为现有技术的公知，本实用新型不再赘述。

Claims (8)

1.一种动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，包括自体动静脉瘘模型、液体泵和数据采集装置，所述自体动静脉瘘模型的内部通道为Y字型结构，所述自体动静脉瘘模型具有第一端口、第二端口以及第三端口，所述液体泵的出液口通过第一三通连接有第一管路和第二管路，所述液体泵的进液口通过第二三通连接有第三管路和第四管路，所述第二管路与第三管路通过第三三通连接且连接有第五管路，所述第一管路与所述第一端口连通，所述第三管路与所述第二端口连通，所述第五管路与所述第三端口连通，在所述第五管路上并联有第六管路，在所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路以及第六管路上分别设置有阀门；所述数据采集装置包括用于采集自体动静脉瘘模型的血流动力学流速流量信息的流量采集装置以及用于采集自体动静脉瘘模型的血流动力学图像信息的图像采集装置。

2.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述图像采集装置包括设置于所述自体动静脉瘘模型旁侧的激光器和图像拍摄装置，所述自体动静脉瘘模型由透明材质制成。

3.根据权利要求2所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述图像拍摄装置为CCD相机。

4.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述流量采集装置流量计，在所述第一管路、第三管路、第五管路以及第六管路上分别设置有流量计。

5.根据权利要求4所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述流量计为超声波流量计。

6.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述液体泵为脉冲泵。

7.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述自体动静脉瘘模型结构根据真实患者的临床成像数据设计，并按照1:1比例制作。

8.根据权利要求1所述的动静脉内瘘血流动力学研究体外循环模拟装置，其特征在于，所述自体动静脉瘘模型为头静脉与桡动脉的端侧连接模型。