心臟模擬器的開發(fā)與輸出流量特性的研究.pdf

1、當今社會，受人們生活節(jié)奏加快以及飲食的不規(guī)律的因素的影響，心血管疾病已經(jīng)成為人類健康的頭號殺手。因此，對心血管相關知識的研究一直以來都是國內(nèi)外科研人員的研究熱點，進行有針對性的、系統(tǒng)科學的相關科研攻關已經(jīng)刻不容緩。心臟在人體中功能重要，結(jié)構(gòu)和工作原理復雜，大多數(shù)情況都難以對心臟進行直接的在體操作和取樣研究，因此，建立一套能夠準確復現(xiàn)心臟工作狀態(tài)的儀器就顯得至關重要，它將為相關醫(yī)療器械開發(fā)及心血管手術研究提供一個良好的平臺。
　　心

2、臟組織從工作原理上來講，可以理解為一個精密的、由電信號激勵的、有單向閥配合的隔膜式容積泵，心電信號有規(guī)律的發(fā)生保證了心肌的有序收縮，瓣膜的單向啟閉功能保證了心室在小幅度動作下有足夠的收縮壓力以及血液的單向流動，心纖維性支架為心臟及其各處結(jié)構(gòu)提供了有效支撐。對心臟的工作周期進行仔細劃分，明確了心室是如何在瓣膜的配合下實現(xiàn)收縮、舒張的，分析影響心臟血流動力學各參數(shù)的影響因素，提出該模型需要滿足的參數(shù)要求。
　　為了能夠獲得準確的心臟造

3、型，我們采用CT技術對心臟采集圖像，通過醫(yī)學圖像處理軟件Mimics進行修改并三維重建。為使制作出的模型能夠均勻動態(tài)收縮、舒張，在模型外圍設有氣囊結(jié)構(gòu)，采用活塞缸向囊中壓入工作流體來提供動力。通過Mimics中的逆向工程模塊處理，將重建的文件導入三維建模軟件Solidworks進行氣囊外殼及介入接口的設計，并為模型設計了支撐框架和循環(huán)水槽。利用Mimics中的快速成型模塊生成模型的STL文件，結(jié)合快速成型設備制造母模，選用力學特性合適的

4、材料翻模成型。
　　由已知的左心室各狀態(tài)參數(shù)隨時間的變化曲線，推導出驅(qū)動活塞缸的機構(gòu)及動力源所需要滿足的參數(shù)。借鑒加拿大Shelly Medical和阿姆斯特丹大學醫(yī)學中心的心臟模型的驅(qū)動方式，采用機械機構(gòu)直接驅(qū)動的方法。選擇伺服電機實現(xiàn)動力源的精確控制，設計基圓半徑可調(diào)的凸輪機構(gòu)以滿足不同程度直線輸出的要求，連接活塞桿，進而推動活塞缸內(nèi)工作流體進入氣囊，使模型受壓實現(xiàn)泵血功能。
　　最后，為了能夠測量模型泵出流量，檢驗模型