[发明专利]心脏模拟装置

说明书

本发明公开了一种用于模拟正常和疾病状态的心血管功能的设备和系统，包括解剖学上精确的心脏模拟器，用于训练和医疗设备测试。该系统和设备使用气动加压室来产生心室和心房收缩。结合模拟二尖瓣和主动脉瓣膜的合成瓣膜的相互作用，该系统旨在产生泵送作用，从而产生脉动血流的准确体积分数和压力梯度，从而复制人的心脏。通过使用控制单元和传感器，可以使用反馈回路机制调整液压系统的参数来模拟各种各样的心血管疾病，从而自动控制一个或多个参数，例如流速，流体压力和心率包括正常的心脏功能，严重的疾病或受伤的心脏状况以及压缩的脉管系统(例如动脉硬化)。

技术领域

本发明涉及外科手术模拟系统，特别是涉及一种用于模拟正常和疾病状态的心血管功能的设备和系统，包括解剖学上精确的心脏模拟器，用于训练和医疗装置测试；更具体地，本发明涉及一种用于模拟正常和疾病状态的心脏功能的设备和系统，该设备和系统使用传感器和其他控制机构来自动调节系统的液压和/或气动组件以实现生理上代表性的压力和流量分布。

背景技术

心血管疾病，影响心脏和脉管系统的疾病以及血管疾病，影响循环系统的疾病是影响全球数以百万计个体的普遍状况。尽管脉管系统疾病可能表现为特定位置的动脉壁减弱，变形或硬化，但这种疾病状态会影响人体的每个器官。存在几种选择来减轻或最小化与延长的脉管系统疾病状态相关的风险。根据严重程度，改变生活方式，即饮食和增加运动，或使用药物可能会有所帮助。在其他选择无效或疾病严重的情况下，外科手术仍然是主要的治疗手段。传统的外科手术方法已逐渐被微创血管内技术所取代，而微创技术在血管内技术方面的发展正在改变外科医生治疗血管疾病的方式。

尽管血管外科手术比以往任何时候都更安全，但是复杂的血管外科手术可能会导致对患者的附带损害。尽管没有手术是没有风险的，但外科医生及其团队的技能水平以及在执行手术过程时最大程度地减少意外的能力，对于防止患者并发症和/或死亡至关重要。与那些经验较少的外科医生相比，经验丰富的外科医生已经执行了许多血管疾病手术，因此更可能以较少的并发症完成这种外科手术。尽管可以通过培训和执行许多程序来获得这种经验，但是可用的外科程序数量是一个限制因素。因此，并非每个外科医生都将具有相同的机会来执行所需的外科手术次数，以获得使所进行的手术的风险最小化的技术水平。此外，随着新程序的开发，高级外科医师可能会发现难以获得所需的必要经验。

外科医生已经使用用于实践各种外科手术程序的训练装置来提高技能，并且在本领域中是已知的。例如，美国专利号8,016,598、美国专利号7,976,313和美国专利号7,976,312描述了用于教导患者护理的患者模拟器系统。美国专利号7,798,815公开了一种用于在心脏外科手术训练环境中模拟心脏跳动的机电泵系统。美国专利号7,866,983公开了一种用于教学，实践和评估外科技术的外科手术模拟器。该模拟器被描述为包括可以是一次性的器官，血管和组织的盒。

美国专利第7,083,418号公开了一种用于教导或说明外科和/或医学技术的模型。该系统被描述为具有代表组织或器官的基础部件，以及被构造和布置成可与基础部件和/或彼此耦接和/或从基础部件和/或彼此分离的若干部件，以示出这些部件相对于彼此的不同位置。代表外科和/或医学技术的不同阶段。

美国专利号7,063,942公开了一种用于血流动力学模拟的系统。该系统被描述为包括具有血管特性的容器，容纳一定量流体的容器，连接该容器和容器的管道以及至少一个用于使流体在系统内循环的泵。

美国专利第6,843,145号公开了一种用于模拟动态心室的心脏体模。该体模被描述为包括两个同心布置的，不透流体的柔性膜，这些膜限定了膜壁之间的封闭空间。

美国专利第6,685,481号公开了一种用于心脏外科手术和其他类似程序的训练装置。该设备被描述为包括器官模型，例如心脏模型，适于向模型赋予类似于相应自然器官的运动的动画网络以及用于控制动画网络的操作的控制设备。心脏模型被描述为由两部分组成，一个是模拟心肌的内部模型，另一个是模拟心包的外壳。