一种经导管主动脉瓣置换术体外训练系统

摘要

一种经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，属于医疗器械培训装置领域，其特征在于：包括人体心血管模型、稳态或脉动血流压力及血流供给模块和病理瓣膜模型；人体心血管模型包括心脏模型及与心脏模型相连接的主动脉血管模型；所述稳态或脉动血流压力及血流供给模块包括精密泵和储液池；精密泵、人体心血管模拟模型和储液池依次首尾相连通；病理瓣膜模型设置于主动脉血管模型与心脏模型之间。通过在人体心血管模型、的主动脉血管模型上设置多个介入器械入路口，便于操作者从进行不同入路的手术训练；同时通过稳态或脉动血流压力及血流供给模块可控仿人体血压波形和温度的脉冲流体，驱动心脏跳动和瓣膜开关，提供接近人体真实血流环境的模拟场景。

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械培训装置领域，尤其涉及一种经导管主动脉瓣置换术体外训练系统。

背景技术

随着医疗技术的日新月异，越来越多的疾病治疗提倡微创、无痛、快速恢复，微创介入治疗正逐步取代相关的外科及保守药物治疗，成为新的医疗发展方向。经导管主动脉瓣置换术作为典型的一种微创介入手术。主动脉瓣狭窄是一种常见的老年性退行性心脏瓣膜疾病，现已发展成为继冠心病和高血压病之后第三位常见的心血管疾病。经导管主动脉瓣置换术是通过股动脉送入介入导管，将人工心脏瓣膜支架输送至主动脉瓣区打开，通过机械挤压将原瓣膜挤向周围，替换病变的主动脉瓣膜，完成恢复瓣膜功能的技术。我国在这方面研究起步较晚，目前普及率较低。

市场上现有的用于介入瓣膜和其他瓣膜体外性能测试的装置，含有简单的血管结构以及脉动泵提供脉动流动，但该装置中血管结构过于简单，没有提出模拟真实人体血管结构和介入入口结构；无法实现多个病理瓣膜的置换设计，从而难以实现锻炼受训者面对各种病理工况时的手术技巧；无法对受训者在操作过程中对血管和心脏内壁的穿刺破坏力进行评价。

发明内容

本发明旨在提供一种高度模拟真实经导管主动脉瓣植入术操作环境和过程的经导管主动脉瓣置换术体外训练系统。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，包括人体心血管模型、稳态或脉动血流压力及血流供给模块和病理瓣膜模型；所述人体心血管模型包括心脏模型及与心脏模型相连接的主动脉血管模型；所述主动脉血管模型上设置有若干介入器械入路口；所述稳态或脉动血流压力及血流供给模块包括精密泵和储液池；所述精密泵、人体心血管模拟模型和储液池依次首尾相连通；所述病理瓣膜模型设置于主动脉血管模型与心脏模型之间。主动脉血管模型是基于真实心血管的人体个体化3D数据重建的透明或非透明硅胶、橡胶、树脂等弹性或硬质材质；在股动脉，肱动脉等处留有开口，作为介入器械入路口；病理瓣膜模型包括不同程度的钙化病变、双叶瓣、四叶瓣等病理形态，通过硅胶、聚氨酯等弹性材料混合不同比例的碳酸钙、树脂等材料制作而成；通过灌注成型或3D打印成型。所述储液池内储存有模拟血液的液体，通过加热温控装置可将液体温度控制在37±1℃，通过精密泵驱动产生脉动流进入仿人体心血管系统模型，随后流回储液池；通过稳态或脉动血流压力及血流供给模块实现血液流量和压力曲线变化的定量调控以及流动液体温度调控；脉冲流体驱动心脏模型产生收缩和舒张行为并实现所述病理瓣膜模型的开关和闭合。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述主动脉血管模型与心脏模型相连接端的侧壁上设置一开口；所述病理瓣膜模型置于主动脉血管模型与心脏模型相连接端的主动脉血管模型内；设置的开口用于放入病理瓣膜模型，病理瓣膜置于在血管模型内；同时可通过开口更换不同的病理瓣膜模型，实现多病理瓣膜的手术观察训练。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述病理瓣膜模型的两端均设置一凸出连接件；所述主动脉血管模型与病理瓣膜模型相连接的一端设置一凸出连接件；所述心脏模型与病理瓣膜模型相连接的一端设置一凸出连接件；所述病理瓣膜模型通过凸出连接件分别与主动脉血管模型和心脏模型相连通。这种方式的设置使得主动脉模型和心脏模型在其交界处完全分隔开，病理瓣膜的两端与主动脉血管模型及心脏模型分别对接并密封固定。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述病理瓣膜模型的外周圈设置有压力传感器；用于定量测量后期人工瓣膜释放后对于病理瓣膜和血管壁四周的压力分布情况，用于评价人工瓣膜放置是否合适；放置方式包括在病理瓣膜模型制作完成后通过粘接等方式固定在瓣膜外周及在病理瓣膜模型制作过程中嵌入到瓣膜材料内。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述主动脉血管模型上包括主动脉弓；所述主动脉弓的内壁上设置有压力传感器；所述心脏模型的心室内壁上设置有压力传感器；因为在训练过程中会有操作者用力过度，可能会穿透血管及心脏等位置；因此设置压力传感器用于测量导管导丝在放置过程中对主动脉血管模型的血管管壁及心房心室内壁的穿刺力。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述心脏模型的心尖处设置一开孔；所述开孔内设置一内置摄像头；所述内置摄像头朝向前述病理瓣膜模型设置；用于从心脏内部拍摄瓣膜打开、关闭动作以及人工瓣膜置换过程和置换后效果。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述主动脉血管模型的血管内壁内设置有若干压力传感器和若干流量传感器；具体位于介入器械入路口的血管内壁，及病理瓣膜模型上游和下游的血管内壁；用于监测术前术后的介入器械入口处流量压差变化、跨瓣压差变化以及人工瓣膜假体释放后对于血管壁四周的压力情况。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述储液池内设置有加热模块；通过加热模块可将储液池内的液体温度控制在37±1℃，提供更加真实的模拟训练环境。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述病理瓣膜模型包括一次性病理瓣膜模型及可回收病理瓣膜模型。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，所述主动脉血管模型的外侧设置一外置摄像头；所述外置摄像头朝向设置在主动脉血管模型内的病理瓣膜模型设置；用于从血管外部拍摄瓣膜开放、闭合动作以及人工瓣膜置换过程和置换后效果。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，通过在人体心血管模型、的主动脉血管模型上设置多个介入器械入路口，便于操作者从进行不同入路的手术训练；同时通过稳态或脉动血流压力及血流供给模块可控仿人体血压波形和温度的脉冲流体，驱动心脏跳动和瓣膜开关，提供接近人体真实血流环境的模拟场景；同时提出两种瓣膜替换的结构设置和方式，通过替换设置于主动脉血管模型与心脏模型之间的病理瓣膜模型可模拟多种疾病情况下瓣膜植入的手术操作，为受训者提供高度模拟真实主动脉瓣植入术操作环境和过程的经导管主动脉瓣置换术体外训练系统；通过在可替换瓣膜外沿设置传感器，定量评价人工瓣膜释放后对于病理瓣膜和血管壁四周的压力分布情况；通过在主动脉弓、心脏内壁设置传感器，定量评价导管导丝在放置过程中对主动脉血管模型的血管管壁及心房心室内壁的穿刺力。

附图说明

图1为本发明实施例一所述人体心血管模型及病理瓣膜模型结构示意图；

图2为本发明实施例二所述人体心血管模型及病理瓣膜模型结构示意图；

图3为本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统结构示意框图；

图4为本发明所述病理瓣膜模型结构示意图；

其中1-心脏模型、2-主动脉血管模型、3-病理瓣膜模型、4-凸出连接件、5-压力传感器、6-开口、7-主动脉弓、8-开孔、9-内置摄像头、10-外置摄像头、11-流量传感器、12-瓣叶。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统进行详细说明。

实施例一

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，包括人体心血管模型、稳态或脉动血流压力及血流供给模块和病理瓣膜模型3；如图1所示，所述人体心血管模型包括心脏模型1及与心脏模型1相连接的主动脉血管模型2；本实施例中在股动脉，肱动脉等处设置介入器械入路口；所述稳态或脉动血流压力及血流供给模块包括精密泵和储液池；如图3所示，所述精密泵、人体心血管模拟模型和储液池依次首尾相连通；所述病理瓣膜模型3设置于主动脉血管模型2与心脏模型1之间。主动脉血管模型2结构尺寸通过人体真实心血管的3D数据重建确定为透明弹性硅胶材质；病理瓣膜模型3通过灌注成型或3D打印成型，病理瓣膜模型3内设置有瓣叶12。所述储液池内储存有模拟血液的液体，储液池内设置有加热模块。在本实施例中所述主动脉血管模型2与心脏模型1相连接端的侧壁上设置一开口6；所述病理瓣膜模型3置于主动脉血管模型2与心脏模型1相连接端的主动脉血管模型2内；如图4所示，所述病理瓣膜模型3的外周圈设置有压力传感器5，本发明在病理瓣膜模型3制作完成后通过粘接方式固定在瓣膜外周。本实施例中的病理瓣膜模型3采用可回收病理瓣膜模型3；所述心脏模型1的心尖处设置一开孔8；所述开孔8内设置一内置摄像头9；所述内置摄像头9朝向前述病理瓣膜模型3设置；所述主动脉血管模型2的外侧设置一外置摄像头10；所述外置摄像头10朝向设置在主动脉血管模型2内的病理瓣膜模型3设置。

主动脉血管模型2上的主动脉弓7的内壁上设置有压力传感器5；所述心脏模型1的心室内壁上设置有压力传感器5；因为在训练过程中会有操作者用力过度，可能会穿透血管及心脏等位置。所述主动脉血管模型2的血管内壁内设置有压力传感器5和流量传感器11；在本实施例中具体设置于介入器械入路口的血管内壁及病理瓣膜模型3上游和下游的血管内壁上。

在进行手术训练时，通过加热温控装置将液体温度控制在37±1℃，通过精密泵驱动产生脉冲流体进入仿人体心血管模型，随后流回储液池；通过稳态或脉动血流压力及血流供给模块进行接近人体血液流量和压力曲线变化的定量调控以及流动液体温度调控；脉冲流体驱动心脏模型1产生收缩和舒张行为以及所述病理瓣膜模型3的开关和闭合。与此同时，设置于心尖处的摄像头从心脏内部拍摄瓣膜开放、闭合动作以及人工瓣膜置换过程和置换后的效果；在本实施例中采用的为防水摄像头。主动脉血管模型2上的主动脉弓7的内壁及心脏模型1的心室内壁上设置的压力传感器5，测量导管导丝在放置过程中对主动脉血管模型2的血管管壁及心房心室内壁的穿刺力。通过病理瓣膜模型3外周圈设置的压力传感器5，测量后期人工瓣膜释放后对于病理瓣膜和血管壁四周的压力分布情况，对人工瓣膜放置是否合适进行评价；血管内壁内设置的压力传感器5和流量传感器11监测术前术后的介入器械入口处流量压差变化、跨瓣压差变化以及人工瓣膜假体释放后对于血管壁四周的压力情况。防水摄像头及各种传感器获取的数据通过计算机系统进行分析，可以对受训者的受训情况进行综合分析评价。

本发明所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统，心脏模型1与主动脉血管模型2为可拆卸设计，通过更换不同的病理瓣膜模型3可以模拟多种疾病瓣膜的置换治疗过程。配合仿真造影系统，对瓣膜置换过程（包括导管进入和瓣膜释放过程）的视频图像进行采集及处理，获得模拟血管造影后X光机/CT机拍摄效果，可以给培训者更加仿真的全过程瓣膜置换操作体验。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例所述经导管主动脉瓣置换术体外训练系统中的病理瓣膜模型3的两端均设置一凸出连接件4；如图2所示，所述主动脉血管模型2与病理瓣膜模型3相连接的一端也设置一与病理瓣膜模型3两端的凸出连接件4相对应的凸出连接件4；所述心脏模型1与病理瓣膜模型3相连接的一端设置一凸出连接件4；所述病理瓣膜模型3通过凸出连接件4分别与主动脉血管模型2和心脏模型1相连通。在本实施例中凸出连接件4为环形，凸出连接件4上设置有螺纹孔；两个对应的凸出连接件4之间通过螺钉实现固定连接；这种方式的设置使得主动脉模型和心脏模型1在其交界处完全分隔开，病理瓣膜的两端与主动脉血管模型2及心脏模型1分别对接并密封固定；再进行病理瓣膜模型3替换时，将螺钉松开后将需要替换的病理瓣膜模型3上的夹具与设置在主动脉血管模型2及心脏模型1上的夹具对齐后，通过螺钉固定，完成病理瓣膜模型3的替换。